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1、第一章 绪论,一辆汽车需橡胶 200 Kg,有机化学的重要性,一架飞机需橡胶 600 Kg,一艘35,000吨的轮船 需橡胶 60 T,生产1,000 T年 橡胶：,天然橡胶 占地3万亩，种树300万株，工人5,000 6,000人,合成橡胶 占地10亩，工人几十人。,有机化学是涉及大量天然物质和合成物质的独特的学科，这些物质直接关系到人类的衣、食、住、行。,有机化学的重要性,生物化工、功能材料、生物科学与有机化学结合，形成新的产业部门。,有机化学是一门迅速发展的学科,19011998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的 化学奖55项，占化学奖61%,1.1、有机化学及其研究对象,有机
2、化学（organic chemistry）是研究有机化合物(organic compound）的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学的科学。传统误区：有机化合物：来自有生机生物体的化合物；生物所具有的生命力是制造或合成有机物质的必要条件。,什么是有机化合物？,C8H18、C15H32、C2H5OH、C6H12O6、CH3COOH,涵义：“有生机之物”,瑞典化学家贝格曼(T.D.Bergman)于1777年将化合物分为“无机”和“有机”两大类。,从组成上看主要含有C、H 还有 O、N、X、S、P 等,“有机化学”是由当时在世界上享有盛名的瑞典化学家贝采利乌斯(Berzelius.J.
3、J.1979-1848)于1808年首先引用，以区别于矿物的化学无机化学。其引用有机化学这个名词并将有机化学与无机化学绝对分开是基于“生命力论”。,但这一成就未能立即给“生命力”论以致命的打击。由于维勒当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，“生命力”维护者争辩说：“生命力”即在维勒所用的氰酸铵中。,1828年，德国化学家维勒(F.Wohler）由氰酸铵（典型无机物）制成尿素（典型有机物）,NH4OCN H2N-CO-NH2,60,O,1854年柏赛罗（M.Berthelot）合成了油脂。,1845年德国有机化学家科尔伯（H.Kolbe）从无可争辩 的无机物制成了公认为有机物的醋酸：,1874年肖
4、莱马（Schorlemmer.C.18341892）：将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物”,1851年葛美林（Gmelin.L.17881853）和 凯库勒（Kekule.A.18291896）等：“含碳的化合物称为有机化合物”,但CO、CO2、Na2CO3、KCN 等为无机化合物,有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支。,有机化合物和有机化学,有机化合物就是含碳化合物（CO、CO2、H2CO3及其盐类的性质更接近于无机物,放在无机化学中学习）。或者说有机化合物是碳氢化合物（烃）及其衍生物。有机化学也就是研究烃及其衍生物的化学。,1.2 有机化合物的特性,可燃性热稳定性差熔点较低，
5、多为气体、液体；难溶于水，易溶于有机溶剂反应速度比较慢常发生副反应,1.2.1 有机化合物性质上的特点：,1.2.1有机化合物结构上的特点同分异构,同分异构体:分子组成相同,而结构不同的物质。同分异构现象:分子组成(分子式)相同,而结构不同的现象。,有机化合物分子结构(structure),包括:分子的构造(constitution)、构型(configuration)、构象(conformation)构造:是指组成分子的原子或基团的相互连接次序和方式。构型:是指组成分子的原子或基团的固有空间排列。构象:是指组成分子的原子或基团的相对空间排列。构型和构象都是有机物分子的立体化学状态,是在分子构
6、造相同时,组成分子的原子或基团的空间排列状态.,有机物和无机物的差別,1.3 有机化合物的化学键,1.3.1 价键理论,价键理论的三个要点：1.定域性：自旋反平行的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大；2.饱和性：每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子中的成单电子数决定成键总数；3.方向性：原子轨道有一定的方向性（s，p，d），与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此，一个原子与周围原子形成共价键有一定的角度。,原子轨道重叠情况示意图,1.3.2 分子轨道理论,1932年(美)密立根和(德)洪特提出:成键电子的运动并不局限于成键原子
7、之间,而是在整个分子的区域内,即在整个分子体系的三维空间内,都有一定的分布概率(2)，成键电子的运动是离域的.分子轨道包括:成键轨道、反键轨道(能量由低到高),分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的，该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，如 H2 的形成：,2（反键轨道）=A-BA BHA HB 1（成键轨道）=A+B,1.3.3 碳原子轨道的杂化,1931年，鲍林（Pauling L）提出原子轨道杂化理论。能量相近的原子轨道，可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道。,1.SP3杂化,
8、这是用一个2s轨道和三个2p轨道进行的杂化，故称为sp3杂化。,与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点：a).能量相等，成分相同（1/4s轨道和3/4p轨道）；b).杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强；c).sp3 杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角10928。sp3 杂化又称为正四面体杂化。,甲烷SP3杂化,2.SP2杂化,由2s轨道和两个2p轨道杂化，形成三个等同的sp2 杂化轨道。另有一个2p轨道不参与杂化。a).杂化轨道成分：1/3s轨道和2/3p轨道；b).成键能力较sp3杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；c).杂化轨道呈平面三角形，夹
9、角120。未杂化2p轨道垂直于这一平面。,SP2杂化示意图,3.SP杂化,由2s轨道和一个2p轨道杂化，形成两个等同的sp 杂化轨道。另有两个2p轨道不参与杂化。a).杂化轨道成分：1/2s轨道和1/2p轨道；b).成键能力较sp2杂化轨道弱，但较未杂化轨道强；c).杂化轨道呈直线型，夹角180。另两个未杂化2p轨道与这一直线两两垂直。,SP杂化示意图,两个,1.3.4 键和键,共价键具有方向性。按照成键的方向不同，分为键和键。键和键是两类重要的共价键。1.键：在甲烷分子中，存在四个等同的C-H键，碳原子采取sp3 杂化。取一个杂化轨道进行分析,这种沿着对称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形
10、成的键叫做键。,键的成键特点：,1).“头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布；2).键可以旋转；3).键较稳定，存在于一切共价键中。因而，只含有键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。,2.键：,在乙烯分子中，碳原子采取sp2 杂化。另有一个p轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键键。未杂化的p轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成键。构成键的电子叫做电子。,键的成键示意图,键的成键特点：1).“肩并肩”成键；2).电子云重叠程度不及键，较活泼；3).键必须与键共存；4).键不能自由旋转。因而，具有键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。,1.3.5 共价键的属性,1、键长键长是共价键结合的两个原子核核
11、心之间的矩离。,2、键角两个共价键之间的夹角。,3、键能当A和B两个原子（气态）结合生成A-B分子（气态）时，所放出的能量称为键能。,4、键矩正（或负）电荷中心的电荷值（e)与正负电荷中心之间的矩离(d)的乘积:键矩=e*d,同一类型的化合物连接不同的原子（基团）键 角有所不同。,键能是指一个共价键的强度，一般共价键结合得牢固，则其键能就大。,键能是指破坏或形成某一个共价键所需的平均能量。一般来说，有机分子的键能越小，键就越活泼；键能越大，键就比较稳定。,双原子分子键能也就是键的离解能；多原子分子同类型共价键的键能，是各个键离解能的平均值。,4.键的极性与偶极矩,分子中以共价键相连的原子吸引电
12、子的能力是不同的。电负性大吸引电子能力大。电负性小吸引电子能力小。,共价键极性的大小是用键的偶极矩来量度的。键的极性大，偶极矩大。键的极性小，偶极矩小。,=0 D,=0 D,多原子分子的偶极矩是分子中各个键偶极矩的矢量和具有方向性。,双原子分子的极性就是其键的极性.,1.3.6 共价键的均裂和异裂,化学反应的发生实际上就是旧键的断裂和新键的生成。共价键的断裂有两种方式：,均裂：A-BA+B（成键的一对电子平均分给两个原子或原子团）均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离基（或自由基）经过均裂生成游离基的反应，称为游离基反应（或自由基反应）,异裂：A-BA+B-（成键的一对电子为某一原子或原子团所占有）经过异裂生成离子的反应称为离子型反应（分为亲电和亲核反应两种）,1.4 有机化合物的结构式及其表示方法,短线式 缩写式 键线式,一、按基本骨架分类,1.5 有机化合物的分类,如：,以上分类只是从有机物母体（或碳干）形式分，并不反映其性质，实际也不反映其结构本质。,二、按官能团分类,
