有机化学总结 初稿.doc

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1、第一章 绪论第一节 有机化学的研究对象一、有机化合物和有机化学1、有机化学、有机化合物的定义 有机化学（organic chemistry)是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学的科学，是化学学科的一个分支，它的研究对象是有机化合物。 什么是有机化合物呢？早期化学家将所有物质按其来源分为两类，人们把从生物体（植物或动物）中获得的物质定义为有机化合物，无机化合物则被认为是从非生物或矿物中得到的。 现在绝大多数有机物已不是从天然的有机体内取得，但是由于历史和习惯的关系，仍保留着“有机”这个名词。 象人类认识其它事物一样，人们对有机化合物和有机化学的认识也是逐步深化的。

2、自从拉瓦锡（Lavoisier.A.L)和李比希（Von Liebig.J.F)创造有机化合物的分析方法之后，发现有机化合物均含有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化合物还含氧、硫、氮等元素。 于是，葛美林（Gmelin.L)凯库勒(KeKule .A)认为碳是有机化合物的基本元素，把“碳化合物称为有机化合物”，“有机化学定义为碳化合物的化学”。 后来，肖莱马（Schorlemmer,c.)在此基础上发展了这个观点，认为碳的四个价键除自己相连之外，其余与氢结合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物烃，其他有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的，因此，把有机化学定义为研究烃及其衍生

3、物的化学。2、有机化合物的特性 （1）对热不稳定，容易燃烧 和无机化合物比较起来，除了极少数例外（如可作灭火剂的CCl4等），有机化合物不很稳定，受热容易分解，也很容易燃烧。而且大多数有机化合物燃烧后变成气体，不留残渣，这和无机化合物不易着火，不能燃尽有所不同，所以，我们常用燃烧试验来区别化合物是有机物还是无机物。 （2）熔点较低 有机化合物的熔点较低，一般在250。C以下，只有极少数超过300。C （3）难溶于水，易溶于有机溶剂 除少数例外，大多数有机化合物难溶或不溶于水，易溶于酒精、乙醚、丙酮、汽油或苯等有机溶剂。 （4）反应速度比较慢 因此，反应时常采用加热、加催化剂或用光照等手段，以加

4、速反应。一般的讲，温度每增加10。C，反应速度快一倍至两倍。 （5）发生副反应 在有机反应进行时，常伴随有副反应的发生。有机反应往往并不是按照某一反应式定量的进行，一个有机反应，若能达到60-70%的理论产量，就算是比较满意的反应了。 （6）同分异构体的存在很普遍 同分异构体是指几种具有相同分子组成而结构不同的化合物。在无机化合物中，一个组成的化合物通常只有一种结构，可是在有机化合物中，一个组成的化合物可能有多种结构，这是有机化合物比无机化合物多得多的一个主要原因。迄今已知的1800余万种化合物中，绝大多数属于有机化合物。 例如：分子式同为C2H6O的有机化合物就有两个，一个是气体甲醚（CH3

5、-O-CH3），另一个为液体乙醇（CH3CH2-OH）。二、有机化学的产生和发展 人类使用有机物质虽已有很长的历史，但是对纯物质的认识和取得是比较近代的事情。* 直到十八世纪末期，才开始由动植物取得一系列较纯的有机物质。 如： 1773年 首次由尿内取得纯的尿素. 1805年 由鸦片内取得第一个生物碱-吗啡.第二节 研究有机化合物的一般步骤 1、分离提纯 研究一个新的有机物首先要把它分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。2、纯度的检验 纯的有机物有固定的物理常数，如：熔点、沸点、比重、折射率等。测定有机物的物理常数可检验其纯度，纯的化合物的熔

6、点距很小。3、实验式和分子式的确定 a、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几种原子 b、进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定经验式（实验式）。c、测定分子量，确定各种原子的确实数目，给出分子式。4、结构式的确定 根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等确定结构式。5、人工合成第三节 有机化合物的分类一、按碳架分类传统的有机化学家的分类方法是根据碳干的不同把它们分成三类：1、开链化合物：2、碳环化合物 脂环化合物： 芳香环化合物： 杂环化合物： 二、按官能团分类 能决定化合物的特性的原子或原子团称为官能团（functional group).按照所含的官能团，有机化合物可以分为：烃

7、，卤代烃，醇，酚，醚，醛，酮，羧酸等第四节 共价键的一些基本概念及分子结构与其 物理性质的关系一、价键理论价键理论的主要内容 1、价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。成键的电子只处于化学键相连的原子之间（定域的）。两个原子如果都有未成键的电子，且自旋相反，就能配对，也就是原子轨道可重叠形成共价键。由一对电子形成的共价键叫单键，用一条直线来表示“”，如果两个原子各有两个或三个未成键的电子，构成的共价键则为双键或三键。2、共价键的饱和性 当原子的未成键的一个电子与某原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对了，这就是共价键的饱和性。3、共价键的方向性 成键时，两个电子的原子轨道

8、发生重叠，重叠部分的大小决定共价键的牢固程度。重叠部分虞大，所形成的共价键越牢固。P 电子的原子轨道在空间具有一定的取向，只有当它的某一方向互相接近时，才能使原子轨道得到最大程度的重叠，生成的分子的能量得到最大程度的降低，形成稳定的分子，如：二、杂化轨道能量相近的原子轨道，可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道。1、SP3杂化把一个S轨道和三个P轨道“混一混”，形成四个能量相等的杂化原子轨道，每一个轨道相当与1/4S成分和3/4P成分，所以这种杂化叫做SP3杂化。 为了使SP3轨道，彼此达到最大的距离及最小的干扰，以碳原子为中心，四个轨道分别指向正四面体的每一个顶点，所以碳原子的四个轨道都有一定的

9、方向性，轨道彼此间保持一定的角度，按照计算，这个角度应该是109.5度，这样可以使每个轨道达到最低干扰的程度。如甲烷2、SP2杂化 一个S轨道与两个P 轨道形成三个SP2轨道。三个SP2的轨道，对称地分布在碳原子的周围，处于同一个平面上，三者之间的夹角是120度。 3、SP杂化一个S轨道和一个P 轨道形成两个SP 杂化轨道，如乙炔 三、分子轨道理论 分子中电子的运动状态,即分子轨道,用波函数来表示.1、分子轨道法中目前最广泛应用的是原子轨道线性组合法按照分子轨道学说，原子轨道的数目与形成的分子轨道数目是相等的，即几个原子轨道线性组合形成几个分子轨道。例如：两个原子轨道组成两个分子轨道，其中一个

10、分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成：1=1+2 另一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成：2=1 -2 在分子轨道1中，两个原子轨道的波函数符号不同，亦即波相不同，它们之间的作用就如波峰与波谷相遇相互减弱一样，波峰与波谷相遇初出现结点。 两个分子轨道波函数的平方，即为分子轨道电子云密度分布： 可以看出，分子轨道1，在核间的电子云密度很大，这种轨道称为成键轨道；分子轨道2，在核间的电子云密度很小，这种轨道称为反键轨道。 根据理论计算，成键轨道的能量较两个原子轨道的能量低；反键轨道的能量较两个原子轨道的能量高， 这可以这样来理解，成键轨道电子云在核与核的中间较多，对核有吸引力，使两个核

11、接近而降低了能量，而反键轨道的电子云在核与核的中间很少，主要在核的外侧对核吸引，使两核远离，同时两个核又有排斥作用，因而能量增加，分子轨道电子填充，服从鲍里原理，能量最低原理，洪特规则。 2、由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件：a、对称匹配（就是对称性相同）组成分子轨道的原子轨道的符号（即位相-波相）必须相同，才能匹配组成分子轨道。就是说，原子轨道在不同的区域有不同的波相，相同的波相重叠，能有效的成键，不同的波相重叠，不能有效的成键，如：Py与Py轨道重叠，波相相同，即对称性相同，能有效的成键组成分子轨道； 而S轨道与Py轨道是有部分重叠，但因其中一部分波相相同，一部分波相不同，两部分

12、正好抵消，所以不能有效的成键。b、原子轨道重叠部分要最大 两个原子轨道重叠时还必须有一定的方向性，以使重叠最大，最有效，组成的键最强。c、能量相近 组成分子轨道的两个原子轨道的能量比较接近，这样，才能有效的成键，成键的原子轨道的能量差愈小愈好。为什麽两个两个原子轨道必须能量相近才能成键？因为根据量子力学计算，两个能量相差很大的原子轨道组成分子轨道时，在成键轨道中含有能量较低的原子轨道成分较多，因此成键轨道1+2的能量与原子轨道1的能量很接近也就是在成键过程中能量降低很少，故不能形成稳定的分子轨道。 3、轨道和轨道 根据分子轨道的对称性，呈圆柱形对称，沿键轴旋转，它的形状和符号都不变，这种分子轨

13、道称为轨道；如： 两个相互平行的P轨道在侧面重叠形成分子轨道，如P2-P2或Py-Py，所形成的分子轨道，中间有结面这种分子轨道叫做轨道。 四、共价键的键参数 键长、键角、键能、键距是共价键的基本性质，根据这些数据，对化合物的性质及其立体结构可以有进一步的了解。 1、键长键长是两个原子轨道重叠，也就是把两个原子核拉到一定的距离，以共价键结合的两个原子核核心之间的距离。应用X-衍射、光谱等近代物理方法，可以测定各种键的键长。某两个原子间的键长，不管这两个原子再与其它原子结合，可以看作大致不便。 2、键角 两个共价键之间的夹角。3、键能 当A和B两个原子（气态）结合生成A-B分子（气态）时，所放出

14、的能量称为键能。使1molA-B双原子分子共价键离解为原子时，所需要的能量称键的离解能。 双原子分子键能和离解能数值相等，对于多原子的分子中键能和离解能在概念上是有区别的，键能的单位用KJ/mol表示。 如：一摩尔氢分子在基态下离解成两摩尔氢原子所需的热为436KJ/mol H-HH+H H=+436KJ/mol （吸热为+，放热为-） 所谓键离解能是指断裂（或形成）一根键时所消耗（或放出）的能量。这是每根键的一种特性。 如：断裂甲烷的四根C-H时有四种不同的键离解能（D） CH4CH3+H D（CH3-H）=435KJ/mol CH3CH2+H D（CH2-H）=444KJ/mol4、键距 当由不同的原子成键时，由于电负性的差异，使电子云靠近电负性较大的原子一端，于是在这种分子中，电负性较大的原子具有微负电荷（或叫部分负电荷），电负性较弱的原子则具有微正电荷，前者用-，后者用+表示，-和+大小相等，符号相反。 键距的定义为：正（或负）电荷中心的电荷值（e)与正负电荷中心之间的距离(d)的乘机:键距 =e*d 键距是用来衡量键极性的物理量，为一矢量，有方向性，通常规定其方向由正到负用箭头表示。