有機化學(xué)緒論

有機化學(xué)駱薇TelrganicChemistry

緒論第一節(jié)有機化學(xué)和有機化合物

在我國古代，周朝已知用膠，漢朝發(fā)明了造紙。這是對有機物的最初人認識，它只是對其性質(zhì)的一種運用，并不了解其結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，并且這些均為混合物，對有機物純物質(zhì)的認識是近代的事。十八世紀，人們逐漸獲得了一些純物質(zhì)，例如：從葡萄汁中獲得了酒石酸，從尿中獲得尿素，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，（同無機物，例如：礦石、金屬相比）并且由于當時的條件所限制，不能用人工合成，“有機”這一詞便由此而生。

在自然科學(xué)的分支中，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)化的學(xué)科。糖，染料，酒和醋

人們對有機物的認識是逐漸由淺入深的，最初有機物指由動植物有機體得到的物質(zhì)。有機物均含有碳原子，所以現(xiàn)代有機學(xué)被定義為“碳化合物的化學(xué)”。1950年已知化合物數(shù)目有200萬種，1990年達到1000萬種，這些化合物大多數(shù)由人工合成。再例由H和O組成的化合物只有H2O，H2O2兩種。而由C和H組成的化學(xué)物質(zhì)已知的就有3000多種。碳氫化合物：分子中只含碳和氫兩種元素的化合物，又稱為烴。碳氫化合物是有機化合物的母體。碳氫化合物的衍生物：碳氫化合物中的氫原子被其它原子或基團替代后的化合物。有機化合物：含碳的化合物，或者碳烴化合物及其衍生物?？珊珻、H、O、N、P、S等元素。

有機化學(xué)及其研究對象

有機化學(xué)是研究有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、制備、性質(zhì)及其變化規(guī)律的學(xué)科。

有機化合物：含有碳氫兩種元素的化合物及其衍生物。即烴及其衍生物

有機化學(xué)是一門迅速發(fā)展的學(xué)科

1901~1998年，諾貝爾化學(xué)獎共90項，其中有機化學(xué)方面的化學(xué)獎55項，占化學(xué)獎61%二有機化合物組成和結(jié)構(gòu)的特點1.碳原子是四價的2.碳原子的自相結(jié)合成鍵三、有機化合物的特性除少數(shù)例外，一般有機化合物都含有碳和氫兩種元素，因此容易燃燒，生成二氧化碳和水，同時放出大量的熱量。大多數(shù)無機化合物，如酸、堿、鹽、氧化物等都不能燃燒。因而有時采用灼燒試驗可以區(qū)別有機物和無機物。1．易燃燒

2.熔點、沸點低無機化合物靜電力

有機化合物范德華力

NaClCH3COCH3相對分子質(zhì)量58.558.08熔點/°C801-95.35

沸點/°C146556.2

3.難溶于水，易溶于有機溶劑

水是強極性化合物。大部分無機化合物是離子鍵型化合物，易溶于水，不易溶于有機溶劑；有機化合物是共價鍵型化合物，極性小，不溶于水，易溶于有機溶劑——“相似相溶”原理。

4.反應(yīng)速度慢

無機反應(yīng)是離子型反應(yīng)，一般反應(yīng)速度都很快。有機反應(yīng)大部分是分子間的反應(yīng)，反應(yīng)過程中包括共價鍵舊鍵的斷裂和新鍵的形成，所以反應(yīng)速度比較慢。5．副反應(yīng)多，產(chǎn)物復(fù)雜

有機化合物的分子大多是由多個原子結(jié)合而成的復(fù)雜分子，所以在有機反應(yīng)中，反應(yīng)中心可以在不同部位同時發(fā)生反應(yīng)，得到多種產(chǎn)物。反應(yīng)生成的初級產(chǎn)物還可繼續(xù)發(fā)生反應(yīng)，得到進一步的產(chǎn)物。因此在有機反應(yīng)中，除了生成主要產(chǎn)物以外，還常常有副產(chǎn)物生成。

書寫有機反應(yīng)方程式時常采用箭頭，而不用等號，一般只寫出主要反應(yīng)及其產(chǎn)物，有的還需要在箭頭上標明反應(yīng)的必要條件。

6.同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在

同分異構(gòu)現(xiàn)象是指具有相同分子式，但結(jié)構(gòu)不同，從而性質(zhì)各異的現(xiàn)象。乙醇和甲醚，分子式均為C2H6O，但它們的結(jié)構(gòu)不同，因而物理和化學(xué)性質(zhì)也不相同。

乙醇b.p.78.5oC甲醚b.p.-25oC

第二節(jié)共價鍵的一般概念

化學(xué)鍵有多種形式，但最常見的是離子鍵和共價鍵。離子鍵是通過電子轉(zhuǎn)移形成的，共價鍵是通過共用電子對形成的。無機化合物是以離子鍵結(jié)合的，有機化合物是以共價鍵結(jié)合的。

一、共價鍵理論

1．原子軌道原子是由原子核和核外電子兩部分組成的。電子在核外運動的幾率分布就好像云霧一樣，因此把這種分布形象地稱為電子云。如果用一個界面把這樣的分布劃出一個區(qū)域，電子在這個區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)的幾率很大。這種電子在空間可能出現(xiàn)的區(qū)域稱為原子軌道。

1s、2p軌道的電子云示意圖

基態(tài)時碳原子核外的電子排布:

1s

2s2p

基態(tài)時，原子中的電子都按能量最低原理、互不相容原理和洪特規(guī)則排布在原子軌道中，每一個原子軌道只能容納兩個自旋方向相反的電子。

2.價鍵理論兩個原子間形成的共價鍵可以看作是兩個原子的原子軌道的重疊或電子的配對。

(1)兩個原子都有一個或多個未成對電子且自旋方向相反時，才能配對成鍵。形成的共價鍵數(shù)目等于未成對電子數(shù)目。

(2)兩個原子盡可能沿著原子軌道對稱軸方向重疊（重疊的程度最大）——方向性

(3)一個未成對電子最多只能和一個自旋方向相反的未成對電子配對成鍵——飽和性

(4)成鍵電子只能在成鍵區(qū)域內(nèi)運動——定域性

能穩(wěn)定成鍵不能穩(wěn)定成鍵不能成鍵σ鍵和π鍵

共價鍵按共用電子對的數(shù)目，分為單鍵和重鍵。單鍵：共用一對電子，用一條半短線表示。重鍵：共用兩對或兩對以上電子，用兩條或三條半短線表示。

單鍵雙鍵三鍵

按成鍵原子軌道重疊方式不同，共價鍵又可分為σ鍵和π鍵

①σ鍵

兩個成鍵原子軌道沿對稱軸方向相互重疊（頭碰頭”方式重疊）而形成的共價鍵叫σ鍵。

σ鍵的特點

ⅰ鍵有對稱軸，成鍵電子云分布近似圓柱形。

ⅱ以σ鍵連接的原子或基團可以繞鍵軸自由旋轉(zhuǎn)而鍵不致發(fā)生斷裂。

ⅲσ鍵電子云密集在兩原子核之間，受核束縛力大，較穩(wěn)定。

因σ鍵是沿原子軌道對稱軸方向重疊形成的，重疊程度大，故比較牢固，在化學(xué)反應(yīng)中比較穩(wěn)定，不易發(fā)生斷裂。σ鍵存在于一切共價鍵之中。

②π鍵

兩個成鍵原子軌道對稱軸相互平行，彼此重疊（兩個p軌道從側(cè)面“肩并肩”地重疊）而形成的共價鍵叫π鍵。

π鍵的特點

ⅰ無對稱軸，有對稱面。π鍵的電子云分散在兩核連線的上下方呈平面對稱分布。

ⅱ不能單獨存在，必須與σ鍵共存。π鍵的形成，限制了σ鍵的自由旋轉(zhuǎn)。

ⅲπ鍵電子云離核較遠，受核的束縛力較小，不穩(wěn)定，易受外界的影響而發(fā)生極化。

因π鍵電子云重疊程度較小，故鍵能較小，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時，π鍵易斷裂。具有較強的化學(xué)活性。3．碳原子的價鍵特點和雜化軌道

(1)碳原子的價鍵特點

碳原子之間相互結(jié)合或與其它原子結(jié)合時，都是通過共價鍵。有機化合物中碳原子是四價的。與其它原子或自身結(jié)合時，可以形成單鍵、雙鍵或叁鍵。碳原子在基態(tài)時，核外電子排布為：1s22s22px12py1

2s2p2p2p

(2)碳原子軌道的雜化

碳原子在基態(tài)時，只有兩個未成對電子，碳原子應(yīng)是兩價的。而在有機化合物中，碳均為4價。美國化學(xué)家鮑林，1954年獲諾貝爾化學(xué)獎，1963年獲諾貝爾和平獎。1931年，Pauling提出原子軌道雜化理論

激發(fā)態(tài)的四個原子軌道，它們的能量及形狀是不完全等同的。若用這四個原子軌道成鍵，碳原子的四個價鍵不可能是等同的。

為了解決這個矛盾，雜化軌道提出：碳原子在成鍵時，四個原子軌道可以“混合起來”進行“重新組合”，形成四個能量等同的新軌道，此過程稱為軌道的雜化。

不同種類原子軌道混合起來重新組合成新的原子軌道的過程，叫做原子軌道的雜化。

形成的新的原子軌道叫做雜化軌道。

碳原子軌道的雜化分為三種類型：

sp3雜化、sp2雜化、sp雜化實例：CH4實例：CH2=CH2實例：

二、共價鍵的屬性

1.鍵長

形成共價鍵的兩個原子核之間的平均距離稱為鍵長。鍵長的單位為nm（10-9m）。

一般說來，共價鍵鍵長越短，鍵越牢固。

2.鍵角

一個兩價以上的原子與其它原子成鍵時，兩個共價鍵之間的夾角稱為鍵角。

例如，甲烷分子中∠HCH為109°28’。而在其它烷烴分子中，由于碳原子連接的情況不盡相同，相互影響的結(jié)果，其鍵角也稍有差異。丙烷分子中的∠C-CH2-C就不是109°28’，而112°。鍵角決定著分子的空間構(gòu)型。

3.鍵能

當A和B兩個原子（氣態(tài)）結(jié)合生成A-B分子（氣態(tài)）時，放出的能量稱為鍵能。

A-B雙原子分子（氣態(tài)）離解為原子（氣態(tài)）時，所需要的能量叫做A-B鍵的離解能，以符號D（A-B）表示。對于雙原子分子，A-B鍵的離解能就是它的鍵能。鍵的離解能和鍵能單位通常用kj·mol-1表示。A（氣態(tài)）+B（氣態(tài)）→A-B（氣態(tài)）

鍵能越大，說明兩個原子結(jié)合得越牢固。鍵能表示共價鍵的牢固程度。

4.鍵的極性、分子的極性和分子間力

（1）鍵的極性鍵的極性是由于成鍵的兩個原子之間的電負性差異而引起的。

CH3δ+→Clδ-

共價鍵的極性大小可用偶極矩（鍵矩）μ來表示。

（2）分子的極性

在雙原子分子中，共價鍵的極性就是分子的極性。但對多原子的分子來說，分子的極性取決于分子的組成和結(jié)構(gòu)。多原子分子的偶極矩是各鍵的偶極矩的向量和。

μ=0μ=0μ=3.63×10-30C·m

甲烷四氯化碳三氯甲烷分子的極性對物質(zhì)的熔點、沸點和溶解度都有很大的影響。鍵的極性也能決定發(fā)生在這個鍵上的反應(yīng)類型，甚至還能影響到附近鍵的反應(yīng)活性。

（3）分子間力

①偶極—偶極作用力這種作用力產(chǎn)生在極性分子之間。使分子定向排列。這種分子間力也稱為定向力。

δ+δ-δ+δ-δ+δ-

CH3－Cl……CH3－Cl……CH3－Cl

②范德華力非極性分子在運動中可以產(chǎn)生瞬間偶極。這種瞬間偶極所產(chǎn)生的相互作用力稱為范德華力（也稱色散力）。范德華力不僅存在于非極性分子中，也可存在于極性分子中。范德華力比共價鍵作用力弱得多。

三、共價鍵的斷裂方式和有機反應(yīng)類型

在化學(xué)反應(yīng)里，同時發(fā)生舊鍵的斷裂和新鍵的生成。共價鍵有兩種斷裂方式：均裂和異裂

（1）均裂

共價鍵斷裂時，共用電子對平均分配給兩個原子，生成游離基:

具有未成對電子的原子或原子團叫做游離基。

通過游離基進行的反應(yīng)叫游離基反應(yīng)。游離基反應(yīng)一般要在光照或高溫加熱下條件進行。

..

（2）異裂共價鍵異裂時，共用電子對保留在一個原子上。異裂有兩種情況：

異裂一般需要酸、堿催化或在極性物質(zhì)存在下進行。

共價鍵異裂生成離子而引發(fā)的反應(yīng)稱為離子型反應(yīng)。第三節(jié)有機化合物的分子結(jié)構(gòu)有機化合物分子結(jié)構(gòu)式的常見書寫方法

價鍵式

結(jié)構(gòu)簡式

有機分子的立體模型凱庫勒模型（球棍模型）斯陶特模型（比例模型）甲烷分子的模型有機分子的透視式表示方法第四節(jié)有機化學(xué)中的酸堿理論

一、布朗斯特酸堿質(zhì)子理論

凡是能給出質(zhì)子的分子或離子都是酸；凡是能與質(zhì)子結(jié)合的分子或離子都是堿。

酸失去質(zhì)子，剩余的基團就是它的共軛堿；堿得到質(zhì)子生成的物質(zhì)就是它的共軛酸。

酸堿的概念是相對的，某一物質(zhì)在一個反應(yīng)中是酸，而在另一反應(yīng)中可能是堿。

在酸堿反應(yīng)中，總是較強的酸把質(zhì)子傳遞給較強的堿。（較強堿）（較強酸）（較弱酸）（較弱堿）

二、路易斯酸堿電子理論

1923年，路易斯提出酸堿電子理論:能夠接受電子對的物質(zhì)叫路易斯酸。能夠給出電子對的物質(zhì)叫路易斯堿。酸和堿的反應(yīng)可用下式表示：

A是路易斯酸，它至少有一個原子具有空軌道，具有接受電子對的能力。因此，酸是能接受外來電子對的電子接受體。如：BF3，AlCl3，SnCl2，ZnCl2，F(xiàn)eCl3；Li+，Ag+，Cu2+；R+，RCO+，Br+，NO2+，H+

等都是路易斯酸。

B是路易斯堿，它至少含有一對未共用電子對，具有給予電子對的能力。因此，堿是能給出電子對的電子給予體。如：H2O，NH3，RNH2，

ROH，ROR，，RSH；X-，OH-，RO-，SH-，R-

；烯或芳香化合物等都是路易斯堿。

路易斯酸在有機反應(yīng)中常稱為親電試劑；路易斯堿在有機反應(yīng)中常稱為親核試劑。

酸和堿反應(yīng)生成的AB叫做酸堿加合物。

AlCl3是路易斯酸，Cl－是路易斯堿，而AlCl4－是酸堿加合物。

對有機物來說，也可以看成是酸堿加合物。例如，甲烷CH4可以看成酸H+和堿CH3－的加合物；乙醇CH3CH2OH可以看成酸H+和堿CH3CH2O－的加合物。大部分無機反應(yīng)和有機反應(yīng)，都可以設(shè)想為一種路易斯酸堿反應(yīng)。

路易斯堿與布朗斯特堿兩者沒有多大區(qū)別，但路易斯酸要比布朗斯特酸概念廣泛得多。

第五節(jié)有機化合物的分類一、根據(jù)碳架不同分類1.開鏈化合物（又稱脂肪族化合物）CH3CH2CH3CH3CH=CH2

結(jié)構(gòu)特點：碳原子互相結(jié)合形成鏈狀這類化合物最初是從脂肪中發(fā)現(xiàn)的。CH3CH2CH2CH2OH2.碳環(huán)化合物（1）脂環(huán)化合物（除苯環(huán)外的碳環(huán)均為脂環(huán)）

特點：化學(xué)性質(zhì)與脂肪族化合物相似，因此稱脂環(huán)族化合物。（2）芳香族化合物（含苯環(huán)的化合物）3.雜環(huán)化合物（含雜環(huán)的化合物）二、根據(jù)官能團不同分類化合物類別官能團官能團名稱烯烴