有機化合物的定義及特點

有機化合物的定義及特點第一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六（一）

重點1.有機化合物的定義及特點2.共價鍵的一些基本概念3.誘導(dǎo)效應(yīng)4.有機化合物的研究方法（二）

難點1．價鍵理論2．分子軌道理論3．誘導(dǎo)效應(yīng)第二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六一、

有機化學(xué)的研究對象1．有機化合物和有機化學(xué)1）有機化合物：指碳氫化合物及以碳氫化合物衍生而得的化合物。有機化和物中，除碳和氫外，常見的元素有O.N.X.S.P等。有機化合物有一千多萬種以上。２）有機化學(xué)：研究有機化合物的化學(xué)。第三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六2．有機化合物特點1）組成元素少，但數(shù)量龐大；同分異構(gòu)現(xiàn)象、結(jié)構(gòu)式表示2）易燃；3）熔沸點低；4）難溶于水；5）反應(yīng)慢，且產(chǎn)物復(fù)雜；方程式用箭頭表示第四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六1828年

F.Wohler(維勒)將氰酸銨的水溶液加熱得到尿素：NH4CNO→NH2CONH2說明有機物可以在實驗室合成。

在十九世紀初期發(fā)展了定量測定有機化合物組成的方法，并分析了許多有機化合物。十九世紀中期以后，開始把有機化合物看作是碳化合物，有機化學(xué)看作碳化合物化學(xué)。有機化學(xué)成為一門科學(xué)。1857年，Kekule(德)提出碳原子的四價學(xué)說，在此基礎(chǔ)上發(fā)展了有機化合物結(jié)構(gòu)學(xué)說，對有機化學(xué)的發(fā)展起了很大推動作用。3．有機化學(xué)的產(chǎn)生和發(fā)展第五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六1874年，van’tHoff(荷)和LeBel(法)提出碳的四面體構(gòu)型學(xué)說，建立了分子的立體概念，開創(chuàng)了以立體觀點來研究有機化合物的立體化學(xué)（stereochemistry）。1917年，Lewis(美)用電子對來說明化學(xué)鍵的生成。1931年．Huckel(德)用量子化學(xué)的方法來解決不飽和化合物和芳烴的結(jié)構(gòu)問題。1933年，Ingold（英）用化學(xué)動力學(xué)方法研究飽和碳原子上親核取代反應(yīng)的機理。60年代，Hoffman.福井謙一（日）發(fā)現(xiàn)分子軌道守恒原理，提出前線軌道理論。80-90年代，Corey提出合成子概念，并合成出許多復(fù)雜結(jié)構(gòu)的具有生理活性的有機化合物。第六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六4．有機化學(xué)的研究內(nèi)容

1）天然產(chǎn)物的研究2）有機化合物的結(jié)構(gòu)測定3）有機化合物性質(zhì)及應(yīng)用研究4）有機合成

通過合成不但可以驗證天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的正確性，還可以得到一系列與天然產(chǎn)物結(jié)構(gòu)相似的化合物，從中篩選出性能更好的產(chǎn)物，進一步發(fā)展為工業(yè)產(chǎn)品。5）反應(yīng)機理的研究

反應(yīng)機理的研究可以加深對有機反應(yīng)的理解，有利于合理改變實驗條件，提高反應(yīng)產(chǎn)率。通過機理研究也可了解結(jié)構(gòu)與反應(yīng)活性之間的關(guān)系。

第七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六二、

共價鍵的一些基本概念1．共價鍵理論1）價鍵理論要點：（1）

原子軌道重疊，共用電子對可形成價鍵。（形成鍵的電子對在成鍵前是屬于一個原子時，形成的鍵稱配價鍵，存在電子得失時則形成離子鍵。）共用兩對電子形成雙鍵，其余類推：第八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六（2）

共價鍵具有飽和性：原子中未成鍵電子與另一原子中的某一電子配對后，不能再與第三個電子配對。（3）共價鍵具有方向性：除S軌道外，其它原子軌道都有一定的方向性，兩原子軌道只有沿著一定的方向才能達到最大重疊。第九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六2.分子軌道理論

分子軌道理論是從分子的整體出發(fā)去研究分子中每個電子的運動狀態(tài)，認為形成化學(xué)鍵的電子是在整個分子中運動的，該理論認為化學(xué)鍵是原子軌道重疊產(chǎn)生的，任何數(shù)目的原子軌道重疊可以形成同樣數(shù)目的分子軌道，如

H2的形成：

ψ2（反鍵軌道）=ψA-ψB

ψA

ψBHAHB

ψ1（成鍵軌道）=ψA+ψB第十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

ψA-ψB

σ*

ψA

ψB

ψA+ψB

σ

圖：氫分子的分子軌道第十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

S和P原子軌道之間的成鍵包括了S軌道以P軌道的軸線方向相互接近而與P軌道的一端發(fā)生最大程度的重疊，同樣形成一對成鍵σ和反鍵σ*分子軌道，例HF：σ*σ

第十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

σ*

H1sF2Px

σ圖2二個不同的原子軌道組成分子軌道的能量關(guān)系

第十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六P軌道與P軌道能形成σ分子軌道，例F2：F:2PxF:2Pxσσ*第十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

但是，當(dāng)兩個互相平行的P軌道在側(cè)面重疊形成分子軌道時，如Py-PyorPz-Pz所形成的分子軌道稱π軌道。π軌道還保留著對稱面（基面）。例：

Py（Pz）Py（Pz）ππ*第十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

原子軌道組成分子軌道時，必須符合三個原則：

a）對稱性匹配原則

b）原子軌道重疊部分要最大c）

能量相近原則

第十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六3．共價鍵的鍵參數(shù)

1）鍵長：單位nm，一定的共價鍵的鍵長是一定的。2）鍵角：鍵角大小隨分子結(jié)構(gòu)不同而改變，它反映了分子的空間結(jié)構(gòu)。3）鍵能：雙原子分子的離域能便是鍵能。鍵能愈大，鍵愈牢固，一個分子中不同的鍵其離域能是不同的，對多原子分子而言，其共價鍵的鍵能指同類共價鍵離域能的平均值。A（氣）

+B（氣）

A—B（氣）+

鍵能第十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六4）鍵距：

例：CH3δ+Clδ-

鍵距

μ=ed

e:中心電荷

d：正負電荷中心的距離分子的偶極距是各鍵的鍵距向量和:

μ=0μ=0μ=1.94DCl-Cl(鍵距為零)第十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六4．共價鍵的斷裂1）均裂第十九頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六2）異裂離子型反應(yīng)分為親核與親電反應(yīng):

R+,CH3+

碳正離子

R-,CH3-

碳負離子第二十頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六三、誘導(dǎo)效應(yīng)

定義：誘導(dǎo)效應(yīng)是指在有機化合物中由于電負性不同的取代基的影響，使整個分子中成鍵電子云按取代基團的電負性所決定的方向而偏移的效應(yīng)。

-I效應(yīng)：

CH3δδδ+-CH2δδ+-CH2δ+→Clδ-+I效應(yīng)：

誘導(dǎo)效應(yīng)在沒有外加電場影響下也存在，它體現(xiàn)的是分子自身的性質(zhì)。誘導(dǎo)效應(yīng)一般用

I表示，飽和

C-H鍵的誘導(dǎo)效應(yīng)規(guī)定為零。

第二十一頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

當(dāng)一個原子或原子團與碳原子成鍵后，電子云偏離碳原子，稱為-I效應(yīng)。

例：

一般來說，原子吸電子能力越強，-I效應(yīng)就越大。例：

-F>-Cl>-Br>-I，-F>-OR>-NR2

，-O+R2>-N+R3第二十二頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

+I誘導(dǎo)效應(yīng)與-I誘導(dǎo)效應(yīng)相反。具有+I效應(yīng)的原子或原子團與碳原子成鍵后，可使電子云偏向該碳原子。正誘導(dǎo)效應(yīng)用+I表示。例：

具有+I效應(yīng)的原子團主要是烷基，并只有在與不飽和碳相連時才呈+I效應(yīng):（CH3）3C->（CH3）2CH->CH3CH2->CH3-第二十三頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六

上面為靜態(tài)分子中所表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)，稱靜態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)，它僅與鍵本身的極性有關(guān)。另外，在化學(xué)反應(yīng)中，由于分子受到許多外界條件的影響，例另一分子的影響，其它進攻試劑的影響，溶劑的影響等等。在外界電場的作用下，分子會發(fā)生誘導(dǎo)極化，這種在外界電場影響下在化學(xué)反應(yīng)時才表現(xiàn)出來的誘導(dǎo)效應(yīng)稱為動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)。

動態(tài)誘導(dǎo)效應(yīng)往往是有機反應(yīng)得以實現(xiàn)的決定性因素。第二十四頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六四、

研究有機化合物的一般步驟1．活性初測，分離提純。2．純度檢定：熔、沸點測定，薄層層析、氣相色譜（GC）、高壓液相色譜（HPLC）鑒定。3．元素定性分析和定量分析4．經(jīng)驗式和分子式的確定

5．結(jié)構(gòu)式的確定（四譜的運用）。6.該化合物的合成及構(gòu)效關(guān)系研究。

第二十五頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六例：某有機物，元素分析結(jié)果為：C：60.00%；H：13.40%（O：26.60%）

百分含量

摩爾比

最小整數(shù)比（原子數(shù)目比）

C

60.0060.00/12.01=5.005.00/1.66=3H13.4013.40/1.008=13.2913.29/1.66=8

O26.6026.60/16.00=1.661.66/1.66=1該化合物的實驗式：C3H8O

分子式：

（C3H8O）n=分子量（可用質(zhì)譜法、沸點升高法、熔點降低法、滲透壓法等測定）

當(dāng)分子量為60時，分子式為C3H8O。

當(dāng)分子量為120時，分子式為C6H16O2。

第二十六頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六五、有機化合物的分類1．按碳架分類1）開鏈化合物2)碳環(huán)化合物

（1）脂環(huán)化合物

第二十七頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六（2）芳香環(huán)化合物

（3）雜環(huán)化合物

第二十八頁，共三十頁，編輯于2023年，星期六2．按官能團分類

官能團是指有機化合物分子中特別能起反應(yīng)的一些原子或原子團。

本書的內(nèi)容編排基本上是按照官能團分類進行講授。第二十九頁