第一章绪论( introduction) §1.1有机化合物( organic compound)和有机化学 organic chemistry) 有机化学是化学的一个分支,它是研究有机化合物的化学。有机化合物的主要特征是它 们都含有碳原子,即都是碳化合物,因此有机化学就是研究碳化合物的化学。 但碳本身和一些简单的碳化合物,如碳酸盐、碳的氧化物和金属氰化物等被看作是无机 化合物。有机化合物除碳外,绝大多数有都含有氢,有的还含有氧、氮、卤素、硫和磷等元 19世纪初,化学家普遍认为实验室只能制造非生物界的无机物质,而来源于生命的物 质一有机化合物,只能在有生机的生物体中制造得到。生物是具有生命力的,因此生命力的 存在是制造或合成有机物质的必要条件(生命力学说) 1828年,德国化学家魏勒(F. Wohler,法国化学家 Berzelius的学生)首先发现:可以由 公认为无机物的氰酸按(NH4OCN)在实验室中制得有机化合物尿素(NH2CONH2)。以后,许 多化学家也在实验室用简单的无机物质为原料,成功地合成了许多其他有机化合物。这样, “生命力”学说就被彻底推翻了,“有机化学”和“有机化合物”就失去了它的涵义,现在 只不过沿用历史名称吧了。今天已经很清楚,有机化合物可定义为碳氢化合物及其衍生物。 有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质、合成及其应用的学科,是一门理论性与实 战性并重的课程 实践是检验真理的唯一标准。在大量的科学事实面前,化学家摒弃了不科学的生命力学 说的束缚,加强了有机化合物的人工合成实践,促进了这门学科的发展。 在有机合成研究工作的基础上,20世纪初开始建立了以煤焦油为原料,生产合成染料、 药物和炸药为主的有机化学工业。20世纪40年代,又迅速地发展成为以石油为主要原料的 有机化学工业,特别是以生产合成纤维、合成橡胶、合成树脂和塑料为主的有机合成材料工 业,促进了现代工业和科学技术的迅速发展。 20世纪80年代,我国建立了许多化学工业公司。例如,吉林化学工业公司、陕西化学 工业公司,他们集科研与生产为一体。 §12有机化合的特点 有机化合物的结构特点是有同分异构现象,例如,正丁烷和异丁烷。分子式相同而结构 不同的化合物称为同分异构体( isomer),这种现象称为同分异构现象( isomerism)。组成有机 化合物的元素品种并不多,但有机化合物的数量却十分庞大。1989年有机化合物已达到100 万种,到2000年有机化合物增至2000万种,而目前无机物只有儿十万种。 有机化合物与无机化合物相比,它的性质特点是易燃烧(排除燃素学说)、熔点和沸点 低、难溶于水、反应速度慢、反应复杂。 §1.3共价鍵(自学)
§14有机化合物的分类 有机化合物数目庞大,为了更好的学习、更好的研究、更好的体现化合物之间的内在联 系,必须对有机化合物进行严格的、科学的分类。分类的方法很多,主要是按分子的碳骨架 和有特征反应的官能团进行分类 按碳骨架分类 1开链化合物分子中各原子相互连接成链状。这类化合物最初由动植物油脂中得到, 因此开链化合物也称为脂肪族化合物( aliphatic compound)。例如: CH3 CH,CH,CH CH3 CH=CH CH3CH CH (丁烷) (丙烯) (乙醚) 2脂环(族〕化合物分子中碳原子相互连接成环状结构(苯环结构除外)。这类环状 化合物的性质与脂肪族化合物相似,所以称为脂环化合物。例如 (环己烯) (环戊二烯) (环己醇) 3.芳香族化合物分子中一般含有苯环结构,有不同于脂环族化合物的特殊性质,称其 为芳香性。例如: (苯) (苯酚) (萘 4杂环族化合物分子中由碳原子和其它杂环原子(如O,N,S等)连接成环的一类 化合物。例如: (呋喃) (噻吩 (吡咯) 二、按功能团分类 官能团( (functional group)是分子中比较活泼而容易发生反应的原子或基团。官能团决定 了化合物的主要性质,所以含相同官能团的化合物有类似的性质,常将它们归于一类。常见 的、重要的官能团和所属化合物的类别见表1.1 表1.1一些常见的、重要的官能团结构和名称 官能团结构官能团名称化合物类别官能团结构官能团名称化合物类别 烯烃 (C)-C-(C) 酮基 酮 炔烃 硝基硝基化合物 NH2 醇或酚 氨基 (NHRI, -NR,) 卤原子 卤代烃 CN 氰基 腈 (C)-0-(C)醚基 醚 COOH 羧基 羧酸
醛基 醛 )3H 磺酸基 磺酸 在本学期主要按官能团分类方式,逐类介绍有机化合物。 §15共价键的断裂方式和有机反应类型 有机化合物分子中各原子间一般以共价键相结合。有机反应总伴随着旧的共价键断裂 和新键的生成。共价键的断裂有两种方式一均裂和异裂 共价键断裂时,成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团。这种断裂方式称为均 裂( hemolytic cleavage)。例如 A:B一或热>A.+B Cl: CI 均裂产生具有未成对电子的原子或基团,称为自由基( free radica或游离基,例如,A 自由基(A·)和氯自由基(C…)。有自由基参与的反应称为自由基反应( free radical reaction) 另一种断裂方式是,成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所占有 种断裂方式称为异裂( heterolytic cleavage)。例如: A: B 酸或碱 CH3)C →(CH3)3C+:Br 异裂的结果是产生了正、负离子。由共价键异裂产生离子而进行的反应,称为离子反 应( ion reaction)。 自由基和正、负离子都是在反应过程中暂时生成的、瞬间存在的活性基团,称为中间 体( intermediate)。有机反应多数属于自由基反应或离子反应,还有一类反应无活性中间体 存在,反应中旧键的断裂和新键的生成同时进行,称为协同反应 concerted reaction) §1.6有机化合物的研究程序 研究一个新的有机化合物,并确定它的结构一般要经历以下程序: 1分离提纯从天然产物中分离或在实验室合成的有机化合物中常含有杂质,必须纯化 后才能确定化合物的结构。常用的分离提纯方法有蒸馏、分馏、升华、重结晶和色谱法等。 2.物理常数的测定纯净的有机化合物常有固定的物理常数,如熔点、沸点、相对密度 和折射率等。如果化合物不纯,其熔点会降低,沸程增大。所以通过物理常数的测定可以确 定有机化合物的纯度。 3.元素分析和分子式的确定纯化后的有机化合物通过定性分析确定组成化合物的元 素种类,通过定量分析确定各组成元素的含量。通过计算给出各组成元素的相对比例式,称 为实验式( experimental formula) 元素分析有化学和物理两种方法,一般情况下两种方法要结合使用,但日前物理方法 元素分析仪测定法必不可少。 测定有机化合物的相对分子质量,并结合化合物实验式,可写出分子式。测定相对分 子质量的方法有沸点升高法、冰点降低法和滲透压法等。而质谱仪法是日前测定化合物的相
对分子质量最准确、最快速的方法。 4结构确定有机化合物的结构根据它的波谱数据并结合化学性质进行确定。有机化合 物主要波谱有红外光谱、紫外光谱、质谱和核磁共振谱等。 §17如何学习有机化学及学习有机化学的重要性 博闻绝记;结构性能关系稳定性原理;官能团的相互转换及有机合成路线逻辑推理方法 掌握有机分析的一般程序;了解有机化学的常用文献 参考文献 1.袁履冰主编.有机化学北京:高等教育出版社,2000 2徐寿昌主编.有机化学(第二版)北京:高等教育出版社,1993 3.莫里森RT,博伊德RN著有机化学复旦大学化学系有机化学教研室译.北京:科学 出版社,1992 4高职高专化学教材編写组编.有机化学(第二版)北京:高等教育出版社,2000 5.有机化学课程指导小组编.有机化学解题指导.北京:高等教育出版社,1994 6冯骏材,丁景范,吴琳编著.有机化学习题精解.北京:科学岀版社,1999 补充作业:NH3和NF3在四面体的第四个角上都有一对未共用电子,而且N与F之间 和N与H之间的电负性差基本相同(N与F差10,N与H差09),但氨的偶极矩(487 ×10C·m)为什么比NF3的偶极矩(0.80×103C·m)大得多?