有机化学 Organic Chemistry

教材: 参考书: 天津大学郑艳主编 《简明有机化学教程》 高等教育出版社 邢其毅等 《基础有机化学》 高教出版社 Organic chemistry 教材: 天津大学郑艳主编 《简明有机化学教程》 高等教育出版社 参考书: 邢其毅等 《基础有机化学》 高教出版社 高鸿宾等 《有机化学》 高教出版社 高占先等 《有机化学》 高教出版社 古练权等 《有机化学》 高教出版社 裴伟伟等 《基础有机化学习题解析》高教出版社

第一章 绪 论 1.1 有机化合物 1.2 有机化合物的结构理论* 1.3 有机化合物构造式的表示方法* 1.5 有机化合物中弱的作用力 有机化学 Organic chemistry 第一章 绪 论 1.1 有机化合物 1.2 有机化合物的结构理论* 1.3 有机化合物构造式的表示方法* 1.5 有机化合物中弱的作用力 1.7 有机化学中的酸和碱* 1.8 电子效应、立体效应好主客效应 1.9 有机化合物的反应

最早的有机化合物来自于动植物体（有机体） 有机化学 Organic chemistry 1.1 有机化合物 1.1.1 有机化学的发展 生命论与早期的有机化学（1828年之前） 有机化合物 最早的有机化合物来自于动植物体（有机体） 生命论(Vitalism)认为： 有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。

1828年 德国化学家维勒在实验室将无机物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。 有机化学 Organic chemistry 1828年 德国化学家维勒在实验室将无机物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。 inorganic organic NH4CNO →(NH2)2CO 1845年 柯尔伯（Kolbe H）合成了醋酸。 1854年 贝特洛（Berthelot M）合成了油脂。 从此，生命力学说被彻底否定。“有机物”这个名称也失去了原有的“有生机之物”的含义。 19世纪初期至中期——有机化学逐渐形成为一门学科。

1901~1998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的化学奖55项，占化学奖61% Organic chemistry 乙酰水杨酸（阿斯匹林） Starch（淀粉） CmHn m value around 8 Gasoline （汽油） 1901~1998年，诺贝尔化学奖共90项，其中有机化学方面的化学奖55项，占化学奖61%

H C 1.1.2 有机化合物的定义 有机化合物（organic chemicals) ：含碳的化合物，或者碳氢化合物和它们的衍生物。 有机化学 Organic chemistry 1.1.2 有机化合物的定义 有机化合物（organic chemicals) ：含碳的化合物，或者碳氢化合物和它们的衍生物。 有机化学（Organic Chemistry）：研究有机化合物的结构和性质的科学 H C N O F P S Cl Br I Si B 有机化合物中常见的元素

有机化学 Organic chemistry 自然界中碳的循环

有机化合物的特点通常可用五个字概括：“多、燃、低、难、慢”。 有机化学 Organic chemistry 1.1.3 有机化合物的特性 有机化合物的特点通常可用五个字概括：“多、燃、低、难、慢”。 1．组成和结构之特点 有机化合物种类繁多、数目庞大，但组成元素少 （C， H， O， N ，P， S， X等）。 原因：C原子自身相互结合能力强 ①结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）； ②同分异构现象 （构造异构、构型异构、构象异构）普遍。 例如，C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物。

① 容易燃烧(inflammable)，生成CO2和H2O； 有机化学 Organic chemistry 2．性质上的特点 ① 容易燃烧(inflammable)，生成CO2和H2O； 但CCl4 不但不燃烧，而且可以作灭火剂 ② 熔点、沸点低(low m.p. and b.p.)，热稳定性差； 一般＜400℃ m.p.（NaCl）= 801℃；b.p.（NaCl）= 1413℃ ③ 难溶于极性大的水(immiscible with water)，易溶于非极性的有机溶剂； 如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。 但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2 等易溶于水 OH OH OH

④ 反应速度慢、副反应多(multiple reactions)； 有机化学 Organic chemistry ④ 反应速度慢、副反应多(multiple reactions)； 反应条件 催化剂 加热 光照 （活化分子） （增加分子热运动） CH3CH2CH2Cl + CH3CHCH3 Cl CH3CHCH2Cl + CH3-C-CH3 Cl CH3CH2CH3 + Cl2 hν 所以写有机反应式常用“ ”而不用“ ”

1.2 共价键 离子键 (ionic bond)： 原子间通过电子转移产生 的正负离子相互结合而成键 有机化学 Organic chemistry 1.2 共价键 离子键 (ionic bond)： 原子间通过电子转移产生 的正负离子相互结合而成键 共价键 (covalent bond)：原子间通过共用电子对相互结合而成键（电子共享） 八隅体 (octet)：原子总是倾向获得与惰性气体相同的价电子排布 (价电子层达到8个电子的稳定结构) C: 1s22s22p2

（1）未成对且自旋相反的电子可配对，形成一个共价键； 有机化学 Organic chemistry 价键理论的要点： （1）未成对且自旋相反的电子可配对，形成一个共价键； （2）共价键的饱和性：原子的价键数=原子未成对电子的数目； （3）共价键的方向性：原子轨道重叠时按最大重叠方向进行。 1s 2px 1s 2px 有效重叠，可以成键 重叠较小，不能成键

杂化轨道理论(hybrid orbital theory) 有机化学 Organic chemistry 1.2.1共价键的形成 杂化轨道理论(hybrid orbital theory) sp3杂化 跃迁 2s 2px 2py 2pz C: 1s22s22p2 2s 2px 2py 2pz 原子轨道重组 4个sp3轨道

有机化学 Organic chemistry C 四面体

有机化学 Organic chemistry 甲烷(CH4)的 成键示意 s 键 轴对称方式交叠

+ - C sp2杂化 平面三角形 跃迁 原子轨道重组 3个sp2轨道 2pz 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz 有机化学 Organic chemistry sp2杂化 2s 2px 2py 2pz 跃迁 2s 2px 2py 2pz 原子轨道重组 - C + 3个sp2轨道 2pz 平面三角形

有机化学 Organic chemistry 乙烯(CH2=CH2)的成键示意图 p 键 侧面交叠 （电子云结合较松散）

+ - C sp杂化 跃迁 直线型 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz 原子轨道重组 sp 2py 2pz 有机化学 Organic chemistry sp杂化 2s 2px 2py 2pz 2s 2px 2py 2pz 跃迁 原子轨道重组 sp 2py 2pz - + C 直线型

有机化学 Organic chemistry 乙炔(CHCH)的成键示意:

不同杂化态碳原子的电负性差异 sp3 sp2 sp sp杂化形式的轨道成键后，两成键原子间电子云密度最大的区域最偏向该碳原子 有机化学 Organic chemistry 不同杂化态碳原子的电负性差异 sp3 sp2 sp sp杂化形式的轨道成键后，两成键原子间电子云密度最大的区域最偏向该碳原子 可视为sp杂化的碳原子的电负性最大，即s成分越多的杂化形式，可视为电负性越大

1.2.2 共价键的属性 A B (1) 键长(bond lengths) 键长：成键原子的原子核间的平均距离 C H 0.154nm 有机化学 Organic chemistry 1.2.2 共价键的属性 (1) 键长(bond lengths) 键长：成键原子的原子核间的平均距离 A B C H 0.154nm 0.134nm 0.120nm 0.109nm

+ A B 键能 (bond energy) 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。 有机化学 Organic chemistry 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。 键能 (bond energy) Bond Energy E A B + (g) 键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。

Dissociation energy 离解能 有机化学 Organic chemistry Dissociation energy 离解能 D1 CH4 CH3 + H D2 CH2 + H D3 CH + H Bond energy of C-H bond: D4 C + H 离解能：指定的某一种离解方式 键能：具有平均的概念

(3) 键角(Bond angles) 键角：两价以上的原子在与其它原子成键 时，键与键之间的夹角。 甲烷 乙醚 甲醛 有机化学 Organic chemistry (3) 键角(Bond angles) 键角：两价以上的原子在与其它原子成键 时，键与键之间的夹角。 甲烷 乙醚 甲醛 键角反映了分子的空间结构

有机化学 Organic chemistry （4）键的极性 C Nonpolar bond 非极性键 C F Polar bond 极性键

C F 共价键的极性大小是用偶极矩(μ)来度量的。 q: 电荷 d: 正负电荷之间的距离 μ= q.d μ:单位为C·m (库[仑]·米) 有机化学 Organic chemistry C F d +q1 -q2 共价键的极性大小是用偶极矩(μ)来度量的。 μ= q.d q: 电荷 d: 正负电荷之间的距离 μ:单位为C·m (库[仑]·米) 思考：共价键的极性与成键原子电负性的关系？

思考：共价键的极性与分子的极性之间的关系？ 有机化学 Organic chemistry Cl H Polar Bonds Nonpolar Molecule 思考：共价键的极性与分子的极性之间的关系？ Molecular polarity Bond polarity

1.2.3 共价键的断裂和有机反应类型 一、共价键断裂有两种： ----两个原子间的共用电子对均匀的裂解 （游离基反应） 有机化学 Organic chemistry 1.2.3 共价键的断裂和有机反应类型 一、共价键断裂有两种： 均裂 异裂 1.均裂 ----两个原子间的共用电子对均匀的裂解 自由基（游离基） （游离基反应） C∶Y · C + Y· 均裂 2.异裂 ----两个原子间的共用电子对不均匀的裂解 （离子型反应） C∶Y 碳正离子 C + Y∶ + - 碳负离子 ∶C + Y 异裂

二、离子反应根据反应试剂的类型不同又可分为亲电反应和亲核反应： 有机化学 Organic chemistry 二、离子反应根据反应试剂的类型不同又可分为亲电反应和亲核反应： ①亲电反应 ——由亲电试剂进攻而发生的反应。 亲电试剂(亲电体) ——在反应过程中接受电子或共用电子(属另一反应物分子)的试剂。 特点：缺电子的正离子。如：金属离子和氢离子 常见的亲电试剂: H+，H3O+，NO2+，NO+，PhN2+，R3C+，SO3，BF3，AlCl3，ICl，Br2，O3

——能给出电子，在反应过程中进攻反应物中带部分正电荷的碳原子。 有机化学 Organic chemistry ②亲核反应 ——由亲核试剂进攻而发生的反应。 亲核试剂(亲核体) ——能给出电子，在反应过程中进攻反应物中带部分正电荷的碳原子。 特点：带有负电子的原子或原子团及有孤对电子对的分子。如OH－、:NH3 常见的亲核试剂： H－，BH4－，HSO3－，HO－，RO－，RS－，CN－，RCOO－，RC≡C－，－CH(COOC2H5)2，H2O，NH3，NH2R，H2S，RMgX，RLi

三、 协同反应（concerted reaction） 有机化学 Organic chemistry 三、 协同反应（concerted reaction） 反应历程中不产生离子或自由基中间体，化学键的断裂和生成是同时发生的，也称为周环反应。 特点：反应过程只有键变化的过渡态（往往为环状），一步发生成键和断键，没有自由基或离子等活性中间体产生。 在实际的有机反应中常结合三种分类方法进行更细的分类，如：自由基取代反应，亲电加成反应，亲电取代反应，亲核取代反应，亲核加成反应等。

1.3 有机化合物的结构 分子式(molecular formulas ): 表示组成分子的原子种类和数目 CH3CH2OH 乙醇 有机化学 Organic chemistry 1.3 有机化合物的结构 分子式(molecular formulas ): 表示组成分子的原子种类和数目 CH3CH2OH CH3OCH3 乙醇 二甲醚 C2H6O 分子结构式(molecular structural formulas): 表示分子中原子连接的顺序

1. Lewis electron-dot structure 路易士电子式 有机化学 Organic chemistry 1. Lewis electron-dot structure 路易士电子式 H H Cl C H H H 有机化合物中不常用

2. Construction formula 构造式 有机化学 Organic chemistry 2. Construction formula 构造式 Dash formula （蛛网式） Condensed formula （构造式、构造式简式） 将直链上相同的亚甲基合并

侧链基团用括号写于所连原子的右侧 第一个碳原子上的取代基可写在左侧 CH3C(CH3)2CH3 ClCH2(CH2)3CH3 有机化学 Organic chemistry 侧链基团用括号写于所连原子的右侧 CH3C(CH3)2CH3 第一个碳原子上的取代基可写在左侧 ClCH2(CH2)3CH3 ClCH2CH2CH2CH2CH3

Line-bond structure 键线式 有机化学 Organic chemistry Line-bond structure 键线式 H、C可省去不写，其它元素不可省略 端点与拐角各代表一个碳原子 单线代表单键，双线代表双键，叁线代表叁键 甲烷、乙烷、乙烯和乙炔等一般不用键线式表示 Rather than

1. 4 有机化合物的分类 1. 按碳链分类 （1） 链状化合物 不饱和 饱 和 （2）环状化合物 碳环 芳环 杂环 直链 支链 有机化学 Organic chemistry 1. 4 有机化合物的分类 1. 按碳链分类 （1） 链状化合物 直链 支链 不饱和 饱 和 （2）环状化合物 碳环 芳环 杂环

2.按官能团：官能团是分子中比较活泼、易发生化学反应的原子或基团，对化合物的性质起着决定性的作用。 有机化学 Organic chemistry 2.按官能团：官能团是分子中比较活泼、易发生化学反应的原子或基团，对化合物的性质起着决定性的作用。 举例 名称 典型反应类型 碳氢化合物 烷烃 CH3CH3 乙烷 自由基取代 烯烃 CH2=CH2 乙烯 亲电加成 炔烃 HCCH 乙炔 亲电加成 二烯 CH2=CHCH=CH2 丁二烯 亲电加成 芳烃 苯 芳香亲电取代 卤代物 CH3CH2Cl 氯乙烷 亲核取代、消除 含氮有机物 胺 CH3CH2NH2 乙胺 碱或亲核试剂 腈化物 CH3CN 乙腈 亲核加成 硝基化合物 C6H5NO2 硝基苯 还原

举例 名称 典型反应类型 含氧有机物 醇 CH3CH2OH 乙醇 亲核取代、消除 酚 C6H5OH 苯酚 芳香亲电取代 醚 有机化学 Organic chemistry 举例 名称 典型反应类型 含氧有机物 醇 CH3CH2OH 乙醇 亲核取代、消除 酚 C6H5OH 苯酚 芳香亲电取代 醚 CH3CH2OCH2CH3 乙醚 亲核取代、消除 环氧化合物 环氧乙烷 开环 醛 CH3CHO 乙醛 亲核加成 酮 CH3COCH3 丙酮 亲核加成 羧酸 CH3COOH 乙酸 亲核加成、取代 羧酸衍生物 酰卤 CH3COCl 乙酰氯 亲核取代 酸酐 (CH3CO)2O 乙酸酐 亲核取代 酯 CH3COOCH2CH3 乙酸乙酯 亲核取代 酰胺 CH3CONH(CH3) N-甲基乙酰胺 亲核取代

偶极-偶极间作用力，或瞬时偶极的感应作用 有机化学 Organic chemistry 1.5 分子间作用力（简讲） 1. 范德华力 偶极-偶极间作用力，或瞬时偶极的感应作用 2. 氢键 形成氢键的元素：O、F、N 影响物理性质（沸点、水溶性等）或化学性质

1.6酸碱理论 1.6.1 Brønsted 酸碱理论 Brønsted 定 义： 酸：给出质子的分子或 离子 碱：接受质子的分子或离子 有机化学 Organic chemistry 1.6酸碱理论 1.6.1 Brønsted 酸碱理论 Brønsted 定 义： 酸：给出质子的分子或 离子 碱：接受质子的分子或离子 酸 碱 碱 酸 共轭碱 共轭酸 强酸的共轭碱是弱碱，弱酸的共轭碱是强碱

1.6.2 Lewis 酸碱理论 Lewis 定义： Lewis 酸(Lewis acids)： 能够接受未共用电子对的分子或离子 有机化学 Organic chemistry 1.6.2 Lewis 酸碱理论 Lewis 定义： Lewis 酸(Lewis acids)： 能够接受未共用电子对的分子或离子 Lewis 碱(Lewis bases)： 能够给出电子对的分子或离子

1.8 电子效应 诱导效应(Inductive effect)： 由于分子内成键原子的电负性不同， 而引起分子内电子云密度分布不均匀。这种 有机化学 Organic chemistry 1.8 电子效应 诱导效应(Inductive effect)： 由于分子内成键原子的电负性不同， 而引起分子内电子云密度分布不均匀。这种 影响沿分子链键静电诱导地传递下去， 这种电子效应——诱导效应(I) 1 2 3 4

官能团 有机化学研究内容: 命名 结构 化学性质 平面结构和立体结构 系统命名 鉴别 合成 反应历程 写出 推测 写出 说明 有机化学 Organic chemistry 有机化学研究内容: 官能团 写出 推测 命名 结构 化学性质 写出 说明 平面结构和立体结构 系统命名 鉴别 合成 反应历程

成绩评定： 总学时 64，本学期64 平时成绩占30% 期末考试成绩占70% 平时成绩组成（以100分记）： 有机化学 Organic chemistry 成绩评定： 总学时 64，本学期64 平时成绩占30% 期末考试成绩占70% 平时成绩组成（以100分记）： 考勤（10次）30%+作业（10次）50%+ 小测验（2次）20%

学习有机化学的要求： (1)认真听课，作好笔记。 (2)勤思考、多提问，再理解的基础上记忆。 Organic chemistry 学习有机化学的要求： (1)认真听课，作好笔记。 (2)勤思考、多提问，再理解的基础上记忆。 (3)学完每章，应归纳、总结。掌握该章的重点、难点和规律。 (4)按时独立的完成作业。 (5)参阅有关的资料（参考书、杂志）。 切记：不要死记硬背 不要临时抱佛脚

学习中应注意的几个方面 ? 1. 有机化合物的结构与反应 2. 有机反应与反应机理 3. 有机反应的应用——有机合成 有规律的反应 结构 有机化学 Organic chemistry 学习中应注意的几个方面 1. 有机化合物的结构与反应 有规律的反应 结构 性质 反应 特殊反应 2. 有机反应与反应机理 反应原理 反应过程 机理 反应规律 ? 产物 反应物 3. 有机反应的应用——有机合成 多步反应 简单化合物 复杂分子