第一章有机化合物的结构和性质 1.1有机化学和有机化合物 有机化学是化学学科的一个重要分支,它诞生于19世纪初期,迄今不足200年,但已 成为与人类生活有着密切关系的一门学科。有机化学的研究对象是有机化合物。有机化合物 大量存在于自然界,如粮、油、棉、麻、毛、丝、木材、糖、蛋白质、农药、塑料、染料、 香料、医药、石油等大多数都是有机化合物 1828年,德国化学家伍勒在研究氰酸盐的过程中,意外地发现了有机物尿素的生成 AgON+NH4Cl—→NH4OCN+AgCl NHN→H2N=-NH2 这是世界上第一次在实验室的玻璃器皿中从无机物制得有机物。 有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物,有机化学就是研究碳氢化合物及其衍生物的化 学。在化学上,通常把含有碳氢两种元素的化合物称为烃。因此,有机化合物就是烃及其衍 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 有机化学作为一门独立的学科,其研究的对象有机化合物与无机化合物在性质上存在着 定的差异。有机化合物一般具有如下特性 1.易燃烧 除少数例外,一般有机化合物都含有碳和氢两种元素,因此容易燃烧,生成二氧化碳和 水,同时放出大量的热量。大多数无机化合物,如酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而 有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物 2.熔、沸点低 在室温下,绝大多数无机化合物都是高熔点的固体,而有机化合物通常为气体、液体或 低熔点的固体。例如,氯化钠和丙酮的相对分子质量相当,但二者的熔、沸点相差很大 NaCl(氯化钠) CH2COCH2(丙酮) 相对分子质量 熔点/℃ -95.35 沸点/℃ 1413 56.2 大多数有机化合物的熔点一般在400℃以下,而且它们的熔、沸点随着相对分子质量 的增加而逐渐増加。一般地说,纯粹的有机化合物都有固定的熔点和沸点。因此,熔点和沸 点是有机化合物的重要物理常数,人们常利用熔点和沸点的测定来鉴定有机化合物 3.难溶于水、易溶于有机溶剂 水是一种强极性物质,所以以离子键结合的无机化合物大多易溶于水,不易溶于有机溶 剂。而有机化合物一般都是共价键型化合物,极性很小或无极性,所以大多数有机化合物在 水中的溶解度都很小,但易溶于极性小的或非极性的有机溶剂(如乙醚、苯、烃、丙酮等) 中,这就是“相似相溶”的经验规律。正因为如此,有机反应常在有机溶剂中进行 4.反应速度慢 无机反应是离子型反应,一般反应速度都很快。如H与OH的反应,Ag与CI生成AgCl 沉淀的反应等都是在瞬间完成的。 有机反应大部分是分子间的反应,反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键的形成,所
第一章 有机化合物的结构和性质 1.1 有机化学和有机化合物 有机化学是化学学科的一个重要分支，它诞生于 19 世纪初期，迄今不足 200 年，但已 成为与人类生活有着密切关系的一门学科。有机化学的研究对象是有机化合物。有机化合物 大量存在于自然界，如粮、油、棉、麻、毛、丝、木材、糖、蛋白质、农药、塑料、染料、 香料、医药、石油等大多数都是有机化合物。 1828 年，德国化学家伍勒在研究氰酸盐的过程中，意外地发现了有机物尿素的生成。 这是世界上第一次在实验室的玻璃器皿中从无机物制得有机物。 有机化合物就是碳．氢化合物及其衍生物 ．．．．．．．．．，有机化学就是研究碳氢化合物及其衍生物的化 ．．．．．．．．．．．．．． 学．。在化学上，通常把含有碳氢两种元素的化合物称为烃。因此，有机化合物就是烃及其衍 ．．．． 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 有机化学作为一门独立的学科，其研究的对象有机化合物与无机化合物在性质上存在着 一定的差异。有机化合物一般具有如下特性。 1．易燃烧 除少数例外,一般有机化合物都含有碳和氢两种元素，因此容易燃烧，生成二氧化碳和 水,同时放出大量的热量。大多数无机化合物，如酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而 有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物。 2．熔、沸点低 在室温下，绝大多数无机化合物都是高熔点的固体，而有机化合物通常为气体、液体或 低熔点的固体。例如，氯化钠和丙酮的相对分子质量相当，但二者的熔、沸点相差很大。 NaCl （氯化钠） CH3COCH3 （丙酮） 相对分子质量 58.44 58.08 熔点∕o C 801 -95.35 沸点∕o C 1413 56.2 大多数有机化合物的熔点一般在 400 o C 以下，而且它们的熔、沸点随着相对分子质量 的增加而逐渐增加。一般地说，纯粹的有机化合物都有固定的熔点和沸点。因此，熔点和沸 点是有机化合物的重要物理常数，人们常利用熔点和沸点的测定来鉴定有机化合物。 3．难溶于水、易溶于有机溶剂 水是一种强极性物质，所以以离子键结合的无机化合物大多易溶于水，不易溶于有机溶 剂。而有机化合物一般都是共价键型化合物，极性很小或无极性，所以大多数有机化合物在 水中的溶解度都很小，但易溶于极性小的或非极性的有机溶剂（如乙醚、苯、烃、丙酮等） 中，这就是“相似相溶”的经验规律。正因为如此，有机反应常在有机溶剂中进行。 4．反应速度慢 无机反应是离子型反应，一般反应速度都很快。如 H +与 OH-的反应，Ag+与 Cl-生成 AgCl 沉淀的反应等都是在瞬间完成的。 有机反应大部分是分子间的反应，反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键的形成，所 AgOCN + NH4Cl NH4OCN + AgCl NH4OCN O H2N-C-NH2
以反应速度比较慢。一般需要几小时,甚至几十小时才能完成。为了加速有机反应的进行, 常采用加热、光照、搅拌或加催化剂等措施。随着新的合成方法的出现,改善反应条件,促 使有机反应速度的加快也是很有希望的。 副反应多,产物复杂 有机化合物的分子大多是由多个原子结合而成的复杂分子,所以在有机反应中,反应中 心往往不局限于分子的某一固定部位,常常可以在不同部位同时发生反应,得到多种产物。 反应生成的初级产物还可继续发生反应,得到进一步的产物。因此在有机反应中,除了生成 主要产物以外,还常常有副产物生成。 为了提高主产物的收率,控制好反应条件是十分必要的。由于得到的产物是混合物,故 需要经分离、提纯的步骤,以获得较纯净的物质 同分异构现象普遍存在 同分异构现象是有机化学中极为普遍而又很重要的问题,也是造成有机化合物数目繁多 (现已知有机化合物有1千万种以上)的主要原因之一。所谓同分异构现象是指具有相同分 子式,但结构不同,从而性质各异的现象。例如,乙醇和甲醚,分子式均为C2H50,但它们 的结构不同,因而物理和化学性质也不相同。乙醇和甲醚互为同分异构体 H-C-O-C-H H 乙醇b.p.78.5℃ 甲醚b.p.-25℃ 由于在有机化学中普遍存在同分异构现象,故在有机化学中不能只用分子式来表示某 有机化合物,必须使用构造式或构型式 1.3有机化合物中的共价键 在讨论共价键理论之前,先简单的介绍原子轨道 1.原子轨道 原子是由原子核和核外电子两部分组成的,电子绕核作高速运动。化学反应主要涉及原 子外层电子运动状态的改变。核外电子作为一种 微观粒子,它的运动具有粒子性和波动性,即它 的运动是量子化的,对这种微观粒子的运动规律 必须用量子力学来描述 ∴∷∷∷∷ 常用小黑点的密度大小来表示电子出现的 ∴几率大小。电子在核外的分布就好像云雾一样, ∵∷∵因此把这种分布形象地称为电子云。这种电子在 空间可能出现的区域称为原子轨道,通常用1s 轨道、2s轨道、2p轨道、3s轨道、3p轨道…… ∴∷…∴ 来表示。 2.价键理论 价键法是量子化学中处理化学键问题的 种近似方法,它与分子轨道法是互相补充的。 价键理论认为,共价键的形成可以看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。原子轨道 重叠后,在两个原子核间电子云密度较大,因而降低了两核之间的正电排斥,增加了两核对 负电的吸引,使整个体系的能量降低,形成稳定的共价键。成键的电子定域在两个成键原子 之间。 3.碳原子的价键特点和杂化轨道
以反应速度比较慢。一般需要几小时，甚至几十小时才能完成。为了加速有机反应的进行， 常采用加热、光照、搅拌或加催化剂等措施。随着新的合成方法的出现，改善反应条件，促 使有机反应速度的加快也是很有希望的。 5．副反应多，产物复杂 有机化合物的分子大多是由多个原子结合而成的复杂分子，所以在有机反应中，反应中 心往往不局限于分子的某一固定部位，常常可以在不同部位同时发生反应，得到多种产物。 反应生成的初级产物还可继续发生反应，得到进一步的产物。因此在有机反应中，除了生成 主要产物以外，还常常有副产物生成。 为了提高主产物的收率，控制好反应条件是十分必要的。由于得到的产物是混合物，故 需要经分离、提纯的步骤，以获得较纯净的物质。 6．同分异构现象普遍存在 同分异构现象是有机化学中极为普遍而又很重要的问题，也是造成有机化合物数目繁多 （现已知有机化合物有 1 千万种以上）的主要原因之一。所谓同分异构现象是指具有相同分 子式，但结构不同，从而性质各异的现象。例如，乙醇和甲醚，分子式均为 C2H6O，但它们 的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。乙醇和甲醚互为同分异构体。 乙醇 b.p.78.5 o C 甲醚 b.p.-25 o C 由于在有机化学中普遍存在同分异构现象，故在有机化学中不能只用分子式来表示某一 有机化合物，必须使用构造式或构型式。 1.3 有机化合物中的共价键 在讨论共价键理论之前，先简单的介绍原子轨道。 1．原子轨道 原子是由原子核和核外电子两部分组成的，电子绕核作高速运动。化学反应主要涉及原 子外层电子运动状态的改变。核外电子作为一种 微观粒子，它的运动具有粒子性和波动性，即它 的运动是量子化的,对这种微观粒子的运动规律 必须用量子力学来描述。 常用小黑点的密度大小来表示电子出现的 几率大小。电子在核外的分布就好像云雾一样， 因此把这种分布形象地称为电子云。这种电子在 空间可能出现的区域称为原子轨道，通常用 1s 轨道、2s 轨道、2p 轨道、3s 轨道、3p 轨道…… 来表示。 2. 价键理论 价键法是量子化学中处理化学键问题的一 种近似方法，它与分子轨道法是互相补充的。 价键理论认为，共价键的形成可以看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。原子轨道 重叠后，在两个原子核间电子云密度较大，因而降低了两核之间的正电排斥，增加了两核对 负电的吸引，使整个体系的能量降低，形成稳定的共价键。成键的电子定域在两个成键原子 之间。 3．碳原子的价键特点和杂化轨道 H-C-C-O-H H H H H H H-C-O-C-H H H H
(1)碳原子的价键特点在元素周期表中,碳原子是第二周期第四主族元素。基态 时,核外电子排布为:1s252p2B。碳在周期表中的位置决定了它既不容易得到四个电子 形成C型化合物,也不容易失去四个电子形成C型化合物。因此,碳原子之间相互结合或 与其它原子结合时,都是通过共用电子对而结合成共价键 碳原子是四价的,它可以与其它原子或自身形成单键,也可以形成双键或叁键。 (2)碳原子轨道的杂化碳原子在基态时,只有两个未成对电子。根据价键理论和 分子轨道理论,碳原子应是两价的。但大量事实都证实,在有机化合物中碳原子都是四价的, 而且在饱和化合物中,碳的四价都是等同的。为了解决这类矛盾,1931年鲍林提出了原子 轨道杂化理论。 杂化轨道理论认为:碳原子在成键的过程中首先要吸收一定的能量,使2s轨道的一个 电子跃迁到2p空轨道中,形成碳原子的激发态。激发态的碳原子具有四个单电子,因此碳 原子为四价的 一趺迁 2p, 2p, 2p 2p22n2D2 2 2 基态 激发态 杂化轨道又认为:碳原子在成键时,四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合” 形成四个能量等同的新轨道,称为杂化轨道。杂化轨道的能量稍高于2s轨道的能量,稍低 于2p轨道的能量。这种由不同类型的轨道混合起来重新组合成新轨道的过程,叫做“轨道 的杂化”。杂化轨道的数目等于参加组合的原子轨道的数目 碳原子轨道的杂化有三种形式: Sp杂化由一个2s轨道和三个2p轨道杂化形成四个能量相等的新轨道,叫做s杂化 轨道,这种杂化方式叫做sp杂化。如: 功s杂化山1山 能量 Sp杂化轨道的形状及能量既不同于2s轨道,又不同于2p轨道,它含有1/4的s成分 和3/4的p成分。sp杂化轨道是有方向性的,即在对称轴的一个方向上集中,四个sp杂化 轨道呈四面体分布,轨道对称轴之间的夹角均为109°28(图0-10)。 s2杂化由一个2s轨道和两个2p轨道重新组合成三个能量等同的杂化轨道,称sp2 杂化。如: E s杂化山山 p 能量
（1）碳原子的价键特点 在元素周期表中，碳原子是第二周期第四主族元素。基态 时，核外电子排布为：1s 2 2s 2 2px 1 2py 1。碳在周期表中的位置决定了它既不容易得到四个电子 形成 C 4-型化合物，也不容易失去四个电子形成 C 4+型化合物。因此，碳原子之间相互结合或 与其它原子结合时，都是通过共用电子对而结合成共价键。 碳原子是四价的，它可以与其它原子或自身形成单键，也可以形成双键或叁键。 （2）碳原子轨道的杂化 碳原子在基态时，只有两个未成对电子。根据价键理论和 分子轨道理论，碳原子应是两价的。但大量事实都证实，在有机化合物中碳原子都是四价的， 而且在饱和化合物中，碳的四价都是等同的。为了解决这类矛盾，1931 年鲍林提出了原子 轨道杂化理论。 杂化轨道理论认为：碳原子在成键的过程中首先要吸收一定的能量，使 2s 轨道的一个 电子跃迁到 2p 空轨道中，形成碳原子的激发态。激发态的碳原子具有四个单电子，因此碳 原子为四价的。 跃迁 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2s 2s 基态 激发态 杂化轨道又认为：碳原子在成键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合” 形成四个能量等同的新轨道，称为杂化轨道。杂化轨道的能量稍高于 2s 轨道的能量，稍低 于 2p 轨道的能量。这种由不同类型的轨道混合起来重新组合成新轨道的过程，叫做“轨道 的杂化”。杂化轨道的数目等于参加组合的原子轨道的数目。 碳原子轨道的杂化有三种形式： sp 3 杂化 由一个 2s 轨道和三个 2p 轨道杂化形成四个能量相等的新轨道，叫做 sp 3 杂化 轨道，这种杂化方式叫做 sp 3 杂化。如： 2p sp 3 杂化 sp 3 2s 能量 sp 3 杂化轨道的形状及能量既不同于 2s 轨道，又不同于 2p 轨道，它含有 1/4 的 s 成分 和 3/4 的 p 成分。sp 3 杂化轨道是有方向性的，即在对称轴的一个方向上集中，四个 sp 3 杂化 轨道呈四面体分布，轨道对称轴之间的夹角均为 109°28’（图 0-10）。 sp 2 杂化 由一个 2s 轨道和两个 2p 轨道重新组合成三个能量等同的杂化轨道，称 sp 2 杂化。如： 2p sp 2 杂化 2p sp 2 2s 能量 E E
p杂化由一个2s轨道和一个2p轨道重新组合成二个能量等同、方向相反的杂化轨道, 称SD杂化。如: Ds杂化1 能量 SD杂化轨道的形状与sp3、s2杂化轨道的形状相似,sp杂化轨道含有1/2的s成分和 1/2的p成分,二个Sp杂化轨道伸向碳原子核的两边,它们的对称轴在一条直线上,互呈 80°夹角。碳原子还余下二个未参与杂化的2p轨道,这二个2p轨道仍保持原来的形状 其对称轴不仅互相垂直,而且都垂直于sp杂化轨道对称轴所在的直线。为方便起见,将sp 杂化轨道只看作一条直线,则二个2p轨道垂直于这条直线 (3)σ键和π键碳原子的三种杂化轨道与p轨道的成键方式不同,可以形成二种 共价键,即σ键和π键 杂化轨道与杂化轨道、杂化轨道与s轨道、s轨道与s轨道、s轨道与p轨道、杂化轨 道与p轨道、p轨道与p轨道等以“头碰头”方式重叠,原子轨道的轴与键轴相重合,这种 共价键称为σ键, 1.4有机化合物中共价键的性质 1.键长 形成共价键的两个原子核之间的平均距离称为键长 般说来,形成的共价键越短,表示键越强,越牢固 2.键角 两价以上的原子与其它原子成键时,两个共价键之间的夹角称为键角。 3.键能 键能表示共价键的牢固程度。当A和B两个原子(气态)结合生成A-B分子(气态)时 放出的能量称为键能 A(气态)+B(气态)→A-B(气态) 显然,要使1molA-B双原子分子(气态)离解为原子(气态)时,所需要的能量叫做 A-B键的离解能,以符号D表示。 对于双原子分子,A-B键的离解能就是它的键能。键的离解能和键能单位通常用 kJ mol 对于多原子的分子,键能一般是指同一类共价键的离解能的平均值 4.键的极性和元素的电负性 键的极性是由于成键的两个原子之间的电负性差异而引起的 当两个不相同的原子形成共价键时,由于电负性的差异,电子云偏向电负性较大的原子 一方,使正、负电荷重心不能重合,电负性较大的原子带有微弱的负电荷(用8表示),电 负性较小的原子带有微弱的正电荷(用δ'表示)。这种键叫做极性共价键
p 杂化 由一个 2s 轨道和一个 2p 轨道重新组合成二个能量等同、方向相反的杂化轨道， 称 sp 杂化。如： 2p sp 杂化 2p sp 2s 能量 sp 杂化轨道的形状与 sp 3、sp 2 杂化轨道的形状相似，sp 杂化轨道含有 1/2 的 s 成分和 1/2 的 p 成分，二个 sp 杂化轨道伸向碳原子核的两边，它们的对称轴在一条直线上，互呈 180°夹角。碳原子还余下二个未参与杂化的 2p 轨道，这二个 2p 轨道仍保持原来的形状， 其对称轴不仅互相垂直，而且都垂直于 sp 杂化轨道对称轴所在的直线。为方便起见，将 sp 杂化轨道只看作一条直线，则二个 2p 轨道垂直于这条直线。 （3）σ键和π键 碳原子的三种杂化轨道与 p 轨道的成键方式不同，可以形成二种 共价键，即σ键和π键。 杂化轨道与杂化轨道、杂化轨道与 s 轨道、s 轨道与 s 轨道、s 轨道与 p 轨道、杂化轨 道与 p 轨道、p 轨道与 p 轨道等以“头碰头”方式重叠，原子轨道的轴与键轴相重合，这种 共价键称为σ键。 1.4 有机化合物中共价键的性质 1. 键长 形成共价键的两个原子核之间的平均距离称为键长。 一般说来，形成的共价键越短，表示键越强，越牢固。 2. 键角 两价以上的原子与其它原子成键时，两个共价键之间的夹角称为键角。 3. 键能 键能表示共价键的牢固程度。当 A 和 B 两个原子（气态）结合生成 A-B 分子（气态）时， 放出的能量称为键能。 A（气态）+B（气态）→A-B（气态） 显然，要使 1 mol A-B 双原子分子（气态）离解为原子（气态）时，所需要的能量叫做 A-B 键的离解能，以符号 D（A-B）表示 。 对于双原子分子，A-B 键的离解能就是它的键能。键的离解能和键能单位通常用 kJ·mol-1 表示。 对于多原子的分子，键能一般是指同一类共价键的离解能的平均值。 4. 键的极性和元素的电负性 键的极性是由于成键的两个原子之间的电负性差异而引起的。 当两个不相同的原子形成共价键时，由于电负性的差异，电子云偏向电负性较大的原子 一方，使正、负电荷重心不能重合，电负性较大的原子带有微弱的负电荷（用δ-表示），电 负性较小的原子带有微弱的正电荷（用δ+表示）。这种键叫做极性共价键。 E
共价键的极性大小可用偶极矩(键矩)μ来表示。 式中,q=正、负电荷中心所带的电荷值(库仑C)R=正、负电荷间的距离(m) 偶极矩是矢量,有方向性,通常规定其方向由正到负,用+-表示。过去偶极矩μ用 德拜D为单位,现在μ的法定单位为C·m(库仑·米),1D=3.33564×10°C·m 1.5共价键的断裂 有机分子之间发生反应,其本质就是这些分子中某些共价键的断裂和新共价键的形成 1.共价键的断裂 共价键的断裂有两种方式。一种方式是共价键断裂时,成键的一对电子平均分给两个 原子或原子团。 均裂 这种断裂方式称为均裂。均裂生成的带单电子的原子或原子团称为自由基或游离剩加 叫甲基自由基。自由基通常用·表示。均裂反应一般要在光照条件或高温加热下进行 共价键断裂的另一种方式是异裂。共价键异裂时,成键的一对电子保留在一个原子上 异裂有两种情况 异裂 C碳离 异裂 C:Y 碳负离子 共价键异裂产生的是离子。异裂一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下进行 1.6有机化学中的酸碱感念 有机化学中的酸碱理论是理解有机反应的最基本的概念之一,目前广泛应用于有机化学 的是布朗斯特(J.N. Bronsted)酸碱质子理论和路易斯(G.N. Lewis)酸碱电子理论 1.6.1布朗斯特酸碱质子理论 布朗斯特认为,凡是能给出质子的分子或离子都是酸:凡是能与质子结合的分子或离子 都是碱。酸失去质子,剩余的基团就是它的共轭碱:碱得到质子生成的物质就是它的共轭酸 例如,醋酸溶于水的反应可表示如下: CH2COOH H20 CH3C00 H30 在正反应中, CHaCOOH是酸,CH3COO是它的共轭碱:H2O是碱,H3O是它的共轭酸 对逆反应来说,H3O是酸,H2O是它的共轭碱: CH3COO是碱,CH3COOH是它的共轭酸。 在共轭酸碱中,一种酸的酸性愈强,其共轭碱的碱性就愈弱,因此,酸碱的概念是相对 的,某一物质在一个反应中是酸,而在另一反应中可以是碱。例如,H2O对CH3COO来说 是酸,而H2O对NH4+则是碱: 0+CH3C00 CH3COOH OH (酸) (共轭酸)(共轭碱) H2O NH3 H30
CH3 δ+→Clδ- 共价键的极性大小可用偶极矩（键矩）μ来表示。 μ=q·R 式中，q =正、负电荷中心所带的电荷值（库仑 C） R =正、负电荷间的距离（m） 偶极矩是矢量，有方向性，通常规定其方向由正到负，用 表示。过去偶极矩μ用 德拜 D 为单位，现在μ的法定单位为 C·m（库仑·米），1 D=3.33564×10-30C·m。 1.5 共价键的断裂 有机分子之间发生反应，其本质就是这些分子中某些共价键的断裂和新共价键的形成。 1. 共价键的断裂 共价键的断裂有两种方式。一种方式是共价键断裂时，成键的一对电子平均分给两个 原子或原子团。 均裂 这种断裂方式称为均裂。均裂生成的带单电子的原子或原子团称为自由基或游离基。如 叫甲基自由基。自由基通常用 表示。均裂反应一般要在光照条件或高温加热下进行。 共价键断裂的另一种方式是异裂。共价键异裂时，成键的一对电子保留在一个原子上。 异裂有两种情况： 异裂 碳正离子 或 异裂 碳负离子 共价键异裂产生的是离子。异裂一般需要酸、碱催化或在极性物质存在下进行。 1.6 有机化学中的酸碱感念 有机化学中的酸碱理论是理解有机反应的最基本的概念之一，目前广泛应用于有机化学 的是布朗斯特(J.N.Brönsted)酸碱质子理论和路易斯(G.N.Lewis)酸碱电子理论。 1.6.1 布朗斯特酸碱质子理论 布朗斯特认为，凡是能给出质子的分子或离子都是酸；凡是能与质子结合的分子或离子 都是碱。酸失去质子，剩余的基团就是它的共轭碱；碱得到质子生成的物质就是它的共轭酸。 例如，醋酸溶于水的反应可表示如下： 在正反应中，CH3COOH 是酸，CH3COO-是它的共轭碱；H2O 是碱，H3O+是它的共轭酸。 对逆反应来说，H3O+是酸，H2O 是它的共轭碱；CH3COO-是碱，CH3COOH 是它的共轭酸。 在共轭酸碱中，一种酸的酸性愈强，其共轭碱的碱性就愈弱，因此，酸碱的概念是相对 的，某一物质在一个反应中是酸，而在另一反应中可以是碱。例如，H2O 对 CH3COO-来说 是酸，而 H2O 对 NH4 +则是碱： （酸） （碱） （共轭酸） （共轭碱） C Y Y . . . C . + CH3 . R . + C Y . C..Y . ... + . . - .C Y . . C ..Y . ... - + + CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O + + OHH2O + CH3COO- CH3COOH H2O + NH4 + NH + 3 H3O +
(碱) (酸 (共轭碱)(共轭酸) 酸的强度,通常用离解平衡常数Ka或pKa表示;碱的强度则用k或pkb表示。在水溶 液中,酸的pKa与共轭碱的pKb之和为14。即 碱的pKb=14-共轭酸的pKa 在酸碱反应中,总是较强的酸把质子传递给较强的碱。例如: RONa+H20÷=ROH+NaOH (较强碱)(较强酸) (较弱酸)(较弱碱) 1.6.2路易斯酸碱电子理论 布朗斯特酸碱理论仅限于得失质子而路易斯酸碱理论着眼于电子对,认为酸是能接受外 来电子对的电子接受体;碱是能给出电子对的电子给予体。因此,酸和碱的反应可用下式表 A+: B 上式中,A是路易斯酸,它至少有一个原子具有空轨道,具有接受电子对的能力,在有 机反应中常称为亲电试剂:B是路易斯碱,它至少含有一对未共用电子对,具有给予电子对 的能力,在有机反应中常称为亲核试剂。酸和碱反应生成的AB叫做酸碱加合物。 路易斯碱与布朗斯特碱两者没有多大区别,但路易斯酸要比布朗斯特酸概念广 泛得多。例如,在ACl3分子中,A的外层电子只有六个,它可以接受另一对电子 H2(, NH3, RNH2, ROH, ROR', RSH AlCl3 + cl AlCl 1.7有机化合物的分类 有机化合物的分类,一种是按碳架不同分类,一种是按官能团分类 7.1根据碳架不同分类 1.开链化合物 在开链化合物中,碳原子互相结合形成链状。因为这类化合物最初是从脂肪中得到 的,所以又称脂肪族化合物。如 CH3CH2CH3 CH3 CH=CH2 CH2=CH-CH=CH CH3CH2OH CH3CH2OCH2 CH3 丙烷 丙稀 1,3-丁二烯 乙醇 碳环化合物 碳环化合物分子中含有由碳原子组成的碳环。它们又可分为两类 (1)脂环化合物它们的化学性质与脂肪族化合物相似,因此称脂环族化合物 环戊烷 (2)芳香族化合物这类化合物大多数都含有芳环,它们具有与开链化合物和脂 环化合物不同的化学特性。如: 萘 2-甲基萘 (3)杂环化合物在这类化合物分子中,组成环的元素除碳原子以外还含有其它元
（碱） （酸） （共轭碱） （共轭酸） 酸的强度，通常用离解平衡常数 Ka 或 pKa 表示；碱的强度则用 Kb 或 pKb 表示。在水溶 液中，酸的 pKa 与共轭碱的 pKb 之和为 14。即: 碱的 pKb＝14-共轭酸的 pKa 在酸碱反应中，总是较强的酸把质子传递给较强的碱。例如： （较强碱） （较强酸） （较弱酸） （较弱碱） 1.6.2 路易斯酸碱电子理论 布朗斯特酸碱理论仅限于得失质子,而路易斯酸碱理论着眼于电子对,认为酸是能接受外 来电子对的电子接受体；碱是能给出电子对的电子给予体。因此，酸和碱的反应可用下式表 示： 上式中，A 是路易斯酸，它至少有一个原子具有空轨道，具有接受电子对的能力，在有 机反应中常称为亲电试剂；B 是路易斯碱，它至少含有一对未共用电子对，具有给予电子对 的能力，在有机反应中常称为亲核试剂。酸和碱反应生成的 AB 叫做酸碱加合物。 路易斯碱与布朗斯特碱两者没有多大区别，但路易斯酸要比布朗斯特酸概念广 泛得多。例如，在 AlCl3 分子中, Al 的外层电子只有六个，它可以接受另一对电子。 1.7 有机化合物的分类 有机化合物的分类，一种是按碳架不同分类，一种是按官能团分类。 1.7.1 根据碳架不同分类 1. 开链化合物 在开链化合物中，碳原子互相结合形成链状。因为这类化合物最初是从脂肪中得到 的，所以又称脂肪族化合物。如： CH3CH2CH3 CH3CH=CH2 CH2=CH-CH=CH2 CH3CH2OH CH3CH2OCH2CH3 丙烷 丙稀 1，3-丁二烯 乙醇 乙醚 2. 碳环化合物 碳环化合物分子中含有由碳原子组成的碳环。它们又可分为两类： （1）脂环化合物 它们的化学性质与脂肪族化合物相似，因此称脂环族化合物。 如： 甲基环丙烷 环丁烷 环戊烷 环己烷 1，3-环戊二烯 （2）芳香族化合物 这类化合物大多数都含有芳环，它们具有与开链化合物和脂 环化合物不同的化学特性。如： 苯 甲苯 1，2-二甲苯 萘 2-甲基萘 （3）杂环化合物 在这类化合物分子中，组成环的元素除碳原子以外还含有其它元 RONa + H2O ROH + NaOH A + B A B. . . . H2O , NH3 , RNH2 , ROH , ROR' ,RSH .. . .. .. .. . . . .. .. .. .. AlCl3 + ClAlCl4 - CH3 CH3 CH3 CH3 CH3
素的原子(如氧、硫、氮),这些原子通常称为杂原子。如 呋喃 吡咯 吡啶 3-甲基吡啶 1.7.2根据官能团不同分类 官能团是分子中比较活泼而又易起化学反应的原子或基团,它决定化合物的主要化学性 质。含有相同官能团的化合物在化学性质上基本是相同的。因此,只要研究该类化合物中的 一个或几个化合物的性质后,即可了解该类其它化合物的性质
素的原子（如氧、硫、氮），这些原子通常称为杂原子。如： 呋喃 噻吩 吡咯 吡啶 3-甲基吡啶 1.7.2 根据官能团不同分类 官能团是分子中比较活泼而又易起化学反应的原子或基团，它决定化合物的主要化学性 质。含有相同官能团的化合物在化学性质上基本是相同的。因此，只要研究该类化合物中的 一个或几个化合物的性质后，即可了解该类其它化合物的性质。 O S N H N CH3 N