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参考书：胡宏纹主编参考书：胡宏纹主编有机化学有机化学(第三版第三版)上、下册。上、下册。教材：李景宁主编教材：李景宁主编有机化学有机化学(第五版第五版)上、下册。上、下册。任课教师任课教师：王常清：王常清l邢其毅等邢其毅等基础有机化学基础有机化学(第二版第二版)上、下册，上、下册，(第第三版三版)上、下册上、下册。l美美福尔哈特肖尔福尔哈特肖尔有机化学有机化学-结构与功能结构与功能(原著第原著第四版四版)，戴立信等译。，戴立信等译。有机化学的涵义其发展简史；有机化学的涵义其发展简史；有机化合物的结构、特性和分类有机化合物的结构、特性和分类；共价键的理论、共价键参数及其应用；共价键的理论、共价键参数及其应用；研究有机物的一般方法；研究有机物的一般方法；有机物的分类。有机物的分类。有机化合物的特性有机化合物的特性，共价键参数。，共价键参数。第一章第一章 绪论绪论1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学(1)有机化合物有机化合物 v1848年年L.Gmelin：有机化合物定义为含碳化合物。：有机化合物定义为含碳化合物。v十几年后，十几年后，C.Schorlemmer：有机化合物是碳氢化合物有机化合物是碳氢化合物及其衍生物。及其衍生物。v有机化合物中除有机化合物中除C、H以外，还含有以外，还含有O、N、S、P、卤素、卤素等少数几种元素。等少数几种元素。v碳和简单的碳化合物，如碳和简单的碳化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等等习习惯上仍归属为无机化合物。惯上仍归属为无机化合物。1-1有机化学的研究对象v有机化合物与人们的生活密切相关有机化合物与人们的生活密切相关：v有机化合物种类繁多，数量巨大，且增加很快。有机化合物种类繁多，数量巨大，且增加很快。n19651970年，年均新增年，年均新增26.2万种，万种，19952000年，年年，年均新增均新增130万种。万种。n衣、食、住、行都离不开有机化合物。衣、食、住、行都离不开有机化合物。n动植物体和人类本身也是由有机化合物组成的。动植物体和人类本身也是由有机化合物组成的。(2)有机化学有机化学 v研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用，以及研究有机化合物来源、制备、结构、性能、应用，以及有关理论、变化规律和方法的科学。有关理论、变化规律和方法的科学。v有机化学的有机化学的主要研究内容：主要研究内容：n分离：从自然界或反应产物中，分离：从自然界或反应产物中，得到单一纯净的有机物；得到单一纯净的有机物；常用蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作。常用蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等操作。n结构：对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，结构：对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐明其结构和特性。阐明其结构和特性。n反应和合成：从原料经过一系列反应，转化成已知的反应和合成：从原料经过一系列反应，转化成已知的或新的有机化合物或新的有机化合物(产物产物)。v有机化学是一门迅速发展的学科。有机化学是一门迅速发展的学科。n与有机化学有密切关系的：与有机化学有密切关系的：n主要分支：有机合成化学、天然有机化学、生物有机化主要分支：有机合成化学、天然有机化学、生物有机化学、元素有机化学、物理有机化学、有机分析化学等。学、元素有机化学、物理有机化学、有机分析化学等。n19012000年，年，Nobel化学奖共化学奖共91项，其中有机化学方面项，其中有机化学方面的有的有56项，占项，占61.5%。r药物化学、香料化学、农药化学、食品化学等学科，以及药物化学、香料化学、农药化学、食品化学等学科，以及生命科学、材料科学、环境科学。生命科学、材料科学、环境科学。r能源、工业、农业等方面。能源、工业、农业等方面。v有机化学正处于富有活力的发展时期，趋势和特点是：有机化学正处于富有活力的发展时期，趋势和特点是：与生命科学密切结合。与生命科学密切结合。n有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路：有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路：n价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理，成为现价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理，成为现代生物化学和化学生物学的理论基础。代生物化学和化学生物学的理论基础。r确定确定DNA为生物体遗传物质，是由生物学家和有机化为生物体遗传物质，是由生物学家和有机化学家共同完成的。学家共同完成的。r蛋白质、核酸的组成和结构的研究，顺序测定方法的建蛋白质、核酸的组成和结构的研究，顺序测定方法的建立，合成方法的创建等。立，合成方法的创建等。有机合成仍然占有独特的核心地位。有机合成仍然占有独特的核心地位。n1973年年Woodward等完成维生素等完成维生素B12的全合成，分子式为的全合成，分子式为C63H88CoN14O14P。n1989年年Kishi等完成海葵毒素的全合成，海葵毒素结构等完成海葵毒素的全合成，海葵毒素结构非常复杂，分子式为非常复杂，分子式为C129H223N3O54。n选择性反应，尤其是不对称合成，已成为有机化学的热选择性反应，尤其是不对称合成，已成为有机化学的热点和前沿领域。点和前沿领域。从20世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。徐光宪r分子式：分子式：C129H223N3O54r有有64个手性中心，个手性中心，r可能的异构体可能的异构体271。海葵毒素海葵毒素分子识别和分子设计正在渗透到有机化学的各领域。分子识别和分子设计正在渗透到有机化学的各领域。n计算机技术引入，在结构测定、分子设计和合成设计等计算机技术引入，在结构测定、分子设计和合成设计等方面，都发挥着重要的作用。方面，都发挥着重要的作用。有机化学在农用化学品、药物和医用化学品，以及分子有机化学在农用化学品、药物和医用化学品，以及分子电子材料的开发中，起着主导作用。电子材料的开发中，起着主导作用。绿色有机合成：原料简单、条件温和，经过简单步骤，绿色有机合成：原料简单、条件温和，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。快速、高选择性、高效地转化为目标分子。n使用环境友好催化剂和介质，采用洁净的电合成技术，使用环境友好催化剂和介质，采用洁净的电合成技术，发展和应用安全的化学产品。发展和应用安全的化学产品。v有机化合物和无机化合物之间没有绝对的分界。有机化合物和无机化合物之间没有绝对的分界。2 有机化合物的特点有机化合物的特点 v碳原子与其他原子成键，以共价键为主。碳原子与其他原子成键，以共价键为主。(1)结构上的特点结构上的特点n有机化学之所以成为化学中的一个独立学科，是因为有有机化学之所以成为化学中的一个独立学科，是因为有机物确有其内在的联系和特性。机物确有其内在的联系和特性。n通过与其他元素的原子共用外层电子，而达到惰性气体通过与其他元素的原子共用外层电子，而达到惰性气体的电子构型。的电子构型。v已知的有机化合物有已知的有机化合物有2000多万种，其中绝大多数由碳、多万种，其中绝大多数由碳、氢、氧、氮等几种元素组成。氢、氧、氮等几种元素组成。n少数还含有卤素、硫、磷等元素和周期表中其他元素。少数还含有卤素、硫、磷等元素和周期表中其他元素。n原因：碳原子互相结合形成分子的骨架，别的元素的原原因：碳原子互相结合形成分子的骨架，别的元素的原子就连在这个骨架上。子就连在这个骨架上。r分子骨架有多种形式，有直链、支链、环状等。分子骨架有多种形式，有直链、支链、环状等。v含含5个碳原子的化合物，开链的分子骨架有：个碳原子的化合物，开链的分子骨架有：n若三个骨架都和氢结合的话，分子式是相同的若三个骨架都和氢结合的话，分子式是相同的(C5H12)。v具有相同的分子式而结构不同的化合物，称为同分异构体，具有相同的分子式而结构不同的化合物，称为同分异构体，这种现象称为这种现象称为同分异构现象同分异构现象。n有机化学中，不能只用分子式来表示一个有机化合物，有机化学中，不能只用分子式来表示一个有机化合物，而必须用而必须用构造式构造式。v有机化合物在物理性质方面表现为：有机化合物在物理性质方面表现为：n熔点、沸点低，熔点、沸点低，挥发性大；挥发性大；常温下多为气体，液体或常温下多为气体，液体或低熔点固体低熔点固体(mp.双键双键 三三键。键。0.1456nmv相同共价键的键长随中心原子的杂化状态不同而不同。相同共价键的键长随中心原子的杂化状态不同而不同。0.120nm 0.1510nm0.1530nm 0.134nm0.153nm118(2)键角键角v三个或三个以上原子成键时，两个共价键之间的夹角。三个或三个以上原子成键时，两个共价键之间的夹角。n键角的大小随着分子结构的不同而有所变化，反映了分键角的大小随着分子结构的不同而有所变化，反映了分子的空间结构。子的空间结构。10928105121n一般相同类型的化学键的键长越长，键能越小。一般相同类型的化学键的键长越长，键能越小。(3)键能键能v是化学键形成时放出的能量，或化学键断裂时吸收的能是化学键形成时放出的能量，或化学键断裂时吸收的能量，量，可用来标志化学键的强度可用来标志化学键的强度。n双原子分子的键能和键解离能数值相等；多原子分子如双原子分子的键能和键解离能数值相等；多原子分子如CH4的键能为相同键的平均解离能的键能为相同键的平均解离能。n一些共价键的键能：一些共价键的键能：r键能可以用热化学法、光谱法等方法来测定。键能可以用热化学法、光谱法等方法来测定。n破裂的键：破裂的键：n生成的键：生成的键：反应热为：反应热为：687.5-862-183.5 kJmol-1 v利用共价键的键能，可以估算反应中的热效应。利用共价键的键能，可以估算反应中的热效应。(4)键的极性键的极性v不同原子形成的共价键具有极性，用不同原子形成的共价键具有极性，用偶极矩偶极矩表示表示。n偶极矩为矢量，偶极矩为矢量，方向从正电荷指向负电荷方向从正电荷指向负电荷。n多原子分子的偶极矩是分子中各键的偶极矩的矢量和。多原子分子的偶极矩是分子中各键的偶极矩的矢量和。=0 0=q d(1)两种断裂方式两种断裂方式 v均裂：成键电子平均分给两个原子或原子团。均裂：成键电子平均分给两个原子或原子团。3 共价键的断裂共价键的断裂 自由基自由基nCH3表示甲基自由基，表示甲基自由基，R表示烷基自由基。表示烷基自由基。v异裂：成键电子全在一个碎片上，异裂有两种情况。异裂：成键电子全在一个碎片上，异裂有两种情况。v自由基、碳正离子、碳负离子都是有机反应进程中的自由基、碳正离子、碳负离子都是有机反应进程中的活性中间体活性中间体。碳正离子碳正离子 碳负离子碳负离子(2)有机反应的类型有机反应的类型 v自由基反应：反应的活性中间体是自由基，通过共价键自由基反应：反应的活性中间体是自由基，通过共价键均裂进行反应，一般在光和热的作用下进行。均裂进行反应，一般在光和热的作用下进行。v离子型反应：通过共价键异裂进行的反应，一般在酸碱离子型反应：通过共价键异裂进行的反应，一般在酸碱或极性物质催化下进行。或极性物质催化下进行。v周环反应周环反应：旧键的断裂和新键的生成同时发生。：旧键的断裂和新键的生成同时发生。n离子反应根据反应试剂的类型不同又可分为离子反应根据反应试剂的类型不同又可分为亲电反应亲电反应和和亲核反应亲核反应。1 分离提纯分离提纯 2 纯度检测纯度检测v研究一个新的有机化合物，首先要把它分离提纯。研究一个新的有机化合物，首先要把它分离提纯。v纯的有机化合物有固定的物理常数，如熔点、沸点、相纯的有机化合物有固定的物理常数，如熔点、沸点、相对密度、折射率等。对密度、折射率等。v分离提纯的方法常用的有：重结晶、蒸馏、升华、色谱分离提纯的方法常用的有：重结晶、蒸馏、升华、色谱法、离子交换法等。法、离子交换法等。v测定有机化合物的物理常数就可以检定它的纯度。测定有机化合物的物理常数就可以检定它的纯度。1-3研究有机化合物的一般步骤3 元素分析和分子式的确定元素分析和分子式的确定C的质量的质量=4.7412/44=1.29g H的质量的质量=1.922/18=0.213g O的质量的质量=3.261.290.213=1.76g 实验式为实验式为CH2O，分子式为分子式为C2H4O2。例：例：3.26g样品含样品含C、H、O三种元素，燃烧后得到三种元素，燃烧后得到CO2为为4.74g，H2O为为1.92g，测得相对分子量为，测得相对分子量为60。4 结构的确定结构的确定 v分子的结构包括分子的构造、构型和构象。分子的结构包括分子的构造、构型和构象。n构造：分子中原子互相连结的方式和次序。构造：分子中原子互相连结的方式和次序。n构型：在构造式的基础上，分子中原子的空间排列方式。构型：在构造式的基础上，分子中原子的空间排列方式。n构象：由于围绕单键旋转而产生的分子在空间的不同排构象：由于围绕单键旋转而产生的分子在空间的不同排列形式。列形式。v确定有机化合物结构的方法：化学方法，物理方法。确定有机化合物结构的方法：化学方法，物理方法。5 构造式的写法构造式的写法v价键式价键式(Kekul结构式结构式)：v点电子式点电子式(Lewis结构式结构式)：v在多数场合中，常使用价键式及其简略写法。在多数场合中，常使用价键式及其简略写法。(2)碳环化合物：碳环化合物：含有完全由碳原子组成的环。含有完全由碳原子组成的环。n脂环化合物，性质上和开链化合物相似。脂环化合物，性质上和开链化合物相似。1 按碳架分类按碳架分类(1)开链化合物：开链化合物：碳原子互相结合形成链状。碳原子互相结合形成链状。1-4有机化合物的分类丙烷丙烷 丙烯丙烯 乙醇乙醇 环戊烷环戊烷 环己烷环己烷 环己烯环己烯n芳香族化合物，结构中大多含有苯环，性质上和脂环化芳香族化合物，结构中大多含有苯环，性质上和脂环化合物不同。合物不同。苯苯 甲苯甲苯 萘萘(3)杂环化合物，杂环化合物，分子中含有碳原子和其他原子组成的杂分子中含有碳原子和其他原子组成的杂环，它们的母体与芳香族化合物有些相似。环，它们的母体与芳香族化合物有些相似。呋喃呋喃 噻吩噻吩 吡啶吡啶 2 按官能团分类按官能团分类 v官能团是决定化合物典型性质的原子团。官能团是决定化合物典型性质的原子团。官能团官能团v含有相同官能团的化合物化学性质相似，常作为同一含有相同官能团的化合物化学性质相似，常作为同一类化合物。类化合物。n含碳碳双键含碳碳双键CCr主要反应发生在双键上：加成，氧化，聚合等反应。主要反应发生在双键上：加成，氧化，聚合等反应。烯烃烯烃v按官能团分类，有助于学习和研究各类有机化合物结构按官能团分类，有助于学习和研究各类有机化合物结构和性质之间的联系。和性质之间的联系。