第一章有机化学绪论

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1、化工学院化工学院： 胡圣扬博士胡圣扬博士E-mail：联系电话联系电话： 1898666284818986662848有机化学有机化学 1. 理论课学时及学分理论课学时及学分: 40学时，学时，2.5学分学分 2.2.教材名称：教材名称： 汪小兰汪小兰 主编主编有机化学有机化学 高等教育出版社，高等教育出版社，20052005年（第年（第4 4版）版） n3.3.课程考核说明及要求：课程考核说明及要求： 专业必修课程，总成绩由两个部分构成，专业必修课程，总成绩由两个部分构成，考试成绩（考试成绩（80%80%）和平时成绩（）和平时成绩（20%20%）。）。 课程考试形式：闭卷考试。课程考试形式：

2、闭卷考试。n4.4.作业、辅导和答疑作业、辅导和答疑 作业：准备两个作业本作业：准备两个作业本 辅导和答疑：周二晚上（辅导和答疑：周二晚上（2-2062-206）1.1.邢其毅等邢其毅等. .基础有机化学第三版，上、下册基础有机化学第三版，上、下册 高等教育出版社，高等教育出版社，200520052 2. .莫里森等著莫里森等著. . 有机化学有机化学上、下册上、下册 科学出版科学出版社，社，198019803. 3. 傅建煦编傅建煦编. . 有机化学有机化学, , 高等教育出版社，高等教育出版社， 2000 2000 4.4. 胡宏纹编胡宏纹编. .有机化学有机化学上、下册上、下册, , 高

3、教出版社，高教出版社，2006 2006 主要参考书主要参考书第一章第一章 绪绪 论论Introductionn有机化学的研究对象与任务有机化学的研究对象与任务n化学键与分子结构化学键与分子结构n酸碱理论酸碱理论n研究有机化合物的一般方法研究有机化合物的一般方法n有机化学的重要性及其学习方法有机化学的重要性及其学习方法n有机化合物的分类有机化合物的分类一、有机化合物与有机化学一、有机化合物与有机化学l 有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活 有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是 有机化合物。其发展自有

4、机化合物。其发展自19世纪初期至今不足世纪初期至今不足200年。年。l有机化学的主要任务有机化学的主要任务-讨论各类有机化合物的结构、讨论各类有机化合物的结构、 性质、合成方法和它们的应用性质、合成方法和它们的应用。 无机物无机物-非生物体或矿物质得到的物质非生物体或矿物质得到的物质 有机物有机物-生物体（植物或动物）中获得的物质生物体（植物或动物）中获得的物质大家能够举出你所知道的有机化合物？大家能够举出你所知道的有机化合物？ 涵义：涵义：“有生机之物有生机之物”1-1 1-1 有机化学的研究对象与任务有机化学的研究对象与任务“含碳的化合物称为有机化合物含碳的化合物称为有机化合物” -185

5、1年葛美林（年葛美林（Gmelin.L. 17881853） 和和 凯库勒（凯库勒（Kekule.A. 18291896）等）等“碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物” -1874年年肖莱马肖莱马（Schorlemmer.C. 18341892） 碳氢衍生物碳氢衍生物：由碳氢化合物经过化学变化演变由碳氢化合物经过化学变化演变 出来的一系列新的化合物出来的一系列新的化合物。 什么是有机化学呢？什么是有机化学呢？ “有机化学有机化学”是由当时在世界上享有盛名的瑞典是由当时在世界上享有盛名的瑞典化学家化学家贝采利乌斯贝采利乌斯(Berzelius.J.J.1979-1848)(Berzelius

6、.J.J.1979-1848)于于18081808年首先引用，以区别于矿物的化学年首先引用，以区别于矿物的化学无机化无机化学学。其引用有机化学这个名词并将。其引用有机化学这个名词并将有机化学有机化学与与无机无机化学化学绝对分开。绝对分开。 有机化学有机化学是研究是研究有机化合物有机化合物的组成、结构、的组成、结构、性能、性能、 制备、应用及有关理论与方法的科学制备、应用及有关理论与方法的科学为什么有机化学要作为一门独立学科呢？为什么有机化学要作为一门独立学科呢？二、有机化合物的特性二、有机化合物的特性1. 组成和结构特点组成和结构特点组成元素简单组成元素简单： C、H、O、N、X 、 P、 S

7、、Fe、Ca、 Mg、Zn等。等。共价键结合，数目庞大（超过共价键结合，数目庞大（超过1000万种），万种），结构复杂。结构复杂。原因之一：组成有机化合物基本骨架的原因之一：组成有机化合物基本骨架的碳碳 原子原子的结合能力很强，一个有的结合能力很强，一个有 机化合物中碳原子的机化合物中碳原子的数目数目可以可以 很多，其很多，其连接方式连接方式又是多样的，又是多样的， 可以连成很长的可以连成很长的链或成链或成环环。如：原因之二：原因之二： 同分异构现象同分异构现象普遍存在，往往普遍存在，往往 同一分子式可以代表许多性质同一分子式可以代表许多性质 完全不同的化合物。完全不同的化合物。例例2：不同碳

8、原子数烷烃的异构体数目如下：不同碳原子数烷烃的异构体数目如下：异构体数目异构体数目 5 9 18 1858 366319碳原子数碳原子数 6C 7C 8C 14C 20CCH3CH2OHCH3-O-CH3C2H6O就代表了甲醚和乙醇两种化合物就代表了甲醚和乙醇两种化合物例例1：例例3：为顺反异构体为顺反异构体与与CCOOHCH3HHOCCOOHCH3OHH与与为旋光异构体为旋光异构体VB12（C63H90N14O14PCo）沙海葵毒素沙海葵毒素分子式：分子式：C129H223N3O54，分子量：分子量：268164个不对称中心，个不对称中心，7根双链。根双链。n易燃；易燃； 但但CCl4 不但

9、不燃烧，而且可以作灭火剂不但不燃烧，而且可以作灭火剂n熔点、沸点低，热稳定性差；熔点、沸点低，热稳定性差；n难溶于水，易溶于有机溶剂；难溶于水，易溶于有机溶剂； 如易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。如易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。 但但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2 等易溶于水等易溶于水2. 性质特点性质特点OH OH OHn 反应速度慢，常伴有副反应反应速度慢，常伴有副反应。所以写有机反应式常用所以写有机反应式常用“ ”“ ”而不用而不用“ ”“ ”有机和无机的差別有机和无机的差別 三、三、 有机化学的发展有机化学的发展 (the development of o

10、rganic chemistry as a science)(1)(1)从有机体内提取有机物从有机体内提取有机物(1773 (1773 18051805） 在古代人类早就已经学会利用从生物体取得的在古代人类早就已经学会利用从生物体取得的物质。并对这些物质进行简单加工。例如：酿物质。并对这些物质进行简单加工。例如：酿酒、制醋、造纸酒、制醋、造纸。 十八世纪末，化学家们已经得到了一系列纯的十八世纪末，化学家们已经得到了一系列纯的有机化合物。有机化合物。 17731773年首次从尿中取得纯的尿素。年首次从尿中取得纯的尿素。 瑞典化学家瑞典化学家（舍勒舍勒 Scheele,17421786）。）。从酸

11、牛奶中提取乳酸从酸牛奶中提取乳酸(1780)(1780)从酢草中提取草酸从酢草中提取草酸从酢草中提取草酸从酢草中提取草酸(1776)(1776)(1776)(1776)从尿中提取尿酸从尿中提取尿酸(1780)(1780)从柠檬中提取柠檬酸从柠檬中提取柠檬酸从柠檬中提取柠檬酸从柠檬中提取柠檬酸(1784)(1784)(1784)(1784)从苹果中提取苹果酸从苹果中提取苹果酸(1785)(1785)从五倍子中提取没食子酸从五倍子中提取没食子酸(1786)(1786)1805180518051805年，斯图萘尔（年，斯图萘尔（年，斯图萘尔（年，斯图萘尔（sertnersertner) ) ) )首

12、次由鸦片中得首次由鸦片中得首次由鸦片中得首次由鸦片中得 到第一个生物碱到第一个生物碱到第一个生物碱到第一个生物碱吗啡。吗啡。吗啡。吗啡。1818181818181818年，由植物叶中分离出叶绿素。年，由植物叶中分离出叶绿素。年，由植物叶中分离出叶绿素。年，由植物叶中分离出叶绿素。 （2)2)提取合成并举（提取合成并举（1806 -18561806 -1856） 18061806年，瑞典化学家贝采利乌斯年，瑞典化学家贝采利乌斯（J.Berzelius）首首 次引用次引用“有机化学有机化学”这个名字。这对于认识有机化这个名字。这对于认识有机化合物合物 无疑是一个重要阶段无疑是一个重要阶段。 l 1

13、828 1828年，年，维勒维勒（F.Wohler）：合成尿素，合成尿素， 从无机物氰酸铵合成得到有机物尿素。从无机物氰酸铵合成得到有机物尿素。因当时盛行的因当时盛行的“生命论生命论”，从而阻碍了有机合成的发展，从而阻碍了有机合成的发展l 18451845年德国有机化学家科尔伯（年德国有机化学家科尔伯（HKolbeHKolbe）从）从无机物合成有机物的醋酸无机物合成有机物的醋酸l 18541854年柏赛罗（年柏赛罗（M. BerthelotM. Berthelot）合成了油脂）合成了油脂l 18541854年年-1856-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等许多

14、典型有机化合物。许多典型有机化合物。“生命论生命论”学说宣告彻底学说宣告彻底破产。也标志着破产。也标志着有机化合物有机化合物与与无机化合物无机化合物之间并之间并没有绝然的界线。没有绝然的界线。 从此确信了人工合成有机化合物是完全可能从此确信了人工合成有机化合物是完全可能的。这就是有机化学最初发展的第二阶段。的。这就是有机化学最初发展的第二阶段。 罗伯特罗伯特伍德沃德伍德沃德: (Woodward, Robert ，1917-1979) 美国化学家，被人们称为美国化学家，被人们称为有机合成大师有机合成大师。 因合成因合成胆固醇、叶绿素、四环素和其他胆固醇、叶绿素、四环素和其他 物质物质，1965

15、年获诺贝尔化学奖。年获诺贝尔化学奖。( (3)3)合成时代合成时代 （181857 57 至今）至今） 结晶牛胰岛素蛋白空间结构结晶牛胰岛素蛋白空间结构19651965年，我国首次人工合成了结晶牛胰岛素年，我国首次人工合成了结晶牛胰岛素，标，标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出了重要的一步。出了重要的一步。u 1919世纪中期至末期，有机化学逐渐形成为一门世纪中期至末期，有机化学逐渐形成为一门 学科，为了合成结构确定有机化合物，有关学科，为了合成结构确定有机化合物，有关对对 化合物分子结构的理论研究也得到较快的发化合物分子结构的理论研究也得到

16、较快的发展。展。l 18581858年德国化学家年德国化学家凯库勒凯库勒（FAKekuleFAKekule）和英）和英国国 有机化学家有机化学家库帕库帕（ASCouperASCouper）分别提出了）分别提出了“碳的碳的 四价概念四价概念”和和“碳碳可以相互结合成键碳碳可以相互结合成键”的学说。的学说。为为 有机化学结构理论的建立奠定了基础。有机化学结构理论的建立奠定了基础。l 18611861年俄国化学家年俄国化学家布特洛夫布特洛夫（AMButlerovAMButlerov）提提 出了出了“化学结构概念化学结构概念”。认为有机分子中的原。认为有机分子中的原子不子不 是机械堆积，而是按一定化学

17、关系结合，化学是机械堆积，而是按一定化学关系结合，化学结结 构决定化学性质。构决定化学性质。l 18741874年荷兰化学家年荷兰化学家范特霍夫范特霍夫（JHVantJHVant HoffHoff） 和法国化学家和法国化学家勒贝尔勒贝尔（J A J A LebelLebel）同时）同时提出了提出了 组成有机化合物分子的组成有机化合物分子的“碳原子的四面体构碳原子的四面体构型型” 学说，建立了有机立体化学的基础，并阐明学说，建立了有机立体化学的基础，并阐明了了 旋光异构体现象。旋光异构体现象。l 18851885年德国化学家年德国化学家拜尔拜尔（A BaeyerA Baeyer）提出了）提出了环

18、环 状化合物的状化合物的“张力学说张力学说”，至此建立了有机，至此建立了有机化学化学 经典结构理论。经典结构理论。l 18651865年凯库勒又提出了苯的构造式年凯库勒又提出了苯的构造式 。l 到了二十世纪到了二十世纪2020年代以来，随着量子力学的年代以来，随着量子力学的 引入，近代分析方法和实验技术的不断发展引入，近代分析方法和实验技术的不断发展 及电子计算机的广泛应用，有机结构理论迅及电子计算机的广泛应用，有机结构理论迅 速发展，提出了速发展，提出了“价键理论价键理论”、“分子轨道理分子轨道理论论” 和和“分子轨道对称守恒原理分子轨道对称守恒原理”，以后又出现了，以后又出现了诱导诱导 效

19、应、共轭效应和立体效应效应、共轭效应和立体效应的理论等等；揭示的理论等等；揭示了了 化学键的微观本质，建立了现代结构理论的基化学键的微观本质，建立了现代结构理论的基 础，使理论有机化学沿着微观和定量的方向迅础，使理论有机化学沿着微观和定量的方向迅速速 发展。发展。 有机化学从有机化学从1919世纪末以来世纪末以来, ,其发展速度其发展速度和规和规 模是前所未有的。从模是前所未有的。从诺贝尔化学诺贝尔化学奖来看奖来看, ,将将近一半近一半是直接与有机化学相关的。它本身包是直接与有机化学相关的。它本身包括许多个分支学科。括许多个分支学科。 理论有机化学；理论有机化学； 合成有机化学；合成有机化学；

20、 天然有机化学；天然有机化学； 元素有机化学；元素有机化学； 有机催化化学；有机催化化学； 生物有机化学和计算生物有机化学和计算化学等。化学等。 有机化学对今天的三大前沿科学生命科有机化学对今天的三大前沿科学生命科学、材料科学、能源科学都起着非常重要的作用。学、材料科学、能源科学都起着非常重要的作用。1-2 1-2 化学键与分子结构化学键与分子结构两种常见的化学键：两种常见的化学键： 离子键离子键电子得失电子得失 共价键共价键共用电子对共用电子对价键理论价键理论（valence bond theory）杂化轨道理论杂化轨道理论（hybrid orbital theory）原子轨道示意图原子轨道

21、示意图 一、一、 价键理论价键理论(VB，valence bond theory) 共价键由参与成键原子的原子轨共价键由参与成键原子的原子轨道相互道相互 重叠而形成。重叠程度越大，形成的共价重叠而形成。重叠程度越大，形成的共价键越键越 稳定。稳定。 价键理论的三个要点：价键理论的三个要点： 饱和饱和性性 方向方向性性 定域定域性性 饱和性饱和性 每种元素的原子所能提供的成键轨每种元素的原子所能提供的成键轨道数以及形成分子时提供的未成对电子数是一道数以及形成分子时提供的未成对电子数是一定的定的, ,因而形成共价键的数目也是一定的。因而形成共价键的数目也是一定的。HClHCl重叠最大，稳定结合重叠

22、最大，稳定结合重叠较小，不稳定结合重叠较小，不稳定结合不结合不结合方向性方向性定域性定域性 自旋相反的两个电子绕核做高速自旋相反的两个电子绕核做高速运动运动, ,属于成键原子共有，在两核之间出现的几属于成键原子共有，在两核之间出现的几率最大。率最大。HCl 共价键的饱和性和方向性决定了共价键的饱和性和方向性决定了每一个有机分子都是由一定数目的某几种元素的每一个有机分子都是由一定数目的某几种元素的原子按特定的方式结合形成的，每一个有机分子原子按特定的方式结合形成的，每一个有机分子都有其特定的大小及立体形状。都有其特定的大小及立体形状。二、杂化轨道理论二、杂化轨道理论（hybrid orbital

23、 theory） 共价键理论不能解释甲烷分子中共价键理论不能解释甲烷分子中4 4个个C-H键键等同。等同。 1931 1931年，鲍林年，鲍林（Pauling L）提出轨道杂化提出轨道杂化理论。理论。碳原子的杂化碳原子的杂化(1)(1)sp3 杂化杂化sp3杂化杂化甲烷的形成甲烷的形成:4四面体四面体 HCH=109.5 键键乙烷的形成乙烷的形成:sp3 杂化轨道的特点：杂化轨道的特点：1)1)能量相等，成分相同能量相等，成分相同（1/4s轨道和轨道和 3/4p轨道轨道）;2)2)杂化轨道的电子云分布更集中杂化轨道的电子云分布更集中( (葫芦状葫芦状 ) )，使，使 成键轨道间的重叠部分增大，

24、成键能力增强成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强; ;3) 3) sp3 杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正 四面体型，轨道夹角四面体型，轨道夹角109028。返回相关链接3 (2)(2)sp2杂化杂化 乙烯乙烯乙乙 烯烯 sp2杂化杂化 键的形成的形成(3)(3)sp 杂化杂化乙炔乙炔乙乙 炔炔sp杂化杂化杂化轨道理论动画杂化轨道理论动画练习：判断下列化合物中碳原子的杂化方式？练习：判断下列化合物中碳原子的杂化方式？三、共价三、共价键的类型键的类型1 1、种类、种类单键单键 （single bond）重键重键 （multiple bond）2 2、方式、方

25、式键键键键3 3、键和键和键的特点键的特点 四、四、共价键共价键的参数的参数 共价键的键长、键角、键能和键的极性是共价键的基共价键的键长、键角、键能和键的极性是共价键的基本性质，称为共价键的属性或共价键参数。本性质，称为共价键的属性或共价键参数。1. 1. 键长键长由共价键连接起来的两个原子的核间距离由共价键连接起来的两个原子的核间距离单位：单位：1nm = 10 A。在不同化合物中的在不同化合物中的CC 键键0.1466H2C=HCCH=CH2sp2-sp20.1510H3CCH=CH2sp3-sp20.1540H3CCH2CH3sp3-sp30.1530H3CCH3sp3-sp3键长键长(

26、nm)(nm)化合物化合物键类型键类型键长键长( (nm) )C H 0.109 C C 0.154 C C 0.120C C 0.134注意：注意：u 不同不同的共价键的共价键有不同的键长有不同的键长u不同不同化合物化合物，其相同的原子核间的键长稍有差别，其相同的原子核间的键长稍有差别2. 2. 键角键角两个共价键之间的夹角两个共价键之间的夹角 不同分子有不同分子有“同一种同一种”的键角，差别很大。的键角，差别很大。CH2CH2CH260。 同一类型同一类型的化合物连接的化合物连接不同的原子（基团）不同的原子（基团）键键 角有所不同。角有所不同。注意：注意： 键能键能是指一个共价键的强度，一

27、般共价键结合得是指一个共价键的强度，一般共价键结合得牢牢 固固，则其，则其键能键能就就大大。3. 3. 键能键能将将1 1molmol分子（气态）解离为原子（气态）时所分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能量。吸收的能量。单位：单位：kJ / mol A（气气） + B （气气） A-B （气气） 键的键的形成形成放热放热，H为为负值负值断裂断裂吸热吸热，H为为正值正值Cl + Cl Cl2 H = -242kJ / mol (放热放热) )Cl2 2Cl H = +242kJ / mol (吸热吸热) ) 键能键能是指破坏或形成某一个共价键所需的平均能量。是指破坏或形成某一个共价键所需的

28、平均能量。一般来说，有机分子的一般来说，有机分子的键能键能越越小，小，键就越键就越活泼；活泼；键能键能越越大，大，键就比较键就比较稳定。稳定。双原子双原子分子分子键能键能也就是键的也就是键的离解能离解能；多原子多原子分子分子同类型共价键的同类型共价键的键能键能，是各个键，是各个键离解能的平均值离解能的平均值。如：如：离解能离解能H（kJ / mol）CH4 CH3 + H +435.1CH3 CH2 + H +443.5CH2 CH + H +443.5CH C + H +338.9而而CH4 C + 4H H = （435.1 + 443.5 + 443.5 + 338.9）= 1661 k

29、J / mol 故甲烷故甲烷C-H 键的键的键能键能为：为：1661 / 4 = 415.3 kJ / mol4. 4. 键的极性与偶极矩键的极性与偶极矩 由两个电负性不同的原子组成共价键时，由两个电负性不同的原子组成共价键时，由于成键的两个原子对价电子的由于成键的两个原子对价电子的吸引力吸引力不同，使不同，使成键电子云在两个原子间的分布成键电子云在两个原子间的分布不对称不对称，造成共，造成共价键的价键的正负电荷中心不重合正负电荷中心不重合形成极性键。形成极性键。 相同两原子形成的共价键，电子云对称分布在两核相同两原子形成的共价键，电子云对称分布在两核中间中间无极性无极性。 如：如：H H C

30、l Cl ( (非极性共价键非极性共价键) )- -表示带有表示带有部分部分的的正电荷正电荷。表示带有表示带有部分部分的的负电荷负电荷。+ +不相同的两个原子形成的共价键不相同的两个原子形成的共价键有极性有极性。H Cl+ +- -( (极性共价键极性共价键) ) 共价键共价键极性极性的大小是用键的的大小是用键的偶极矩偶极矩来量度的。来量度的。 键的键的极性大极性大，偶极矩偶极矩大大。 键的键的极性小极性小，偶极矩偶极矩小小。 偶极矩（偶极矩（）等于等于正正、负电荷负电荷中心中心距离（距离（d）与与 其所带其所带电荷（电荷（q）的乘积。的乘积。单位：单位：D（德拜）（德拜） 偶极距偶极距为为矢

31、量矢量，具有方向性，具有方向性，一般以一般以“ ”表示，箭头从表示，箭头从正正电荷指向电荷指向负负电荷电荷 =1.98D =1.98D =0.38D =0.38D =0.78D=0.78D =1.03D =1.03D例：例：成键原子的电负性差越大，键的极性越大。成键原子的电负性差越大，键的极性越大。= 0 D= 0 D一氯甲烷一氯甲烷 甲甲 烷烷 四氯化碳四氯化碳 = 1.94 D二氧化碳二氧化碳 O C O = 0 D 双原子双原子分子的分子的偶极矩偶极矩就是其就是其键的极性键的极性，可书写如下：，可书写如下：HCl =1.03D多原子多原子分子的分子的偶极矩偶极矩是各个价键极性的是各个价键

32、极性的矢量和矢量和。= 2.3D1.5 D例题：例题：请指出下列有偶极矩的化合物，并画出其方向请指出下列有偶极矩的化合物，并画出其方向（1）Cl2（2）HBr（3）CH3OCH3（4）CH3Cl（5）CH3Cl（6）CCl4（7）CHCl3（8）CH3OH5 5、诱导效应、诱导效应 由电负性原子产生的成键电子云在两个原子核周围成不对称分布作用，会沿着键的价键链由近至远传递，使原来非极性的键变成极性键。例如：例如：有效电荷：有效电荷：-0.713 +0.681 +0.028 +0.002-0.713 +0.681 +0.028 +0.002 这种由电负性原子（或基团）产生的极性作这种由电负性原子

33、（或基团）产生的极性作用沿化学键传递的作用称为诱导效应（用沿化学键传递的作用称为诱导效应（inductive inductive dffectdffect）断裂方式：决定于分子结构和反应条件。断裂方式：决定于分子结构和反应条件。共价键断裂有两种：共价键断裂有两种：均裂均裂（非极性键、弱极性键，非极性溶剂）（非极性键、弱极性键，非极性溶剂）异裂异裂（极性键，极性溶剂）（极性键，极性溶剂）2.2.异裂异裂-两个原子间的共用电子对不均匀的裂解两个原子间的共用电子对不均匀的裂解1.1.均裂均裂-两个原子间的共用电子对均匀的裂解两个原子间的共用电子对均匀的裂解自由基（游离基）自由基（游离基）（游离基反应

34、）（游离基反应）C Y C + Y均裂均裂（离子型反应）（离子型反应）C Y碳正离子碳正离子C + Y + +- -碳负离子碳负离子 C + Y+ +- -异裂异裂五、有机反应的基本类型（共五、有机反应的基本类型（共价键的价键的断裂）断裂） 共价键共价键是有机物中的主要价键类型，有机化合物是有机物中的主要价键类型，有机化合物之间的化学反应大都涉及到共价键的之间的化学反应大都涉及到共价键的断裂断裂和和形成形成。例如例如1-4 1-4 酸碱理论酸碱理论一、一、 Bronsred酸碱质子理论酸碱质子理论 （ Bronsred acid-base theory ）凡是能给出凡是能给出质子质子 的叫的叫

35、酸酸。如：如：HClHCl、H3O+H3O+凡是能与凡是能与质子质子 结合的叫结合的叫碱碱。如：如：ClCl- - 、H2OH2O 1 1、酸碱定义、酸碱定义 2 2、共轭酸碱定义、共轭酸碱定义酸失去质子，剩余的基团就是它的酸失去质子，剩余的基团就是它的共轭碱共轭碱 碱得到质子生成的物质就是它的碱得到质子生成的物质就是它的共轭酸共轭酸 强酸的共轭碱必是弱碱（如：强酸的共轭碱必是弱碱（如：HClHCl和和ClCl- -）弱酸（弱酸（CH3COOHCH3COOH）的共轭碱是强碱的共轭碱是强碱 （CH3COO -CH3COO -）酸碱的概念是相对的：如酸碱的概念是相对的：如HSO4-HSO4-酸 碱

36、 共轭酸 共轭碱 3 3、 酸碱反应酸碱反应 质子理论认为：任何酸碱反应都是两个共轭酸碱对之间的质子传递过程。 方方向向：较较强强的的碱碱夺夺取取较较强强的的酸酸所所给给出出的的质质子子而转化为各自的共轭弱酸和弱碱。而转化为各自的共轭弱酸和弱碱。 下列反应中何者是Bronsred酸？何者是 Bronsred碱？共轭酸、共轭碱？（2） （1） 二、二、 Lewis酸碱电子理论酸碱电子理论 （Lewis acid-base theory）酸酸酸酸：具有空轨道能接受电子对的电子接受体。具有空轨道能接受电子对的电子接受体。具有空轨道能接受电子对的电子接受体。具有空轨道能接受电子对的电子接受体。如如：B

37、F3B原子为原子为sp2杂化杂化空的空的p轨道轨道 1 1、酸碱定义、酸碱定义 酸碱反应定义为：酸碱反应定义为： 碱的孤电子对或碱的孤电子对或碱的孤电子对或碱的孤电子对或 电子通过配位跃电子通过配位跃电子通过配位跃电子通过配位跃迁到酸的空轨道中形成酸碱配合物。迁到酸的空轨道中形成酸碱配合物。迁到酸的空轨道中形成酸碱配合物。迁到酸的空轨道中形成酸碱配合物。碱：碱：具有孤电子对或具有孤电子对或 电子的电子给予体。电子的电子给予体。如：如：:NH3, :Cl- 等。等。碱碱酸酸酸碱配合体酸碱配合体酸酸碱碱酸碱配合体酸碱配合体 Lewis酸亲近负电荷中心, 具有亲电性,称亲电试剂；。如H、Br等。亲电

38、试剂具有接受电子的性质。亲电取代反应，如：亲电取代反应，如：亲电加成反应，如：亲电加成反应，如：亲电试剂2、亲电试剂和亲核试剂 Lewis碱进攻正电荷中心, 具有亲核性,称亲核试剂 。如CN、OH 等。亲核试剂具有给电子性。亲核取代反应，如：亲核取代反应，如：亲核加成反应，如：亲核加成反应，如：亲核试剂 Bronsred酸碱和Lewis酸碱是对酸碱不同的形式的理解，它们定义的酸碱有时是一致的，有时不一致。有些化合物按Bronsred定义不是酸，但按Lewis定义却是酸。 eg： BF3(酸) + : NH3 (碱) F3B-NH3 AlCl3 (酸) + : Cl- (碱) Cl3Al-Cl

39、= AlCl4- 在一般的有机化学资料中，一般泛称的酸碱都是指按Bronsred定义的酸碱，当需要涉及路易斯酸碱的概念时，都专门指出它们是Lewis酸碱。 大多数有机反应都可看成是大多数有机反应都可看成是Lewis酸碱反应，指出下酸碱反应，指出下 列离子（基团）或分子中，那些是列离子（基团）或分子中，那些是Lewis酸？那些是酸？那些是 Lewis碱？碱？ （2） (1) AlCl3都有空轨道，可以结合孤对电子都有多余的孤对电子三、三、酸碱的强弱酸碱的强弱在有机化学中关于酸的强弱，一般是指在有机化学中关于酸的强弱，一般是指BronsredBronsred定义的酸所给出质子能力的强弱。定义的酸所

40、给出质子能力的强弱。以酸性常数以酸性常数KaKa的负指数的负指数pKapKa表示。表示。pKapKa值越低值越低酸性越强酸性越强. .与与pKpKa a相应的有表示碱强度的相应的有表示碱强度的pKpKb b值，但有机值，但有机碱（例如胺类）也常常用它共轭酸的碱（例如胺类）也常常用它共轭酸的pKapKa值来值来表示碱性的强弱。表示碱性的强弱。 1-5 1-5 有机化学的研究方法有机化学的研究方法Researching methods for organic compounds1.1.分离提纯：分离提纯：蒸馏（分馏）、萃取、重结晶、蒸馏（分馏）、萃取、重结晶、 升升 华、层析、华、层析、GC、HP

41、LC、GC-MS等仪等仪 器分析方法。器分析方法。2 2纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相 色谱（色谱（GCGC）、高压液相色谱（）、高压液相色谱（HPLCHPLC）鉴定。）鉴定。3 3元素定性分析和定量分析元素定性分析和定量分析4 4经验式和分子式的确定经验式和分子式的确定5 5结构式的确定（四谱的运用）。结构式的确定（四谱的运用）。6. 6. 该化合物的合成及构效关系研究该化合物的合成及构效关系研究。 五五例：某有机物，元素分析结果为：例：某有机物，元素分析结果为： C： 60.00 %；H：13.40 % O：26.60 % 百分含量 摩尔比 最

42、小整数比C 60.00 60.00/12.01 = 5.00 5.00/1.66 = 3H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 该化合物的实验式该化合物的实验式： C3H8O 分子式：分子式：（C3H8O）n = 分子量（可用质谱法、沸 点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定） 当分子量为60时，分子式为C3H8O。 当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。 有机化学与我们的生活密切相关有机化学与我们的生活密切相关1-61-6 有机化学的重要性及其学习方法有机化学的

43、重要性及其学习方法 我我们们的的衣衣衣衣、食食食食、住住住住、行行行行无无不不与与有有机机化化学学有有关关，人人人人都都需需要要化化学学制制品品，我我们们生生活活在在有有机机化化化化学学学学世界世界世界世界里。里。有机化学是现代科学技术（如生命科学、医药有机化学是现代科学技术（如生命科学、医药 学、农业、能源、材料科学、食品、日用化工）学、农业、能源、材料科学、食品、日用化工） 的重要基础学科的重要基础学科生命、医药、材料科学中的化学问题是有机化生命、医药、材料科学中的化学问题是有机化 学发展的重要推动力学发展的重要推动力资源和环境问题的解决需要有机化学资源和环境问题的解决需要有机化学是一门基

44、础化学，专业基础课是一门基础化学，专业基础课是一门重要的考研课程是一门重要的考研课程 要重视这门课要重视这门课理解：学习过程中，要及时弄懂和掌握各章节理解：学习过程中，要及时弄懂和掌握各章节 的重点和难点。的重点和难点。 记忆：在理解的基础上做必要的记忆。如对记忆：在理解的基础上做必要的记忆。如对有机化合物的构造式、命名、基本性质等在开有机化合物的构造式、命名、基本性质等在开始学习时要反复的强化记忆。始学习时要反复的强化记忆。 应用应用 多思考，勤练习多思考，勤练习 ，善总结，善总结有机化学学习方法有机化学学习方法 1. 按元素组成分类：按元素组成分类：非烃类：非烃类： 含含C、H、O、N、S

45、、X等等元素。元素。烃类：烃类： 仅含仅含C、H两种元素。两种元素。1-7 1-7 有机化合物的分类有机化合物的分类 2. 按碳骨架分类：按碳骨架分类：不饱和不饱和 碳环化合物碳环化合物芳香族芳香族 CH3CH2CH2CH3CH3CH=CHCH3开链化合物开链化合物饱和饱和脂环族脂环族CH3CH2OH（脂肪族）（脂肪族） 杂环化合物杂环化合物 3. 按官能团分类按官能团分类 官能团：化合物中性质较活泼，易发官能团：化合物中性质较活泼，易发生反应的原子或原子团称官能团。生反应的原子或原子团称官能团。 有相同官能团的化合物具有相似的性质，归为一类。指出下列化合物所含官能团的名称和所属类别： （2）

46、（3）（4）（5）（6）（1） 组成有机分子的原子种类不多（C、H、O、N、S、P等），但组成的化合物结构复杂，存在大量的同分异构现象。n碳链(架)异构n官能团异构n官能团位置异构n互变异构n构型异构顺反异构对映异构非对映异构构造异构立体异构n构象异构1-81-8有机化合物的表示方式有机化合物的表示方式在有机化学中不能用分子式确切的表示一个化合物在有机化学中不能用分子式确切的表示一个化合物CH3CHCH3CH3CH2CH2CH3lCH3与与CH3CH2OHCH3OCH3与与CH3CHCH3CH3CH2CH2OHlOH与与C4H10C3H8OC2H6O分子式：分子式：定义定义：这种不仅能表明分子

47、式中组成原这种不仅能表明分子式中组成原 子的种类、数目而且能表示出它子的种类、数目而且能表示出它 们之间的们之间的连接方式和顺序的图式连接方式和顺序的图式 称构造式。称构造式。例：例：1、构造式、构造式CH3-CH2-OHCH3-O-CH32、构造式的表示方法、构造式的表示方法 化合物化合物 路易斯式路易斯式 凯库勒式凯库勒式 缩简式缩简式甲烷甲烷H-C-H_HHCH4乙烯乙烯H: C : C :H:HHH-C=C-H_H HCH2=CH2另外还有另外还有键线构造式键线构造式：用键线表示碳骨架，用键线表示碳骨架，H H不必写出来，需要写出来的是不必写出来，需要写出来的是C C、H H 以外以外

48、的那些的那些原子和官能团原子和官能团。H: C :H:HH例如：例如：丁烷丁烷 CH3CH2CH2CH3 1-丁烯丁烯 CH2=CHCH2CH32-丙醇丙醇 CH3CHCH3-OH写出下列化合物的键线式写出下列化合物的键线式CH3CH2CH-CHCH(CH3)2_OH ClOHCl注意：注意：1 1、每个端点和拐点处都是、每个端点和拐点处都是C C原子。原子。 2 2、键的长度和、键的长度和“角度角度”要合适。要合适。3、同分异构体及同分异构现象、同分异构体及同分异构现象定义定义：分子式相同，构造式不同的化合分子式相同，构造式不同的化合 物互称为同分异构体。这种现象物互称为同分异构体。这种现象

49、 称为同分异构现象。称为同分异构现象。同分异构现象普遍存在。同分异构现象普遍存在。 烷烃分子式烷烃分子式 同分异构体数目同分异构体数目 C4H10 2 C5H12 3 C6H14 5 C7H16 9 C8 18 C9 35 C10 75 C20 36万多种 将下列分子结构的凯库勒式改为路易斯结构式和简化式。将下列分子结构的凯库勒式改为路易斯结构式和简化式。电子总数电子总数=1+4+12=17=1+4+12=17电子总数电子总数=4+4+6=14=4+4+6=14CH3OHHCOO-凯库勒式路易斯式键线式 将下列分子结构的简化式改为路易斯结构式、将下列分子结构的简化式改为路易斯结构式、凯库勒式和

50、键线式。凯库勒式和键线式。下列化合物分别按照官能团和碳骨架分类下列化合物分别按照官能团和碳骨架分类本章小结本章小结一、有机化合物的特性一、有机化合物的特性二、二、C原子的杂化方式原子的杂化方式 sp3、 sp2、 sp三、酸碱理论三、酸碱理论四、有机化合物的分类四、有机化合物的分类 C=C 烯烃烯烃CC炔烃炔烃-X-OHArOH-O-CHO-C=O-COOH-COOR-OCOOR-COX-CONH2-NO2-CN-NH2-N=N-卤代烃卤代烃醇醇酚酚醚醚醛醛酮酮羧酸羧酸酯酯酐酐酰卤酰卤酰胺酰胺硝基化合物硝基化合物腈腈胺胺偶氮化合物偶氮化合物-SH巯基化合物巯基化合物蒸馏装置蒸馏装置蒸馏装置蒸馏

51、装置1 1 1 1Distillation Distillation Apparatus Apparatus蒸馏装置蒸馏装置蒸馏装置蒸馏装置2 2 2 2石油醚碳酸钙颗粒色素玻璃柱色谱分离色谱分离色谱分离色谱分离色谱质谱联用仪色谱质谱联用仪贝采利乌斯贝采利乌斯是当时很有名望的化学家。是当时很有名望的化学家。17791779年年8 8月月2020日生于东约特兰省的林雪平。日生于东约特兰省的林雪平。17971797年考上乌普年考上乌普萨拉大学医学系学习，萨拉大学医学系学习，18021802年获医学博士学位。年获医学博士学位。在该学院当讲座义务助手，业余功读化学。在该学院当讲座义务助手，业余功读化学

52、。18071807年任化学教授，。年任化学教授，。18351835年皇帝查理十四晋封他为年皇帝查理十四晋封他为男爵。他把厨房改建为实验室进行科学研究工作。男爵。他把厨房改建为实验室进行科学研究工作。他的研究工作涉及许多领域：他的研究工作涉及许多领域： 在发展原子论方面，他发现了几种新元素：铈、在发展原子论方面，他发现了几种新元素：铈、 硒、钍。他还制定出近代元素符号，沿用至今。硒、钍。他还制定出近代元素符号，沿用至今。 在电化学方面，贝采利乌斯在电化学方面，贝采利乌斯18141814年提出了电化学二元论学说：年提出了电化学二元论学说： 在有机化学方面，贝采利乌斯在在有机化学方面，贝采利乌斯在1

53、8081808年最早提出年最早提出“有机化学有机化学”这个名称。这个名称。 他还发现了肌乳酸（他还发现了肌乳酸（ 1806 1806 ）、丙酮酸（）、丙酮酸（ 1835 1835 ） 。 在分析化学方面，他创始了重量分析，改进了有机元素分析方法。在分析化学方面，他创始了重量分析，改进了有机元素分析方法。贝采利乌斯贝采利乌斯( (Berzelius.J.J.Berzelius.J.J.1779-1848 1779-1848 瑞典化学家瑞典化学家) ) 贝采利乌斯贝采利乌斯的主要特点是严密性与系统性，观察精确，描述的主要特点是严密性与系统性，观察精确，描述清晰。他是生命力论的拥护者。清晰。他是生命

54、力论的拥护者。肖莱马肖莱马( (Schorlemmer.C. 1834183418921892德国有机化学家德国有机化学家) ) 肖莱马肖莱马是一位共产主义战士，同时又是是一位共产主义战士，同时又是一位优秀的化学家。一位优秀的化学家。18341834年年9 9月月3030日出生于德日出生于德国黑森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。国黑森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。18591859年进入吉森大学化学系，由于交不起学年进入吉森大学化学系，由于交不起学费，只读了一个学期中途缀学。费，只读了一个学期中途缀学。18591859年到英年到英国曼彻斯特担任欧文斯学院化学教授罗斯科国曼彻斯特担任欧文斯学院化

55、学教授罗斯科的私人助手，从此定居英国。的私人助手，从此定居英国。18611861年成为正年成为正式助手，在该院的化学实验室里工作，式助手，在该院的化学实验室里工作，18721872年开始发表论文，由于他致力于科学，年开始发表论文，由于他致力于科学，18711871年当选为英国皇家学会会员。年当选为英国皇家学会会员。18741874年任教授，年任教授，为英国第一位有机化学教授。为英国第一位有机化学教授。 肖莱马肖莱马的化学研究是从脂肪烃作为起点。的化学研究是从脂肪烃作为起点。他从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。他从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。对丙烷和庚烷分别进行氯代得到对丙烷和庚烷分

56、别进行氯代得到1-1-氯丙烷和氯丙烷和两种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。两种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。肖莱肖莱 马马测定烷烃的沸点，发测定烷烃的沸点，发现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构与性质的关系。现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构与性质的关系。 维勒维勒是因首先在实验室里从无机物是因首先在实验室里从无机物合成了有机物合成了有机物-尿素而闻名于世。尿素而闻名于世。18001800年年7 7月月3131日生于德国法兰克福。日生于德国法兰克福。18201820年考入马尔堡大学医学院，年考入马尔堡大学医学院，18211821年开始年开始对化学感兴趣，对化学感兴趣，18231

57、823年他决定放弃医学，年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。年。18251825年维勒回国，在柏林化学和矿年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。物学校和卡塞尔技术学校教化学。18361836年维勒任格丁根大学化学教授。年维勒任格丁根大学化学教授。 维勒在大学时代便致力于氰基化合维勒在大学时代便致力于氰基化合物的研究，确定了异氰酸的组成，和李物的研究，确定了异氰酸的组成，和李比希确定的雷酸结果一致，导致了对异比希确定的雷酸结果一致，导致了对异构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银, ,发现发现了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离出元素铍并命名。出元素铍并命名。18421842年他制备了碳化年他制备了碳化钙。钙。维勒维勒（Fwohler,1800,18001882,1882,德国化学家）德国化学家）1. 在下列反应中，碳原子的杂化态是否改变？在下列反应中，碳原子的杂化态是否改变？ 若有请指出杂化态类型。若有请指出杂化态类型。（2）（3）