1、Yunnan University,云南大學(xué),精品課程 Organic Chemistry,有機(jī)化學(xué)教研室 云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,有機(jī)化學(xué),前 言,有機(jī)化學(xué)是化學(xué)的一大分支。 在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)領(lǐng)域中起著及其重要的作 用。不僅在化學(xué)工業(yè)、而且在農(nóng)業(yè)、輕紡 工業(yè)、醫(yī)藥工業(yè)、國(guó)防及能源等部門中扮 演重要的角色，起著不可替代的作用。 有機(jī)化學(xué)教學(xué)計(jì)劃,一、將大量素材進(jìn)行總結(jié)歸納 二、舉一反三、觸類旁通，進(jìn)行邏輯推理 三、對(duì)空間結(jié)構(gòu)的想象 四、化學(xué)實(shí)驗(yàn)與驗(yàn)證，鞏固理論有機(jī)化學(xué) 知識(shí),學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)應(yīng)做好的準(zhǔn)備：,課前預(yù)習(xí) 課堂聽講：重點(diǎn)、要點(diǎn)及基本內(nèi)容（做筆記） 課后復(fù)習(xí)與練習(xí)：知識(shí)點(diǎn)的深化與鞏固（做

2、作 業(yè),參考文獻(xiàn)的查閱，筆記整理與擴(kuò)充） 期中考試+平時(shí)成績(jī)占30% 期末考試占70%,有機(jī)化學(xué)學(xué)習(xí)的3個(gè)重要環(huán)節(jié)：,課程的考核:,Yunnan University,云南大學(xué),精品課程 Organic Chemistry,有機(jī)化學(xué)教研室 云南大學(xué)化學(xué)科學(xué)與工程學(xué)院,第一章 緒 論,化學(xué) 是在原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié) 構(gòu)和性能以及相互轉(zhuǎn)化的科學(xué) 最初有機(jī)物大都由動(dòng)植物等有機(jī)體得到的 物質(zhì)，例如：糖、染料、酒和醋等 。,1.1 有機(jī)化學(xué)的發(fā)展,在我國(guó)古代，周朝已知用膠，漢朝發(fā)明了造紙有機(jī)物的初級(jí)認(rèn)識(shí) 性質(zhì)的應(yīng)用，非結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的了解 十八世紀(jì) 純物質(zhì) 概念：例如：從葡萄汁中獲得了酒石酸，從尿中

3、獲得尿素，從酸牛奶中取得了乳酸等 。 由于這些物質(zhì)均為從有生命的物體中獲得，（同無(wú)機(jī)物，例如：礦石、金屬相比）并且由于當(dāng)時(shí)的條件所限制，不能用人工合成，“有機(jī)”這一詞便由此而生。,1.1.2 有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象與任務(wù),有機(jī)化學(xué) 碳化合物的化學(xué)，與生命有關(guān)的化學(xué)： 著名化學(xué)家柏則里，首先引用了“有機(jī)化學(xué)”這一名字，目的是區(qū)別于其他礦物質(zhì)的化學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)。但他認(rèn)為有機(jī)物只能由生物細(xì)胞受一種特殊力量生活力的作用才會(huì)產(chǎn)生出來(lái)，人工是不能合成的，這一思想曾一度統(tǒng)治了有機(jī)化學(xué)界，阻礙了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展。,1828年，魏勒（Wholer）第一次人工合成了 尿素。 1845年，Kolbe合成了醋酸 1854年，B

4、erthelot合成了油脂 隨著科學(xué)的發(fā)展，更多的有機(jī)物被合成，“生活力”才徹底被否定，從此有機(jī)化學(xué)進(jìn)入了合成的時(shí)代。,1.2 有機(jī)化合物的特點(diǎn)(結(jié)構(gòu)影響性質(zhì)）,與無(wú)機(jī)化合物比較：無(wú)機(jī)化合物由離子鍵組成，硬度大，熔點(diǎn)高，水溶性大。 有機(jī)化合物特點(diǎn)：.分子組成復(fù)雜；.易燃； .熔點(diǎn)低；.難溶于水（同無(wú)機(jī)化合物相比，含親水基團(tuán)的例外如OH、SO3H等）；反應(yīng)速率慢；反應(yīng)產(chǎn)物復(fù)雜，負(fù)反應(yīng)多。,（是物質(zhì)溶解性能的一經(jīng)驗(yàn)規(guī)律）極性強(qiáng)的化合物易溶于極性強(qiáng)的溶劑中，極性弱或非極性化合物易溶于弱極性或非極性的溶劑中。,相似相溶原則：,數(shù)目龐大：1100多萬(wàn)種以上 組成元素少：主要含C H O N P S X

5、等，僅僅由 C、H 組成的有機(jī)物 3000 性質(zhì)獨(dú)特,結(jié)構(gòu)變化豐富多彩等（與無(wú)機(jī)化合物有較大差異） 因此 有機(jī)化學(xué) 碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué),有機(jī)化合物的一般特點(diǎn),有機(jī)化學(xué)研究任務(wù)：,1 分離、提取自然界存在地各種有機(jī)物，測(cè)定、確定其結(jié)構(gòu)、性質(zhì) 天然產(chǎn)物的提取、分離，結(jié)構(gòu)鑒定、開發(fā)與應(yīng)用研究：食品、藥物 2 研究有機(jī)物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系，有機(jī)物的反應(yīng)、變化經(jīng)歷的途徑、影響反應(yīng)的因素，揭示有機(jī)反應(yīng)的規(guī)律，以便控制反應(yīng)的有利發(fā)展方向 3 由簡(jiǎn)單的有機(jī)物（石油、煤焦油）為原料，通過(guò)反應(yīng)合成自然界存在or不存在的有機(jī)物 人們所需的物質(zhì)。如： 維生素、藥物、香料、染料、農(nóng)藥、塑料、合成纖維、合成橡膠

6、等,有機(jī)化合物的用途與作用：,1 構(gòu)成動(dòng)植物的結(jié)構(gòu)組織 蛋白質(zhì)和纖維素 2 遺傳信息物質(zhì) DNA RNA等 3 貯藏養(yǎng)分（能量）物質(zhì) 淀粉、糖、肝糖、 油脂； 4 信號(hào)、調(diào)控物質(zhì) 信息素、激素、維生素、生 長(zhǎng)素等 5 其它物質(zhì) 如色素、氣味（香臭）物質(zhì)，可 滿足人們某些特殊需求的有機(jī)物,1.3 化學(xué)鍵與分子結(jié)構(gòu),物質(zhì)的性質(zhì) 決定于分子的性質(zhì) 分子的性質(zhì) 由分子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)所決定 分子結(jié)構(gòu) 分子的空間構(gòu)型（分子在空間呈現(xiàn)的一定的幾何形狀 構(gòu)型） 化學(xué)鍵問(wèn)題（分子中將原子結(jié)合在一起的作用力就叫化學(xué)鍵）,兩種主要化學(xué)鍵：離子鍵和共價(jià)鍵 ： 1916年： Kossel 提出離子鍵理論 Lewis 提出共

7、價(jià)鍵理論 化學(xué)鍵形成的動(dòng)力 原子有達(dá)到穩(wěn)定的電子構(gòu)型的趨勢(shì)（惰性氣體外層電子構(gòu)型） 離子鍵：大多數(shù)無(wú)機(jī)物，如 NaCl等鹽類 由， 離子相互作用按最大、最有效的方式堆積而得到 共價(jià)鍵：大多數(shù)有機(jī)物，如 糖、醋、天然氣等。 通過(guò)電子的共享而達(dá)到穩(wěn)定電子構(gòu)型的方式而實(shí)現(xiàn)。,有機(jī)分子： 是由一定數(shù)目的某幾種原子按特定的方式結(jié)合形成的（共價(jià)鍵）；都有特定的大小、立體形狀（結(jié)構(gòu)） 分子中各個(gè)原子的連接順序，方式（通過(guò)什么化學(xué)鍵連接）直接關(guān)系著分子的性質(zhì)。,1.3.1 價(jià)鍵理論,量子化學(xué)中的一個(gè)重要的近似方法： 要點(diǎn)： 1 自旋方向相反的未成對(duì) 電子互相接近（作用） 而形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵； 2 一個(gè)未成對(duì)電

8、子 一旦配對(duì)，就不能與其他的未 成對(duì)電子配對(duì) 共價(jià)鍵的飽和性； 3 共價(jià)鍵的形成實(shí)質(zhì)上是 電子云的重疊:電子云的 重疊越多，形成的共價(jià)鍵就越強(qiáng) 共價(jià)鍵的 方向性。,飽和性：原子核外層可用于共用成鍵的電子數(shù)一定，即所能生成的共價(jià)鍵的數(shù)目有限（飽和） 方向性：成鍵軌道有方向各化學(xué)鍵間具有一定的角度。 鍵 ：沿鍵軸方向由電子云重疊而形成的化學(xué)鍵, 鍵 的電子云是圍繞鍵軸對(duì)稱分布的,共價(jià)鍵特性：,共價(jià)鍵的屬性,1.共價(jià)鍵的鍵能: 表示化學(xué)鍵牢固的程度 對(duì)雙原子分子：AB AB A. B. 裂解能 鍵能 對(duì)多原子分子：鍵能為平均裂解能 鍵能越大，兩個(gè)原子結(jié)合越牢固，鍵越穩(wěn)定 可以利用共價(jià)鍵的鍵能來(lái)計(jì)算反

9、應(yīng)中的熱效應(yīng)（P12）,2. 共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)：分子中兩原子間的平衡距離 鍵長(zhǎng)越短，表示鍵越強(qiáng)、越牢固 常見共價(jià)鍵鍵長(zhǎng),3.共價(jià)鍵的鍵角：共價(jià)鍵之間的夾角 鍵長(zhǎng)和鍵角決定著分子的立體形狀 例如： CH4 中的所有的 HCH鍵角 為109 0 28 而丙烷中的 CCH2C 鍵角 為 112 0,4. 共價(jià)鍵的極性： 相同原子構(gòu)成的共價(jià)鍵 無(wú)極性 不同原子構(gòu)成的共價(jià)鍵 極性共價(jià)鍵（強(qiáng)or弱） 鍵的極性 共價(jià)鍵上電子云分布的不均勻性造成的；原因：組成共價(jià)鍵的原子的電負(fù)性的差異（不同），說(shuō)到底是 電子效應(yīng)。 鍵的極性與分子的物理化學(xué)性質(zhì)密切相關(guān)。 影響（作用）：物理常數(shù) bp，mp等；反應(yīng)類型；對(duì)其周圍化

10、學(xué)鍵的反應(yīng)活性,鍵的極性以偶極矩 表示，單位 德拜D（Debye） 偶極矩 是一個(gè)向量，用 表示其方向，箭頭指向負(fù)電中心。 共價(jià)鍵的偶極矩 在 0.4 3.5 D 之間，偶極矩越大，鍵的極性就越強(qiáng)； 注意：鍵的極性和分子的極性的差異與共性（相同）： 一個(gè)分子中的化學(xué)鍵有極性，分子并不一定為極性 分子。如：氯甲烷分子 極性分子 而 四氯甲烷 非極性分子,一些常見共價(jià)鍵的偶極矩,理論基礎(chǔ)及基本概念,1：路易斯學(xué)說(shuō) 1916年，他解釋原子的電子可以配對(duì)成鍵（共價(jià)鍵），使原子可形成穩(wěn)定的惰性氣體的電子構(gòu)型。例：象F、C核外有8個(gè)電子，統(tǒng)稱為“八偶體”規(guī)則，這種用共價(jià)鍵結(jié)合的外層電子，表示的電子結(jié)構(gòu)式稱

11、路易斯結(jié)構(gòu)。,2. 凱庫(kù)勒（Kekul.A）及 古柏爾（Couper.A）的兩個(gè)重要原則 （1） 碳原子是四價(jià)的：即可與四個(gè)原子結(jié)合成鍵 。 例如：,（2） 碳原子的自相結(jié)合成鍵 ： C與C可用一價(jià)自相結(jié)合成碳碳單鍵，最后形成碳鏈。 例如：三個(gè)碳原子自相結(jié)合，結(jié)構(gòu)如下圖；四個(gè)碳原子自相結(jié)合，有兩種排列，結(jié)構(gòu)如下： 三原子結(jié)構(gòu) 四原子結(jié)構(gòu)1 四原子結(jié)構(gòu)2 若為烴，其余價(jià)用H填補(bǔ)。,構(gòu)造式：上式中，代表著分子中原子的種類，數(shù)目和排列的次序，稱為構(gòu)造式。 結(jié)構(gòu)：建筑結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)： （August Kekul）認(rèn)為分子是由各原子結(jié)合起來(lái)的一個(gè)“建筑物”，原子好象木架和磚石，不僅他們連接有一定的次序，而且建

12、筑物有一定的式樣和形象（這是一種建筑觀點(diǎn)的分子結(jié)構(gòu)） 化學(xué)結(jié)構(gòu)觀點(diǎn)： 不特列洛夫（Butlerov，A，1861）認(rèn)為一個(gè)化合物的化學(xué)性質(zhì)，取決于分子中一定數(shù)目彼此結(jié)合的原子之間的相互關(guān)系及結(jié)合方式，這種關(guān)系就代表了該化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)。,一些基本概念：,單鍵：兩個(gè)原子各用一個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為單鍵。 雙鍵：兩個(gè)原子各用兩個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為雙鍵。 叁鍵：兩個(gè)原子各用三個(gè)電子共價(jià)成鍵，稱為叁鍵。 直鏈：象上圖中三個(gè)或四個(gè)或更多個(gè)碳原子，相連成一條直線稱為直鏈。 支鏈：象上圖中三個(gè)碳原子相連形成一條直鏈，中間一個(gè)碳原子與另一個(gè)碳原子相連形成分支的鏈，稱為支鏈。,3. 分子間力：, 范德華力： 取向

13、力； 誘導(dǎo)力； 色散力。 氫鍵：當(dāng)氫原子與一個(gè)原子半徑較小，而電負(fù)性又很強(qiáng)并帶有未共用電子對(duì)的原子Y（F、O、N）結(jié)合時(shí)產(chǎn)生。 強(qiáng)調(diào)直接相連。,1.3.2 原子軌道和分子軌道,一.概念： 1.原子軌道:原子中電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)叫原子軌道.原子中的電子有s電子,p電子等,它們相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)為s軌道和p軌道.,2.分子軌道：分子中的電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由原子軌道的重疊而形成，共價(jià)鍵可用原子軌道的重疊形成的分子軌道來(lái)描述； 用波函數(shù) 表示。,二. 價(jià)鍵法和分子軌道法,1. H原子的電子構(gòu)型:1s1 ， H和H形成H2: 價(jià)鍵法: H-H鍵的電子云圍繞鍵軸成對(duì)稱分布,叫鍵. (p軌道和p軌道之間也可形成鍵),

14、分子軌道理論:,2. C原子電子構(gòu)型: 1s22s22px12py12pz0 C 原子以雜化狀態(tài)存在能量更低,更穩(wěn)定: 1s22s12px12py12pz1. 雜化方式有3種:,SP3雜化正四面體,1）SP3雜化,2） SP2雜化軌道,SP2雜化 平面型結(jié)構(gòu),3） SP 雜化,SP 雜化 直線型結(jié)構(gòu),當(dāng)C原子成鍵時(shí),如: H2C=CH2(乙烯),其中 C原子為sp2雜化: 價(jià)鍵法:,形成了5個(gè)鍵.,分子軌道理論: 鍵 的形成,鍵比鍵能量低., HC CH(乙炔),其中C原子為sp雜化. 價(jià)鍵法：,形成了3個(gè)鍵.,分子軌道理論： CH3 CH3(乙烷), sp3雜化,更加復(fù)雜,1.3.3 共振論

15、簡(jiǎn)介,自學(xué),1.4 研究有機(jī)化學(xué)物的一般方法,1 分離純化 獲得純品（單一化合物 或 單體） 2 純物質(zhì)的物理常數(shù)測(cè)定：bp，mp，折射率，旋光等 3 純物質(zhì)的定性和定量分析：確定組成元素，官能團(tuán)數(shù)量，實(shí)驗(yàn)式等 4 物質(zhì)結(jié)構(gòu)的測(cè)定與表征：分子結(jié)構(gòu)（原子在分子中的連接順序、分布方式等） 5 人工合成，性能與結(jié)構(gòu)的研究,有機(jī)物研究的一般程序,1.5 有機(jī)反應(yīng)的基本類型,化學(xué)反應(yīng) 涉及分子中化學(xué)鍵的斷裂，即舊化學(xué)鍵的裂解斷裂，新的化學(xué)鍵的形成，同時(shí)生成新的分子的過(guò)程。 以化學(xué)鍵斷裂的方式分類：有機(jī)分子的CY為例： C:Y C + Y 均裂 生成 自由基（游離基） C:Y C:- + Y+ 異裂 碳負(fù)

16、離子生成： 碳正離子C+ 和 陰離子 Y-,斷裂方式?jīng)Q定于：分子的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)的條件,自由基型反應(yīng)：按照均裂進(jìn)行的反應(yīng)叫游離基型反應(yīng) or 自由基型反應(yīng)：烷烴的鹵代反應(yīng)等 離子型反應(yīng)： 按照異裂方式進(jìn)行的反應(yīng)叫 離子型反應(yīng)：如鹵代烴的取代反應(yīng)。 協(xié)同反應(yīng)： 如周環(huán)反應(yīng)：特點(diǎn)舊鍵的斷裂和新鍵的形成是同時(shí)發(fā)生的；反應(yīng)過(guò)程中不生成 游離基 或 離子活性中間體。,共價(jià)鍵的斷裂方式：決定于分子的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)條件 中性分子： 異裂成正、負(fù)離子所需能量 E 均裂成自由基， 約大于 400KJ/ mol 因此： 在氣相或惰性溶劑中：光照或高溫下 均裂為主 自由基型反應(yīng) 在極性溶劑中，或在酸、堿催化下 異裂為主 離

17、子型反應(yīng),1.6 有機(jī)化合物的分類,一、根據(jù)碳架分為3類： 開鏈化合物 :也稱脂肪族化合物 碳環(huán)化合物:分子中碳鏈兩端閉合形成環(huán)， 成為環(huán)狀化合物： a 脂環(huán)族化合物； b 芳香族化合物 雜環(huán)化合物, 開鏈化合物：碳架成直鏈或帶支鏈無(wú)環(huán)） 包括：烷烴、稀烴、炔烴等。 例如：,由于此類化合物最初是從油脂中發(fā)現(xiàn)的，也稱為 脂肪族化合物。,幾種不同表示方法：,蛛網(wǎng)式 縮寫式 鍵線式,(2)碳環(huán)化合物（環(huán)狀化合物）： A 脂環(huán)族化合物：碳碳連接成環(huán)，環(huán)內(nèi)可有雙鍵、叁鍵。性質(zhì)與脂肪族化合物相似。,B 芳香族化合物：（分子中含有一個(gè)或多個(gè)苯環(huán)）分子中含有一個(gè)由碳原子組成的在同一平面內(nèi)的閉環(huán)共軛體系，在性質(zhì)上與脂肪族化合物區(qū)別較大。,典型的芳香環(huán)：,3 雜環(huán)化合物：由碳原子及