大学有机化学讲稿教案重点

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1、第 一 章 绪 论(Introduction)第一节 有机化合物和有机化学一、有机化合物和有机化学卜面是一些简单而熟悉的有机化合物，他们在化学组成上有什么共同点？名称 结构式 含有的元素甲 烷 CH4 C H乙 醇 CaHsOH C H O尿 素 H2N CO CHONM S胺 /-=X CHONS 都 含 有C原 子 hH2N-Z -S OJN HS 多 数 含 有H原 子四 氯 化 碳 CC14 Cd 有机化合物含碳的化合物或碳氢化合物及其衍生物。有机化学：有机化学的现代定义是指研究含碳化合物的化学。第 二 节 共价键一、现代共价键理论路易斯的共价键理论虽然揭示了共价键与离子键的区别，但未

2、能说明共价键是怎样形成的，也不能解释共价键为什么具有饱和性和方向性等诸多问题。现代共价键理论指出：当两个原子互相接近到一定距离时，自旋方向相反的单电子相互配对（即两原子轨道重叠）。使电子云密集于两核之间，降低了两核间正电荷的排斥，增加了两核对电子云密集区域的吸引。因此使体系能量降低，形成稳定的共价键；共价键有以下特点：第一、每个原子所形成共价键的数目取决于该原子中的单电子数目，这就是共价键具有饱和性。第二、当形成共价键时，原子轨道重叠越多，核间电子云越密集，形成的键就越强，这种关系称为最大重叠原理。第三、共价键的形成必须尽可能沿着原子轨道最大程度重叠的方向进行，这就是共价键具有方向性三、杂化轨

3、道在形成共价键过程中，由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道，称为杂化轨道。在有机化合物中，碳原子的杂化形式有三种：sp sp?和sp杂化轨道。它们的杂化过程是怎样的呢？让我们看看杂化过程动态图：（点击图片卜的链接出现杂化动画）sp sp2 sp3碳原子经Sp S 和SP杂化之后，碳原子核周围的杂化轨道是怎样排列的呢？Sp?杂化轨道碳 原 子 在 基 态 时 的 电 子 构 型 为。按理只有2Px和 2py可以形成共价键，键角应为9 0 。但实际在甲烷分子中，是四个完全等同的键，键角均为

4、109 2 8。这是因为在成键过程中，碳的2s轨道有一个电子激发到2匕轨道，成为242。然后 3 个 p 轨道与一个s 轨道重新组合杂化，形成4 个完全相同的sp3杂化轨道。其形状一头大一头小。每个轨道是由s/4与 3P/4 轨道杂化组成。这四个轨道的方向都指向正四面体的四个顶点，sp3轨道间的夹角是109。28（见下图）。烷经和其他化合物分子中的饱和碳原子均为sp3杂化。外 层 的 电 亍 构 型32下2 2产；2尸2 Sp2杂化轨道碳原子在成键过程中，首先是碳的基态2s轨道中的一个电子激发到2Pz空轨道，然后碳的激发态中一个2s轨道和二个2P轨道重新组合杂化，形成三个相同的sp2杂化轨道。

5、每一个sp2杂化轨道均由s/3与 2P/3 轨道杂化组成，这三个sp2杂化轨道在同一平面，夹角为120。未参与杂化的2Pz轨道，垂直于三个sp2杂化轨道所处的平面（见下图）。烯烽分子中构成双键的碳原子和其他不饱和化合物分子中构成双键的碳原子均为sp2杂化。军,票 也形个相同的sp，杂道处 于 同 一 平 面夹 角 均 为 120-来 参 与 杂 化 的-2P,轨 道垂 直 于三 个 印 2奈 化 轨 遒期皆卜面 印杂化轨道sp 杂化轨道是碳原子在成键过程中，碳的激发态的一个2 s轨道与一个2P轨道重新组合杂化形成两个相同的即杂化轨道。这两个轨道夹角为180,呈直线形。未参与杂化的两个互相垂直的

6、P 轨道又都垂直于印杂化轨道（见下图）。焕烧分子中碳碳三键的碳原子和其他化合物中含有三键的碳原子均为S0e杂化。芮 个 方 才 目 垂 直:的 P 砒i等部垂直于印乐化四、共价键的属性键的属性指键长、键角、键能和键的极性等物理量。共价键的属性是阐述有机化合物结构和性质的基础。键长：键长通常指成键两原子核间距离，键长单位以p m 表示。键长主要取决于两个原子的成键类型：C C单键比C=C 双键长，后者又比C 三C三键长。C H 键的键长还与成键碳原子的杂化方式有关：铤类型sp-sK H）的 C H 键sp?s H ）的 C H 理s p-s H）犍长（j 3 m ）11O1 0 71 0 6键长

7、受与其相连的其他原子或基团的影响较小。通常可根据键长判断两原子间的成键类型。表 1-1 列出儿种共价键的键长键键 长（pm）键键 长（pm）HH74c=c （焕 泾）120CH（烷 运）110CO（酹）143c-C（烷 运）154C=O（附）122C=C（烯 运）134CN（胺）147C 二C（苯）140O-H（酹）96键 角 分子中一个原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间所夹的角称为键角。在有机分子中饱和碳的四个键的键角为1 0 9 2 8,或接近1 0 9 2 8 分子方才稳定。在分子内，键角可受其他原子影响而变化，若改变过大就会影响分子的稳定性。（见第一章环烷煌）键能以共价键结合的双

8、原子分子裂解成原子时所吸收的能量称为该种共价键的键能，又可称为离解能。也就是说双原子分子的键能等于其离解能。然而对于多原子分子，键能不同于其离解能。离解能是裂解分子中某一个共价键时所需的能量，而键能则是指分子中同种类型共价键离解能的平均值。例如，甲烷有四个碳一氢键，其离解能分别如下：OR,-M 3+-M +M S .1 1c J e o 1 一1-C：M 3-M 公+-M +443.1c J o_ O FC aM -M +q q 3 Q k J -m o l-CM-分子极性越大，分子间相互作用力就越大。因此分子极性的大小影响化合物的沸点、溶解度等物理性质。第四节有机化合物的官能团和反应类型一、

9、官能团一种是根据分子中碳原子的连接方式（即按碳的骨架）可分成开链化合物和环状化合物。开链化合物，是指碳原子相互结合成链状化合物，由于脂肪类化合物具有这种开链的骨架，因此开链化合物习惯称为脂肪族化合物。此类化合物的实例可见第二章烷煌和第三章的烯煌和焕煌等化合物。环状化合物，可根据成环的原子种类分成碳环化合物和杂环化合物。碳环化合物完全由碳原子组成的碳环，此类化合物中含有苯环的化合物称为芳香族化合物（见第五章芳香短），不含苯环的碳环化合物称为脂环化合物（见第二章环烷燃）。杂环化合物是指成环的原子除了碳原子外，还有其他杂原子，如氧、硫或氮等原子，此类化合物的结构可见第十四章杂环化合物。另一种分类方法

10、是按官能团分类。在有机化合物分子中能体现一类化合物性质的原子或原子团通常称为官能团或功能基。例如CH.Q H、C2H5OH,CH3cH2cH20H等醇类化合物中都含有 羟 基（-0H）,羟基就是醉类化合物的官能团。由于它们含有相同的官能团，因此醇类化合物有雷同的理化性质。有机化合物按官能团分类，便于认识含相同官能团的一类化合物的共性。可以起到举 反三的作用。本书就是按照官能团分类展现有机化学的基础内容。一 些常见官能团见表14。表1-4 常见官能团英文名称后缀eno一。旧F怪微S缝醛同酸E院照焕渐凿酣酊孩应无:C=C：（碳 碳 趣）一c三c-（碳碳三键）X-O H （羟 基）ROR（酷 键）C

11、HO（醯 基）c a-aneHTCC H,-eneHC=CHCH3cHQIchloro.（前 蝮）CH30H-olCHj-aCHjetherCH-CHO-alCH3-C-CH3O-oneCH3COOH-oic acidCH3cH2NH2-amine二、有机化合物反应类型有机反应不同于无机的正负离子反应，能在瞬间即可将反应物转化成产物。大多数有机反应时间比较长，往往要经过好几步中间过程，形成不稳定的中间体或过渡态。就某一个反应来说，须经过几步？每步反应又是如何进行的？其中哪一步是决定反应速率的一步？这些总称为反应机制。有关具体反应机制，在以后的有关章节中阐述。这儿只简单介绍共价键在有机反应中断裂

12、的主要方式。有机反应涉及反应物的旧键的断裂和新键的形成。键的断裂主要有两种方式：均裂和异裂。均裂：均裂是指在有机反应中，键均等地分裂成两个中性碎片过程。原来成键的两个原子，均裂之后各带有一个未配对的电子。如下式所示：自由基带有单电子的原子或原子团称为自由基或游离基。上述带有单电子的碳为碳自由基。这种经过均裂生成自由基的反应叫作自由基反应。反应一般在光、热或过氧化物（ROOR）存在下进行。自由基只是在反应中作为活泼中间体出现，它只能在瞬间存在异裂：异裂是指在有机反应中键非均等地分裂成两个带相反电荷的碎片过程。即原来成键的两个原子，异裂之后，一个带正电荷，另一个带负电荷。Y i+Y-1 ：i Y

13、i-+Y+l：I I ；I正碳离子 负碳离子这种异裂后生成带正电荷和带负电荷的原子或原子基团过程的反应，称为离子型反应。带正电荷的碳原子称为正碳离子，带负电荷的碳原子称为负碳离子。无论是正碳离子还是负碳离子都是非常不稳定的中间体。都只能在瞬间存在。但它对反应的发生却起着不可替代的作用。有机的离子型反应一般发生在极性分子之间，通过共价键的异裂，首先形成正碳离子或负碳离子中间体而逐步完成反应。总 结有机化合物一股指含碳的化合物。不 过C O、C02、H2c。3和碳酸盐等要除外，因为这些化合物的性质与无机化合物相同。有机化学的现代定义是指研究含碳化合物的化学。有机化合物分子主要是以共价键相结合。共价

14、键有二个特点：第一、具有饱和性、具有方向性。在形成共价键过程中，山于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道，称为杂化轨道。在有机化合物中，碳原子的杂化形式有三种:sp3、sp2和sp杂化轨道。分子的极性是分子中每个键的极性的向量和。因此分子的极性不仅取决于各个键的极性，也取决于键的方向。即取决于分子的形状。有的分子虽然各化学键有极性，但整个分子并没有极性。偶极矩的大小标志着不同分子的相对极性。具有偶极矩的分子为极性分子。u=0为非极性分子。分子极性越大，分子间相互作用力就越大。因此分子极性的

15、大小影响化合物的沸点、溶解度等物理性质。有机化合物分类通常有两种方法：一种是根据分子中碳原子的连接方式（即按碳的骨架）可分成开链化合物和环状化合物。开链化合物习惯称为脂肪族化合物。环状化合物中含有苯环的化合物称为芳香族化合物。另一种分类方法是按官能团分类。在有机化合物分子中能体现一类化合物性质的原子或原子团通常称为官能团或功能基。有机化合物按官能团分类，便于认识含相同官能团的一类化合物的共性。可以起到举一反三的作用。有机反应涉及反应物的I口键的断裂和新键的形成。键的断裂主要有两种方式：均裂和异裂。均裂：均裂是指在有机反应中，键均等地分裂成两个中性碎片过程。原来成键的两个原子，均裂之后各带有一个

16、未配对的电子。异裂：异裂是指在有机反应中键非均等地分裂成两个带相反电荷的碎片过程。即原来成键的两个原子，异裂之后，一个带正电荷，另一个带负电荷。带正电荷的碳原子称为正碳离子，带负电荷的碳原子称为负碳离子。无论是正碳离子还是负碳离子都是非常不稳定的中间体。都只能在瞬间存在。但它对反应的发生却起着不可替代的作用。分子轨道是原子轨道的线性组合。其数目与原子轨道数相等，也就是说有几个原子轨道就有几个分子轨道。两个原子轨道组合成两个分子轨道；一个是成键轨道，比组成它的原子轨道能量低，稳定。另一个为反键轨道，比组成它的原子轨道能量高、不稳定。在一般情况下，分子的反键轨道内没有电子,只有当分子呈激发状态时才有电子。由原子轨道组成分子轨道,成键的原子轨道必须满足三个原则：能量相近。电子云最大重叠原则。对称性匹配原则。第 二 章 烷烧和环烷(lkane and Cycloalkane)第一节 烷 烧(Alkane)仅由碳和氢两种元素组成的化合物称为碳氢化合物，筒称为煌(hyd rocarbon),煌的分类：烷煌的结构烷煌属于饱和烧，其分子中所有碳原子均为S L 杂化，分子内的键均为。键，成键轨道沿键轴“