有机化学 Organic Chemistry 主讲人李晓萍 2010年8月30日

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第一章 绪 论 第一节 有机化学的研究对象 第二节 共价键的一些基本概念 第三节 研究有机化合物的一般步骤 第四节 有机化合物的分类和官能团

  重点 1. 有机化合物的定义及特点 2. 共价键的一些基本概念 3. 有机化合物的研究方法   难点 1．价键理论 2．分子轨道理论

1874年德国化学家肖莱马 第一节 有机化学的研究对象 一．有机化合物和有机化学的涵义 第一节 有机化学的研究对象 一．有机化合物和有机化学的涵义 1、有机化合物：指碳氢化合物以及碳氢化合物衍生而得的化合物。 　　有机化合物中，除碳和氢外，常见的元素有O.N.X.S.P 等。有机化合物有一千多万种以上。 ２、有机化学：研究有机化合物的化学。

二．有机化学的产生和发展 分离提纯阶段 人工合成阶段 分子结构研究 物理方法应用于分子结构的确定 不对称合成、绿色合成等 十八世纪中 十九世纪初 人工合成阶段 十九世纪中 二十世纪 三、四十年代 分子结构研究 物理方法应用于分子结构的确定 二十一世纪 不对称合成、绿色合成等

1828年 F.Wohler(维勒)将氰酸铵的水溶液加热得到尿素： NH4OCN NH2CONH2 Δ 说明有机物可以在实验室合成。

1857年，Kekule(德)提出碳原子的四价学说，在此基础上发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。 1874年，van’tHoff(荷)和LeBel(法)提出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学（stereochemistry）。

1917年，Lewis(美)用电子对来说明化学键的生成。 1931年．Huckel(德)用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃的结构问题。 60年代，Hoffman.福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，提出前线轨道理论。

三．有机化合物的特点 1、组成元素少，但数量庞大；（同分异构现象、结构式表示） 2、易燃； 3、熔沸点低； 4、难溶于水； 5、反应慢，且产物复杂； 反应式用箭头表示

四．有机化学的研究内容 1、天然产物的研究 2、有机化合物的结构测定 3、有机化合物性质及应用研究 4、有机合成 通过合成不但可以验证天然产物结构的正确性，还可以得到一系列与天然产物结构相似的化合物，从中筛选出性能更好的产物，进一步发展为工业产品。 5、反应机理的研究 反应机理的研究可以加深对有机反应的理解，有利于合理改变实验条件，提高反应产率。通过机理研究也可了解结构与反应活性之间的关系。

第二节 共价键的一些基本概念 一．共价键理论 1、价键理论要点： （1）   原子轨道重叠，共用电子对可形成价键。

（2）    共价键具有饱和性： 原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对。 （3）共价键具有方向性： 除S轨道外，其它原子轨道都有一定的方向性，两原子轨道只有沿着一定的方向才能达到最大重叠。

2. 分子轨道理论 分子轨道理论是从分子的整体出发去研究分子中每个电子的运动状态，认为形成化学键的电子是在整个分子中运动的。 该理论认为化学键是原子轨道重叠产生的，任何数目的原子轨道重叠可以形成同样数目的分子轨道，

H2 的形成：   ψ2（反键轨道） =ψA -ψB ψA ψB HA HB ψ1（成键轨道） =ψA +ψB

图：氢分子的分子轨道 ψA +ψB σ ψA -ψB σ* ψB ψA

S 和P 原子轨道之间的成键包括了S 轨道以P 轨道的轴线方向相互接近而与P 轨道的一端发生最大程度的重叠，同样形成一对成键σ和反键σ S 和P 原子轨道之间的成键包括了S 轨道以P 轨道的轴线方向相互接近而与P 轨道的一端发生最大程度的重叠，同样形成一对成键σ和反键σ*分子轨道，例 HF： σ* σ

两个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系 σ* F2Px H1s σ 两个不同的原子轨道组成分子轨道的能量关系

P 轨道与P 轨道能形成σ分子轨道 例F2： σ* F: 2Px F: 2Px σ

但是，当两个互相平行的P轨道在侧面重叠形成分子轨道时，如Py-Py or Pz-Pz所形成的分子轨道称π轨道。π轨道还保留着对称面（基面）。

π* Py（Pz） Py（Pz） π

原子轨道组成分子轨道时，必须符合三个原则：  a、 对称性匹配原则  b、 原子轨道重叠部分要最大 c、能量相近原则

二．共价键的键参数 1、键长：形成共价键的两个原子之间存在着一定的吸引力和排斥力，使原子核之间保持一定的距离，这个距离称为键长（bond length). 单位nm. 一定的共价键的键长是一定的。

2、键角：两个以上的原子与其他原子成键时，两个共价键 之间的夹角称为键角（bond angle). 键角大小随分子结构不同而改变，反映了分子的空间结构 。

3、键能：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（bond energy).单位：kJ·mol-1 双原子分子的解离能便是键能。 键能愈大，键愈牢固，一个分子中不同的键其解离能是不同的，对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键解离能的平均值。

4、偶极距： 当由电负性不同的两种元素的原子组成共价键时，成键电子的分享并不均等，成键电子被电负性较强的原子吸引而靠近它的一边，使它带有微负电荷（或叫部分负电荷），用δ-表示，电负性较弱的原子则具有微正电荷（或部分正电荷）用δ+表示，这样的共价键称为极性共价键。 δ+ δ- 例： H3 C Cl

共价键的极性常用偶极矩表示。 偶极矩（dipole moment)是电荷（q)与正负电荷中心的距离（d)的乘积，用μ表示。单位为C.m(库仑·米），以前也用德拜（Ｄ）表示. 1D=10-18esu.cm=3.3336x10-30C.m 偶极距 μ= qd q: 中心电荷 d：正负电荷中心的距离

分子的偶极距是各个键的偶极距的向量和。 μ=0 Cl-Cl μ=0 μ=0 μ=1.94D

三、共价键的断裂 1、均裂

2、异裂 C+ + D- C:D C- + D+ 离子型反应分为亲核反应与亲电反应: 碳正离子 R+, CH3+ 碳负离子 R-, CH3-

第三节 研究有机化合物的一般步骤 1．分离提纯。 2．纯度检定：熔、沸点测定，薄层层析、气相色谱（GC）、高压液相色谱（HPLC）鉴定。 3．元素定性分析和定量分析 4．实验式和分子式的确定 5．结构式的确定（四谱的运用）。

例：某有机物，元素分析结果为： C： 60.00 %；H：13.40 % （O：26.60 %） 百分含量 摩尔比 最小整数比（原子数目比） C 60.00 60.00/12.01 = 5.00 5.00/1.66 = 3 H 13.40 13.40/1.008 = 13.29 13.29/1.66 = 8 O 26.60 26.60/16.00 = 1.66 1.66/1.66 = 1 该化合物的实验式： C3H8O 分子式： （C3H8O）n = 分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定） 当分子量为60时，分子式为C3H8O。 当分子量为120时，分子式为C6H16O2 。

第四节 有机化合物的分类和官能团 一．按碳架分类 1、开链化合物 2、碳环化合物 （1）脂环化合物

（2）芳香环化合物 （3）杂环化合物

二．按官能团分类 官能团是指有机化合物分子中特别能起反应的一些原子或原子团。 本书的内容编排基本上是按照官能团分类进行讲授。

教材与教学参考书 教材 [1] 曾昭琼 主编，有机化学 上、下册， 高等教育出版社， 第四版（2004年6月）。

主要参考书目 [1]邢其毅等合编 《基础有机化学》上、下册，人民教育出版社，1997年版。 [2]R.T.Morrison, R.W.Boyd著《有机化学》上、下册，中译本，1997年版。 [3]王芹珠 杨增家 编，有机化学 清华大学出版社 1997年版 [4]华北东北等九所高等师范院校合编 冯金城 郭生 主编，有机化学学习及解题指导，科学出版社，1999年版。 [5]刘群主编有机化学习题精解，科学出版社，2001年版 [6]冯骏材 陆国元 吴琳 丁孟辛编著 有机化学学习指导，科学出版社，2003年版。

谢 谢 ！ 2010年9月