20三月2023有機化學

OrganicChemistry授課教師：崔繼春

6#實驗樓A-103，823060220三月2023課程說明課程性質：專業(yè)基礎課學分：3學分學時：48學時周學時數(shù)：3學時（周一雙周上課）教材：汪小蘭主編，《有機化學》（第四版）高等教育出版社主要參考書：傅建熙主編，《有機化學》（第二版）高等教育出版社高鴻賓主編，《有機化學》（第三版）高等教育出版社邢其毅等主編，《基礎有機化學》（第三版）高等教育出版社20三月2023有機化學的學習1.課前預習，課堂聽課，記筆記，課后復習、作業(yè)。2.必要的記憶，結合理解，提綱挈領，把握主線—

結構與性能的關系。3.獨立、認真做習題（鞏固）——非常重要！！4.期末成績=考試成績（80%）+平時成績（20%，考勤+筆記+作業(yè)）考試題型：命名、選擇、判斷、鑒別題、完成反應、推測化合物結構式等20三月2023第一章緒論有機化合物一、有機化學的研究對象與任務

1、研究對象：有機化合物

有機化合物的組成、結構、性質及其變化規(guī)律20三月2023有機化合物及有機化學概念的演變2、從有機體內提取純的有機化合物（1773–1805）礦物－無機物、有機體－有機物1773年，首次由尿內取得純的尿素；1805年，由鴉片內取得第一個生物堿——嗎啡；1、有機化合物在生產和生活中的應用由來已久。1806年，柏則里提出“有機化學”這一名詞和“生命力”學說；有機化學：研究有機物的化學?！吧Α睂W說：有機物只有在動植物體內的生命力作用下才能形成。J.Berzelius（1779—1848）蔗糖、染料、藥物、香料20三月20234、定量測定有機化合物組成方法的確立18世紀末19世紀初，拉瓦錫等發(fā)現(xiàn)有機化合物都含碳，大多數(shù)還含氫。1848年，葛美林（LGmelin）定義有機化合物就是含碳化合物；1879年，肖萊馬提出“有機化合物是碳氫化合物及其衍生物”的定義。有機化學可以看作是碳氫化合物及其衍生物的化學。3、進入有機化合物合成時代1828年，德國化學家(F.Wohler)魏勒合成了尿素。1854年，柏賽羅(M.berthelot)合成油脂。1845年，柯爾伯（H.kolbe)合成醋酸；（水、活性碳、氯氣、硫磺）20三月20232、任務（1）分離提取天然有機物，結構、性質（2）有機物構效關系（結構與性質）；反應歷程與途徑；影響反應因素等（3）由簡單原料合成所需復雜化合物：維生素、藥物、染料、三大高分子等了解：生命體內相關的基本有機反應20三月2023有機化學是一門迅速發(fā)展的學科

1901~1998年，諾貝爾化學獎共90項，其中有機化學方面的化學獎55項，占化學獎61%20三月2023化學鍵離子鍵通過正負離子相互作用而形成的無機化合物共價鍵原子間通過共用電子對形成的有機化合物24C既不易得4個電子，也不易失4個電子。C在周期表中的位置決定C原子一般采用共用電子對的形式和其它原子結合，形成共價鍵。二、化學鍵與分子結構1、化學鍵20三月2023

共價鍵具有方向性：兩成鍵軌道的電子云必須最大程度的重疊，鍵才牢固、穩(wěn)定。

共價鍵具有飽和性：未成對電子已配對成鍵后不能再與其它原子的未成對電子配對成鍵。

·A·+2B·→B∶A∶BB-A-B2·A·→A∶∶AA=A20三月2023共價鍵的類型:σ鍵π鍵.“頭碰頭”鍵“肩并肩”鍵20三月20232、分子結構（構造）：分子中原子相互結合的順序和方式

討論原子如何結合成分子、原子的鏈接順序、分子的大小及立體形狀，以及電子在分子中的分布等問題。乙烯乙醇甲醚20三月2023

同分異構現(xiàn)象：分子式相同而結構式不同的現(xiàn)象。

同分異構體：分子式相同而結構式不同的化合物。分子式：C2H6O乙醇（b.p.=78.3℃）甲醚（b.p.=-23.6℃）同分異構現(xiàn)象和同分異構體20三月2023分子式只是表示組成分子的原子種類和數(shù)目，不能準確表示物質的結構。分子的性質不僅取決于其元素組成，更取決于分子的結構。“結構決定性質，性質反映結構”，這是有機化學教與學的主線。20三月20233、有機化合物的表示------構造式（1）路易斯式——一對電子表示一個共價鍵H..HCHH........HCCH..........HCOH......（2）凱庫勒式——一條短線表示一個共價鍵H－C≡C－HH－C＝OHH－C－HHH甲烷乙炔甲醛路易斯式凱庫勒式標出外層電子....20三月2023（3）構造簡式——省略C－H鍵和主鏈中的單鍵相同的部分可以用括號表示：（4）骨架式——省略凱庫勒式中的HCH3CH2CH2CH3CH3(CH2)2CH3(CH3)3CHCH3CHCH3CH3C–C–CCC–C–C–C20三月2023（5）鍵線式——省略C、H原子，寫出C之間的價鍵線，線的端點和交點代表一個C。CH3CH2CH2CH2CH2CH3ClCH2CH2CH2CH2OO先主后支CCCCCCClCH3CH＝CHCH2CHC≡CH12345612345612345671234567CH3CHCH2CH2CCH2CH3CH3CH2CH3CH320三月2023三、共價鍵的鍵參數(shù)決定共價鍵性質的重要鍵參數(shù)有：鍵長、鍵能、鍵角、鍵的極性1、鍵長：形成共價鍵的兩原子核間的距離單位：pm、nm(1pm=10-3nm)

鍵長與原子半徑（共價半徑）有關；與共價鍵的類型有關；與原子所連接的基團也有一定的關系。共價鍵鍵長/nm共價鍵鍵長/nm一些共價鍵的鍵長20三月20232、鍵能（鍵的牢固程度）A（氣態(tài)）+B（氣態(tài)）→A-B（氣態(tài)）-D（3）鍵能越大，說明兩個原子結合得越牢固。（1）對雙原子分子：離解能即鍵能。（2）對多原子分子：取平均離解能共價鍵形成時會放出能量，而共價鍵斷裂時會吸收能量。在標況下，

1mol氣態(tài)A-B分子完全離解為氣態(tài)的A、B原子所吸收的能量。20三月20233、鍵角在其它烷烴分子中，由于碳原子連接的情況不盡相同，相互影響的結果，其鍵角也稍有差異。丙烷分子中的∠C-CH2-C就不是109°28’，而是112°。鍵角反映了分子的空間形象兩個共價鍵之間的夾角。20三月20234、鍵的極性（1）成鍵的兩個原子存在電負性差異，形成的鍵有極性。（2）鍵矩μ=e*d。e為電荷數(shù)，d為正負電荷中心的距離。如H-H、CH3-CH3等，電子云對稱分布于兩核之間，無極性。有極性（3）鍵矩有方向：由正電荷指向負電荷20三月2023分子的偶極矩等于所有鍵的偶極矩的矢量和

熔點、沸點、溶解度（物性）分子極性對都有影響化學反應性

（化性）（4）鍵的極性可引起分子的極性。20三月20231、偶極–偶極作用力

一個極性分子帶有部分正電荷的一端與另一個分子帶有部分負電荷的一端之間的吸引作用。＋-＋-H－ClH－Cl＋-＋-H－ClCl－H極性分子之間的一種相互作用四、分子間的力20三月2023-＋＋＋＋---＋＋＋＋----它是由于電子運動產生瞬時偶極而引起的極弱的引力。2、色散力亦稱vanderWaals

(范德華)力：瞬間偶極和誘導偶極之間相反電荷的區(qū)域彼此吸引

存在于所有分子中20三月2023分子形成氫鍵必備的兩個條件:a.H原子與電負性很大的原子相連，形成裸露的質子；b.具有電負性較大、原子半徑較小、含孤電子對的原子(F、O、N)

。3、氫鍵力兩個甲醇分子之間形成的氫鍵：分子間作用力大小順序為：氫鍵力>>偶極-偶極吸引力>色散力分子間作用力是影響物理性質的主要因素。20三月2023五、有機化合物的特點1.分子結構復雜，種類繁多，數(shù)量龐大。維生素B12，分子式為：C63H88N14O14Co。20三月20235.反應速度慢，副產物多。反應條件：加熱回流、催化劑等。CH3CH2OHCH2＝CH2+CH3CH2－O－CH2CH3H+/△4.難溶于水，易溶于有機溶劑。

2.容易燃燒。

酒精、汽油(烷烴的混合物)、液化氣(甲烷為主)等都可作燃料。碳氫化合物燃燒

CO2+H20+熱量3.熔點低。

一般不超過400℃。20三月2023有機反應的本質：舊鍵的斷裂和新鍵的生成產物(product)溶劑底物(substrate)試劑(reagent)

反應物(reactants)

CCl4六、有機反應的類型有機反應(organicreactions):20三月2023發(fā)生均裂的反應條件是光照、輻射、加熱或有過氧化物存在。均裂的結果是產生了具有不成對電子的原子或原子團——自由基（游離基）。有自由基參與的反應叫做自由基反應（游離基反應）或均裂反應。1、均裂20三月20232、異裂發(fā)生異裂的反應條件是有催化劑、極性試劑、極性溶劑存在。異裂的結果產生了帶正電荷或負電荷的離子。發(fā)生共價鍵異裂的反應，叫做離子型反應或異裂反應。20三月20233、協(xié)同反應：

亦稱周環(huán)反應

反應不生成自由基或離子，而是經環(huán)狀過渡態(tài)，舊鍵的斷裂和新鍵的生成同時進行。例：20三月20234、有機反應的類型匯總20三月2023樣品分離提純元素定性定量分子量測定結構式確定合成七、研究有機化合物的一般方法20三月2023八、有機化合物的分類(1)按碳骨架分類對有機物進行分類的目的是便于介紹和討論有機化合物。20三月2023官能團——決定化合物典型性質的原子或原子團。

含有相同官能團的化合物具有相似的化學性質，是同類化合物。一些重要官能團

CCCCCOHCO

-X鹵素

-OH羥基

C-O-C醚鍵雙鍵叁鍵醛基酮基OHCO羧基-CN氰基-NO2硝基-NH2氨基-SO3H磺酸基官能團名稱官能團官能團(2)按官能團分類20三月2023小結研究對象和任務化學鍵與分子結構共價鍵的鍵參數(shù)分子間的力有機化合物的特性研究有機化合物的一般方法有機反應的類型有機化合物的分類20三月2023有機化學課件第二章烷烴20三月2023烴——分子中只含有碳和氫兩種元素的有機化合物。根據分子中碳原子連接方式，可如下分類：飽和烴－－碳原子之間均以C－C單鍵相連，其余的價鍵均為H原子所飽和。烴開鏈烴（脂肪烴）環(huán)狀烴飽和烴(烷烴)不飽和烴脂環(huán)烴芳香烴烯烴炔烴二烯烴環(huán)烷烴環(huán)烯烴單環(huán)芳烴稠環(huán)芳烴20三月2023第二章主要內容第二章烷烴§2.6自然界的烷烴§2.1烷烴的同系列、通式和同分異構現(xiàn)象§2.2烷烴的命名§2.3烷烴的結構§2.4烷烴的物理性質§2.5烷烴的化學性質20三月2023一、烷烴的通式和同系列§2.1烷烴的同系列、通式和同分異構現(xiàn)象烷烴的通式：CnH2n+2

同系列：通式相同，結構相似，組成上相差一個或多個CH2

的一系列化合物。同系列中的化合物互為同系物。

系列差：CH220三月2023二、烷烴的同分異構

1、同分異構分子式相同，結構式不同的化合物－－同分異構體；分子式相同，結構式不同的現(xiàn)象－－同分異構現(xiàn)象。對烷烴這種同分異構是由于分子中碳原子排列方式不同引起的，稱為構造異構。丙烷中的一個氫原子被甲基取代，可得到兩種不同的丁烷：

20三月20232、構造異構的書寫規(guī)則隨著碳原子數(shù)增加，同分異構體迅速增加。先直后支、先邊后心、先少后多、先簡后繁C4H10有2個異構體；C10H22有75個異構體；C20H42有366319個異構體。20三月2023三、烷烴分子中碳、氫類型1、碳的類型2、氫的類型根據與其相結合的碳原子，分別稱為伯、仲、叔氫。1oH2oH3oH1oC2oC3oC4oC(伯)(仲)(叔)(季)伯碳1oC仲碳2oC叔碳3oC季碳4oC20三月2023§2.2烷烴的命名烷烴常用的命名法有：普通命名法、系統(tǒng)命名法。一、普通命名法(習慣命名法)1.根據烷烴中碳原子的數(shù)目稱為“某烷”。甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸、十一烷…2.區(qū)分異構體。用“正、異、新等”區(qū)別。例：C5H12

戊烷正戊烷異戊烷新戊烷20三月2023烷烴分子從形式上去掉一個H原子所剩下的基團叫做烷基（-R）。3、烷基的命名表2.1一些烷基的名稱與表示異丙基(iso-propyl)i-Pr－20三月2023名稱縮寫20三月2023二、系統(tǒng)命名法（IUPAC命名法）2、帶支鏈烷烴的命名1、直鏈烷烴：與普通命名法相似，省略“正”字。（1）選主鏈選擇最長的直鏈為主鏈12345678主鏈（2）編號：取代基位次最小4-甲基辛烷（3）命名寫法取代基+母體

取代基位置號+名稱兩者中間加短橫線“—”

某烷20三月2023①選主鏈：對于相等長的碳鏈，選取含取代基最多的碳鏈（4）含多個取代基4個2個3個②編號：編號遵循最低系列原則，使取代基的位置號碼盡可能小。若有多個取代基，逐個比較，直至比出高低為止。876543213461234567835620三月2023③命名：當含有幾個相同的取代基時，用“一、二、三、四……”表示其個數(shù)，逐個標明其位次號，并用逗號分開3,4,6-三甲基辛烷1234567835687654321346當含有幾個不同的取代基時，按照“次序規(guī)則”，將“優(yōu)先”的基團列在后面，各取代基之間用半字線“–”連接。3,7–二甲基–4–乙基壬烷12345678920三月2023“優(yōu)先”基團順序：a.把與主鏈碳直接相連的原子按原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大的優(yōu)先。

例：-I＞-Br＞-Cl＞-CH3

＞-Hb.如果直接相連的原子相同，則比較第二個原子，依次類推。例：-CH(CH3)2>-CH2CH2CH3>-CH2CH3>-CH3次序規(guī)則：“優(yōu)先”基團在后20三月2023-CH=CH2:-C(CH3)3:-CH(CH3)2:優(yōu)先基團順序：-C(CH3)3>-CH=CH2

＞-CH(CH3)2c.含有雙鍵和三鍵基團可以認為連有兩個或三個相同的原子。例：比較大小:-C(CH3)3

、-CH=CH2

、-CH(CH3)220三月2023思考：下列各基團的優(yōu)先順序為？Key：54321

20三月2023命名時，順序較小的支鏈或基團列在前。命名時，取代基位次相同時，按順序規(guī)則順序小的位次小。注意CH3CH2CHCH2CH2CHCH2CH3

CH2CH3CH33—甲基—6—乙基辛烷3—ethyl—6—methyloctane20三月2023CH3-CH2-CH—CH-CH2-CH3CH3CH—CH3CH3—CHCH3CH3CH2CH2-CH—CH-CH-CH3CH3CHCH3CH3CH3CH243215673214562,5-二甲基-3,4-二乙基己烷2,3,5-三甲基-4-丙基庚烷2,3-二甲基-4-仲丁基庚烷×20三月20233、命名:中文名稱：2,3,5-三甲基己烷

英文名稱：2,3,5-trimethylhexane2、編號:第一行取代基編號為2,4,5;

第二行取代基編號為2,3,5;

根據最低系列原則,用第二行編號。1、確定主鏈:最長鏈為主鏈。多個相同取代基位次不同時，位次編號小的優(yōu)先，要符合最低系列原則。20三月2023§2.3烷烴的結構一、甲烷的結構兩個成單電子，呈2價？1、實驗事實②CO也很活潑，具有還原性，易被氧化成4價的CO2；①CH2性質極不穩(wěn)定，非常活潑，有形成4價化合物的傾向；③CH4和CO2的性質都比較穩(wěn)定；

碳有形成4價化合物的趨勢20三月2023甲烷一取代化合物的只有一種結構。

CH4中的4個C-H鍵完全相同甲烷二取代化合物只有一種結構。2、SP3雜化4個相同的軌道sp3sp3軌道形狀20三月2023構型（Constitution）：具有一定構造的分子中原子在空間的排列狀況。3、碳原子的正四面體1874年，范特霍夫提出。認為：碳原子相連的四個原子或原子團，不是在一個平面上，而是在空間分布成四面體。碳原子位于四面體的中心，四個原子或原子團在四面體是的頂點上。4個sp3雜化軌道間取最大的空間距離為正四面體構型，鍵角為109.5°20三月2023球棍模型斯陶特模型

20三月20234、甲烷C-Hσ鍵的形成H原子從四面體的四個頂點（沿軌道的對稱軸）進行重疊(因為頂點方向電子云密度最大)，形成4個σsp3-s鍵，具有σ鍵的特點。20三月2023二、其它烷烴的構型1、碳原子都是以SP3雜化軌道與其他原子形成σ鍵，碳原子都為四面體結構。2、C-C鍵長均為0.154nm，C-H鍵長為0.109nm，鍵角都接近于109.5°。20三月20233、sp3雜化碳的軌道夾角是109.5，所以烷烴中的碳鏈是鋸齒形的而不是直線。20三月2023構象——由于圍繞C-C單鍵旋轉而產生的分子中各原子或原子團在空間的排列方式。1、乙烷的構象乙烷分子中兩個甲基圍繞碳碳σ鍵旋轉時，其氫原子在空間的相對位置將不斷改變，形成無數(shù)個不同的空間排列方式，它們互為構象異構體。典型的構象：交叉式和重疊式。三、烷烴的構象20三月2023交叉式構象重疊式構象乙烷交叉式構象與重疊式構象的表示方法垂直于C－C軸將C－C軸傾斜450沿C－C軸傘式鋸架式紐曼式20三月2023乙烷構象勢能關系圖在重疊式中兩個碳上氫原子間距為229pm(小于兩個氫原子的半經之和240pm)相互間排斥，能量高。在交叉式中，兩個氫原子的間距為250pm，交叉式能量最低，兩者能差約為12KJ/mol。交叉式重疊式轉動能壘分子由一個穩(wěn)定的交叉式構象轉為一個不穩(wěn)定的重疊式構象所必須的最低能量。（25°C時轉速達1011次/秒）扭轉張力非穩(wěn)定構象具有恢復成穩(wěn)定構象的力量；20三月20232、丁烷的構象

CH3CH2CH2CH3

看成是1，2－二甲基乙烷，沿C2、C3鍵旋轉，產生各種構象，典型構象有四種：動畫(丁烷的構象)20三月2023丁烷的能量圖如下：注意：常溫下，丁烷主要是以對位交叉式存在，全重疊式實際上不存在。20三月20233、高級烷烴的構象高級烷烴的碳鏈呈鋸齒形，由于分子主要以交叉式構象的形式存在。20三月2023§2.4烷烴的物理性質外觀：狀態(tài)，顏色，氣味物理常數(shù)：

沸點（b.p.) 熔點（m.p.)

折光率(n) 旋光度[α]λ

密度（D）溶解度偶極矩（μ）

光譜特征20三月2023常溫(25℃)、常壓(1atm)下，C4以下為gas，C5至C16為liquid,C17以上為solid。一、狀態(tài)二、沸點沸點——化合物的液體蒸汽壓等于外壓(0.1Mpa)時的溫度。范德華力包括靜電引力、誘導力和色散力。沸點大小取決于分子間的作用力：分子間范德華力越大，其沸點越高。20三月2023（1）沸點一般很低（非極性，只有色散力）（2）直鏈烷烴M↑，b.p↑；原因：分子間色散力(瞬間偶極間的吸引力)與分子中原子的大小和數(shù)目成正比，分子量↑，色散力↑，因而b.p↑。20三月2023（3）相對分子質量相同、叉鏈多、沸點低。原因：支鏈多的烷烴體積松散，分子不易接近，分子間距離大，色散力小。（4）支鏈數(shù)相同：對稱性↑，b.p↑；

20三月2023化合物的固體蒸汽壓等于液體蒸汽壓時的溫度，或者分子動能能夠克服晶格能時，晶體便可熔化。取決于分子間的作用力和晶格堆積的密集度。三、熔點1、一般地，直鏈烷烴M↑，m.p↑。(C3以后)

20三月2023分子間距離緊湊，分子間力大，晶格能高分子間距離松散，分子間力小，晶格能低2、偶碳數(shù)者m.p高，奇碳數(shù)者m.p低。3、烷烴的熔點變化與分子的形狀有關。

對稱性越高，晶格能越大，m.p越高；對稱性越差，晶格能越小，m.p越低。20三月2023支鏈M↑，m.p↓(不利于晶格的緊密排列)。

對稱性↑，m.p↑；新戊烷正戊烷異戊烷CH3-C-CH3CH3CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH3CH3CH3-CH-CH2-CH3mP：-17℃-130℃-160℃對稱性逐漸增高熔點逐漸增大20三月2023四、相對密度（d）

五、溶解度

六、折光率

正構烷烴中，隨著碳鏈長度增加，折光率增大。不溶于水，易溶于有機溶劑CCl4、(C2H5)2O、C2H5OH等。碳數(shù)，則相對密度，最后近于0.78相對密度與分子引力有關，分子間引力增大，分子間的距離相應減少，故相對密度就增大。

結構相似或極性大小相近的化合物可以彼此互溶，這就是“相似相溶”的經驗溶解規(guī)律。20三月2023§2.5烷烴的化學性質烷烴中的C-C、C-H都是σ鍵，極性小，鍵能大?？傮w特點1、化學性質穩(wěn)定2、高溫、高壓、光照或有催化劑存在時，烷烴可發(fā)生一些化學反應。室溫下，對強酸，強堿，強氧化劑，強還原劑都不發(fā)生反應。烷烴的多數(shù)反應都是通過自由基機理進行的。20三月2023一、烷烴的燃燒－氧化1、完全氧化反應

（1）每增加一個CH2，平均增加燃燒熱－658.6KJ/mol。（2）支鏈烷烴比同數(shù)碳的正烷烴生成的熱數(shù)值少，比較穩(wěn)定。（3）氧化以自由基機理進行。燃燒熱20三月2023利用烷烴的部分氧化反應制備化工產品，原料便宜、易得，但產物選擇性差，副產物多，分離提純困難。