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有机化学有机化学Organic Chemistry第1页教材与参考教材教材与参考教材陆涛主编，有机化学学习指导与习题集，陆涛主编，有机化学学习指导与习题集，人民卫生出版社，人民卫生出版社，邢其毅，基础有机化学（第三版上下），高等教育出版社，邢其毅，基础有机化学（第三版上下），高等教育出版社，Francis A.Carey.Organic chemistry New York，McGraw-Hill，第2页课前预习课前预习 预知要学什么预知要学什么听课、记笔记听课、记笔记 难点重点难点重点整理、归纳和总结整理、归纳和总结 知识点掌握知识点掌握？做习题（巩固）做习题（巩固）重要重要讨论及答疑讨论及答疑学好有机化学几个主要步骤学好有机化学几个主要步骤切记：切记：切记：切记：不要死记硬背：不要死记硬背：不要死记硬背：不要死记硬背：了解了解了解了解反应机理反应机理反应机理反应机理不要暂时抱佛脚不要暂时抱佛脚不要暂时抱佛脚不要暂时抱佛脚第3页第一章 绪论一、有机化合物和有机化学二、有机化合物结构理论三、共价键参数与断裂方式四、有机化合物分类及表示五、有机酸碱理论第4页第一节 有机化合物和有机化学有机化合物有机化合物有机化合物有机化合物最早有机化合物来自于最早有机化合物来自于最早有机化合物来自于最早有机化合物来自于动植物体（有机体）动植物体（有机体）动植物体（有机体）动植物体（有机体）“生命力生命力生命力生命力”学说认为：学说认为：学说认为：学说认为：有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存在于无生命矿藏中。在于无生命矿藏中。在于无生命矿藏中。在于无生命矿藏中。第5页Friedrich Wohle(1800-1882)Germany 由氰酸铵（由氰酸铵（由氰酸铵（由氰酸铵（无机物）无机物）无机物）无机物）制得尿素制得尿素制得尿素制得尿素（有机物）（有机物）（有机物）（有机物）(1828)(1828)inorganicorganic韦勒（韦勒（韦勒（韦勒（F.WohleF.Wohle）第6页第7页为何要学习有机化学？什为何要学习有机化学？什么是么是有机化合物有机化合物？什么是什么是有机化学有机化学？第8页有机化合物使世界色彩斑斓红橙黄绿蓝紫第9页Ibuprofen（布洛芬）（布洛芬）止痛药：止痛药：马上止痛马上止痛在体内转变成左式所在体内转变成左式所代表化合物，止痛代表化合物，止痛有机化合物保护我们健康第10页青蒿素青蒿素10月5日，瑞典卡罗琳医学院在斯德哥尔摩宣告，中国女科学家屠呦呦和一名日本科学家及一名爱尔兰科学家分享诺贝尔生理学或医学奖，以表彰他们在疟疾治疗研究中取得成就。屠呦呦成为迄今为止第一位取得诺贝尔科学奖项本土中国科学家、第一位取得诺贝尔生理医学奖华人科学家，由此实现了中国人在自然科学领域诺贝尔奖零突破。第11页 弗莱明发觉青霉素取得弗莱明发觉青霉素取得19451945年诺贝尔奖，青霉素发觉开年诺贝尔奖，青霉素发觉开辟了一条新治病路径，拯救了成千上万人生命。辟了一条新治病路径，拯救了成千上万人生命。青霉素青霉素伤口感染克星伤口感染克星青霉素青霉素第12页 许多人都听过这么一个故事“19世纪末，一对农民父子救了一位少年。少年父亲为表示谢意，带走了农民儿子，给他最好教育。以后农民儿子创造了青霉素，取得诺贝尔奖。多年后，少年得了肺炎，农民儿子用青霉素治好了他。这两个孩子分别是弗莱明和丘吉尔”。但这个广为流传鸡汤故事，历史上并不存在，弗莱明和丘吉尔都曾否定过这个故事真实性。丘吉尔和弗莱明传奇故事是假鸡汤第13页有机化合物为生命提供能源有机化合物为生命提供能源 碳水化合物（糖）碳水化合物（糖）葡萄糖直链淀粉结构直链淀粉结构第14页有机化合物有机化合物作为生命遗传物质作为生命遗传物质DNA传宗接代传宗接代美国人沃森美国人沃森&英国人克里克英国人克里克提出提出DNA双螺旋结构双螺旋结构 第15页当代文明基础纸，由有机化合物纤维素组成纤维素结构纤维素结构第16页 有机化合物（有机化合物（Organic Compounds）含）含碳元素，是碳化合物。碳元素，是碳化合物。第17页有机化学（有机化学（OrganicChemistry）研究研究有机化合物有机化合物组成、结构、性质、组成、结构、性质、反应、合成、反应机制及相互间转变规律等一门科学。反应、合成、反应机制及相互间转变规律等一门科学。有机化合物中常见元素有机化合物中常见元素截止截止.2.7，化合物数量总数为，化合物数量总数为51，986，33763,522,495第18页 有机化合物共同特点：有机化合物共同特点：有机化合物共同特点：有机化合物共同特点：1.1.对热不稳定，易燃烧（极少数例外）对热不稳定，易燃烧（极少数例外）对热不稳定，易燃烧（极少数例外）对热不稳定，易燃烧（极少数例外）2.2.易溶解于有机溶剂中，普通难溶于水易溶解于有机溶剂中，普通难溶于水易溶解于有机溶剂中，普通难溶于水易溶解于有机溶剂中，普通难溶于水 3.3.熔点较低（普通在熔点较低（普通在熔点较低（普通在熔点较低（普通在300300o oC C以下）以下）以下）以下）4.4.反应速度慢，产物复杂，经分离提纯得纯净物反应速度慢，产物复杂，经分离提纯得纯净物反应速度慢，产物复杂，经分离提纯得纯净物反应速度慢，产物复杂，经分离提纯得纯净物 5.5.同分异构现象同分异构现象同分异构现象同分异构现象普遍，普遍，普遍，普遍，同分异构体同分异构体同分异构体同分异构体较多较多较多较多第19页 同分异构现象（同分异构现象（同分异构现象（同分异构现象（isomerismisomerism）含有含有含有含有相同分子式相同分子式相同分子式相同分子式，但含有，但含有，但含有，但含有不一样分子结构不一样分子结构不一样分子结构不一样分子结构现象现象现象现象 同分异构体（同分异构体（同分异构体（同分异构体（isomerisomer）含有含有含有含有相同分子式相同分子式相同分子式相同分子式，但含有，但含有，但含有，但含有不一样分子结构不一样分子结构不一样分子结构不一样分子结构化合物，化合物，化合物，化合物，互称互称互称互称同分异构体同分异构体同分异构体同分异构体甲醚甲醚甲醚甲醚乙醇乙醇乙醇乙醇结构异构结构异构结构异构结构异构第20页C47H51NO14 紫杉醇是一个全新光谱抗癌药，副作用小，国际医疗界认为紫杉醇是最近发觉最有希望抗癌药品。紫杉醇（紫杉醇（taxol）紫杉醇紫杉醇（taxol）汇报显示，全国新发恶性肿瘤病例约380.4万例。也就是说，平均每分钟7人被确诊为癌症。男性发病率高于女性。城市发病率高于农村。第21页第二节第二节 有机化合物结构理论有机化合物结构理论1.Kekul1.Kekul（凯库勒）和（凯库勒）和CouperCouper（古柏尔）（古柏尔）结构理论结构理论有机化合物中碳原子为四价；有机化合物中碳原子为四价；碳原子除与其它元素结合外，本身可形成单键、双键、三键；碳原子除与其它元素结合外，本身可形成单键、双键、三键；处理分子中原子相互结合次序和方式，说明处理分子中原子相互结合次序和方式，说明同分异构体。同分异构体。一、有机化合物结构理论早期发展一、有机化合物结构理论早期发展第22页2.Buterov（布特列洛夫）、（布特列洛夫）、Vant Hoff（范（范 霍夫）、霍夫）、LeBel（勒贝尔）经典结构理论（勒贝尔）经典结构理论原子价基础上提出化学结构概念；原子价基础上提出化学结构概念；立体结构初步认识；立体结构初步认识；杂化轨道理论。杂化轨道理论。第23页离子键：离子键：两个带异性电荷离子经过静电吸引。两个带异性电荷离子经过静电吸引。1.1.离子键和共价键离子键和共价键八隅体规则八隅体规则共价键共价键：两个原子间共用电子对。两个原子间共用电子对。八隅体八隅体八隅体八隅体(Octet)(Octet)：原子总是倾向取得与惰性气体相同价电原子总是倾向取得与惰性气体相同价电原子总是倾向取得与惰性气体相同价电原子总是倾向取得与惰性气体相同价电子排布子排布子排布子排布(价电子层到达价电子层到达价电子层到达价电子层到达8 8个电子稳定结构个电子稳定结构个电子稳定结构个电子稳定结构)二、化学键二、化学键第24页 结论：结论：结论：结论：共用一对电子，单键；共用一对电子，单键；共用一对电子，单键；共用一对电子，单键；共用两对电子，双键；共用两对电子，双键；共用两对电子，双键；共用两对电子，双键；共用三对电子，三键共用三对电子，三键共用三对电子，三键共用三对电子，三键第25页 有机化合物共价键与有机化合物共价键与Lewis（路易斯）（路易斯）式式Lewis式式Kekul式式第26页Kekul式式多原子离子多原子离子Lewis式及配位键式及配位键Lewis式式第27页 有机化合物有机化合物KekulKekul式式 在在Kekul式中，用式中，用线条线条表示成键电子对，如表示成键电子对，如：第28页2.2.原子轨道和电子云原子轨道和电子云第29页3.3.价键理论价键理论 解释化学键形成解释化学键形成基本关键点：基本关键点：1 1、形成共价键电子，必须自旋方向相反，每、形成共价键电子，必须自旋方向相反，每 一对电子形成一个共价键；一对电子形成一个共价键；2 2、共价键含有饱和性，元素原子共价数等于、共价键含有饱和性，元素原子共价数等于 该原子未成对电子数；该原子未成对电子数；3 3、共价键含有方向性，需满足最大重合原理。、共价键含有方向性，需满足最大重合原理。第30页4.4.杂化轨道理论杂化轨道理论 Pauling于于20世纪世纪30年代提出杂化轨道年代提出杂化轨道理论。理论。基本关键点：基本关键点：(1)原子在成键时，能够变成激发态；而且原子在成键时，能够变成激发态；而且 能量相近原子轨道能够重新组合形成能量相近原子轨道能够重新组合形成 新原子轨道，既杂化轨道。新原子轨道，既杂化轨道。(2)杂化轨道数目等于参加杂化原子轨杂化轨道数目等于参加杂化原子轨 道数目。道数目。(3)杂化轨道方向性更强，成键能力更大。杂化轨道方向性更强，成键能力更大。第31页 C原子电子排布以下原子电子排布以下第32页碳原子碳原子sp3杂化中轨道能量改变杂化中轨道能量改变 碳原子碳原子spsp3 3杂化杂化第33页 形成正四面体，轨道轴间夹角形成正四面体，轨道轴间夹角109.5单个单个sp3杂化轨道杂化轨道四个四个sp3轨道轴键角轨道轴键角第34页碳原子碳原子sp2杂化中轨道能量改变杂化中轨道能量改变 碳原子碳原子spsp2 2杂化杂化第35页杂化轨道成平面型，轨道轴夹角杂化轨道成平面型，轨道轴夹角120，未杂化未杂化p轨道垂直此平面轨道垂直此平面单个单个sp2杂化轨道杂化轨道第36页碳原子碳原子sp杂化中轨道能量改变杂化中轨道能量改变 碳原子碳原子spsp杂化杂化第37页杂化轨道成直线型，轨道轴夹角杂化轨道成直线型，轨道轴夹角180，未杂化未杂化p轨道垂直此直线轨道垂直此直线单个单个sp杂化轨道杂化轨道第38页5.5.分子轨道理论分子轨道理论节面第39页线性组合：线性组合：最大重合标准、能量近似标准、对称性匹配标准最大重合标准、能量近似标准、对称性匹配标准电子排布：电子排布：Pauling不相容标准、能量最低标准、不相容标准、能量最低标准、Hund规则规则第40页1、键长、键长 形成共价键两个原子核间距离称形成共价键两个原子核间距离称为键长。为键长。下表是常见共价键平均键长下表是常见共价键平均键长。第三节第三节 共价键几个参数和断裂方式共价键几个参数和断裂方式一、几个主要参数一、几个主要参数第41页注意：注意：同一类型共价键键长在不一样同一类型共价键键长在不一样 化合物中可能稍有不一样。化合物中可能稍有不一样。第42页2、键角、键角 指键与键之间夹角。指键与键之间夹角。注：注：键角不但与碳原子杂化方式相关，键角不但与碳原子杂化方式相关，还与碳原子上所连原子或原子团相关。还与碳原子上所连原子或原子团相关。第43页甲烷甲烷C-H键键能键键能（415.3kJ.mol-1)是上述离解能平均值。是上述离解能平均值。3、键能、键能 指成键时体系放出能量或断键时指成键时体系放出能量或断键时体系吸收能量。体系吸收能量。多原子分子键能通常是键离多原子分子键能通常是键离解能平均值。解能平均值。CH4CH3HEd(CH3H)=423 kJ.mol-1第44页常见共价键平均键能常见共价键平均键能第45页 当成键原子相同时，形成共价键无极性当成键原子相同时，形成共价键无极性（H-H）。当成键原子电负性不一样时，电负）。当成键原子电负性不一样时，电负性大原子带部分负电荷（性大原子带部分负电荷（-）；电负性小原子带）；电负性小原子带部分正电荷（部分正电荷（+）。键极性强弱用）。键极性强弱用偶极矩或键偶极矩或键矩矩，即部分电荷与电荷之间距离乘积（，即部分电荷与电荷之间距离乘积（）来衡）来衡量。量。=q.d（C.m)4、键极性和可极化性、键极性和可极化性 +-=3.57x10=3.57x10-30-30（C.m)C.m)第46页 偶极矩是一个矢量，多原子分子偶极矩是偶极矩是一个矢量，多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩矢量和：各个共价键偶极矩矢量和：=6.42x10-30(C.m)=3.28x10-30(C.m)=0(C.m)偶极矩为零分子是非极性分子；偶极矩为零分子是非极性分子；偶极矩不为偶极矩不为零分子是极性分子；零分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越偶极矩越大，分子极性越强。强。分子极性和可极化性分子极性和可极化性第47页 共价键在外电场作用下，键极性发生改变共价键在外电场作用下，键极性发生改变称称键极化性键极化性。用。用键极化度键极化度度量，表示成键电子度量，表示成键电子被成键原子核电荷约束相对程度。被成键原子核电荷约束相对程度。极化度与成键原子体积、电负性和键种极化度与成键原子体积、电负性和键种类及外电场相关。类及外电场相关。体积越大，电负性越小，查对成键电子体积越大，电负性越小，查对成键电子约束越小，键极化度就越大。约束越小，键极化度就越大。比如：比如：CICBrCClCF RIRBrRClRF第48页 H C N O F 2.2 2.5 3.0 3.5 4.0 Si P S Cl 1.9 2.2 2.5 3.0 Br 2.9 I 2.6一些元素电负性一些元素电负性 从成键原子电负性值能够大致判从成键原子电负性值能够大致判断共价键极性大小，差值越大，极断共价键极性大小，差值越大，极性越大（普通差值在性越大（普通差值在0.61.7之间）。之间）。电负性：电负性：原子在分子中吸引电子能力。原子在分子中吸引电子能力。第49页 共价键断裂方式，可分为共价键断裂方式，可分为均裂均裂和和异裂异裂：（1）均裂：键断裂时原成键一对电子平均分给两）均裂：键断裂时原成键一对电子平均分给两个原子或基团。个原子或基团。自由基自由基（free radical）特点：特点：有自由基中间体生成。有自由基中间体生成。自由基反应：自由基反应：发生共价键均裂反应发生共价键均裂反应 反应条件：反应条件：光、热或自由基引发剂作用下进行。光、热或自由基引发剂作用下进行。二、共价键断裂方式二、共价键断裂方式第50页（2 2）异裂：键断裂时原成键一对电子为别为某）异裂：键断裂时原成键一对电子为别为某一原子或基团所占有。一原子或基团所占有。特点：特点：有有正离子或负离子中间体正离子或负离子中间体生成。生成。离子型反应：离子型反应：发生共价键异裂反应发生共价键异裂反应第51页第四节 有机化合物分类和表示方法（一）（一）按碳链分类按碳链分类按碳链分类按碳链分类一、有机化合物分类一、有机化合物分类（二）（二）按分子不饱和程度不一样按分子不饱和程度不一样 饱和脂肪族化合物饱和脂肪族化合物、不饱和脂肪族化合物不饱和脂肪族化合物和和芳香芳香族化合物族化合物第52页 1.链状化合物（无环化合物，脂肪族化物）链状化合物（无环化合物，脂肪族化物）如：丁烷，丙烯，乙酸，丙醇等。如：丁烷，丙烯，乙酸，丙醇等。（B）芳香族化合物）芳香族化合物 2.环族化合物环族化合物（按环特点，分为两类）（按环特点，分为两类）（A）脂环族化合物）脂环族化合物 3.杂环化合物杂环化合物 注：注：按碳链分类不能准确反应有机物结构特点，故有很大不足。按碳链分类不能准确反应有机物结构特点，故有很大不足。第53页（三）（三）按官能团分类按官能团分类 在有机化合物中，决定某一类化在有机化合物中，决定某一类化合物主要性质原子团称为合物主要性质原子团称为官能团官能团或功效基。或功效基。第54页一些常见主要官能团一些常见主要官能团第55页结构结构：分子中原子相互连接次序和方式：分子中原子相互连接次序和方式结构式结构式：表示分子结构化学式：表示分子结构化学式有机化合物结构表示方法：有机化合物结构表示方法：蛛网式、缩写式（结构简式）和键线式蛛网式、缩写式（结构简式）和键线式二、有机化合物结构表示方法二、有机化合物结构表示方法第56页蛛网式蛛网式 缩写式缩写式 键线式键线式分子结构表示方法分子结构表示方法第57页蛛网式蛛网式 缩写式缩写式 键线式键线式第58页棒球模型棒球模型或球棍模型或球棍模型 Stuart(斯陶特斯陶特)模型模型或百分比模型或百分比模型 楔线式楔线式三、有机化合物立体结构表示方法三、有机化合物立体结构表示方法第59页第五节第五节 有机酸碱理论介绍有机酸碱理论介绍 用于有机化学中酸碱理论有用于有机化学中酸碱理论有Brnsted酸碱酸碱理论和理论和Lewis酸碱酸碱理论理论1.Brnsted酸碱酸碱理论理论 酸是质子给予体，碱是质子接收体酸是质子给予体，碱是质子接收体：Johann Nicolaus Brnsted 1879-1947酸酸共轭碱共轭碱碱碱共轭酸共轭酸第60页 有机酸有机酸:第61页有机碱：有机碱：负离子（负离子（B-）含有含有孤对电子孤对电子能够和能够和H+成键化合物成键化合物含含氮胺类化合物氮胺类化合物，是最普通有机碱，是最普通有机碱含含氧化合物氧化合物可作为碱和强酸反应，也可作为酸和强可作为碱和强酸反应，也可作为酸和强碱反应碱反应有机碱:第62页 酸释放出质子后产生酸根，即为该酸共轭碱；酸释放出质子后产生酸根，即为该酸共轭碱；碱与质子结合后形成质子化合物，即为该碱共轭碱与质子结合后形成质子化合物，即为该碱共轭酸，如：酸，如：第63页酸碱强度表示酸碱强度表示 酸强度，能够在很多溶剂中测定，但最惯用酸强度，能够在很多溶剂中测定，但最惯用是在水溶液中，经过酸离解常数是在水溶液中，经过酸离解常数Ka来测定。来测定。酸性强度可用酸性强度可用pKa表示，表示，pKa=-lgKa。pKa越小，越小，酸性越强；酸性越强；pKa越大，酸性越弱。越大，酸性越弱。溶液酸性用溶液酸性用pH表示。（表示。（pH=-lgH+）第64页怎样判断化合物怎样判断化合物HA酸碱性相对强弱呢？酸碱性相对强弱呢？化合物酸性主要取决于其解离出化合物酸性主要取决于其解离出H+后留下后留下负离子（共轭碱）稳定性负离子（共轭碱）稳定性！负离子（共轭碱）越稳定负离子（共轭碱）越稳定，就意味着，就意味着A-与与H+结结合倾向越小，合倾向越小，共轭酸酸性就越大共轭酸酸性就越大。酸碱强度和结构关系酸碱强度和结构关系第65页影响负离子稳定性一些原因：影响负离子稳定性一些原因：1、中心原子电负性、中心原子电负性 CH3-H、NH2-H、HO-H、F-H（酸性增强）（酸性增强）2、中心原子原子半径、中心原子原子半径 HO-H、HS-H、HSe-H（酸性增强）（酸性增强）3、取代基、取代基 CH3SO2-O-H、CH3CO-O-H、C6H5-O-H（酸性减弱）（酸性减弱）4、其它原因、其它原因 中心原子杂化状态、溶剂等中心原子杂化状态、溶剂等第66页酸碱反应酸碱反应规律：较强酸和较强碱形成较弱酸和较弱碱。规律：较强酸和较强碱形成较弱酸和较弱碱。第67页2.Lewis酸碱理论 Lewis酸：电子对接受体，Lewis碱：电子对给予体Gilbert Newton Lewis1875-1946 第68页一些一些Lewis酸酸：中性分子中性分子；正离子正离子第69页一些Lewis碱：具有未共用电子对化合物；负离子；烯或芳香化合物第70页Lewis酸碱反应酸碱反应第71页 路易斯酸碱以及亲电，亲核概念是学习路易斯酸碱以及亲电，亲核概念是学习有机化学必须掌握基本概念。有机化学必须掌握基本概念。路易斯酸能接收外来电子对，含有亲电性，路易斯酸能接收外来电子对，含有亲电性，在有机反应中，叫做在有机反应中，叫做亲电试剂亲电试剂；路易斯碱能路易斯碱能给出电子对，含有亲核性，在反应中，叫做给出电子对，含有亲核性，在反应中，叫做亲核试剂亲核试剂。第72页第六节 有机化合物结构测定1、分离提纯、分离提纯 分离提纯方法：重结晶、升华、蒸馏、层析法以分离提纯方法：重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。及离子交换法等。纯有机物有固定物理常数，纯有机物有固定物理常数，如：熔点、沸点、比重、折射率等。如：熔点、沸点、比重、折射率等。2、试验式和分子式确实定、试验式和分子式确实定a、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几个原子。、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几个原子。b、进行元素定量分析，找出各种原子相对数目，即、进行元素定量分析，找出各种原子相对数目，即 决定经验式（试验式）。决定经验式（试验式）。c、测定分子量，确定各种原子确实实数目，给出分子、测定分子量，确定各种原子确实实数目，给出分子 式。式。3、结构式确定 根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱、单晶X-射线衍射等确定结构式。第73页第74页第75页
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