1、1、有机化合物和有机化学,有机化合物的组成：,基本元素：C 其它元素： H，N， O，X， S，P， Si 等,有机化合物为碳氢化合物及其衍生物。有机化学为碳氢化合物及其衍生物的化学。,1-1 有机化学的研究对象,第 1 章 绪 论,有机化学的研究内容,2、有机化化学的产生和发展,1675年，法国化学家Lemery把存在于自然界中的物质按其来源分为矿物物质、植物物质和动物物质三类，并把从矿物中取得的物质称为无机化合物，而把从植物物质和动物物质中取得的物质定义为有机化合物。,1806年，著名的瑞典化学家Berzelius首先引用有机化学这个名字，以区别于其它矿物物质无机化学，并提出所谓“生命力”
2、 论。,1828年，Berzelius的学生, 德国化学家Wohler在实验室里从无机化合物氰酸铵中得到了尿素, 打破了从无机物不能得到有机物的人为制造的神话：,1851年，德国化学家Kekule把有机化学定义为碳化合物的化学。,1874年，德国化学家Schorlemmer 确认：碳原子除能相互结合外，其余游离的化合价都可被氢所饱和, 而形成各种各样的烃即碳氢化合物，一切其他碳化合物都是由其他元素取代烃中的氢而衍生出来的, 因此他把有机化学定义为烃及其衍生物的化学。,1848年，德国化学家Gmelin 认为：“一切有机物都含有碳，大多数还含有氢和氧；少数还含有氮；极为少数还含有磷、硫、碘、溴、
3、氯等”， “只有碳是有机化合物的基本元素”。因此, 他把有机化合物定义为碳化合物。,1845年德国化学家Kolbe第一个报道了它用简单的无机物质木炭、硫磺、氯及水作原料合成了有机化合物醋酸。,1854年法国化学家Berthelot首先利用简单的无机物质合成了较为复杂的有机化合物脂肪。,1861年俄国化学家布特列洛夫第一次人工合成了糖类化合物。,以上事实给“生命力”学说有力的冲击，并彻底推翻了“生命力”学说。,3、有机化合物的特点 有机化合物是碳的化合物, 其中的碳原子主要以共价键与其它原子相结合；而无机化合物, 尤其是无机盐类，主要以离子键将原子结合起来。这就使有机化合物具有不同于无机化合物的
4、一些特性： （1）数目（量）庞大，异构现象普遍； （2）容易燃烧； （3）熔点低； （4）难溶于水，易溶于有机溶剂； （5）反应速率比较慢； （6）反应产物比较复杂。,1-2 有机化合物的结构理论简介,1、价键理论,（1）共价键的本质,一个氢原子的核同另一个氢原子的电子之间的静电引力（即库仑吸引力）与两个氢原子的核及两个氢原子的电子之间的排斥力达到平衡时，两个氢原子体系的能量降到最低（处于最稳定的状态），于是便形成了氢分子。,两个分立的氢原子能形成稳定的氢分子的根源是具有最低的能量，导致最低能量的主要因素是库仑吸引力，这就是共价键的本质。,价键理论的基础是经典的静电理论和原子间公有电子满足“八
5、隅规则”（即原子外层满足八电子的惰性气体结构）。,（2）价键理论的基本要点,如果两个原子各有一个未成对的电子并且自旋相反，则可互相配对形成共价单键。,共价键具有饱和性 一个原子的未成对电子已经配对成键，就不能再与其它原子的未成对电子配对成键。,共价键具有方向性 原子轨道（原子中电子的运动状态称为原子轨道，可用波函数表示）重叠的越多，所形成的共价键就越稳固。,共价键方向性示意图,（3）共价键的键长 成键的两个原子核间的距离（nm）。,一些共价键的键长,（4）共价键的键能,形成共价键时体系释放的能量或断裂共价键时体系吸收的能量叫做键能, 或叫键的解离能。键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。
6、,一些共价键的键能,双原子分子的键能就是键的解离能；多原子分子的键能是指同类型的共价键的解离能的平均值。,（5）共价键的键角, = q d,两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。键角反映了分子的空间结构。,（6）共价键的极性和偶极矩,共价键的极性大小可用偶极矩()来度量：,其中q =电荷，d =正负电荷之间的距离，=单位为Cm 库(仑) 米。, = 3.57 10-30 Cm,2、碳原子轨道的杂化,sp3 杂化轨道 C ：2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1,1s + 1px + 1py + 1pz 4sp3,碳原子的三个sp2杂化轨道和一个未杂化的 p
7、 原子轨道,sp2杂化轨道 C ：2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 1s + 1px + 1py 3sp2,sp杂化轨道 C：2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 1s + 1px 2sp,碳原子的两个sp杂化轨道和两个未杂化的2p原子轨道,Na+ Cl- 中的离子键,极性分子CH3Cl之间的偶极力,4、分子间的作用力 （1）偶极力 即具永久偶极的分子（极性分子）偶极矩间的静电引力。分子的偶极矩越大，偶极力也越大。,分子瞬间周期变化产生偶极矩,瞬变偶极导致分子间相反电荷区域产生静电引力 （色散力）,极化度 分子被诱导产生瞬间偶极引起分子中
8、电子分布发生变形的程度。 分子的极化度随分子中电子数目的增加而增高。 分子中电子的数目随分子量（即分子的大小）递变。 色散力的强度随分子量的增加而增大。,（2）色散力 即不具永久偶极的分子（非极性分子）间的弱引力。 色散力的产生,是由非极性分子瞬间电荷分离（瞬间偶极矩）所造成的结果。,冰结构的平面投影图,（3）氢键 即负离子或偶极子（偶极矩很大的极性键）的负端与共价结合的氢原子间的静电（或偶极）引力。,氢键是比偶极力及色散力都强的一种分子间作用力。,HF、H2O 和 NH3 的反常性质就是在这些物质中存在异常强的氢键所造成的。例如冰的密度比水小的事实，说明氢键对冰晶格的稳定作用。,分子间作用力
9、大小顺序为：,蛋白质结构中的氢键,氢键 偶极-偶极吸引力 van der Waals力,5、溶剂化效应 一个有机化合物溶解时, 由于溶剂分子的作用，使其结构单元（离子或分子）彼此分离，并在溶液中分别被溶剂分子所包围，这就是溶剂化。发生溶剂化的原因，是溶液中溶质的离子间（或分子间）的静电引力被溶剂所破坏，而溶剂分子挤占了它们的空间。而实现这种破裂所需的能量，是由溶剂分子与溶质的离子（或分子）之间键的形成来提供的。,天然化合物中的氢键举例,极性化合物的溶剂化性能极性的溶解物与极性的溶剂的溶剂化 ：,例如：离子晶体（格）的氯化钠溶剂化（溶于水）时, 钠离子和氯离子便发生分离，形成水合离子（离子-偶极
10、键）。,再如，极性化合物甲醇或乙醇, 它们和水（极性溶剂）一样都存在分子间氢键，甲醇或乙醇与水之间的分子间力与纯液体的分子间力大致相等，因而可以互溶。,离子键性强的极性化合物溶于极性的溶剂,离子键性强的极性化合物不溶于非极性的溶剂,例如，极性的水不能溶于非极性的固体石蜡（高级烷烃）中。,极性的溶解物与非极性的溶剂不能发生溶剂化：,非极性化合物的溶剂化性能非极性的溶解物与非极性的溶剂的溶剂化 ：,非极性的固体石蜡能溶于非极性的汽油,非极性的溶解物与极性的溶剂不能发生溶剂化：,非极性的固体石蜡不溶于极性的水,极性强,1-3 共价键的断裂方式和有机化学反应类型分类,1、共价键的断裂方式,自由基,碳正
11、离子,碳负离子,（自由基型反应）,（离子型反应）,3、过渡状态和中间体,（a）旧键的断裂和新键的形成同时发生,（b）在新键形成之前先发生旧键的断裂,对同时包含着旧键的断裂和新键的形成的有机反应（有机反应的本质）, 可能有两种极端现象：,中间体是不带电荷的自由基（键发生均裂）或带电荷的有机离子（键发生异裂）, 它们都具有高度的反应活性, 一旦生成后, 便很快地与周围的分子作用,因此中间体通常寿命极短, 在反应中只能瞬时存在, 一般无法将它们分离出来。,Brnsted Lowry的酸碱理论：凡是能放出质子的物质（分子或离子）都称为酸, 凡是能与质子结合的物质（分子或离子）都称为碱。一个酸放出质子后
12、即产生一个碱, 这个碱又称为原来酸的共轭碱。反之,一个碱与质子结合后,所形成的酸又称为原来碱的共轭酸。例如：,在酸中都含有氢原子，反应时放出质子；在碱中部含有未成键电子对,能够接受质子；酸和碱的关系是质子的得失。,1-4 有机化学中的酸碱概念,在酸碱反应中, 酸 HZ 放出一个质子给碱 B，生成新的酸 HB（共轭酸）和新的碱 Z（共轭碱）。例如：,电负性强、体积大、共振稳定的共轭碱的碱性弱（离子稳定），而它们的共轭酸的酸性强。,HCH3,HNH2,HOH,HF,酸性,C,N,O,F,碱性,CH3_,NH2_,OH_,F_,Cl_,Br_,I_,F_,Lewis酸碱理论：凡是能接受电子对以形成共
13、价键的物质（分子或离子 ）都称为酸；凡是能提供电子对以形成共价键的物质（ 分子或离子）都称为碱。酸是电子对的接受体, 碱是电子对的给予体。,Lewis酸：具有空轨道原子的分子或离子：,Lewis 碱：具有未共用电子对原子的分子或离子：,按 Brnsted -Lowry 酸碱定义，酸必须含有氢，即能放出质子,而在 Lewis 酸碱定义中, 酸必须是缺电子的（是一个亲电试剂），即能接受电子对，并把质子亦作为酸。,1-5 有机化合物的分类,1、按碳架分类,（1）开链化合物,（2）碳环化合物,（3）杂环化合物,2、按官能团分类,在有机化学中,一般常把碳氢化合物看作是各种有机化合物的母体, 而把其它化合物看成是母体中的一个或多个氢原子被某些原子或原子团取代后得到的衍生物, 这些原子或原子团通常称为官能团。官能团是分子中比较活泼而且容易发生化学反应的基团, 化合物的性质主要由这个化合物分子中的官能团所决定，因而含有相同官能团的化合物就具有相似的化学性质, 所以把它们看作是同类化合物。,
