有 机 化 学 主讲：邹立科

第一章 绪 论 1.1 有机化合物 分子中只含碳和氢两种元素的化合物，又称为烃。碳氢化合物是有机化合物的母体。 碳氢化合物 第一章 绪 论 1.1 有机化合物 分子中只含碳和氢两种元素的化合物，又称为烃。碳氢化合物是有机化合物的母体。 碳氢化合物 碳氢化合物中的氢原子被其它原子或基团替代后的化合物。 碳氢化合物的衍生物 含碳的化合物，或者碳氢化合物及其衍生物。可含C、H、O、N、P、S等元素。 有机化合物

为什么叫“有机”化合物？ 这与人类对物质世界认识过程有关。在历史上，最早从动植物中提取得到染料、药物和香料等。因此，人们认为只有有生命力的动植物能合成这类化合物，其性质又明显不同于当时已知的无机物，就称为有机化合物。尽管后来可以人工合成有机化合物，但有机化合物的名称仍沿用至今。

有机化学及“生命力学说” Old: “derived from living organisms” New: “chemistry of carbon compounds” From inorganic to organic, Wöhler, 1828

◆研究有机化合物的重要意义 例如国防工业上橡胶的需求量： 一辆坦克需橡胶 400 Kg

一架飞机需橡胶 600 Kg （上万个零件）

一艘轮船需橡胶 60 T

生产1,000 T／年 橡胶： 天然橡胶 —占地3万亩，种树300万株，工人5,000 ~ 6,000人 合成橡胶 —占地10亩，工人几十人。

有机功能材料 如 光 致 变 色 材 料

显示器的时代变迁 有机电致发光器件OLED 2007~?? 液晶显示器 LCD 1980~2050~?? 阴极射线管CRT 1940~2025 1940 2000 2025 2050

索尼在“Ceatec 2008” 上展示的超薄OLED电视机 原型，厚度仅为0.9毫米，显示屏厚度仅为0.3毫米。 Sumsung 31英寸 OLED TV样机， 并有40英寸样机展示，厚度8.9mm 作为首款OLED电视产品，SonyXEL-1曾经被大肆吹捧。而在不久前由DisplaySearch经分析、拆卸这款产品之后出具的报告表明这款产品极可能只是昙花一现。 DisplaySearch 是一家专注显示器的调研机构，其在近期公布的一份报告中对SonyXEL-1电视中的有源矩阵OLED(AMOLED) 技术进行了评价，报告结果让人不太满意。 DisplaySearch在报告中指出，该产品的RGB系统对所显示的画面很敏感，在白色画面下其工作寿命为5,000小时，在典型视频画面下的工作寿命为17,000小时，远远低于SONY所公布的数据。 此外，报告还指出，这款产品显示屏的色彩老化程度不一致，在使用1000个小时后，蓝色光亮度会下降12%、红色光亮度下降7%，绿色光亮度下降8% 其他测试结果还显示： 显示屏每个子像素结构包括两个TFT和两个电容。因为所用材料和厚度不同，像素结构没有采用共用支撑层。微穴结构导致形成多次反射干扰。其亮度在高亮度环境下会严重下降。黑色级别小于0.01 cd/m，低于现在市面上的所用其它显示屏(PDP或LCD)。面玻璃设计采用一片彩色滤光片和一片圆形偏光片，采用了用于冷却OLED的独特设计。 SONY 11英寸 3mm厚的 OLED HDTV，2007年10月 索尼在“Ceatec 2008” 上展示的超薄OLED电视机 原型，厚度仅为0.9毫米，显示屏厚度仅为0.3毫米。

NOKIA概念产品： OLED屏幕紙卷 在CES2009 上，SONY展出可折叠的OLED随身听，电子书和笔记本电脑

◆有机化合物的特点 多、燃、低、难、慢 种类繁多，九百多万种 (无机化合物仅十余 万种)； 易燃； 熔点低，一般不超过400℃； 难溶于水； 反应速度慢,且反应条件不同产物也不同， 伴有副反应。

1.2 有机化合物中的共价键 有机化合物中的原子主要以共价键相连，因此共价键在有机化合物中占有重要地位，必须对其本质与属性有透彻的认识 1.2 有机化合物中的共价键 有机化合物中的原子主要以共价键相连，因此共价键在有机化合物中占有重要地位，必须对其本质与属性有透彻的认识 共价键：分子中原子间通过电子的共用而形成的化学键，称为共价键。 对共价键的讨论，最常用的是价键理论和分子轨道理论；两者结合起来，能很好的说明有机分子的结构。本课程主要使用价键理论中的杂化轨道理论。

杂化轨道理论：同一原子内，能量相近形状不同的各原子轨道( s 、p 、d )，由于成键时原子间的相互影响，原子轨道改变原有的形状，使这些轨道混合起来，重新分配能量和空间方向，组成一系列新的原子轨道的过程，称为杂化。 其中，最为重要的是碳原子C 的杂化；有机化合物中碳原子 C 以三种 杂化轨道参与成键：SP3 、SP2 、SP 杂化 。中心原子的杂化轨道不同，分子的空间构型也不同

碳原子的 SP3 杂化过程示意图：

S轨道和P轨道电子云黑点示意图 1s 2s 3s 2pz 3pz

S轨道和P轨道原子轨道轮廓示意图 2s 1s 3pz 3s

碳原子三种 杂化轨道的空间结构： 说明：

C的sp3轨道与另一个C的sp3轨道沿着各自的对 称轴成键，就形成C—Cσ键： 乙烷分子模型

C的sp3轨道也可以与卤原子的 p 轨道重叠，形 成C—X σ键： 因此氯甲烷的分子形状应与甲烷形状相似。同样C的sp3轨道还可以与 O、N 等原子的杂化轨道形成 C—O、C—N 等σ键。 氯甲烷分子模型

pz—pz—>π轨道: C—C π 键的形成： 　　两个sp2杂化的C原子沿着各自sp2轨道轴接近形成C—C的 σ 键的同时两个2pz轨道也接近,从p轨道的侧面互相重叠，形成C—C π 键，即C=C重键同时形成。 pz—pz—>π轨道:

C-C三重键的形成： 两个sp杂化的C原子沿着各自sp轨道轴接近，形成C—Cσ 键的同时，两个2py和两个2pz轨道也互相接近，从p轨道的侧面重叠，形成两个C—C π 键,即C≡C三重键同时形成。 乙炔的两个π键:

乙炔分子的形成： 两个sp轨道与两个H的1s轨道形成两个C-H σ键,即乙炔分子形成。 乙炔的σ键 在乙炔分子的C≡C三重键中，一个σ键，两个互相垂直的π键，价电子形成筒状分布。

可见，C原子的杂化方式决定了化合物的空间结构

不同杂化方式中s 成分的多寡决定了不同 杂化碳原子的电负性。

 键与  键的差异：  键  键 成键情况  键头碰头，成键轨道沿轴向相互重叠  键肩并肩，成键轨道对称轴平行从侧面重叠

 键  键 电子云的分布情况  电子云集中于两原子  电子云分布在 键所在平  键两原子可绕键轴  键两原子不能  键  键 电子云的分布情况  电子云集中于两原子  电子云分布在 键所在平 核的连线上，呈圆柱形分布 面的上下两方，呈块状分布。  键两原子可绕键轴  键两原子不能 自由旋转 绕键轴自由旋转

1.3 共价键的基本属性 共价键的基本性质包括: 键长、键角、键能和 键的极性。 1.3 共价键的基本属性 共价键的基本性质包括: 键长、键角、键能和 键的极性。 键能：      由原子形成共价键所放出的能量，或共价键断裂成两个原子所吸收的能量称为该键的键能。后者又称键的解离能。键能的单位：kJ/mol。 例1. H2(g)——>2H· 吸收436.0 kJ/mol能量，即 H—H 键的键能，也称为H—H的解离能（Ed=436.0 kJ/mol表示）。

例2. 甲烷分子中有四个C—H键，其解离能如下： 每一种C-H键的解离能Ed不相等。 在甲烷中C—H键的键能是各C—H键解离能的平均值： （423+439+448+347）/4=414 kJ/mol 化合物的键能数据可从手册中查到。

重点：键的极性和极化性 ⑴ 极性键和非极性键 ⑴ 极性键和非极性键 两个电负性不同的原子形成共价键，成键的两电子的电子云非均匀分布在两原子的周围，电负性大的原子周围有较多的电子云，电负性小的原子周围有较少的电子云，即键的两端出现微小正、负电荷，常用δ+和δ-表示，这种现象称为键的极性，这种键称为极性共价键。

键的极性大小主要取于成键两原子的电负性值之差。例如，H—O键极性大于H—N 键的极性。 ⑵ 键极性的度量 ① 定性的相对比较： 键的极性大小主要取于成键两原子的电负性值之差。例如，H—O键极性大于H—N 键的极性。 碳、氮在不同杂化状态下的电负性值：

(3). 极性键与极性分子      分子的极性由组成分子的各共价键极性决定的。 分子的极性大小用分子的偶极矩度量。 分子的偶极矩等于组成分子的各共价键偶极矩的和。 例： CCl4非极性分子 CH3Cl极性分子

1).共价键的均裂和自由基反应 2).共价键的异裂和离子型反应 A ：B A· + B· A ：B A+ + B- 3.共价键的断裂方式和有机反应的类型 1).共价键的均裂和自由基反应 A ：B A· + B· 2).共价键的异裂和离子型反应 A ：B A+ + B-

◆有机化合物的分类 一、按分子骨架(碳架)分类 1.链状化合物 分子中的碳原子相互连接形成链状骨架，也称为开链化合物或脂肪族化合物；如

2.脂环族化合物 分子中至少存在一个碳原子连接成的 环状结构，性质与脂肪族化合物相似；如 3.芳香族(苯系)化合物 分子内至少含有一个苯环的化合物；如

4.杂环化合物 分子中至少含有一个环，且环上含有其他杂原子O 、S 、N 等，性质与芳香族化合物相似；如 吡啶 α- 呋喃甲醛 噻吩 吲哚

二、按官能团分类 官能团：－OH 、－COOH 等能赋予有机化合物某些特性的原子团，称为官能团； 含有相同官能团的化合物往往具有相似的性质，可归为一类； 透彻了解各种官能团的特性，是识别有机化合物和学好有机化学课程的关键。

常见官能团及其名称： 官能团 结 构 类别 示 例 双 键 C＝C 烯 烃 CH2＝CH2 叁 键 C ＝ C 炔 烃 HC ＝ CH 羟 基 －OH 醇、酚 CH3CH2OH 羰 基 －C＝O 醛 、酮 CH3COCH3 羧 基 －COOH 羧 酸 CH3COOH 卤 素 －X 卤代烃 CH3CH2Br 氨 基 －NH2 胺 CH3CH2NH2

◆有机化合物的同分异构现象 有机化合物的种类繁多，是因为化合物分子中，原子间的连接方式、连接顺序多样，从而出现同分异构现象。 将分子式相同，结构和性质不同的现象，称为同分异构现象。

同分异构

◆开链烷烃的同分异构现象 开链烷烃只有碳链异构；分子中C原子相互连接的顺序不同，构成不同的碳链。 其中，CH4 、CH3CH3 、CH3CH2CH3 没有异构体。丁烷C4H10 开始有同分异构体 烷烃分子的碳链异构体数目和异构体的构造式，可用逐步缩短碳链法推导得到。

◆己烷C6H14 的碳链异构 1.写出己烷的最长碳链(省去了 H 原子)： C－C－C－C－C－C (1)

3.写出比(1)式少两个 C 原子的碳链，即四个C的碳链；将减下来的两个 C 原子作为两个甲基支链，分别连接在碳链的各个 C 原子上

◆碳链中的 C 原子分类： 按照所连接的碳原子的数目，可分为四类：连有一个碳原子，称为伯(10)碳原子；连有二个碳原子称为仲(20)碳原子；连有三个碳原子称为叔(30)碳原子；连有四个碳原子称为季(40)碳原子。例：