11有机化合物和有机化学 有机化学( organic chemistry)是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以 及有关理论和方法学的科学,是化学学科的一个分支,它的研究对象是有机化合物。 什么是有机化合物呢?早期化学家将所有物质按其来源分为两类,人们把从生物体(植 物或动物)中获得的物质定义为有机化合物,无机化合物则被认为是从非生物或矿物中 得到的。 现在绝大多数有机物已不是从天然的有机体内取得,但是由于历史和习惯的关系, 保留着“有机”这个名词。 1.1.1有机化学发展简史 象人类认识其它事物一样,人们对有机化合物和有机化学的认识也是逐步深化的。 人类使用有机物质虽已有很长的历史,但是对纯物质的认识和取得是比较近代的事情。 直到十八世纪末期,才开始由动植物取得一系列较纯的有机物质 如:1773年首次由尿内取得纯的尿素 1805年由鸦片内取得第一个生物碱-吗啡 *1828年,德国化学家,维勒( wohler,F)首次人工用氰酸铵合成了尿素。 *从19世纪初至中期有机化学成为一门学科,建立了经典的有机结构理论。 1857年凯库勒提出了碳是四价的学说 1858年,库帕( Couper,AS)提出:“有机化合物分子中碳原子都是四价的 而且互相结合成碳链。”构成了有机化学结构理论基础 861年,布特列洛夫提出了化学结构的观点,指出分子中各原子以一定化学力 按照一定次序结合,这称为分子结构;一个有机化合物具有一定的结构,其结构决定了 它的性质:而该化合物结构又是从其性质推导出来的:分子中各原子之间存在着互相影 1865年,凯库勒提出了苯的构造式 874年,范特霍夫( Vant hoftjh)和勒贝尔( Le bel.A)分别提出碳四面体构型学 说,建立了分子的立体概念,说明了旋光异构现象。 l885年,拜尔( Von Baeyer. A提出张力学说。 至此,经典的有机结构理论基本建立起来。 20世纪建立了现代有机结构理论 1916年,路易斯( Lewis, G N)提出了共价键电子理论。 20世纪30年代,量子力学原理和方法引入化学领域以后,建立了量子化学
1 1.1 有机化合物和有机化学 有机化学（organic chemistry)是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以 及有关理论和方法学的科学，是化学学科的一个分支，它的研究对象是有机化合物。 什么是有机化合物呢？早期化学家将所有物质按其来源分为两类，人们把从生物体（植 物或动物）中获得的物质定义为有机化合物，无机化合物则被认为是从非生物或矿物中 得到的。 现在绝大多数有机物已不是从天然的有机体内取得，但是由于历史和习惯的关系，仍 保留着“有机”这个名词。 1.1.1 有机化学发展简史 象人类认识其它事物一样，人们对有机化合物和有机化学的认识也是逐步深化的。 人类使用有机物质虽已有很长的历史，但是对纯物质的认识和取得是比较近代的事情。 直到十八世纪末期，才开始由动植物取得一系列较纯的有机物质。 如： 1773 年 首次由尿内取得纯的尿素. 1805 年 由鸦片内取得第一个生物碱--吗啡. * 1828 年，德国化学家，维勒（wohler,F）首次人工用氰酸铵合成了尿素。 * 从 19 世纪初至中期有机化学成为一门学科，建立了经典的有机结构理论。 1857 年凯库勒提出了碳是四价的学说。 1858 年，库帕（Couper,A·S）提出：“有机化合物分子中碳原子都是四价的， 而且互相结合成碳链。”构成了有机化学结构理论基础。 1861 年，布特列洛夫提出了化学结构的观点，指出分子中各原子以一定化学力 按照一定次序结合，这称为分子结构；一个有机化合物具有一定的结构，其结构决定了 它的性质；而该化合物结构又是从其性质推导出来的；分子中各原子之间存在着互相影 响。 1865 年，凯库勒提出了苯的构造式。 1874 年，范特霍夫(Vant Hoff.J.H)和勒贝尔(Le Bel,J.A)分别提出碳四面体构型学 说，建立了分子的立体概念，说明了旋光异构现象。 1885 年，拜尔（Von Baeyer.A)提出张力学说。 至此，经典的有机结构理论基本建立起来。 20 世纪建立了现代有机结构理论。 1916 年，路易斯（Lewis,G.N）提出了共价键电子理论。 20 世纪 30 年代，量子力学原理和方法引入化学领域以后，建立了量子化学
20世纪60年代,合成了维生素B12,发现了分子轨道守恒原理。 20世纪90年代初,合成了海葵毒素,有人誉之为珠穆朗玛峰式的成就。 自从拉瓦锡( Lavoisier.A.L)和李比希( Von Liebig. J F)创造有机化合物的分析方法之 发现有机化合物均含有碳元素,绝大多数的含氢元素,此外,很多的有机化合物还 含氧、硫、氮等元素 于是,葛美林( gmelin. L)凯库勒( KeKule.A认为碳是有机化合物的基本元素,把“碳 化合物称为有机化合物”,“有机化学定义为碳化合物的化学”。 后来,肖莱马( Schorlemmer;c)在此基础上发展了这个观点,认为碳的四个价键除自 己相连之外,其余与氢结合,于是就形成了各种各样的碳氢化合物——烃,其他有机化 合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的,因此,把有机化学定义为研究烃及其衍 生物的化学。 112有机化合物与有机化学的定义 有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的化学。 自从化学工作者发现有机化合物以后,通过大量科学研究,在总结前人工作的基础 上提出了有机化学和有机化合物的定义 1.有机化合物 碳化合物 有机化学 研究碳化合物的化学 2.有机化合物 碳氢化合物及其衍生物 有机化学 研宄碳氢化合物及其衍生物的化学 12有机化合物的特点 121组成和结构之特点 有机化合物:种类繁多、数目庞大(已知有七百多万种、且还在不但增加) 但组成元素少(C,H,O,N,P,S,X等) 原因:1)C原子自身相互结合能力强 2)结合的方式多种多样(单键、双键、三键、链状、环状) 3)同分异构现象(构造异构、构型异构、构象异构) 例如,C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物、见 12.2性质上的特点 物理性质方面特点 l)挥发性大,熔点、沸点低
2 20 世纪 60 年代，合成了维生素 B12，发现了分子轨道守恒原理。 20 世纪 90 年代初，合成了海葵毒素，有人誉之为珠穆朗玛峰式的成就。 自从拉瓦锡（Lavoisier.A.L)和李比希（Von Liebig.J.F)创造有机化合物的分析方法之 后，发现有机化合物均含有碳元素，绝大多数的含氢元素，此外，很多的有机化合物还 含氧、硫、氮等元素。 于是，葛美林（Gmelin.L)凯库勒(KeKule .A)认为碳是有机化合物的基本元素，把“碳 化合物称为有机化合物”，“有机化学定义为碳化合物的化学”。 后来，肖莱马（Schorlemmer,c.)在此基础上发展了这个观点，认为碳的四个价键除自 己相连之外，其余与氢结合，于是就形成了各种各样的碳氢化合物——烃，其他有机化 合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的，因此，把有机化学定义为研究烃及其衍 生物的化学。 1.1.2 有机化合物与有机化学的定义 有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的化学。 自从化学工作者发现有机化合物以后，通过大量科学研究，在总结前人工作的基础 上提出了有机化学和有机化合物的定义： 1． 有机化合物 碳化合物 有机化学 研究碳化合物的化学 2． 有机化合物 碳氢化合物及其衍生物 有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学 1.2 有机化合物的特点 1.2.1.组成和结构之特点 有机化合物：种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不但增加） 但组成元素少 （C， H， O， N ，P， S， X 等） 原因： 1） C 原子自身相互结合能力强 2) 结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状） 3) 同分异构现象 （构造异构、构型异构、构象异构） 例如，C2H6O 就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物、见 P1 1.2.2 性质上的特点 物理性质方面特点 1) 挥发性大，熔点、沸点低
2)水溶性差(大多不容或难溶于水,易溶于有机溶剂) 化学性质方面的特点 l)易燃烧 2)热稳定性差,易受热分解(许多化合物在200~300度就分解) 3)反应速度慢 4)反应复杂,副反应多 1.3共价键的一些基本概念 有机化合物中的原子都是以共价键结合起来的,从本质上讲,有机化学是研究共价 键化合物的化学,因此,要研究有机化学应先了解有机化学中普遍存在的共价键 13.共价键理论 对共价键本质的解释,最常用的是价键理论和分子轨道理论 1价键理论 1)共价键的形成 价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果,如果两个原子都有未成键电子 并且自旋方向相反,就能配对形成共价键。 例如:碳原子可与四个氢原子形成四个C一H键而生成甲烷。 C.+4H H:C xH H—C-H H 由一对电子形成的共价键叫做单键,用一条短直线表示,如果两个原子各用两个或 个未成键电子构成的共价键,则构成的共价键为双键或三键 C-C 双键 三键 2)共价键形成的基本要点 成键电子自旋方向必需相反 共价键的饱和性 共价键的方向性一一成键时,两个电子的原子的轨道发生重叠,而P电子的原子 轨道具有一定的空间取向,只有当它从某一方向互相接近时才能使原子轨道得到最大的 重叠,生成的分子的能量得到最大程度的降低,才能形成稳定的反之
3 2) 水溶性差 （大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂） 化学性质方面的特点 1) 易燃烧 2) 热稳定性差，易受热分解（许多化合物在 200~300 度就分解） 3) 反应速度慢 4) 反应复杂，副反应多 1.3 共价键的一些基本概念 有机化合物中的原子都是以共价键结合起来的，从本质上讲，有机化学是研究共价 键化合物的化学，因此，要研究有机化学应先了解有机化学中普遍存在的共价键。 1.3.1 共价键理论 对共价键本质的解释，最常用的是价键理论和分子轨道理论 1.价键理论 1） 共价键的形成 价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如果两个原子都有未成键电子， 并且自旋方向相反，就能配对形成共价键。 例如：碳原子可与四个氢原子形成四个 C—H 键而生成甲烷。 由一对电子形成的共价键叫做单键，用一条短直线表示，如果两个原子各用两个或 三个未成键电子构成的共价键，则构成的共价键为双键或三键 双键 三键 2）共价键形成的基本要点 成键电子自旋方向必需相反 共价键的饱和性 共价键的方向性——成键时，两个电子的原子的轨道发生重叠，而 P 电子的原子 轨道具有一定的空间取向，只有当它从某一方向互相接近时才能使原子轨道得到最大的 重叠，生成的分子的能量得到最大程度的降低，才能形成稳定的反之。 · · C· + 4H · × H C · × · H × · H · H × × C H H H H C C C C
重叠最大 稳定结合 (1) 重叠较小 不稳定结合 H(1s) Cl(2p) (2) 不能结合( S和P电子原子轨道的三种重叠情况 2分子轨道理论 分子轨道理论是1932年提出了来的,它是从分子的整体出发去研究分子中每一个电 子的运动壮态,认为形成的化学键的电子是在整个分子中运动的。通过薛定谔方程的解, 可以求出描述分子中的电子运动状态的波函数ψ,ψ称为分子轨道,每一个分子轨道ψ 有一个相应的能量E,E近似的表示在这个轨道上的电子的电离能 基本观点: 分子轨道理论认为,当任何数目的原子轨道重叠时,就可形成同样数目的分子轨道 例如:两个原子轨道可以线性的组合成两个分子轨道,其中一个比原来的原子轨道的能 量低,叫成键轨道(由符号相同的两个原子轨道的波函数相加而成),另一个是由符号不 同的两个原子轨道的波函数相减而成,其能量比两个原子轨道的能量高,这中种分子轨 道叫做反键轨道。 屮2(反键轨道)ψ2平A 屮B(原子轨道) ψ1(成键勒道)ψ1=A+屮
4 S 和 P 电子原子轨道的三种重叠情况 2.分子轨道理论 分子轨道理论是 1932 年提出了来的，它是从分子的整体出发去研究分子中每一个电 子的运动壮态，认为形成的化学键的电子是在整个分子中运动的。通过薛定谔方程的解， 可以求出描述分子中的电子运动状态的波函数ψ，ψ称为分子轨道，每一个分子轨道ψ 有一个相应的能量 E, E 近似的表示在这个轨道上的电子的电离能。 基本观点： 分子轨道理论认为，当任何数目的原子轨道重叠时，就可形成同样数目的分子轨道。 例如：两个原子轨道可以线性的组合成两个分子轨道，其中一个比原来的原子轨道的能 量低，叫成键轨道（由符号相同的两个原子轨道的波函数相加而成），另一个是由符号不 同的两个原子轨道的波函数相减而成，其能量比两个原子轨道的能量高，这中种分子轨 道叫做反键轨道。 + H(1s) Cl(2p) 重叠最大 稳定结合 不稳定结合 （1） （3） 不能结合 （2） 重叠较小 Cl Cl Cl H H H A ψB ψ ψ1 2 （反键轨道） （成键 轨道） ψ 2 = ψ ψA ψB ψ1 = + ψA ψB - （原子轨道） 能 量
分子轨道能级图 和原子轨道一样,每一个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子,电子总是优先 进入能量低的分子轨道,在依次进入能量较高的轨道。 由原子轨道组成分子轨道时,必须符合三个条件 1)对称匹配一一既组成分子轨道的原子轨道的符号(位相)必须相同。 成键轨道(n) 反键轨道(冂*) ∏轨道的示意图 2)原子轨道的重叠具有方向性。 3)能量相近 13.2共价键的键参数 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AB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-B表示 对于双原子分子,AB键的离解能就是它的键能。键的离解能和键能单位通常用
5 分子轨道能级图 和原子轨道一样，每一个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子，电子总是优先 进入能量低的分子轨道，在依次进入能量较高的轨道。 由原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个条件： 1） 对称匹配——既组成分子轨道的原子轨道的符号（位相）必须相同。 П轨道的示意图 2） 原子轨道的重叠具有方向性。 3）能量相近。 1.3.2 共价键的键参数 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 + - + - + + + - + - 成键轨道（Π ） 反键轨道（Π *） 能 量
kJ·mo1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、分子的极性和分子间力 (1)键的极性 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。 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 u用德拜D为单位,现在μ的法定单位为C·m(库仑·米),1D=3.33564×10C·m。 (2)分子的极性在双原子分子中,共价键的极性就是分子的极性 对多原子分子来说,分子的偶极矩是各键键矩的向量和(与键的极性和分子的对称性有 关) (3)分子间力 分子间力主要有下列几种 ①偶极—偶极作用力这种作用力产生在极性分子之间 CH3-C1…CH3-C1………CH3-C1 ②范德华力非极性分子虽然没有极性,但在分子中电荷的分配并不总是均匀的, 在运动中可以产生瞬间偶极。在非极性分子间,由于这种瞬间偶极所产生的相互作用力 称为范德华( van der waals,J.D.)力(也称色散力) ③氢键当氢原子与电负性很大、原子半径很小的氟、氧、氮原子相连时,由于这 些原子吸电子能力很强,使氢原子带部分正电荷,因而氢原子可以与另一分子的氟、氧、 氮原子的未共用电子对以静电引力相结合。这种分子间的作用力称为氢键 1.4共价键的断裂 有机化合物发生化学反应时,总是伴随着某些化学键的断裂和新的共价键的形成,共
6 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、分子的极性和分子间力 （1）键的极性 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。 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。 （2）分子的极性 在双原子分子中，共价键的极性就是分子的极性。 对多原子分子来说，分子的偶极矩是各键键矩的向量和（与键的极性和分子的对称性有 关）。 （3）分子间力 分子间力主要有下列几种： ① 偶极—偶极作用力 这种作用力产生在极性分子之间。 δ+ δ- δ+ δ- δ+ δ- CH3－Cl……CH3－Cl……CH3－Cl ② 范德华力 非极性分子虽然没有极性，但在分子中电荷的分配并不总是均匀的， 在运动中可以产生瞬间偶极。在非极性分子间，由于这种瞬间偶极所产生的相互作用力 称为范德华(van der Waals,J.D.)力（也称色散力）。 ③ 氢键 当氢原子与电负性很大、原子半径很小的氟、氧、氮原子相连时，由于这 些原子吸电子能力很强，使氢原子带部分正电荷，因而氢原子可以与另一分子的氟、氧、 氮原子的未共用电子对以静电引力相结合。这种分子间的作用力称为氢键。 1.4 共价键的断裂 有机化合物发生化学反应时，总是伴随着某些化学键的断裂和新的共价键的形成，共
价键的断裂有两种断裂方式。 1.4.1均裂一一成键的一对电子平均分给两个原子或原子团,生成两个自由基 A:B→>A·+B 自由基 在有机反应中,按均裂进行的反应叫做自由基反应 1.4.2异裂一一成键的一对电子在断裂时分给某一原子和原子团,生成正负离子 碳正离子 碳负离子 在有机反应中,按异裂进行的反应叫做离子型反应。 亲电反应—由亲电试剂进攻而引发的反应。 离子型反应 亲核反应_由亲核试剂进攻而引发的反应 亲电试剂一一在反应过程中接受电子的试剂称为亲电试剂。 亲核试剂一一在反应过程中能提供电子而进攻反应物中带部分正电荷的碳原子的试 15诱导效应 诱导效应—在有机化合物中,由于成键原子或基团的电负性的不同而使成键电子云 向电负性较大的原子团方向偏移的效应 15.1诱导效应产生的原因—成键原子的电负性不同 1.5.2诱导效应的传递—逐渐减弱,传递不超过五个原子, aP2-82-22-81 15.3诱导效应的表示方法 以I表示诱导效应,以C-H键作为比较标准, 8—又 l=0 15.4诱导效应的相对强度: 7
7 价键的断裂有两种断裂方式。 1.4.1 均裂—— 成键的一对电子平均分给两个原子或原子团，生成两个自由基。 A:B A• + B• 自由基 在有机反应中，按均裂进行的反应叫做自由基反应。 1.4.2 异裂——成键的一对电子在断裂时分给某一原子和原子团，生成正负离子。 在有机反应中, 按异裂进行的反应叫做离子型反应。 亲电反应 由亲电试剂进攻而引发的反应。 离子型反应 亲核反应 由亲核试剂进攻而引发的反应。 亲电试剂——在反应过程中接受电子的试剂称为亲电试剂。 亲核试剂——在反应过程中能提供电子而进攻反应物中带部分正电荷的碳原子的试 剂。 1.5 诱导效应 诱导效应 在有机化合物中，由于成键原子或基团的电负性的不同而使成键电子云 向电负性较大的原子团方向偏移的效应。 1.5.1 诱导效应产生的原因 成键原子的电负性不同。 1.5.2 诱导效应的传递 逐渐减弱，传递不超过五个原子， 1.5.3 诱导效应的表示方法： 以 I 表示诱导效应, 以 C— H 键作为比较标准， 1.5.4 诱导效应的相对强度： C : X (2) (1) (1) (2) C + X C X 碳正离子 碳负离子 CH CH2 CH2 Cl 3 δδδ δδ δ δ Y C C H C X δ δ δ δ I I I = 0
般以电负性的大小作比较 同族元素来说F>Cl>Br>I 同周期元素来说F>-OR>NR2 不同杂化状态的碳原子来说-C≡CR>-CR=CR2>-CR2CR3 具有+I效应的原子团主要是烷基,其相对强度如下: (CH3 )3->(CH3)2CH->CH3CH2->CH3 上述所说为静态诱导效应,有机反应中还有动态诱导效应的作用 1.6有机化学中的酸碱概念 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。 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 CH3COOH HoO CHCOO H2O 在正反应中,CH3C0H是酸,CH3COO是它的共轭碱;H2O是碱,HO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 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NH则是碱: H20 CH3Coo CH3COOH OH (酸) (碱) (共轭酸)(共轭碱) H0 nH4 NH3 H30 (共轭碱)(共轭酸)
8 一般以电负性的大小作比较 同族元素来说 F > Cl > Br > I 对- I 同周期元素来说 - F > -OR > -NR2 不同杂化状态的碳原子来说–C≡CR >–CR=CR2 > -CR2-CR3 对+I: 具有+I 效应的原子团主要是烷基，其相对强度如下： (CH3)3– > (CH3)2CH– > CH3CH2– > CH3– 上述所说为静态诱导效应，有机反应中还有动态诱导效应的作用 1.6 有机化学中的酸碱概念 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） （碱） （酸） （共轭碱） （共轭酸） CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O + + OHH2O + CH3COO- CH3COOH H2O + NH4 + NH + 3 H3O +
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: RONa H2O 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 用下式表示: A +: B 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 AICl4 7研究有机化合物的一般步骤 1、分离提纯 研究一个新的有机物首先要把它分离提纯,保证达到应有的纯度。分离提纯的方法 重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。 2、纯度的检验 纯的有机物有固定的物理常数,如:熔点、沸点、比重、折射率等。测定有机物的物 理常数可检验其纯度,纯的化合物的熔点距很小 3、实验式和分子式的确定
9 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 研究有机化合物的一般步骤 1、分离提纯 研究一个新的有机物首先要把它分离提纯，保证达到应有的纯度。分离提纯的方法： 重结晶、升华、蒸馏、层析法以及离子交换法等。 2、纯度的检验 纯的有机物有固定的物理常数，如：熔点、沸点、比重、折射率等。测定有机物的物 理常数可检验其纯度，纯的化合物的熔点距很小。 3、实验式和分子式的确定 RONa + H2O ROH + NaOH A + B A B. . . . H2O , NH3 , RNH2 , ROH , ROR' ,RSH .. . .. .. .. . . . .. .. .. .. AlCl3 + ClAlCl4 -
进行元素定性分析,找出分子中存在哪几种原子 b、进行元素定量分析,找出各种原子的相对数目,即决定经验式(实验式)。 测定分子量,确定各种原子的确实数目,给出分子式 4、结构式的确定 根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等确定结构式 分子的结构包括分子的构造、构型和构象。 构造—是分子中原子的连接方式和顺序(在不涉及到构型和构象时也称为结构)。 5、人工合成 1.8有机化合物的分类 有机化合物分类的方法主要有两种 81按碳架分类: 1.开链化合物 2.碳环化合物 (1)脂环化合物 (2)芳香族化合物 (3)杂环化合物 182按官能团分类 官能团是指有机化合物分子中能起化学反应的一些原子和原子团,官能团可以决定 化合物的主要性质。因此,我们可采用按官能团分类的方法来研究有机化合物。 19有机化学的重要性 近20多年来,有机化学在各方面有了长足的进步 在对重要的天然产物和生命基础物质的研究中,有机化学取得了丰硕的成果。维生素, 抗生素,甾体,萜类,生物碱,碳水化合物,肽,核苷等的发现,结构测定和合成,为 学科本身的发展增添了丰富的内容,为人类的保健事业提供了有效的武器。 高效低毒农药的开发,动植物生长调节剂和昆虫信息物质的研究和开发,为农业的发 展提供了重要手段。 自由基化学,金属有机化学等的发展,促进了巨大的高分子材料工业的建立 含有杂原子的单体的研制更使我们有了具备多种优异性能的特种有机材料 有机化学在蛋白质和核酸的组成和结构的研究,顺序测定方法的建立,合成方法的创 建等方面的成就为分子生物学的建立和发展开辟了道路
10 a、进行元素定性分析，找出分子中存在哪几种原子 b、进行元素定量分析，找出各种原子的相对数目，即决定经验式（实验式）。 c、测定分子量，确定各种原子的确实数目，给出分子式。 4、结构式的确定 根据红外光谱、紫外光谱、核磁共振谱、质谱等确定结构式。 分子的结构包括分子的构造、构型和构象。 构造 是分子中原子的连接方式和顺序（在不涉及到构型和构象时也称为结构）。 5、人工合成 1.8 有机化合物的分类 有机化合物分类的方法主要有两种 1.8.1 按碳架分类： 1．开链化合物 2．碳环化合物 （1）脂环化合物 （2）芳香族化合物 （3）杂环化合物 1.8.2 按官能团分类 官能团是指有机化合物分子中能起化学反应的一些原子和原子团，官能团可以决定 化合物的主要性质。因此，我们可采用按官能团分类的方法来研究有机化合物。 1.9 有机化学的重要性 近 20 多年来，有机化学在各方面有了长足的进步。 在对重要的天然产物和生命基础物质的研究中，有机化学取得了丰硕的成果。维生素， 抗生素，甾体，萜类，生物碱，碳水化合物，肽，核苷等的发现，结构测定和合成，为 学科本身的发展增添了丰富的内容，为人类的保健事业提供了有效的武器。 高效低毒农药的开发，动植物生长调节剂和昆虫信息物质的研究和开发，为农业的发 展提供了重要手段。 自由基化学，金属有机化学等的发展，促进了巨大的高分子材料工业的建立。 含有杂原子的单体的研制更使我们有了具备多种优异性能的特种有机材料。 有机化学在蛋白质和核酸的组成和结构的研究，顺序测定方法的建立，合成方法的创 建等方面的成就为分子生物学的建立和发展开辟了道路