《基础化学》课程教学资源（教案讲义）绪论.pdf_大学文库

第一章绪论知识要点 1.有机化合物和有机化学的定义：有机化合物的特性和分类。 2.有机化合物的结构特点及表示方法；共价健的使参数及断裂方式。 3.研究有机化合物的一极程序。第一节有机化合物和有机化学一、有机化学起源与发展有机化合物简称有机物，有机化合物广泛存在于自然界中，与人类的生命活动密切相关，人类对有机化合物的应用由来已久，最初是从动植物中提取和加工得到染料、药物和香料等开始。18世纪末人类已经能够得到了枸橼酸、酒石酸、尿酸和乳酸等纯的化合物。这些从动植物体内得到的化合物与从矿物、水和空气中得到的物质完全不同。1806年瑞典化学家柏则利乌斯(Bez©lius)把从有生命的动植物体内得到的化合物定义为有机化合物，研究这些化合物的化学称为有机化学。并认为有机化合物是在“生命力”的影响下才能生成的神秘物质，人工合成是不可能的。1828年德国青年化学家维勒(Wohler F)在实验室里通过加热无机化合物氰酸铵溶液，得到当时公认的有机化合物尿素。随后化学家又合成了醋酸、油脂等有机化合物，生命力学说才被彻底否定。此后人们又陆续地合成了许多有机化合物，不断地促进有机化学的发展，随者科学技术的不断进步，对有机化合物的广泛研究发现，有机化合物都含有碳元素，绝大多数还含有氢元素，有的还含有氧、氨、卤素、硫、磷等元素。根据有机化合物的组成，也可以说有机化合物是碳氢化合物及其衍生物。研究有机化合物的化学称为有机化学(organic chemistry)。有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质、合成、应用以及它们之间的相互关系和变化规律的科学。现在虽然仍沿用“有机化合物”和“有机化学”这些名词，但其中“有机”的含义已发生了变化，失去了其原有意义。二、有机化合物的特性有机化合物都含碳元素，由于碳原子的结构和成键特点，使有机化合物的结构和性质具有特殊性。有机化合物与无机化合物比较，具有以下特性：

第一章绪论知识要点 1.有机化合物和有机化学的定义；有机化合物的特性和分类。 2.有机化合物的结构特点及表示方法；共价键的键参数及断裂方式。 3.研究有机化合物的一般程序。第一节有机化合物和有机化学一、有机化学起源与发展有机化合物简称有机物，有机化合物广泛存在于自然界中，与人类的生命活动密切相关，人类对有机化合物的应用由来已久，最初是从动植物中提取和加工得到染料、药物和香料等开始。18 世纪末人类已经能够得到了枸橼酸、酒石酸、尿酸和乳酸等纯的化合物。这些从动植物体内得到的化合物与从矿物、水和空气中得到的物质完全不同。1806 年瑞典化学家柏则利乌斯(Berzelius J)把从有生命的动植物体内得到的化合物定义为有机化合物，研究这些化合物的化学称为有机化学。并认为有机化合物是在“生命力”的影响下才能生成的神秘物质，人工合成是不可能的。1828 年德国青年化学家维勒(Wöhler F)在实验室里通过加热无机化合物氰酸铵溶液，得到当时公认的有机化合物尿素。随后化学家又合成了醋酸、油脂等有机化合物，生命力学说才被彻底否定。此后人们又陆续地合成了许多有机化合物，不断地促进有机化学的发展。随着科学技术的不断进步，对有机化合物的广泛研究发现，有机化合物都含有碳元素，绝大多数还含有氢元素，有的还含有氧、氮、卤素、硫、磷等元素。根据有机化合物的组成，也可以说有机化合物是碳氢化合物及其衍生物。研究有机化合物的化学称为有机化学(organic chemistry)。有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质、合成、应用以及它们之间的相互关系和变化规律的科学。现在虽然仍沿用“有机化合物”和“有机化学”这些名词，但其中“有机”的含义已发生了变化，失去了其原有意义。二、有机化合物的特性有机化合物都含碳元素，由于碳原子的结构和成键特点，使有机化合物的结构和性质具有特殊性。有机化合物与无机化合物比较，具有以下特性：

1.有机化合物容易燃烧大多数有机化合物容易在空气中燃烧，燃烧时主要生成二氧化碳和水。而无机化合物一般不易燃烧。 2.有机化合物熔点较低固态有机化合物是靠相对较弱的分子之间作用力结合而成的分子晶体，破坏这种晶体所需的能量较小，所以有机化合物的熔点较低，一般不超过400℃。许多有机化合物常温下为液体。而无机化合物中多为离子键，靠离子间较强的静电作用力形成离子晶体，破坏离子晶体所需的能量较高。 3.有机化合物大多难溶于水而易溶于有机溶剂大多数有机化合物分子的极性较弱或者是无极性的。根据“相似相溶”原理，它们难溶于极性较强的水，而易溶于非极性或极性小的有机溶剂。 4.有机化合物一般为非电解质有机化合物中的化学键基本上是共价键，极性小或无极性。所以一般为非电解质，在水溶液中或熔化状态下难电离，不导电。 5.有机化合物反应速度较慢，反应复杂，常伴有副反应无机化合物的反应大多是离子反应，反应迅速，瞬间即可完成。而有机化合物分子中的共价键在进行反应时不易离解为离子，因此比无机化合物反应速度慢，一般需要加热、搅拌及使用催化剂来加快其反应速度。而且有机化合物进行反应时，受影响的部位可能不止一个。因此，除主反应外，常伴有副反应发生，反应产物多为混合物。所以一般书写有机化学反应方程式时只写主产物，反应物与主产物之间用“ 隔开。 6.有机化合物结构复杂、种类繁多由于碳原子之间连接顺序、成键方式和空间位置的不同，使得有些有机化合物，虽然分子组成相同，但却有不同的分子结构，性质也不相同，因而不是同一种物质。这种分子组成相同，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。分子中含碳原子数目越多，同分异构体的数目也就越多。而无机化合物结构简单，一个分子式只代表一种物质。因此，有机化合物中所含的元素种类虽然很少，但有机化合物的数目却远远大于无机化合物。有机化合物一般具有以上通性，但也有例外的情况。例如，四氯化碳不但不燃烧，而且可用做灭火剂：糖、乙酸、乙醇等在水中极易溶解：作为炸药的梯恩梯(TNT)、苦味酸等反应都是瞬间完成的三、有机化学与医药学的关系

1.有机化合物容易燃烧大多数有机化合物容易在空气中燃烧，燃烧时主要生成二氧化碳和水。而无机化合物一般不易燃烧。 2.有机化合物熔点较低固态有机化合物是靠相对较弱的分子之间作用力结合而成的分子晶体，破坏这种晶体所需的能量较小，所以有机化合物的熔点较低，一般不超过 400℃。许多有机化合物常温下为液体。而无机化合物中多为离子键，靠离子间较强的静电作用力形成离子晶体，破坏离子晶体所需的能量较高。 3.有机化合物大多难溶于水而易溶于有机溶剂大多数有机化合物分子的极性较弱或者是无极性的。根据“相似相溶”原理，它们难溶于极性较强的水，而易溶于非极性或极性小的有机溶剂。 4.有机化合物一般为非电解质有机化合物中的化学键基本上是共价键，极性小或无极性。所以一般为非电解质，在水溶液中或熔化状态下难电离，不导电。 5.有机化合物反应速度较慢，反应复杂，常伴有副反应无机化合物的反应大多是离子反应，反应迅速，瞬间即可完成。而有机化合物分子中的共价键在进行反应时不易离解为离子，因此比无机化合物反应速度慢，一般需要加热、搅拌及使用催化剂来加快其反应速度。而且有机化合物进行反应时，受影响的部位可能不止一个。因此，除主反应外，常伴有副反应发生，反应产物多为混合物。所以一般书写有机化学反应方程式时只写主产物，反应物与主产物之间用“ ” 隔开。 6.有机化合物结构复杂、种类繁多由于碳原子之间连接顺序、成键方式和空间位置的不同，使得有些有机化合物，虽然分子组成相同，但却有不同的分子结构，性质也不相同，因而不是同一种物质。这种分子组成相同，但具有不同结构的现象，称为同分异构现象。分子式相同而结构不同的化合物互称为同分异构体。分子中含碳原子数目越多，同分异构体的数目也就越多。而无机化合物结构简单，一个分子式只代表一种物质。因此，有机化合物中所含的元素种类虽然很少，但有机化合物的数目却远远大于无机化合物。有机化合物一般具有以上通性，但也有例外的情况。例如，四氯化碳不但不燃烧，而且可用做灭火剂；糖、乙酸、乙醇等在水中极易溶解；作为炸药的梯恩梯(TNT)、苦味酸等反应都是瞬间完成的。三、有机化学与医药学的关系

有机化学是医药学的一门重要的专业基础学科。医药学的研究是为人服务的，人体的组成成分大部分是有机化合物，人体自身的变化就是一系列非常复杂、彼此制约、相互协调的有机化合物的变化过程。药学与有机化学密切相关。人类用于防病治病的药物绝大部分是有机化合物，如对乙酰氨基酚（扑热息痛）、乙酰水杨酸（阿司匹林），特别是中草药的有效成分几乎全部是有机化合物。中草药主要来自植物：生化药物来自动物组织：抗生素大多来自微生物，也有合成或半合成品：合成药则是由有机化学的合成原理和方法制取的。这些有机物质要想符合药用要求，一般都需先用化学方法加工炮制、提取或精制。对中草药有效成分的分析研究，要经过提取、分离、测定结构、人工合成等步骤，所有这些研究程序，都离不开有机化学的基本理论和实验方法。中药具有非常复杂的成分。一种中药往往具有多种功效，这与中药本身含有多种有效成分有关。为了达到治疗疾病的目的，就必须对中药采用化学方法进行炮制，保留或增强其有效成分，减轻或消除无用的或有毒副作用的成分。药物的合成，必须熟悉有机化学反应的特点和方法，才能选择合理的合成路线。此外，中药的鉴定、贮存、剂型的改革，药物的开发和创新，药物结构与药效关系的研究，药物的质量管理等，都必须清楚药物的组成或结构、理化性质，具备丰富的有机化学知识。学好有机化学是医药各专业学生深入贯通医药学各专业课程的必要条件，也是应对未来专业岗位、探索医药学未知领域的最基本手段。因此，医药专业的学生需要掌握一定的有机化学基础理论和基本技能，并且能利用有机化学的理论和方法去了解中药的主要活性成分、作用机制，以及相应的分离、合成、配伍、分析研究等一系列技术问题。为毕业以后的实际工作打下牢固的基础。第二节有机化合物的结构有机化合物的结构包括分子的组成、分子内原子间的连接顺序、排列方式、化学键和空间构型及分子中电子云的分布等。有机化合物除含碳元素外，还含有氢、氧、氮、卤素、硫、磷等元素。有机化合物有上千万种，这与碳原子的结构及其独特的成键方式是分不开的。一、碳原子的成键特点 1.碳原子总是4价碳原子的核外电子排布式为1s22s22p2,其最外电子

有机化学是医药学的一门重要的专业基础学科。医药学的研究是为人服务的，人体的组成成分大部分是有机化合物，人体自身的变化就是一系列非常复杂、彼此制约、相互协调的有机化合物的变化过程。药学与有机化学密切相关。人类用于防病治病的药物绝大部分是有机化合物，如对乙酰氨基酚(扑热息痛)、乙酰水杨酸(阿司匹林)，特别是中草药的有效成分几乎全部是有机化合物。中草药主要来自植物；生化药物来自动物组织；抗生素大多来自微生物，也有合成或半合成品；合成药则是由有机化学的合成原理和方法制取的。这些有机物质要想符合药用要求，一般都需先用化学方法加工炮制、提取或精制。对中草药有效成分的分析研究，要经过提取、分离、测定结构、人工合成等步骤，所有这些研究程序，都离不开有机化学的基本理论和实验方法。中药具有非常复杂的成分。一种中药往往具有多种功效，这与中药本身含有多种有效成分有关。为了达到治疗疾病的目的，就必须对中药采用化学方法进行炮制，保留或增强其有效成分，减轻或消除无用的或有毒副作用的成分。药物的合成，必须熟悉有机化学反应的特点和方法，才能选择合理的合成路线。此外，中药的鉴定、贮存、剂型的改革，药物的开发和创新，药物结构与药效关系的研究，药物的质量管理等，都必须清楚药物的组成或结构、理化性质，具备丰富的有机化学知识。学好有机化学是医药各专业学生深入贯通医药学各专业课程的必要条件，也是应对未来专业岗位、探索医药学未知领域的最基本手段。因此，医药专业的学生需要掌握一定的有机化学基础理论和基本技能，并且能利用有机化学的理论和方法去了解中药的主要活性成分、作用机制，以及相应的分离、合成、配伍、分析研究等一系列技术问题。为毕业以后的实际工作打下牢固的基础。第二节有机化合物的结构有机化合物的结构包括分子的组成、分子内原子间的连接顺序、排列方式、化学键和空间构型及分子中电子云的分布等。有机化合物除含碳元素外，还含有氢、氧、氮、卤素、硫、磷等元素。有机化合物有上千万种，这与碳原子的结构及其独特的成键方式是分不开的。一、碳原子的成键特点 1.碳原子总是 4 价碳原子的核外电子排布式为 1s2 2s2 2p2 ，其最外电子

层有4个电子，要通过得到或失去电子达到稳定的电子构型都是不容易的，它往往通过共用电子对（电子云重叠）与其他原子成键。因此，在有机化合物分子中碳有4个共价键，碳原子总是4价的。 2.共价键的类型成键时由于原子轨道重叠方式的不同，共价键分为σ键和π键。两个原子轨道沿着轨道的对称轴方向以“头碰头”的方式相互重叠所形成的共价键叫。键。s轨道和s轨道之间、s轨道和p轨道之间、p轨道和p轨道之间均可以形成。键（图1-1）。由两个对称轴相互平行的p轨道以“肩并肩”方式，从侧面相互重叠所形成的共价键叫π键（图1-2）。图1-1键的形成图1-2键的形成图一1键的形成图1-2π键的形成 σ键的电子云呈圆柱形对称分布于键轴周围，可以绕键轴自由旋转，说明σ 键电子云比较集中，受两核的约束较大，不易受外电场的影响，因此，。键不易断裂，性质稳定：而π键的电子云分布于键轴的上下两边，轨道重叠程度较小，说明π键电子云比较分散，受两核的约束较小，易受外电场的影响，因此，π键容易断裂，性质较活泼：。键比π键牢固。有机化合物中的单键都是σ键，π键不能单独存在，只能与σ键共存于双键或叁键之中。 3.碳原子之间的连接方式碳原子不仅能与氢、氧、氮、卤素等原子形成共价键，而且碳原子之间也可以通过共价键自相结合，称为自相成键。碳原子之间可以通过共用电子对形成单键、双键或参键。共用一对电子的键叫做单键，用“一”表示：共用两对电子的键叫做双键，用“一”表示：共用三对电子的键叫做叁键，用“=”表示。如： HH H-C-C-H HXC-C<H H-C=C-H HH 乙烷乙烯乙炔碳原子之间也可以相互连接成各种不同的链状和环状，从而构成有机化合物的基本骨架。如：

层有 4 个电子，要通过得到或失去电子达到稳定的电子构型都是不容易的，它往往通过共用电子对(电子云重叠)与其他原子成键。因此，在有机化合物分子中碳有 4 个共价键，碳原子总是 4 价的。 2.共价键的类型成键时由于原子轨道重叠方式的不同，共价键分为 σ 键和 π 键。两个原子轨道沿着轨道的对称轴方向以“头碰头”的方式相互重叠所形成的共价键叫 σ 键。s 轨道和 s 轨道之间、s 轨道和 p 轨道之间、p 轨道和 p 轨道之间均可以形成 σ 键(图 1-1)。由两个对称轴相互平行的 p 轨道以“肩并肩”方式，从侧面相互重叠所形成的共价键叫 π 键(图 1-2)。图 1-1 σ 键的形成图 1-2 π 键的形成 σ 键的电子云呈圆柱形对称分布于键轴周围，可以绕键轴自由旋转，说明 σ 键电子云比较集中，受两核的约束较大，不易受外电场的影响，因此，σ 键不易断裂，性质稳定；而 π 键的电子云分布于键轴的上下两边，轨道重叠程度较小，说明 π 键电子云比较分散，受两核的约束较小，易受外电场的影响，因此，π 键容易断裂，性质较活泼；σ 键比 π 键牢固。有机化合物中的单键都是 σ 键，π 键不能单独存在，只能与 σ 键共存于双键或叁键之中。 3.碳原子之间的连接方式碳原子不仅能与氢、氧、氮、卤素等原子形成共价键，而且碳原子之间也可以通过共价键自相结合，称为自相成键。碳原子之间可以通过共用电子对形成单键、双键或叁键。共用一对电子的键叫做单键，用“—”表示；共用两对电子的键叫做双键，用“ ”表示；共用三对电子的键叫做叁键，用“ ”表示。如： H－C－C－H H H H H C H－C C－H H H H H C 乙烷乙烯乙炔碳原子之间也可以相互连接成各种不同的链状和环状，从而构成有机化合物的基本骨架。如：图 1-1 σ 键的形成图 1-2 π 键的形成

变过大，就会影响分子的稳定性，导致一些特殊的性质。 3.键能双原子分子的共价键裂解时所吸收的能量，称为该共价键的键能，又称为离解能。但对于多原子分子，键能与离解能是不同的，其键能是指分子中同类共价键的平均离解能。键能是共价键强度的重要标志。一般来说，相同类型的共价键中，键能越大，共价键越稳定。常见的共价键的键能见表 1-2。表 1-2 常见共价键的平均键能(kJ/mol) 共价键键能共价键键能共价键键能 C－H 414 C－F 485 C＝C 611 C－C 347 C－Cl 349 C≡C 837 C－O 360 C－Br 285 C≡N 891 C－N 306 C－I 218 C＝O(醛) 736 O－H 464 N－H 389 C＝O(酮) 749 4.键的极性两个相同原子形成共价键时，电子云对称分布在两个原子之间，这样的共价键无极性，是非极性共价键。但两个不同原子形成共价键时，由于成键两原子吸引电子的能力(电负性)不同，电子云偏向电负性较大的原子一端，使其带有部分负电荷，用“δ －”表示；电负性较小的原子带部分正电荷，用“δ ＋” 表示。所以两个不同原子形成的共价键具有极性，是极性共价键。如：H δ+ -Clδ- 、 H3C δ+ -Clδ-。共价键极性的大小，取决于成键两原子电负性之差，差值越大，键的极性就越大。有机化学中常见元素的电负性值见表 1-3。表 1-3 有机化学中常见元素的电负性值元素 H C N O F Cl Br I S P 电负性 2.1 2.5 3.0 3.5 4.0 3.0 2.9 2.5 2.5 2.2 键的极性大小一般用偶极矩(µ)表示，偶极矩数值越大，表明键的极性越大。偶极矩就是正或负电荷中心的电荷量(q)与两电荷中心之间距离(d )的乘积，即 µ ＝q×d。偶极矩的 SI 单位为库仑·米(C·m)。常用的单位为德拜(Debye)，简写为 D，1D＝3.34×10－30C·m。常见共价键的偶极矩见表 1-4。偶极矩具有方向性，用表示，箭头指向带负电荷一端。如： CH3 I H Cl δ δ δ δ + － + －