有機(jī)化學(xué)OrganicChemistry主講人:汪世新

第一章緒論

Introduction

一、有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象

有機(jī)化合物的最初定義

1777年，瑞典化學(xué)家Bergman將從動(dòng)、植物體得到的物質(zhì)稱為有機(jī)物，例如酒、醋、中草藥等，從礦物體得到的物質(zhì)稱為無機(jī)物。

十八世紀(jì)末期化學(xué)家從動(dòng)物、植物中提取了一系列純的有機(jī)化合物。什么是有機(jī)化學(xué)？為什么要學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)？

1769年，葡萄汁→酒石酸酸牛奶→乳酸

1773年，尿→尿素

1805年，鴉片→嗎啡有機(jī)化合物的組成元素：

C,H,O,N,X,S,P

1848年，德國(guó)化學(xué)家L.Gmelin（葛霉林）提出：有機(jī)化合物是碳化合物，有機(jī)化學(xué)是碳化合物的化學(xué)。

現(xiàn)在的定義：

有機(jī)化學(xué)是碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué)。

TheChemistryofCarbonCompounds

(excludesinorganicmetalsaltssuchascarbonatesandcyanidesandexcludescarbondioxide)

幾十億年之前原始大氣層：

CH4,H2,NH3,H2O高能量輻射

碎片氨基酸甲醛嘌呤嘧啶

蛋白質(zhì)

糖DNA

DNA，蛋白質(zhì)（大分子）原始細(xì)胞漫長(zhǎng)自然選擇過程地球各種生物有機(jī)化學(xué)和生命科學(xué)密切相關(guān)。

1953年美國(guó)科學(xué)家H.C.Urey（諾貝爾獎(jiǎng)獲得者）發(fā)現(xiàn)，甲烷、氫、水和氨的混合物在電火花的作用下，能生成氨基酸等構(gòu)成生物體的許多有機(jī)物。

二十一世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代，人們已經(jīng)能從分子水平上去探索生命現(xiàn)象的本質(zhì)，將生命現(xiàn)象歸結(jié)為分子的形成、運(yùn)動(dòng)和化學(xué)變化過程。這就要求我們運(yùn)用有機(jī)化學(xué)理論知識(shí)，深入探討組成生物體的各種有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，以及在生物體內(nèi)的合成、分解、轉(zhuǎn)化和代謝規(guī)律。

二、有機(jī)化合物的特點(diǎn)

1．組成上的特點(diǎn)：

(1)組成有機(jī)化合物的元素并不多，絕大多數(shù)有機(jī)化合物只是由碳、氫、氧、氮、鹵素、硫、磷等少數(shù)元素組成，而且一個(gè)有機(jī)化合物分子中只含其中少數(shù)元素。但是，有機(jī)化合物的數(shù)量卻非常龐大，目前已知的有機(jī)化合物有二千多萬種，而無機(jī)物卻不到一百萬種。

(2)分子組成復(fù)雜例如：維生素B12

C63H90N14PCo1976年通過90多步反應(yīng)，經(jīng)過11年，由100多名世界上著名化學(xué)家參與，維生素B12終于合成成功。維生素B12

2．結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)

(1)在有機(jī)分子中原子之間主要通過共價(jià)鍵結(jié)合，大多數(shù)都是共價(jià)化合物。

(2)碳原子相互結(jié)合的能力很強(qiáng)?？梢曰ハ嘟Y(jié)合形成碳鏈或碳環(huán)（可以形成單鍵、雙鍵或三鍵）。一個(gè)有機(jī)化合物的分子中碳原子的數(shù)量少則僅一、二個(gè)，多則可達(dá)幾千、幾萬甚至幾十萬個(gè)（有機(jī)高分子化合物）。

(3)同分異構(gòu)現(xiàn)象

具有相同分子式但結(jié)構(gòu)不同的化合物稱為同分異構(gòu)體，這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象。例如：Formula：C2H6O

存在乙醇和二甲醚兩種同分異構(gòu)體。

C9H20

：有35種異構(gòu)體。3．性能上的特點(diǎn)

(1)容易燃燒例如：乙醚、汽油、甲烷（沼氣）等。

(2)熔點(diǎn)低有機(jī)化合物熔點(diǎn)比較低，而無機(jī)化合物熔點(diǎn)較高。例如:NaCIm.p801℃，b.p1478℃

CH3CH2CIm.p-136.4℃，

b.p12.3℃原因：有機(jī)化合物晶體一般是分子型晶體。

（3）難溶于水根據(jù)相似相溶原理，水是極性分子，而有機(jī)物大多是非極性分子或極性較弱的分子。

（4）反應(yīng)速度慢例如：

RCl要和Ag+反應(yīng)，首先要打開R-Cl鍵，才能與Ag+反應(yīng)?？炻?5)副反應(yīng)多有機(jī)分子組成復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)有機(jī)分子的各個(gè)部分都會(huì)受到影響，即反應(yīng)時(shí)并不限定在分子某一部位。因此一般有主反應(yīng)、副反應(yīng)。主反應(yīng)產(chǎn)率達(dá)到70-80%就是比較滿意的反應(yīng)。

上述情況不是絕對(duì)的，例如：四氯化碳、乙醇和糖、TNT等。

三、有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念

酸堿概念是理解有機(jī)化學(xué)問題的重要基礎(chǔ)之一。在有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用得較為廣泛的是Br?nsted（布朗斯特）和Lewis（路易斯）酸堿理論。

1．酸堿的質(zhì)子理論

1923年布朗斯特等提出了較為廣義的酸堿理論，認(rèn)為酸是能釋放質(zhì)子的物質(zhì)，堿是能接受質(zhì)子的物質(zhì)。

CH3COOH＋

H2O

H3O+

＋CH3COO-

例如：H2SO4＋

ROH[ROH]+

＋HSO4-¨¨¨¨H酸

堿堿的共軛酸酸的共軛堿H2SO4＋

C2H5OC2H5

[C2H5OC2H5]+

＋

HSO4-¨¨¨¨H2.酸堿強(qiáng)度的計(jì)量

酸的強(qiáng)度，可以在很多溶劑中測(cè)定，但最常用的是在水溶液中，通過酸的離解常數(shù)Ka來測(cè)定的。

酸性強(qiáng)度可用pKa表示，pKa=-lgKa。Ka>1，則pKa<0，為強(qiáng)酸；若Ka<10-4，pKa>4，為弱酸。2．酸堿的電子理論

路易斯在1923年提出了一個(gè)更為廣泛的酸堿概念。他認(rèn)為酸是電子的接受體；堿是電子的給予體。酸和堿反應(yīng)是酸從堿接受一對(duì)電子，形成酸堿配合物的反應(yīng)。例如：

酸堿酸堿配合物堿

酸酸堿配合物NH3＋

BF3H3NBF3

+-AlCl3＋Cl-

[Cl3AlCl]_：

Lewis酸：能接受電子對(duì)的分子如：FeCl3，AlCl3，BF3

，

ZnCl2

等；正離子如：H+，

R+，Br+

，+NO2RC+=O等。

Lewis堿：含孤電子對(duì)的分子如：RNH2，ROH，ROR，RCHO，RCOR等；負(fù)離子如：X-，OH-，RO-，R-等；烯烴或芳香族化合物。路易斯堿就是布朗斯特定義的堿。路易斯酸與布朗斯特定義的酸不同。JohannNicolausBr?nsted

1879-1947GilbertNewtonLewis

1875-1946

四.研究有機(jī)化合物的程序和方法

1.分離提純

(1)重結(jié)晶；(2)蒸餾；(3)萃??；(4)層析法；(5)電泳法；(6)離子交換法

2.測(cè)定物理常數(shù)熔、沸點(diǎn)；相對(duì)密度；折射率；比旋光度等

3.確定分子式

進(jìn)行元素定性、定量分析，測(cè)定相對(duì)分子質(zhì)量，確定分子式。

4.結(jié)構(gòu)測(cè)定

X－衍射、各種光譜（紅外光譜、紫外光譜）、核磁共振、質(zhì)譜。

五.有機(jī)化合物的分類

1．按碳架分類開鏈化合物脂環(huán)（族）化合物芳香族化合物雜環(huán)（族）化合物

2．按官能團(tuán)分類

烯烴

炔烴

鹵代烴

醇和酚

醚

醛和酮

羧酸

胺腈

六、有機(jī)化合物構(gòu)造式的表示方法

例如：正戊烷

蛛網(wǎng)式（短線式）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式鍵線式

（用鋸齒狀曲線表示碳架結(jié)構(gòu)）

1-丁烯蛛網(wǎng)式（短線式）

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式

鍵線式

正丙醇蛛網(wǎng)式（短線式）