第一章绪论 有机化学的发展 在自然科学的分支中,化学是在原子水平上研究物质的组成、结构和性能以及想戛转化 的学科 人们对有机物的认识是逐渐由浅入深的,最初有机物指由动植物有机体得到的物质。例 如:糖、染料、酒和醋等。在我国古代,周朝已知用胶,汉朝发明了造纸。这是对有机物的 最初人认识,它只是对其性质的一种运用,并不了解其结构与性质,并且这些均为混合物, 对有机物纯物质的认识是近代的事。十八世纪,人们逐渐获得了一些纯物质,例如:从葡 萄汁中获得了酒石酸,从尿中获得尿素,从酸牛奶中取得了乳酸等。由于这些物质均为从有 生命的物体中获得,(同无机物,例如:矿石、金属相比)并且由于当时的条件所限制,不 能用人工合成,“有机”这一词便由此而生。 著名化学家柏则里,首先引用了“有机化学”这一名字,目的是区别于其他矿物质的化 学一—无机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种特殊力量一一生活力的作用才会产 生出来,人工是不能合成的,这一思想曾一度统治了有机化学界,阻碍了有机化学的发展。 1828年,魏勒( we hler)第一次人工合成了尿素,但是这一重要发现,并没有得到柏则里 等化学家的承认。随着科学的发展,更多的有机物被合成,生活力才彻底被否定,从此有机 化学进入了合成的时代。 有机物均含有碳原子,所以现代有机学被定义为“碳化合物的化学”。1950年已知化合 物数目有200万种,1990年达到1000万种,这些化合物大多数由人工合成。再例由H和O 组成的化合物只有H2O,H2O2两种。而由C和H组成的化学物质已知的就有3000多种 有机化学与生活的关系及其任务 在今天的物质生活中,有机化合物无处不在,例如:药、有机肥料、食品、炸药、香料, 塑料和合成纤维等。(可以展开)对于征服疾病如:癌症、控制遗传、延长寿命将起巨大的 作用。 生命科学与有机化学密切有关,如果说二十一世纪是生命科学光辉灿烂的时代,那么化 学学科通过与生物学科相结合,同样也是光辉灿烂的 有机化学的任务 分离:提取自然存在的有机物,测定其结构和性质,加以利用。例如:中草药,昆虫 信息素等。(可找一例子) 2物現有机化学砥究:即研究有机物结构与性质间的关系,反应历程影响因素等,以便 控制反应方向 3貪成有机锪:前提是确定分子结构,了解有机反应历程,条件等因素 三、有机化学研究方法 从自然界取得或人工合成物质,往往为混合物,为研究其结构和性质。 l:必须得到纯净物,根据情况不同,可选择重从结晶、蒸馏、升华、色谱等 2:得到纯净物后,如果为未知物,则需要研究其物理、化学性质,并确定其结构。 结构的测定非常复杂,结构与性质密切相关,测定结构对研究性质具有重要的意义。测 定方法:现在可把实验物理方法应用于分析化学,为结构测定提供可能。例如:红外光谱(可 确定基团)紫外光谱〔可以确定共轭体系),核磁共振(可提供原子结合方式),质谱(提供 有关分子量和结构信息)。 四:理论基础及基本概念 l:路易斯学说 1916年,他解释原子的电子可以配对成键(共价键),使原子可形成稳定的惰性气体的
第一章 绪论 一、 有机化学的发展 在自然科学的分支中，化学是在原子水平上研究物质的组成、结构和性能以及相互转化 的学科。 人们对有机物的认识是逐渐由浅入深的，最初有机物指由动植物有机体得到的物质。例 如：糖、染料、酒和醋等。在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发明了造纸。这是对有机物的 最初人认识，它只是对其性质的一种运用，并不了解其结构与性质，并且这些均为混合物， 对有机物纯物质的认识是近代的事。十八世纪，人们逐渐获得了一些 纯物质，例如：从葡 萄汁中获得了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取得了乳酸等。由于这些物质均为从有 生命的物体中获得，（同无机物，例如：矿石、金属相比）并且由于当时的条件所限制，不 能用人工合成，“有机”这一词便由此而生。 著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学”这一名字，目的是区别于其他矿物质的化 学——无机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种特殊力量——生活力的作用才会产 生出来，人工是不能合成的，这一思想曾一度统治了有机化学界，阻碍了有机化学的发展。 1828 年，魏勒（Wёhler）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有得到柏则里 等化学家的承认。随着科学的发展，更多的有机物被合成，生活力才彻底被否定，从此有机 化学进入了合成的时代。 有机物均含有碳原子，所以现代有机学被定义为“碳化合物的化学”。1950 年已知化合 物数目有 200 万种，1990 年达到 1000 万种，这些化合物大多数由人工合成。再例由 H 和 O 组成的化合物只有 H2O，H2O2 两种。而由 C 和 H 组成的化学物质已知的就有 3000 多种。 二、 有机化学与生活的关系及其任务 在今天的物质生活中，有机化合物无处不在，例如：药、有机肥料、食品、炸药、香料， 塑料和合成纤维等。（可以展开）对于征服疾病如：癌症、控制遗传、延长寿命将起巨大的 作用。 生命科学与有机化学密切有关，如果说二十一世纪是生命科学光辉灿烂的时代，那么化 学学科通过与生物学科相结合，同样也是光辉灿烂的。 有机化学的任务: 1.分离：提取自然存在的有机物，测定其结构和性质，加以利用。例如：中草药，昆虫 信息素等。（可找一例子） 2.物理有机化学研究：即研究有机物结构与性质间的关系，反应历程影响因素等，以便 控制反应方向。 3.合成有机物：前提是确定分子结构，了解有机反应历程，条件等因素。 三、 有机化学研究方法 从自然界取得或人工合成物质，往往为混合物，为研究其结构和性质。 1：必须得到纯净物，根据情况不同，可选择重从结晶、蒸馏、升华、色谱等。 2：得到纯净物后，如果为未知物，则需要研究其物理、化学性质，并确定其结构。 结构的测定非常复杂，结构与性质密切相关，测定结构对研究性质具有重要的意义。测 定方法：现在可把实验物理方法应用于分析化学，为结构测定提供可能。例如：红外光谱（可 确定基团）紫外光谱（可以确定共轭体系），核磁共振（可提供原子结合方式），质谱（提供 有关分子量和结构信息）。 四：理论基础及基本概念 1：路易斯学说 1916 年，他解释原子的电子可以配对成键（共价键），使原子可形成稳定的惰性气体的
电子构型。例:象F、C核外有8个电子,统称为“八偶体”规则,这种用共价键结合的外 层电子,表示的电子结构式称路易斯结构。 H H 2凯勒KeA及志槌尔(CusA的两个惠要原则 ①碳原子是价的:即可与四个原子结合成键。例如: H H ②碳原子的息想绩食成键 C与C可用一价自相结合成碳碳单键,最后形成碳链。 /*1854年, August Kekul e在伦敦乘坐公共马车时得到了该问题的回答。“一个晴朗的 夏夜,我正在乘坐末班公共马车时,和往常一样,我做在‘外座’,车子经过伦敦寂静的街 道,他在其他时候是充从满着生气的,我沉浸在梦幻中,看!原子在我眼前跳跃……,我不 断地看到两个较小的原子如何连接起来形成一对,一个较大的如何拥抱着两个较小的;另 些较大的紧拉着三个或四个较小的,同时他们全都在一个令人晕眩的舞蹈中回旋着,我看到 这些大地原子如何形成一条链……,我当晚就花了一些时间记下了至少是这些梦境的梗概。” August Kekul e, 1890*/ 例如:三个碳原子自相结合,结构如下图:四个碳原子自相结合,有两种排列,结构如下 H 原子结构 四原子结构一1 四原子结构-2 若为烃,其于价用H填补。 构造式:上式中,代表着分子中原子的种类,数目和排列的次序,称为构造式。 绩枃:建筑结构观点:( August Kekul e)认为分子是由各原子结合起来的一个“建筑 物”,原子好象木架和砖石,不仅他们连接有一定的次序,而且建筑物有一定的式样和形象 (这是一种建筑观点的分子结构) 化学结构观点:不特列洛夫( Butlerov,A,1861)认为一个化合物的化学性质,取决 于分子中一定数目彼此结合的原子之间的相互关系及结合方式,这种关系就代表了该化合物 的化学结构。 我们涉及到的多为化学结构,立体结构也涉及到一些。目前立体结构研究已十分深入。 一些基本概念: 单键:两个原子各用一个电子共价成键,称为单键 双键:两个原子各用两个电子共价成键,称为双键。 套键:两个原子各用三个电子共价成键,称为叁键 直链:象上图中三个或四个或更多个碳原子,相连成一条直线称为直链 支链象上图中三个碳原子相连形成一条直链,中间一个碳原子与另一个碳原子相连形 成分支的链,称为支链。 其中四原子结构一1与四原子结构—2称为碳架异构
电子构型。例：象 F、C 核外有 8 个电子，统称为“八偶体”规则，这种用共价键结合的外 层电子，表示的电子结构式称路易斯结构。 2：凯库勒（Kekulё.A）及古柏尔（Couper.A）的两个重要原则 ①碳原子是四价的：即可与四个原子结合成键。例如： ②碳原子的自相结合成键 C 与 C 可用一价自相结合成碳碳单键，最后形成碳链。 /*1854 年，August Kekulё在伦敦乘坐公共马车时得到了该问题的回答。“一个晴朗的 夏夜，我正在乘坐末班公共马车时，和往常一样，我做在‘外座’，车子经过伦敦寂静的街 道，他在其他时候是充从满着生气的，我沉浸在梦幻中，看！原子在我眼前跳跃……，我不 断地看到两个较小的原子如何连接起来形成一对，一个较大的如何拥抱着两个较小的；另一 些较大的紧拉着三个或四个较小的，同时他们全都在一个令人晕眩的舞蹈中回旋着，我看到 这些大地原子如何形成一条链……，我当晚就花了一些时间记下了至少是这些梦境的梗概。” ——August Kekulё，1890*/ 例如：三个碳原子自相结合，结构如下图；四个碳原子自相结合，有两种排列，结构如下： 三原子结构 四原子结构—1 四原子结构—2 若为烃，其于价用 H 填补。 构造式：上式中，代表着分子中原子的种类，数目和排列的次序，称为构造式。 结构：建筑结构观点：（August Kekulё）认为分子是由各原子结合起来的一个“建筑 物”，原子好象木架和砖石，不仅他们连接有一定的次序，而且建筑物有一定的式样和形象， （这是一种建筑观点的分子结构） 化学结构观点：不特列洛夫（Butlerov，A，1861）认为一个化合物的化学性质，取决 于分子中一定数目彼此结合的原子之间的相互关系及结合方式，这种关系就代表了该化合物 的化学结构。 我们涉及到的多为化学结构，立体结构也涉及到一些。目前立体结构研究已十分深入。 一些基本概念： 单键：两个原子各用一个电子共价成键，称为单键。 双键：两个原子各用两个电子共价成键，称为双键。 叁键：两个原子各用三个电子共价成键，称为叁键。 直链：象上图中三个或四个或更多个碳原子，相连成一条直线称为直链。 支链：象上图中三个碳原子相连形成一条直链，中间一个碳原子与另一个碳原子相连形 成分支的链，称为支链。 其中四原子结构—1 与四原子结构—2 称为碳架异构。 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H ＋ ．Cl ¨ ¨ ¨ × H ．Cl ¨ ¨ ¨ × C H H H H C H Cl CH4 H H
3.基础理论 (1)价键理论:①原子轨道理论:原子轨道用电子波函数φ表示反映电子的运动状态。 ②电子构型:电子在核外的排布。(三个原则) 例如:C:+十+ ③价键理论:原子之间如何成键。a自旋相反;b.最大重叠:c.能量相近 d饱和性 ④杂化轨道理论:(演化尔来)例如:CH4甲烷的形成,其中C为sp3杂化。 C sp3杂化轨道 (2)分子轨道理论 量子力学的处理方法,原子轨道组成分子轨道必须具备三个条件:a能量相近:b.电子云 最大重叠;c对称性匹配 Φ1=中1-φ ∮1=φ1-中2 d1=中1+中2 中1+中 两原子轨道能量相同 两原子轨道能量不相同 4共价键的键参数:(价键理论) (1)键长:成键原子间核间距,平衡位置,引力、斥力作用 (2)键角:共价键之间夹角,决定分子立体形状,原子大小不同 (3)鍵態:打开键所需能量,化学键强度标志,(引力)键能越大越稳定 ()键的极性:电子几率,十 指向负电中心,决定物理化学性质因素(电负性差异) 5分子间力:(1)范德华力;①取向力:②诱导力:③色散力。 (2)氢键当氢原子与一个原子半径较小,而电负性又很强并带有未共用电子对 的原子Y(F、O、N)结合时产生 强调直接相连。 电负性 强拉电子作用电正性几乎裸露的质子 例如 H3C—0 6酸碱的概念 (1)质子理论 酸是质子的给予体,碱是质子的接受体。例如: HCI 酸 共轭碱 C2HsOH一 H+ C2HsO 酸 共轭碱 (2)路易斯( Lewis GN,1916)酸碱理论 酸是电子的接受体,碱是电子的给予体 酸碱反应是酸从碱接受一对电子,形成配价键,的到一个加和物。例如:
3.基础理论 ⑴价键理论：① 原子轨道理论：原子轨道用电子波函数φ表示反映电子的运动状态。 ② 电子构型：电子在核外的排布。（三个原则） 例如：C：↑↓ ↑↓ ↑ ↑ 1s 2s 2px 2py 2pz ③ 价键理论：原子之间如何成键。a.自旋相反；b. 最大重叠；c. 能量相近； d.饱和性。 ④ 杂化轨道理论：（演化尔来）例如：CH4 甲烷的形成，其中 C 为 sp3 杂化。 C： ↑ ↑ ↑ ↑ ↑↓ sp3 杂化轨道 1s ⑵.分子轨道理论： 量子力学的处理方法，原子轨道组成分子轨道必须具备三个条件：a.能量相近；b.电子云 最大重叠；c.对称性匹配。 Φ1=φ1-φ2 Φ1=φ1-φ2 E φ1 φ2 φ1 φ2 Φ1=φ1+φ2 Φ1=φ1+φ2 两原子轨道能量相同 两原子轨道能量不相同 4.共价键的键参数：（价键理论） ⑴ 键长：成键原子间核间距， 平衡位置，引力、斥力作用。 ⑵ 键角：共价键之间夹角， 决定分子立体形状，原子大小不同。 ⑶ 键能：打开键所需能量， 化学键强度标志，（引力）键能越大越稳定。 ⑷ 键的极性：电子几率， 指向负电中心，决定物理化学性质因素（电负性差异） 5.分子间力：⑴ 范德华力；① 取向力；② 诱导力；③ 色散力。 ⑵ 氢键当氢原子与一个原子半径较小，而电负性又很强并带有未共用电子对 的原子 Y（F、O、N）结合时产生。——————强调直接相连。 电负性 强拉电子作用 电正性 几乎裸露的质子 例如： 6.酸碱的概念 ⑴ 质子理论 酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。例如： HCl H+ + Cl- 酸 共轭碱 C2H5OH H+ + C2H5O- 酸 共轭碱 ⑵ 路易斯（Lewis.G.N，1916）酸碱理论 酸是电子的接受体，碱是电子的给予体。 酸碱反应是酸从碱接受一对电子，形成配价键，的到一个加和物。例如： F H F H F H H3C O CH3
H3 N+BF3 H3N一BF 碱酸 酸碱加和物 路易斯酸是亲电试剂,路易斯碱是亲核试剂。 可作为路易斯酸的试剂有:分子.BF3、ACl、SnCl4、FeCl3、ZnCl2 金属离子:锂、LI、Ag、Cu:正离子R+,RCO,Br+,NO2+,H 可作为路易斯碱的试剂有:具有未共享电子的化合物 例如:分子:NH3、RNH2、ROH、ROR、RCOH、RSH 负离子:X、OH、RO、SH、R、烯或芳香化合物。 五、有机化合物的特点(结构影响性质) 与无机化合物比较:无机化合物由离子键组成,硬度大,熔点高,水溶性大。 有机化合物特点:L分子组成复:从易:点低:难溶于水(同无机化 貪物梖比,贪亲水基团的例处如QH~SO只等)反感速案:负反底多 是物质溶解性能的一经验规律)极性强的化合物易溶于极性强的溶剂中 极性弱或非极性化合物易溶于弱极性或非极性的溶剂中。 例如:NaCl易溶于水中(有溶剂化作用)、 油不溶于水中(分子间作用力小) 汽油溶于石蜡中分子间作用力相差不大、 AAAA+BBBB 2 ABAB+BABA 乙醇溶于水,有氢键的作用。 H5C2-O C2H5 六、有机反应的基本类型 主要有两种类型(反应必有化学键断裂,原子重组成新键) (1)均裂:当一共价键断裂时,组成该键的一对电子由键合的两原子各留一个。 C:Y C·+Y (2)异裂:当一共价键断裂时,组成该键的一对电子留在一个原子上。 C:+ Y 碳正离子 碳负离子 断裂的方式决定于分子结构和反应条件 自由基:均裂产生的带单电子的原子或基团,叫自由基 自由基反应:按均裂进行的反应为自由基反应 高子型反应:按异裂进行的反应为离子型反应 七、有机化合物的分类 1按碳架分类 (1)开链化貪物:碳架成直链或带支链。(无环)其中包括:烷烃、稀烃、炔烃等 例如 由于此类化合物最初是从油脂中发现的,也称为脂肪族化合物
H3N+BF3 H3N+—-BF3 碱 酸 酸碱加和物 路易斯酸是亲电试剂，路易斯碱是亲核试剂。 可作为路易斯酸的试剂有：分子. BF3、AlCl3、SnCl4、FeCl3、ZnCl2 金属离子：锂、LI、Ag、Cu； 正离子 R + ，RCO+，Br+ ， NO2 + ，H+ 可作为路易斯碱的试剂有：具有未共享电子的化合物。 例如：分子： NH3、R NH2、ROH、ROR、RCOH、RSH。 负离子：X- 、OH-、RO-、SH-、R -、烯或芳香化合物。 五、有机化合物的特点（结构影响性质） 与无机化合物比较：无机化合物由离子键组成，硬度大，熔点高，水溶性大。 有机化合物特点：Ⅰ.分子组成复杂；Ⅱ.易燃； Ⅲ.熔点低；Ⅳ.难溶于水（同无机化 合物相比，含亲水基团的例外如—OH、—SO3H 等）；Ⅴ反应速率慢；Ⅵ负反应多。 相似相溶：（是物质溶解性能的一经验规律）极性强的化合物易溶于极性强的溶剂中， 极性弱或非极性化合物易溶于弱极性或非极性的溶剂中。 例如：NaCl 易溶于水中（有溶剂化作用）、 油不溶于水中（分子间作用力小）、 汽油溶于石蜡中分子间作用力相差不大、 AAAA+BBBB ABAB+BABA 乙醇溶于水，有氢键的作用。 六、有机反应的基本类型 主要有两种类型（反应必有化学键断裂，原子重组成新键） ⑴均裂：当一共价键断裂时，组成该键的一对电子由键合的两原子各留一个。 C∶Y C· +Y· ⑵异裂：当一共价键断裂时，组成该键的一对电子留在一个原子上。 -C∶ + Y+ C∶Y 碳正离子 C + + ∶Y- 碳负离子 断裂的方式决定于分子结构和反应条件。 自由基：均裂产生的带单电子的原子或基团，叫自由基。 自由基反应：按均裂进行的反应为自由基反应。 离子型反应：按异裂进行的反应为离子型反应。 七、有机化合物的分类 1.按碳架分类 ⑴开链化合物：碳架成直链或带支链。（无环）其中包括：烷烃、稀烃、炔烃等。 例如： 由于此类化合物最初是从油脂中发现的，也称为脂肪族化合物。 H5C2 O H O H H O C2H5 H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H H
几种不同表示方法: 蛛网式 缩写式 键线式 H3CCH CH H3 (2)碳环化合物(环状化合物) ①脂环族化合物:碳碳连接成环,环内可有双键、叁键。性质与脂肪族化合物相似。 例如 △① ②芳香族化合物:(分子中含有一个或多个苯环)分子中含有一个由碳原子组成的 在同一平面内的闭环共轭体系,在性质上与脂肪族化合物区别较大。例如 ③杂环:由碳原子及其他原子共同组成。例如 2按官能团分类 宜能团:具有不同性质的原子或基团称为官能团。 含相同官能团的化合物或多或少具有相同的性质,故可按官能团来分类 见书
几种不同表示方法： 蛛网式 缩写式 键线式 ⑵ 碳环化合物（环状化合物） ① 脂环族化合物：碳碳连接成环，环内可有双键、叁键。性质与脂肪族化合物相似。 例如： ② 芳香族化合物：（分子中含有一个或多个苯环）分子中含有一个由碳原子组成的 在同一平面内的闭环共轭体系，在性质上与脂肪族化合物区别较大。例如： ③ 杂环：由碳原子及其他原子共同组成。例如： 2.按官能团分类 官能团：具有不同性质的原子或基团称为官能团。 含相同官能团的化合物或多或少具有相同的性质，故可按官能团来分类。 见书 CH2 H2C CH2 N H O O C C C C H H H H H H H H H H H3C CH2 CH2CH3 C C C C H H H H H H H C H H H H3CCH CH CH2CH3