華科大有機(jī)化學(xué)第1章緒論

1、有機(jī)化學(xué)Organic Chemistry教材：教材：有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 2012,2 龔躍法龔躍法 鄭炎松鄭炎松 陳東紅陳東紅 張正波張正波 編著編著 有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)有機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)華中科技大學(xué)出版社華中科技大學(xué)出版社 2014,2馮文芳主編馮文芳主編參考書：參考書：1、有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 北京：人民衛(wèi)生出版社北京：人民衛(wèi)生出版社2、邢其毅、邢其毅 基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué) 北京：北京： 高等教育出版社高等教育出版社3、R.T.莫里森莫里森 R.N.博伊德博伊德有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué) 北京：科學(xué)出版社北京：科學(xué)出版社 Morrison, Robert Thornton.

2、Organic Chemistry. 6th ed. Boston: Allyn and Bacon Inc4、Philips. Bailey,Jr.Christina,Bailey. Organic Chmistry 6thEd. California Polytechnic State University , San luis Obispo有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化合物有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化合物 有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)（Organic chemistry）：）： 是研究有機(jī)化合物的來源、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成方法是研究有機(jī)化合物的來源、組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、合成方法和用途的和用途的 一門科學(xué)。一門科學(xué)。第一章第一

3、章 緒論緒論 Introduction(NH4)2OCNH2NCONH2尿素 有機(jī)化合物有機(jī)化合物（Organic compound）：）：碳?xì)浠衔锛捌溲苌?。碳?xì)浠衔锛捌溲苌?。有機(jī)化合物和無機(jī)化合物；有機(jī)化合物和無機(jī)化合物；用氰酸銨水溶液加熱可得到尿素。用氰酸銨水溶液加熱可得到尿素。有機(jī)化合物的特征有機(jī)化合物的特征 1. 數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。存在多種構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)。數(shù)量多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。存在多種構(gòu)造異構(gòu)和立體異構(gòu)。2. 多數(shù)易燃、易爆，且反應(yīng)中常產(chǎn)生有害物質(zhì)。多數(shù)易燃、易爆，且反應(yīng)中常產(chǎn)生有害物質(zhì)。3. 熱穩(wěn)定性較差，熔點(diǎn)沸點(diǎn)較低。熱穩(wěn)定性較差，熔點(diǎn)沸點(diǎn)較低。4. 多數(shù)難溶于水，而易溶于

4、非極性或低極性溶劑中。多數(shù)難溶于水，而易溶于非極性或低極性溶劑中。5. 反應(yīng)速度慢，常伴有副反應(yīng)。反應(yīng)速度慢，常伴有副反應(yīng)。 有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系 1、構(gòu)成人體及其他動(dòng)植物的很多重要物質(zhì)是有機(jī)化合物。、構(gòu)成人體及其他動(dòng)植物的很多重要物質(zhì)是有機(jī)化合物。 2、在人體內(nèi)新陳代謝過程中，許多物質(zhì)的變化過程本質(zhì)、在人體內(nèi)新陳代謝過程中，許多物質(zhì)的變化過程本質(zhì)上就是有機(jī)化合物的變化過程。上就是有機(jī)化合物的變化過程。 3、研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系。、研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與生物活性的關(guān)系。 4、研究疾病，防治職業(yè)病及職業(yè)中毒，防止和控制環(huán)境、研究疾病，防治職業(yè)病及職業(yè)中毒，防止和控

5、制環(huán)境污染。污染。 5、生命科學(xué)深入發(fā)展到分子水平，就是有機(jī)化學(xué)的研究、生命科學(xué)深入發(fā)展到分子水平，就是有機(jī)化學(xué)的研究過程。過程。 6、許多醫(yī)學(xué)后續(xù)課程（生物化學(xué)，藥理學(xué)，分子生物學(xué)，、許多醫(yī)學(xué)后續(xù)課程（生物化學(xué)，藥理學(xué)，分子生物學(xué)，免疫學(xué)等）與有機(jī)化學(xué)密切相關(guān)。免疫學(xué)等）與有機(jī)化學(xué)密切相關(guān)。對(duì)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的建議對(duì)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的建議 1、需有較好的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)，如：原子軌道類型和電子、需有較好的基礎(chǔ)化學(xué)知識(shí)，如：原子軌道類型和電子的排布；價(jià)鍵理論；雜化軌道理論；分子軌道理論等。的排布；價(jià)鍵理論；雜化軌道理論；分子軌道理論等。 2、掌握各類有機(jī)物的、掌握各類有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特征結(jié)構(gòu)特征是關(guān)鍵，是關(guān)鍵

6、，基團(tuán)效應(yīng)基團(tuán)效應(yīng)是本質(zhì)，是本質(zhì)，從中找出其性質(zhì)上的規(guī)律加以理解和記憶。從中找出其性質(zhì)上的規(guī)律加以理解和記憶。 3、各章之間是一個(gè)有機(jī)的整體，學(xué)習(xí)時(shí)需、各章之間是一個(gè)有機(jī)的整體，學(xué)習(xí)時(shí)需“步步為營(yíng)步步為營(yíng)”，不可偏頗。不可偏頗。 4、注意相互聯(lián)系，融會(huì)貫通。如：各官能團(tuán)之間相互轉(zhuǎn)、注意相互聯(lián)系，融會(huì)貫通。如：各官能團(tuán)之間相互轉(zhuǎn)化的條件；理論與應(yīng)用的相互聯(lián)系。化的條件；理論與應(yīng)用的相互聯(lián)系。 5、有機(jī)理論還需完善，要善于、有機(jī)理論還需完善，要善于歸納和比較歸納和比較，記住一些特，記住一些特殊的重要反應(yīng)。將眾多紛繁的有機(jī)反應(yīng)條理化，從而避免殊的重要反應(yīng)。將眾多紛繁的有機(jī)反應(yīng)條理化，從而避免學(xué)習(xí)中的

7、盲目性，多做練習(xí)勤思考。學(xué)習(xí)中的盲目性，多做練習(xí)勤思考。有機(jī)化合物的成鍵方式有機(jī)化合物的成鍵方式 共價(jià)鍵理論共價(jià)鍵理論 碳原子的原子序數(shù)為碳原子的原子序數(shù)為6，是元素周期表中第，是元素周期表中第A族的族的第一個(gè)元素。與其他原子鍵合時(shí)易形成共價(jià)鍵而不易第一個(gè)元素。與其他原子鍵合時(shí)易形成共價(jià)鍵而不易形成離子鍵。這樣體系的能量降低，而成鍵后可達(dá)到形成離子鍵。這樣體系的能量降低，而成鍵后可達(dá)到最穩(wěn)定的分子狀態(tài)。最穩(wěn)定的分子狀態(tài)。雜化軌道理論雜化軌道理論基本要點(diǎn)：基本要點(diǎn)： 元素的原子在成鍵時(shí)，能量相近的不同原子軌道，可以組元素的原子在成鍵時(shí)，能量相近的不同原子軌道，可以組合成新的軌道，稱雜化軌道。合成

8、新的軌道，稱雜化軌道。 雜化軌道的數(shù)目等于參與雜化的原子軌道數(shù)目，并包含原雜化軌道的數(shù)目等于參與雜化的原子軌道數(shù)目，并包含原子軌道的成分。子軌道的成分。 雜化軌道的雜化軌道的方向性更強(qiáng)，成鍵能力增大方向性更強(qiáng)，成鍵能力增大。 2s2px 2py 2pzC原子的電子排布為：原子的電子排布為：1S22S22P2電子排布方式為：電子排布方式為：yzxyzxyzxyzxs 軌道是球形對(duì)稱的，軌道是球形對(duì)稱的，p 軌道是啞鈴形的立體形狀軌道是啞鈴形的立體形狀 有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用較多的是有機(jī)化學(xué)中應(yīng)用較多的是sp3、sp2、sp三種類型的雜化軌三種類型的雜化軌道。道。 s s成份成份 p p成份成份sp3雜化

9、軌道雜化軌道 1個(gè)個(gè)s軌道和軌道和3個(gè)個(gè)p軌道混合，組成軌道混合，組成4個(gè)能量、形狀完全相同個(gè)能量、形狀完全相同而在空間伸展方向不同的新軌道，這一組合過程稱為雜化，而在空間伸展方向不同的新軌道，這一組合過程稱為雜化，所形成的新的原子軌道稱為所形成的新的原子軌道稱為sp3雜化軌道。雜化軌道。 飽和烴分子中的碳原子飽和烴分子中的碳原子和其它化合物分子中的飽和其它化合物分子中的飽和碳原子均為和碳原子均為sp3雜化。雜化。 sp3雜化軌道的幾何構(gòu)雜化軌道的幾何構(gòu)型為正四面體型。軌道之型為正四面體型。軌道之間的夾角為間的夾角為10928。（1）sp3雜化軌道雜化軌道(CH4)基態(tài)激發(fā)2S22P2SP3雜

10、化2S2P激發(fā)態(tài)SP3雜化軌道基態(tài)激發(fā)2S22P2SP2雜化SP2雜化軌道P軌道2S2P激發(fā)態(tài)1/3 s成份成份2/3 p成份成份spsp2 2雜化軌道雜化軌道 一個(gè)一個(gè)s軌道與兩個(gè)軌道與兩個(gè)p軌道進(jìn)行軌道進(jìn)行sp2雜化，形成三個(gè)能量相同、形雜化，形成三個(gè)能量相同、形狀相同，但空間伸展方向不同的三個(gè)狀相同，但空間伸展方向不同的三個(gè)sp2雜化軌道，雜化軌道，sp2雜化軌雜化軌道具有平面三角形的形狀，軌道之間的夾角為道具有平面三角形的形狀，軌道之間的夾角為120，余下的，余下的純純p軌道垂直于軌道垂直于sp2雜化軌道平面。雜化軌道平面。一般雙鍵碳原子為一般雙鍵碳原子為sp2雜化；雜化；RCH2、R

11、CH2、RCH2中碳也中碳也可以是可以是sp2雜化。雜化。（2）sp2雜化軌道：雜化軌道：基態(tài)激發(fā)2S22P22S2P激發(fā)態(tài)SP雜化SP雜化軌道P軌道 一個(gè)一個(gè)2s軌道與一個(gè)軌道與一個(gè) 2p軌道進(jìn)行軌道進(jìn)行 sp雜化，形成二個(gè)能量、雜化，形成二個(gè)能量、形狀相同，但空間伸展方向不同的形狀相同，但空間伸展方向不同的sp雜化軌道。空間幾何雜化軌道。空間幾何構(gòu)型為直線型，雜化軌道之間的夾角為構(gòu)型為直線型，雜化軌道之間的夾角為180，余下的兩個(gè)，余下的兩個(gè)純純p軌道相互垂直，且都垂直于軌道相互垂直，且都垂直于sp雜化軌道。雜化軌道。 s成份成份 p成份成份SPSP雜化軌道雜化軌道三鍵碳原子及二氧化碳三鍵

12、碳原子及二氧化碳中的碳原子為中的碳原子為sp雜化。雜化。（3）sp雜化軌道：雜化軌道：SP3雜化SP3雜化軌道SP雜化SP雜化軌道P軌道2S2P激發(fā)態(tài)激發(fā)基態(tài)2S22P2SP2雜化SP2雜化軌道P軌道P軌道雜化軌道1200SP3SP2SPCC未參與雜化的P軌道SP2SP 未參與雜化的P軌道三種原子軌道雜化的主要特點(diǎn)如下：三種原子軌道雜化的主要特點(diǎn)如下：類型類型軌道夾角軌道夾角幾何形狀幾何形狀剩下剩下p軌道數(shù)軌道數(shù)sp3sp2sp10928120180正四面體正四面體平面三角形平面三角形直線形直線形012思考題：思考題： 指出下列分子結(jié)構(gòu)式中每個(gè)指出下列分子結(jié)構(gòu)式中每個(gè)C原子的雜化類型：原子的雜

13、化類型：CH3CCH3CH2CH3C CHCH3CCH3CH3+CH2CH C OHCH3OCH31.2.3.4.5.分子軌道理論分子軌道理論 分子軌道理論的基本出發(fā)點(diǎn)是把組成分子的所有原子做分子軌道理論的基本出發(fā)點(diǎn)是把組成分子的所有原子做為一個(gè)整體來考慮，認(rèn)為分子中電子圍繞整個(gè)分子在多核為一個(gè)整體來考慮，認(rèn)為分子中電子圍繞整個(gè)分子在多核體系內(nèi)運(yùn)動(dòng)，成鍵電子是非定域即離域的。體系內(nèi)運(yùn)動(dòng)，成鍵電子是非定域即離域的。 當(dāng)原子組成分子時(shí)，形成共價(jià)鍵的電子是運(yùn)動(dòng)于整個(gè)分子當(dāng)原子組成分子時(shí)，形成共價(jià)鍵的電子是運(yùn)動(dòng)于整個(gè)分子區(qū)域。分子中價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即分子軌道，可用波函數(shù)區(qū)域。分子中價(jià)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)即分

14、子軌道，可用波函數(shù)來描述。來描述。的具體形式可用薛定諤方程求得，但很復(fù)雜。常的具體形式可用薛定諤方程求得，但很復(fù)雜。常用量子力學(xué)的近似計(jì)算法用量子力學(xué)的近似計(jì)算法-原子軌道線形組合來求。原子軌道線形組合來求。u兩原子軌道組合形成分子軌道時(shí)，必須符合三個(gè)組合原則：兩原子軌道組合形成分子軌道時(shí)，必須符合三個(gè)組合原則：能量相近原則、對(duì)稱性原則和最大重疊原則。能量相近原則、對(duì)稱性原則和最大重疊原則。u 所形成的分子軌道數(shù)目等于參與組合的原子軌道數(shù)目。所形成的分子軌道數(shù)目等于參與組合的原子軌道數(shù)目。u 每一個(gè)分子軌道具有相應(yīng)的能量，其能量隨構(gòu)成分子軌每一個(gè)分子軌道具有相應(yīng)的能量，其能量隨構(gòu)成分子軌道的原

15、子軌道類型不同以及分子軌道的重疊方式不同而異。道的原子軌道類型不同以及分子軌道的重疊方式不同而異。HOMO：Highest Occupied Molecular Orbital LUMO：Lower Unoccupied Molecular Orbital 苯分子 鍵的成鍵方式E 丁二烯 鍵的成鍵情況E共價(jià)鍵參數(shù)共價(jià)鍵參數(shù) 鍵能：鍵能：以共價(jià)鍵結(jié)合的分子在氣體狀態(tài)下裂解成原子（或原以共價(jià)鍵結(jié)合的分子在氣體狀態(tài)下裂解成原子（或原子團(tuán)）時(shí)所吸收的能量稱為該共價(jià)鍵的解離能。子團(tuán)）時(shí)所吸收的能量稱為該共價(jià)鍵的解離能。鍵長(zhǎng)：鍵長(zhǎng)：成鍵的兩個(gè)原子核之間的距離，叫鍵長(zhǎng)，一般以成鍵的兩個(gè)原子核之間的距離，叫鍵

16、長(zhǎng)，一般以pm為為單位。單位。 鍵角：鍵角：分子中一個(gè)原子與另外兩個(gè)原子形成的兩個(gè)共價(jià)鍵在分子中一個(gè)原子與另外兩個(gè)原子形成的兩個(gè)共價(jià)鍵在空間形成的夾角，被稱為鍵角。空間形成的夾角，被稱為鍵角。 共價(jià)鍵的極性與分子的極性共價(jià)鍵的極性與分子的極性例：例： Cl-Cl ； CCl4； CH3-CH2Cl 有機(jī)化合物的主要官能團(tuán)與反應(yīng)類型有機(jī)化合物的主要官能團(tuán)與反應(yīng)類型一、有機(jī)化合物的主要官能團(tuán)一、有機(jī)化合物的主要官能團(tuán) （自學(xué)）（自學(xué)）二、有機(jī)化合物的反應(yīng)類型二、有機(jī)化合物的反應(yīng)類型 （共價(jià)鍵的均裂和異裂）（共價(jià)鍵的均裂和異裂）有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念布朗斯特布朗斯特(Brnsted

17、)酸堿質(zhì)子論酸堿質(zhì)子論 擴(kuò)展到所有質(zhì)子溶劑系統(tǒng)，凡是能釋放擴(kuò)展到所有質(zhì)子溶劑系統(tǒng)，凡是能釋放H+就是酸，能接就是酸，能接受受H+的就是堿。由此形成共軛酸堿對(duì)的概念。的就是堿。由此形成共軛酸堿對(duì)的概念。CH3COOHCH3COO-+H3O+酸堿+ H2O共軛酸共軛堿路易斯路易斯(Lewis)酸堿電子理論酸堿電子理論 隨著理論的深入，關(guān)注點(diǎn)從質(zhì)子深化為電子，路易斯認(rèn)隨著理論的深入，關(guān)注點(diǎn)從質(zhì)子深化為電子，路易斯認(rèn)為凡是能給出電子對(duì)的為堿，接受電子對(duì)的為酸。為凡是能給出電子對(duì)的為堿，接受電子對(duì)的為酸。BF3+(C2H5)2O(C2H5)2O BF3“軟軟”、“硬硬”酸堿的概念：酸堿的概念： 軟酸：指受體原子的體積大，具有較低或零正電荷，極化軟酸：指受體原子的體積大，具有較低或零正電荷，極化度高，度高，LUMO的能量低。反之為硬酸。的能量低。反之為硬酸。 軟堿：指給體原子的體積大、電負(fù)性低，極化度高，易被軟堿：指給體原子的體積大、電負(fù)