View
6
Download
0
Category
Preview:
Citation preview
有 机 化 学
Organic Chemistry
有机化学是医药类院校重要的专业基础课。
有机化学既是生物学的重要基础知识，又是化学和生物学两大学科的桥梁，
因此有机化学是医药类院校许多学科学生必须掌握的基本知识结构，可以为今
后其他基础课程、专业课程的学习打下基础。
拟通过讲授、习题、案例、测试等各个教学环节，使学生比较牢固地掌握有
机化学各类化合物的一些基本知识、基本理论、基本反应。对一些重要的有机
反应机理有较好的理解。
一、有机化合物和有机化学
1. 有机化学的产生和发展
有机化合物（ Organic Compound）
在生物有机体中产生
无机化合物（ Inorganic Compound ）
从没有生命的矿物中得到
打破了无机化合物与有机化合物之间的界限
NH4CNO NH
2CONH
2
第一章 绪 论
研究碳氢化合物及其衍生物的科学。具体：有机化合物的组成、结构、
性质、制法、分离提纯及变化规律。
2. 有机化学的研究范畴
碳氢化合物及其衍生物。
化合物分子中的原子或原子团直接或间接地被其他原子或原子团所取
代（置换）而衍生出来的产物。
衍生物
有机化学
有机化合物
二、有机化合物的特性
1. 不稳定、易燃；
2. 熔点（melting point）低；
3. 难溶于水，易溶于有机溶剂；
4. 反应速度慢，产率低；
5. 同分异构（isomerism）现象普遍；
同分异构: 组成相同结构不同
O CC H
H
H
H
H
H
CC O
H
H
H
H
H
H
甲醚 乙醇
三、有机化合物的结构
分子的组成、分子中原子相互结合的顺序和方式、化学键、分子的
立体形象等。
（一）凯库勒等的结构理论
凯库勒（Friedrich A·Kekulé）
提出分子中原子间相互结合的基本原则：
碳的化合价为四价；碳原子除能与其他元素结合外，还可以自身以单
键、双键和三键的形式相互结合，形成碳链或碳环。
代表了分子中原子的种类、数目、彼此结合的顺序和方式——
凯库勒结构式（构造式）。
甲烷 乙烷 乙烯 环戊烷 价键
1861年, 布特列洛夫Butlerov：分子中的原子不是简单的堆积而是通过
复杂的结合力按一定的顺序连接起来的整体。
20世纪后：范霍夫等提出饱和碳原子四面体结构
甲烷： 正四面体
楔线式
C
H
HH H
C
H
HH
H
C C
H
H H
H
H HH
H
H
H
HHH
H
C
H
H
H
H C
H
H
H
C
H
H
H
（二）化学键
1916年，路易斯等提出离子键、共价键。
化学键的生成只与成键原子的最外层价电子有关。
元素的原子通过失去、得到或共用电子的方式成键、使外层电子满足8
电子或2电子的稳定电子层结构。
共价键(covalent bond)：通过共享电子成键。
Cl Cl Cl. Cl .+ : ::::. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
. .
离子键(ionic bond)：通过带异种电荷的离子间的静电吸引力成键。
Na+ Cl
-.. ... .. .Na Cl+
. .
. .... .
路易斯结构式 电子对表示共价键
甲烷
乙烷
路易斯 结构式
凯库勒 结构式
结构 简式
分子式
（三）现代共价键理论
用量子力学的观点来描述核外电子在空间的运动状态和处理化学键问题，
揭示化学键形成的本质，建立了现代共价键理论。
上述理论仍为静态理论，化学键形成的本质？
C . H .+
..
.
+C..
..
4
H .6
C.
..
.H
H
H
H
.
..
.
C.
..
.
H
H
H
.
.. . C
..
.H
H
H
.
..
CH4
CH3CH3
CH4
C2H6
C
H
H
H
H
C
H
H
H
C
H
H
H
S 轨道 p 轨道
1. 原子轨道（atomic orbitals）
电子填充原子轨道：
保里（Pauli W）不相容原理、能量最低原理、洪特（Hund F）规则
电子在核外运动遵循量子力学规律，可用波函数Φ描述核外电子运动
的状态，即原子轨道。电子可能出现的空间区域。
2. 价键理论（Valence Bond Theory）
1）共价键具有饱和性：一个原子的未成对电子已配对，就不能再与其它
原子的未成对电子配对。
2）共价键具有方向性：原子成键时，电子云重叠越多，形成的键越牢固。
一般沿轨道对称轴方向重叠。
3）能量相近的原子轨道可进行杂化。 hybridization
碳原子的3种杂化方式
（1） 碳原子的sp3杂化
单个sp3杂化轨道 碳原子的4个sp3杂化轨道
promotion
2s
2p
2s
2p
sp3 hybridization
sp3
（2） 碳原子的sp2杂化
单个sp2杂化轨道 3个sp2杂化轨道 sp2杂化的碳原子
promotion
2s
2p
2s
2p
sp2 hybridization
sp2
2p
（3）碳原子的sp杂化
单个sp杂化轨道 2个sp杂化轨道 sp杂化的碳原子
C
promotion
2s
2p
2s
2p
sp hybridization
sp
2p
3. 分子轨道理论(Molecular Orbital Theory)
1）分子轨道由原子轨道线性组合而成，几个原子轨道组合成几个分
子轨道。
Φ1+Φ2=ψMO 成键轨道
Φ1-Φ2=ψ*MO 反键轨道
2）分子轨道电子排布时仍遵循能量最低原理、保里不相容原理和洪特规则。
3）能量相近的原子轨道才能有效地组成分子轨道。
antibonding molecular orbital
bonding molecular orbital
1s 1s
四、共价键的几个重要参数
1. 键长（bond length）
两个成键原子核间的距离
2. 键角（bond angle）
共价键之间的夹角
3. 键能及键的离解能
键能：破坏某一共价键所需的平均能量
键离解能：断裂或形成某一特定键时所消耗或放出的能量
CH4 CH
3 + H
CH3
CH2 + H
CH2
CH + H
CH C + H
. .
. .. .
.
.
.. ..
..
...
...
D= kJ/mol
D= kJ/mol
D= kJ/mol
D= kJ/mol
435
444
444
339
双电子迁移 单电子迁移
自由基反应 radical reaction
离子型反应
均裂 Homolytic Cleavage
异裂 Heterolytic Cleavage
自由基（游离基, Radicals）
离子(Ions)
A B: A+ :B-
+
A B: A.
B.
+
4. 键的极性
非极性共价键（nonpolar covalent bond）
极性共价键（polar covalent bond）
共价键极性的大小可以用偶极矩来度量,偶极矩是一个向量
C C HH
=0
HO
H
C
Cl
ClClCl
=0
C
Cl
ClHH
五、有机化合物的分类
诱导效应（inductive effect）：
由于键合原子的电负性不同使成键电子对偏向某一原子而发生的极化现象。
吸电子诱导效应（－I效应）
供电子诱导效应（+I效应）
由实验测得，一般以氢作为比较标准。
δ— δ+ δδ+ δδδ+
C XCC
Recommended