有 机 化 学
Organic Chemistry
第一章 绪论有机化合物,Organnic Compound
碳氢化合物及碳氢化合物衍生而得的化合物。
有机化学,Organnic Chemistry
研究碳氢化合物及其衍生物的化学。
1.1有机化合物的特性
1.1.1有机化合物的种类繁多
1.1.2分子组成和结构复杂同分异构体,
两种或多种有相同的分子式,
但结构不同的化合物 。
同分异构现象,
具有同分异构体的现象称为同分异构现象 。
1.2.3 有机化合物性质上的特点
(1) 容易燃烧 (2) 热稳定性差 (3) 熔点,沸点低
(4) 难溶于水 (5) 反应速率比较慢
(6) 反应复杂,副反应多
1.2分子结构和结构式
C H 3 C H C H 2 C H 3
C H 3 O H
H C
H
H
C
H
C
C
H
H
H
H
H
C
H
H
H
C H 3 C H C H 2 C H 3
C H 3
结构式、短线式、蛛网式 结构简式、缩简式结构简式、缩简式 键线式
1.3 共价键
1.3.1共价键的形成价键理论 和分子轨道理论
① 共用电子对理论离子键,稳定的正,负离子通过静电引力而形成 。
共价键,两个带正电的原子核对共用电子对的吸引,
使两原子结合在一起而形成的化学键 。
② 原子轨道交盖理论：
原子轨道,原子中，电子的空间运动状态。
形成共价键的两个原子，必须带有自旋方向相反的未成对电子，并且它们的能量相差不大，由于引力而互相靠近，两个原子轨道彼此交盖，交盖的部分电子云密度较大，把两个原子核吸引在一起，使两个原子结合起来，形成共价键 。
由原子轨道组成分子轨道，必须符合三个条件：
(1) 对称匹配 （ 位相相同 ） (2) 最大重叠 (3)能量相近 。
共价键的饱和性：原子的价键数等于其未成键电子数 。
共价键的方向性：原子轨道必须最大重叠。
轨道：以 H2为例,s轨道重叠生成的轨道是呈圆柱形对称,
键轴是它的对称轴,这样的轨道叫?轨道 。
键：生成?轨道的重叠方式叫做?重叠,?轨道上的电子叫做?电子,形成的键叫做?键 。
HH H HH H
氢分子的形成图共价键的形成可看成是电子云的重叠，电子云重叠越多，共价键就越牢固。
1.3.2共价键的属性
(1) 键长：原子核之间的距离 。
C-H键的键长 0.109 nm,C-C键的键长 0.154 nm,
(2) 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，此时?E为负值。 键能单位：
KJ/mol
使 1 mol A-B双原子分子（气态）离解为气态原子所需要的能量，为离解能。此时?H为正值。 键能愈大，键愈牢固 。
多原子分子,如 CH4的四个 C-H键的离解能是不同的 。
CH3,+ Cl,? CH3Cl?H = -339
CH3,+ H,? CH4?H = -423
(3) 键角：两个共价键之间的夹角 。
共键价的方向性决定键角的形成 。 CH4中 H— C— H为
109?28’,
(4)共价键的极性极性键,键距 μ=e.d
极性分子,偶极距
CH 3 Cl C CH H
μ = 7,6 7 C,m μ = 0
1.3.3共价键的断裂和有机反应的类型
(1) 均裂,共价键断裂时,成键的一对电子平均地分给两个原子或基团,生成的带电子的原子或原子团叫自由基,
A:B? A,+ B.
Cl:Cl? Cl,+ Cl,CH4 + Cl,? CH3,+ Cl2
(2) 异裂,共价键断裂时,成键的一对电子为其中的一个原子或原子团所有,生成了正离子与负离子,
C:X? C+ + X- 形成碳正离子
C:X? C- + X+ 形成碳负离子
1.4 有机化合物的分类
1.4.1 按分子中碳原子的骨架分类
(1)开链化合物：碳原子相互连接成链状骨架的化合物。
丙烷、丙烯、丙有支键的化合物也属于开键化合物。
(2) 碳环化合物,完全由碳原子组成的碳环结构的化合物
A：脂环族化合物：性质与脂肪族化合物相似。
B：芳香族化合物：同平面环闭共轭体系。
(3)杂环化合物,碳原子和其它原子 (O,S,N)组成环 。
C H
3
O H
O
N
N
S
1.4.2 按官能团分类官能团,有机分子中易起化学反应的原子或原子团。
本书按官能团顺序教学 。
烷、烯、炔、卤代烃、醇和酚、醚、
醛和酮、羧酸、硝基化合物、胺、
偶氮和重氮化合物、硫醇和硫酚、磺酸。
化合物类型 官能团 化合物类型 官能团烷烃 无 醛或酮 羰基烯烃 烯键 羧酸 羧基炔烃 炔键 腈 氰基芳烃 芳环 磺酸 磺基卤代烃 X(F,Cl,Br,I) 卤素 硝基化合物 硝基醇或酚 羟基 胺 氨基醚 醚键 亚胺 亚氨基
C C
C C
OH
C O C
C O
CO2H
C N
SO3H
NO2
NH2
NH
X
O H
O
H
O
O
O H
O
N H
2
N
O
O
S O H
O
O
CH
2
C H
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H H
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C H
3
O
CH
3
O H
O
N
O
O
S O H
O
O
CH
3
N H
2
化合物 类别 官能团结构 ( 名称 ) 具体化合物 举例烯烃炔烃卤代烃酚及醇醚醛酮羧酸胺硝基化合物磺酸碳 - 碳双键碳 - 碳叁键卤素羟基醚键醛基酮基羧基氨基硝基磺酸基
C C )(
C C( )
( )
( )
C C( )
C( )
C
( )
C
( )
)(
)(
( )
CC
C
C
C
乙烯乙炔卤代甲烷乙醚乙醛丙酮乙醇乙酸甲胺硝基苯苯磺酸
1.5 有机化合物的研究程序
(1) 分离提纯：重结晶、升华、蒸馏、分馏、色谱分离
(2) 纯度的检定：熔点,沸点,相对密度,折光率
(3) 元素分析和实验式的确定定性分析：确定化合物的元素组成 。
定量分析：确定各元素的相对含量 。
(4)相对分子质量的测定和分子式质谱仪被应用于测定化合物的结构 。
(5) 结构式的确定化学方法和物理方法,现代物理方法,
X衍射,紫外光谱,红外光谱,核磁共振谱,
分子的结构包括：分子的构造,构型和构象 。
例,3.26g 样品燃烧后只得到 4.74gCO2和 1.92gH2O,实验测得相对分子质量为 60。 试推测其可能的结构 。
含碳 （ %） =（ 4.74? 12/44）? 3.26 = 39.6 %
含氢 (%) = (1.92? 2/18)? 3.26 = 6.53 %
其余为氧,则含氧 (%) = 100 % - (39.6 % + 6.53 %) = 53.87 %
原子数目比,C,39.6/12 = 3.30,H,6.53/1 = 6.53；
O,53.87/16 = 3.37,三者之比 约为 1:2:1,实验式为 CH2O
由 (CH2O)n = 60,(12 + 2 + 16)? n = 60,
n = 2,分子式为 C2H4O2。
CH 3 C O O H H C O O C H 3
有机化学的发展
1769~1785年：分离得到酒石酸，柠檬酸，尿酸，乳酸
1805年：由鸦片中分离得到第一个生物碱 —— 吗啡
1773年：尿液中分离得到尿素 (NH2CONH2)
1772~1777年,Lavoisier(1743-1794)弄清了燃烧的概念
1806年,Berzelius (1779-1848)首次使用有机化学这个词，
他认为：有机物只能在生物的细胞中受一种特殊的力量 —
生活力 — 的作用才能产生出来，人工不可合成。
1828年,wohler (1800-1882)加热氰酸铵 (NH4CNO)得到尿素 (NH2CONH2)，他写信 Berzelius：,我应当告诉你，我制造出尿素并不求助于肾或动物 —— 无论是人或狗”
1845年,Kolbe合成了醋酸
1854年,Berthelot合成了油脂
O
O
O
NH
2
O H
O H
O H
O
O H
O H
OH
O H
O H
O H
O H
O H
O
O H
O H
O H
O H
OH
O
O H
O H
OH
O H
O HO H
O
O H
O H
O H
OH
O H
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O H
O H
OH
O H
O H
O HOH
O H
O H
O H
O H
O
N
H
O
N
H
OH
C
1 2 9
H
2 2 1
O
5 3
N
3 2
1 0
V B
1 2 C
6 3
H
9 0
O
1 4
N
1 4
P C o
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第一章 绪论有机化合物,Organnic Compound
碳氢化合物及碳氢化合物衍生而得的化合物。
有机化学,Organnic Chemistry
研究碳氢化合物及其衍生物的化学。
1.1有机化合物的特性
1.1.1有机化合物的种类繁多
1.1.2分子组成和结构复杂同分异构体,
两种或多种有相同的分子式,
但结构不同的化合物 。
同分异构现象,
具有同分异构体的现象称为同分异构现象 。
1.2.3 有机化合物性质上的特点
(1) 容易燃烧 (2) 热稳定性差 (3) 熔点,沸点低
(4) 难溶于水 (5) 反应速率比较慢
(6) 反应复杂,副反应多
1.2分子结构和结构式
C H 3 C H C H 2 C H 3
C H 3 O H
H C
H
H
C
H
C
C
H
H
H
H
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C
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H
H
C H 3 C H C H 2 C H 3
C H 3
结构式、短线式、蛛网式 结构简式、缩简式结构简式、缩简式 键线式
1.3 共价键
1.3.1共价键的形成价键理论 和分子轨道理论
① 共用电子对理论离子键,稳定的正,负离子通过静电引力而形成 。
共价键,两个带正电的原子核对共用电子对的吸引,
使两原子结合在一起而形成的化学键 。
② 原子轨道交盖理论：
原子轨道,原子中，电子的空间运动状态。
形成共价键的两个原子，必须带有自旋方向相反的未成对电子，并且它们的能量相差不大，由于引力而互相靠近，两个原子轨道彼此交盖，交盖的部分电子云密度较大，把两个原子核吸引在一起，使两个原子结合起来，形成共价键 。
由原子轨道组成分子轨道，必须符合三个条件：
(1) 对称匹配 （ 位相相同 ） (2) 最大重叠 (3)能量相近 。
共价键的饱和性：原子的价键数等于其未成键电子数 。
共价键的方向性：原子轨道必须最大重叠。
轨道：以 H2为例,s轨道重叠生成的轨道是呈圆柱形对称,
键轴是它的对称轴,这样的轨道叫?轨道 。
键：生成?轨道的重叠方式叫做?重叠,?轨道上的电子叫做?电子,形成的键叫做?键 。
HH H HH H
氢分子的形成图共价键的形成可看成是电子云的重叠，电子云重叠越多，共价键就越牢固。
1.3.2共价键的属性
(1) 键长：原子核之间的距离 。
C-H键的键长 0.109 nm,C-C键的键长 0.154 nm,
(2) 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，此时?E为负值。 键能单位：
KJ/mol
使 1 mol A-B双原子分子（气态）离解为气态原子所需要的能量，为离解能。此时?H为正值。 键能愈大，键愈牢固 。
多原子分子,如 CH4的四个 C-H键的离解能是不同的 。
CH3,+ Cl,? CH3Cl?H = -339
CH3,+ H,? CH4?H = -423
(3) 键角：两个共价键之间的夹角 。
共键价的方向性决定键角的形成 。 CH4中 H— C— H为
109?28’,
(4)共价键的极性极性键,键距 μ=e.d
极性分子,偶极距
CH 3 Cl C CH H
μ = 7,6 7 C,m μ = 0
1.3.3共价键的断裂和有机反应的类型
(1) 均裂,共价键断裂时,成键的一对电子平均地分给两个原子或基团,生成的带电子的原子或原子团叫自由基,
A:B? A,+ B.
Cl:Cl? Cl,+ Cl,CH4 + Cl,? CH3,+ Cl2
(2) 异裂,共价键断裂时,成键的一对电子为其中的一个原子或原子团所有,生成了正离子与负离子,
C:X? C+ + X- 形成碳正离子
C:X? C- + X+ 形成碳负离子
1.4 有机化合物的分类
1.4.1 按分子中碳原子的骨架分类
(1)开链化合物：碳原子相互连接成链状骨架的化合物。
丙烷、丙烯、丙有支键的化合物也属于开键化合物。
(2) 碳环化合物,完全由碳原子组成的碳环结构的化合物
A：脂环族化合物：性质与脂肪族化合物相似。
B：芳香族化合物：同平面环闭共轭体系。
(3)杂环化合物,碳原子和其它原子 (O,S,N)组成环 。
C H
3
O H
O
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1.4.2 按官能团分类官能团,有机分子中易起化学反应的原子或原子团。
本书按官能团顺序教学 。
烷、烯、炔、卤代烃、醇和酚、醚、
醛和酮、羧酸、硝基化合物、胺、
偶氮和重氮化合物、硫醇和硫酚、磺酸。
化合物类型 官能团 化合物类型 官能团烷烃 无 醛或酮 羰基烯烃 烯键 羧酸 羧基炔烃 炔键 腈 氰基芳烃 芳环 磺酸 磺基卤代烃 X(F,Cl,Br,I) 卤素 硝基化合物 硝基醇或酚 羟基 胺 氨基醚 醚键 亚胺 亚氨基
C C
C C
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C O C
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CO2H
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NO2
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化合物 类别 官能团结构 ( 名称 ) 具体化合物 举例烯烃炔烃卤代烃酚及醇醚醛酮羧酸胺硝基化合物磺酸碳 - 碳双键碳 - 碳叁键卤素羟基醚键醛基酮基羧基氨基硝基磺酸基
C C )(
C C( )
( )
( )
C C( )
C( )
C
( )
C
( )
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)(
( )
CC
C
C
C
乙烯乙炔卤代甲烷乙醚乙醛丙酮乙醇乙酸甲胺硝基苯苯磺酸
1.5 有机化合物的研究程序
(1) 分离提纯：重结晶、升华、蒸馏、分馏、色谱分离
(2) 纯度的检定：熔点,沸点,相对密度,折光率
(3) 元素分析和实验式的确定定性分析：确定化合物的元素组成 。
定量分析：确定各元素的相对含量 。
(4)相对分子质量的测定和分子式质谱仪被应用于测定化合物的结构 。
(5) 结构式的确定化学方法和物理方法,现代物理方法,
X衍射,紫外光谱,红外光谱,核磁共振谱,
分子的结构包括：分子的构造,构型和构象 。
例,3.26g 样品燃烧后只得到 4.74gCO2和 1.92gH2O,实验测得相对分子质量为 60。 试推测其可能的结构 。
含碳 （ %） =（ 4.74? 12/44）? 3.26 = 39.6 %
含氢 (%) = (1.92? 2/18)? 3.26 = 6.53 %
其余为氧,则含氧 (%) = 100 % - (39.6 % + 6.53 %) = 53.87 %
原子数目比,C,39.6/12 = 3.30,H,6.53/1 = 6.53；
O,53.87/16 = 3.37,三者之比 约为 1:2:1,实验式为 CH2O
由 (CH2O)n = 60,(12 + 2 + 16)? n = 60,
n = 2,分子式为 C2H4O2。
CH 3 C O O H H C O O C H 3
有机化学的发展
1769~1785年：分离得到酒石酸，柠檬酸，尿酸，乳酸
1805年：由鸦片中分离得到第一个生物碱 —— 吗啡
1773年：尿液中分离得到尿素 (NH2CONH2)
1772~1777年,Lavoisier(1743-1794)弄清了燃烧的概念
1806年,Berzelius (1779-1848)首次使用有机化学这个词，
他认为：有机物只能在生物的细胞中受一种特殊的力量 —
生活力 — 的作用才能产生出来，人工不可合成。
1828年,wohler (1800-1882)加热氰酸铵 (NH4CNO)得到尿素 (NH2CONH2)，他写信 Berzelius：,我应当告诉你，我制造出尿素并不求助于肾或动物 —— 无论是人或狗”
1845年,Kolbe合成了醋酸
1854年,Berthelot合成了油脂
O
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