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1、有有 机机 化化 学学 Organic Chemistry淮阴师范学院化学化工学院主讲教师：周建峰（教授） E-mail: 曾昭琼主编，有机化学 （上、下册） (第四版)，高等教育出版社胡宏纹主编，有机化学 （上、下册） (第二版)，高等教育出版社北京大学主编，有机化学 (上、下册)，高等教育出版社 本本 课课 程程 主主 要要 参参 考考 书书 目目第一章第一章 绪绪 论论( (Introduction)本章重点讲解问题本章重点讲解问题一一. . 有机化学的概念有机化学的概念了解了解二二. . 共价键的一些基本概念共价键的一些基本概念掌握掌握三三. . 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物
2、的一般步骤了解了解四四. . 有机化合物的分类有机化合物的分类理解理解1. 有机化学有机化学 “ “有机化学有机化学”这一名词于这一名词于18061806年首次由瑞典化学家贝年首次由瑞典化学家贝采里乌斯（采里乌斯（J.J.BerzeliusJ.J.Berzelius）提出。当时是作为）提出。当时是作为“无机化无机化学学”的对立物而命名的。由于科学条件限制，有机化学研的对立物而命名的。由于科学条件限制，有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。因究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓而许多化学家都认为，在生物体内由于存在所谓“
3、生命力生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成的。然而在合物合成的。然而在18281828年的时候，德国化学家维勒年的时候，德国化学家维勒（F.Wohler），在实验室中成功合成了尿素（一种生物分），在实验室中成功合成了尿素（一种生物分子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大子），自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围，扩大为含碳物质的化学为含碳物质的化学( (但不包括含碳的无机化合物但不包括含碳的无机化合物) )。所以，。所以，有机化学有机化学又称为碳化合物的化学，是研究又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物有
4、机化合物的组的组成、结构、性质、合成、反应机理和应用等的学科，是化成、结构、性质、合成、反应机理和应用等的学科，是化学中极为重要的一个分支。学中极为重要的一个分支。 第一节第一节 有机化学和有机化合物有机化学和有机化合物 1848年，德国化学家葛美林年，德国化学家葛美林(L.Gmelin) 对有机化学提对有机化学提出了新的定义，即现在所用的定义：出了新的定义，即现在所用的定义：含碳化合物的化学就含碳化合物的化学就是有机化学是有机化学（Organic Chemisty is the Chemisty of Carbon Compounds） 德国共产主义者化学家德国共产主义者化学家 ，有机化学的
5、奠基人肖莱马，有机化学的奠基人肖莱马(C. Schorlemmer)提出，有机化合物是碳氢化合物及其衍生物，提出，有机化合物是碳氢化合物及其衍生物，有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学。有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学。NH4OCN （NH2)2CO注意：有机化合物中不能没有碳，但碳本身和一些注意：有机化合物中不能没有碳，但碳本身和一些简单的碳化合物不属于有机化合物。简单的碳化合物不属于有机化合物。 例如：CO、CO2、CO3、CaC2、金属羰基化合物等，它们都属无机化合物。 HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素 近年来人们关注的生命化学、材料
6、化学、金属有机化学、近年来人们关注的生命化学、材料化学、金属有机化学、配位化学均与有机化学相关。配位化学均与有机化学相关。 有机化学和人类生活有着极为密切的关系。有机化学有机化学与国民经济的各个行业的关系极为密切。有机化学是应用与国民经济的各个行业的关系极为密切。有机化学是应用学科的基础。学科的基础。 有机化学的重要性有机化学的重要性 2. 有机化合物的特点有机化合物的特点 熔点、沸点低熔点、沸点低(low m.p. and b.p.)，热稳定性差；，热稳定性差；一般400m.p.（NaCl）= 801；b.p.（NaCl）= 1413 容易燃烧容易燃烧(inflammable)，生成，生成C
7、O2和和H2O ；但但CCl4 不但不燃烧，而且可以作灭火剂不但不燃烧，而且可以作灭火剂 难溶于极性大的水难溶于极性大的水(immiscible with water)，易溶，易溶于非极性的有机溶剂；于非极性的有机溶剂；但但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2 等易等易溶于水溶于水 OH OH OH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。 分子组成复杂(complicated structure)，异构现象普遍存在。反应条件催化剂加热光照（活化分子）（增加分子热运动） 反应速度慢、副反应多(multiple reactions)；所以写有机
8、反应式常用“ ”而不用“ ”CH3CH2CH3 + Cl2huCH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3ClCH3CH2CHCl + ClCH2CH2CH2ClClCH3CHCH2Cl + CH3-C-CH3ClClCl异构体异构体(isomers) 构造构造 反应及速率反应及速率 离子反应离子反应 可燃性可燃性 溶解性溶解性 熔点熔点 化学结合化学结合 构成元素构成元素 较简单，较少异构现象较简单，较少异构现象复杂，常有异构现象复杂，常有异构现象较无副反应，且反应速较无副反应，且反应速率较快率较快常有副反应的可能，所以较复杂，常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，但因
9、非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂故常需催化剂一般为电解质，常为离一般为电解质，常为离子反应子反应一般为非电解质，所以多数为非一般为非电解质，所以多数为非离子反应离子反应不燃的较多不燃的较多在空气中多数会燃烧在空气中多数会燃烧一般溶于水，但不溶于一般溶于水，但不溶于有机溶剂有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂一般较高一般较高一般较低一般较低离子结合离子结合共价结合共价结合约约100种全部元素种全部元素主要主要C、H、O、N、P、S、X比较少比较少非常多（约非常多（约4000万种）万种）种类种类 无机化合物无机化合物有机化合物有机化合物 有机和无机的差別有机和无机
10、的差別 (1) 成键的两个原子具有未未成成对对电电子子且且自自旋旋相相反反时，就可偶合配对，每一对电子成为一个共价键。 (2) 共共价价键键具具有有饱饱和和性性。若一个原子的未成对电子已配对，它就不再与其它原子的未成对电子配对。 (3) 共价键具有方向性共价键具有方向性。轨道重叠时重叠的程度最大。1.价键理论价键理论(又称电子配对理论又称电子配对理论)一、共价键理论一、共价键理论共价键理论共价键理论共价键理论共价键理论价键理论价键理论价键理论价键理论(VB(VB法法法法) )分子轨道理论分子轨道理论分子轨道理论分子轨道理论(MO(MO法法法法) )第二节第二节 共价键的一些基本概念共价键的一些
11、基本概念2. 分子轨道理论分子轨道理论原子轨道分子轨道相同点最低能量原理最低能量原理：电子从能量最低的轨道排起，按能量的增高依次排上去洪特规则洪特规则：电子尽量占据最多的能级相同的轨道，且自旋方向相同鲍林原理鲍林原理：每个轨道最多容纳两个电子，且自旋方向相反不同单单中心多多中心用s,p,d,f表示用, 表示二、共价键的键参数二、共价键的键参数1. 键长键长(bong length) 一般共价键越短，键越强，越牢固。一般共价键越短，键越强，越牢固。注意：注意： 不同的共价键有不同的键长不同的共价键有不同的键长不同化合物，其相同的原子核间的键长稍有差别不同化合物，其相同的原子核间的键长稍有差别成键
12、原子的核间距，单位为成键原子的核间距，单位为nmnm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(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 0.1342. 键角键角(bond angle)两共价键之间的夹角两共价键之间的夹角两共价键之间的夹角两共价键之间的夹角键长键长、键角键角决定着分子的决定着分子的立体形状立体形状。CH2CH2CH260。3
13、. 键能键能(bond energy)离解能或平均离解能离解能或平均离解能离解能或平均离解能离解能或平均离解能将将将将1mol1mol分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能量。单位：量。单位：量。单位：量。单位：kJ / molkJ / mol键能表示共价键的强度，共价键结合得牢固，则其键能就大。利用键能数据可计算出反应热。利用键能数据可计算出反应热。 H=H反应物反应物-H产物产物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
14、负值断裂断裂吸热吸热，H为为正值正值双原子双原子分子键能分子键能: :键的键的离解能离解能多原子多原子分子键能分子键能: :各个键各个键离解能的平均值离解能的平均值有机分子的键能越有机分子的键能越小，小，键就越键就越活泼；活泼；键能越键能越大，大，键键就比较就比较稳定。稳定。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 故甲烷故甲烷C-H 键的键的键能键能为：为：1661 / 4 = 415.3 kJ / mol H = 1661 kJ / mol而而CH4 C
15、 + 4H例：根据表例：根据表1-31-3共价键的键能，把下列共价键的稳定性由大共价键的键能，把下列共价键的稳定性由大到小排列，简述理由。到小排列，简述理由。解：共价键的键能数据为：解：共价键的键能数据为：共价键C-BrC-HC-ClC-I键能/kJmol-1284.5415.3338.9217.6通常键能越大，键越稳定，所以共价键的稳定性由大到小通常键能越大，键越稳定，所以共价键的稳定性由大到小排列为：排列为：C-H C-Cl C-Br C-I 在室温下分子热运动的能量约为在室温下分子热运动的能量约为63-84kJmol63-84kJmol-1-1，比一般共，比一般共价键的键能小得多，因此共
16、价键在室温下是稳定的。价键的键能小得多，因此共价键在室温下是稳定的。4. 键的极性键的极性(bond polarity)与偶极矩与偶极矩(dipole moment)相同两原子相同两原子形成的共价键，电子云对称分布在形成的共价键，电子云对称分布在两核中间两核中间无极性无极性。 如：如：H H Cl Cl (非极性共价键非极性共价键) 两两个个不不同同原原子子成成键键时时，由由于于原原子子拉拉电电子子能能力力不不同同，(分分子子中中键键合合原原子子拉拉电电子子能能力力叫叫电电负负性性)共共用用电电子子对对发发生生偏偏移移，使使一一原原子子带带部部分分负负电电荷荷(d-)，另另一一原原子子带带部部
17、分分正正电电荷荷(d+)。电电子子云云分分布布不不对对称称有有极极性性。成成键键原原子子电电负负性性差差越越大大，键键的的极极性性越越强强。H Cl(极性共价键极性共价键)键的极性大小用键的极性大小用键矩键矩(也称也称偶极矩偶极矩m)表示。表示。m =q(正正or负电荷中心的荷电量负电荷中心的荷电量)d (正负电荷中心间距离正负电荷中心间距离)单位单位: Cm(库仑库仑米米)，德拜，德拜(D) (1D=10-18厘米厘米静电单位静电单位)。偶极矩是矢量，规定其方向由正极指向负极（偶极矩是矢量，规定其方向由正极指向负极（注意：注意：电子转电子转移方向是由负极到正极）。移方向是由负极到正极）。键的
18、极性与分子极性的关系键的极性与分子极性的关系: 分子极性的大小用偶极矩表示，分子极性的大小用偶极矩表示，它是分子中各个键键矩的它是分子中各个键键矩的矢量和矢量和。= 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双原子分子的极性就是其键的极性，如：双原子分子的极性就是其键的极性，如：HCl =1.03D多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。非极性分子非极性分子非极性分子非极性分子 极性分子极性分子极性分子极性分子 三、共价键的断裂三、共价键的断裂共价键断裂有两种共价键断裂有两种：
19、均裂均裂 异裂异裂 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。1. 均裂均裂(homolysis)成键的一对电子平均分给两个原子或原子团成键的一对电子平均分给两个原子或原子团(游离基反应游离基反应) )free radical reaction自由基（游离基）自由基（游离基）C Y C + Y均裂均裂条件：非极性溶剂、条件：非极性溶剂、 光或高温光或高温2. 异裂异裂(heterolysis)成键的一对电子为某一原子或原子团所占有成键的一对电子为某一原子或原子团所占有（离子型反应）（离子型反应）ionic reactionC Y碳正离子碳正离子carbocatio
20、nC + Y + +- -碳负离子碳负离子carboanion C + Y+ +- -异裂异裂条件：极性溶剂、条件：极性溶剂、 酸碱催化酸碱催化离子型反应离子型反应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应亲电反应亲电反应 -由亲电试剂进攻而发生的反应。由亲电试剂进攻而发生的反应。亲电试剂亲电试剂(亲电体亲电体)-在反应过程中接受电子或共用在反应过程中接受电子或共用 电子电子( (属另一反应物属另一反应物分子分子) )的试剂。的试剂。特点：缺电子的正离子。如碳正离子和氢离子等。特点：缺电子的正离子。如碳正离子和氢离子等。 亲核反应亲核反应 -由亲核试剂进攻而发生的反应。亲核试剂亲核试剂(亲核体亲核体)
21、-能给出电子，在反应过程中进攻反应物中带部分正能给出电子，在反应过程中进攻反应物中带部分正电荷的碳原子。电荷的碳原子。特点：带有负电子的原子或原子团及有孤对电子对的分特点：带有负电子的原子或原子团及有孤对电子对的分子。如子。如OH-、:NH3协同反应协同反应(concerted reaction)-反应历程中不产生离子或自由基中间体，不受溶剂极性反应历程中不产生离子或自由基中间体，不受溶剂极性的影响，也不被酸碱所催化，化学键的断裂和生成是同时的影响，也不被酸碱所催化，化学键的断裂和生成是同时发生的。发生的。(周环反应周环反应)第三节第三节 研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤1、分
22、离提纯、分离提纯2、纯度的检验：、纯度的检验：物理常数的测定物理常数的测定3、元素分析和分子式的确定、元素分析和分子式的确定4、结构的确定、结构的确定5、构造式写法、构造式写法构造、构型和构象构造、构型和构象根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等光谱分析根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等光谱分析构造：是分子中原子的连接方式和顺序构造：是分子中原子的连接方式和顺序构造：是分子中原子的连接方式和顺序构造：是分子中原子的连接方式和顺序 价键式：用短线表示成键价键式：用短线表示成键点电子式：用电子对表示成键点电子式：用电子对表示成键 C HHH CHCCHHHH例：甲基橙是一个含氧酸的钠盐
23、，它含碳例：甲基橙是一个含氧酸的钠盐，它含碳51.4%、氢、氢4.3% 、氮、氮12.8% 、硫、硫9.8%和钠和钠7.0% ，写出甲基橙的实验式。，写出甲基橙的实验式。解：首先求出化合物中各原子数目之比：解：首先求出化合物中各原子数目之比：C:H:N:S:Na:O=14:14:3:1:1:3所以甲基橙的实验式为：所以甲基橙的实验式为：C14H14O3N3SNa第四节第四节 有机化合物的分类和官能团有机化合物的分类和官能团如：如：如：如：脂环化合物脂环化合物芳香族化合物芳香族化合物 C2H5-OH 、 CH3COOH如：如：CH3CH2CH3 、 CH3-CH=CH2 、CH2CH2CH2H2
24、CH2CCH2CH2H2CH2CCH2CH2如：如：分分三三大大类类2.2.碳环化合物碳环化合物3.3.杂环化合物杂环化合物1.1.开链化合物开链化合物一、按碳架分类一、按碳架分类二、按官能团分类二、按官能团分类 官能团官能团是分子中比较活泼，容易发生化学反应是分子中比较活泼，容易发生化学反应的原子或基团，的原子或基团，官能团官能团对化合物的性质起着对化合物的性质起着决定性决定性的作用。的作用。 根据根据官能团官能团不同，可将有机化合物分为：不同，可将有机化合物分为：烷烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、硝基化合物、胺羧酸、硝基化合物
25、、胺等。等。本章重点：本章重点：有机物的特点有机物的特点共价键理论的基本要点共价键理论的基本要点共价键的键参数共价键的键参数键的断裂方式键的断裂方式1.1.课前预习课前预习2.2.听课、记笔记听课、记笔记3.3.整理、归纳、总结整理、归纳、总结4.4.做习题（巩固）做习题（巩固） 非常重要！非常重要！5.5.讨论及答疑讨论及答疑学好有机化学的几个重要环节学好有机化学的几个重要环节学习中应注意的几个方面学习中应注意的几个方面1.有机化合物的有机化合物的结构结构与与反应反应2.有机有机反应反应与反应与反应机理机理有规律的反应有规律的反应特殊反应特殊反应3.有机反应的有机反应的应用应用有机合成有机合成多步反应多步反应反应反应性质性质结构结构反应物反应物产物产物? ?反应原理反应原理反应过程反应过程 机理机理反应规律反应规律简单化合物简单化合物复杂分子复杂分子
