有 机 化 学 主讲：邹立科.

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1 有 机 化 学 主讲：邹立科

2 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

3 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。

4 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

5 ◆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

6 一架飞机需橡胶 600 Kg （上万个零件）

7 一艘轮船需橡胶 60 T

8 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。

9 有机功能材料 如 光 致 变 色 材 料

10 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

11 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。

12 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

13 ◆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。

14 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。

15 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

16 碳原子的 SP3 杂化过程示意图：

17 S轨道和P轨道电子云黑点示意图 1s 2s 3s 2pz 3pz

18 S轨道和P轨道原子轨道轮廓示意图 2s 1s 3pz 3s

19 碳原子三种 杂化轨道的空间结构： 说明：

20 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

21 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

22 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:

23 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:

24 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。

25 可见，C原子的杂化方式决定了化合物的空间结构

26 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。

27  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

28  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

29 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 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）。

30 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： （ ）/4=414 kJ/mol 化合物的键能数据可从手册中查到。

31 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。

32 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：

33 (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

34 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-

35 ◆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

36 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

37 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

38 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。

39 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

40 ◆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。

41 同分异构

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43 ◆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。

44 ◆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)

45 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

46 ◆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：