有机化学
主讲：董先明 博士
有机化学
? 教科书：, 有机化学, 谷
文祥等编，科学出版社，
2003
? 主要参考书：
? 1,基础有机化学, （第二
版）上、下册 邢其毅等编，
高教出版社,1996
? 2,有机化学, 王积涛等编，
南开大学出版社,1993
有机化学成绩评定：
? 1,考勤、笔记 10%
? 2,作业 20%
? 3,期末考试 80%
? 联系电话,13380055509
? E-mail：
dongxming@263.net
第一章 绪 论
? 本章重点讲解问题
? 一, 有机化学的基本概念 ——了解
? 1.有机化学； 2.有机化合物的特性； 3,有机化学的发展与研究热点
? 二, 有机化合物的结构理论 ——理解
? 1,共价键的概念 —Lewis电子结构式 ； 2,价键理论；
? 3,分子轨道理论； 4,共价键的属性 ；
? 5.共价键的断裂和有机反应的类型
? 三, 有机化合物的分类 ——理解
? 1.构造式的几种表示方法
? 2,分类：按碳架，按官能团
? 四, 酸碱概念 ——了解
1.1 有机化合物和有机化学
1.1.1 有机化合物,碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。
有机化学,研究有机化合物来源、制备、结构、性能、
应用以及有关理论、变化规律和方法学科学。
三项内容：分离、结构、反应和合成
[分离 ]从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、
萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。
[结构 ]对分离出的有机物进行化学和物理行为的
了解，阐明其结构和特性。
[反应和合成 ]从某一有机化合物 (原料 )经过一系列
反应转化成一已知的或新的有机化合物 (产物 )。
1.1 有机化合物和有机化学
1.1.2 有机化合物的特性
性质 有机物 无机物
化学键 共价键 离子键或共价键
分子间作用力 非共价键作用
存在状态 分子 离子或分子
组成 相对复杂 相对简单
燃烧性 一般易燃 一般不易燃
熔、沸点 低 高
水溶性 多数难溶 多数易溶
反应速度 慢 快
副反应 易发生 不易发生
同分异构现象 普遍存在 存在
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
?,有机” (Organic),有机体” (Organism) 的来源
1828年德国化学家魏勒
(W?hler,F.)制尿素,N H 4 O C N H 2 N C N H 2
O
有机化学是一门
迅速发展的学科,
有 机 合 成 化 学
天 然 有 机 化 学
生 物 有 机 化 学
金 属 与 元 素 有 机 化 学
物 理 有 机 化 学
有 机 分 析 化 学
药 物 化 学
香 料 化 学
农 药 化 学
有 机 新 材 料 化 学
等 学 科
生 命 科 学
材 料 科 学
环 境 科 学
化 学 生 物 学
能 源, 工 业, 农 业
等 方 面
.,,,,,
.,,,,,
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%
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
有机化学与现代人类的生活息息相关
农 业
医 药
卫 生
国 防
工 业
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
? 当代有机化学发展的一个重要趋势,与生命科学的结合。
? 1,1980年 (DNA) ~ 1997年 (ATP)与 生命科学 有关的化学诺贝尔奖八项；
? 2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙 -西查诺瓦、阿弗拉姆 -赫尔什科和
美国科学家伊尔温 -罗斯。发现了人类细胞对无用蛋白质的“废物处理”过程。
?
? 2,有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成为 现代
? 生物化学和化学生物学 的理论基础；
? 3.在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方
? 法的创建等方面，有机化学为 分子生物学 的建立和发展开辟了道路；
? 4.确定 DNA为生物体遗传 物质,是由生物学家和化学家共同完成 ；
? 人类基因组“工作框架图”组装 —后基因组计划 —序列基因
? (Sequence Genomics)—结构基因 (Structural Genomics)—功能基 因
(Functional Genomics)
人类与其它物种的基因数量比较
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
? 有机化学特别是 生物有机化学 参与研究项目：
? 研究信息分子和受体识别的机制 ;美国科学家理查德 ·阿克塞尔和琳
达 ·巴克２００４年诺贝尔生理学或医学奖。他们在气味受体和嗅觉系统组织方
式研究中贡献突出 。 1998年 R.F.福尔荷格特,L.J.依格那罗和 F.穆莱德因
发现一氧化氮在心血管系统中作为信号分子而获奖。
? 发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律 ;
? 作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究 ;
? 发展提供结构多样性分子的组合化学 ;
? 有机化学中,有机合成 占有独特的核心地位：
? 如,Woodward等完成 VB12全合成； 1989年美国 Harvard大学 kishi教
授等完成海葵毒素 (palytoxin) 的全合成。
Woodward等完成 VB12全合成（ 1965年获诺贝尔化学奖 ）
1.2 有机化合物的结构
1.2.1 共价键的概念 —lewis电子结构式
原子的电子配对成键，形成稳定的 8电子构型。
H C
H
H
H
C H C
H
C
H
H
4 H + C H C H
H
H
H C
H
H
H
共价结合的价电子表示的电子结构式为 lewis结构式。
C C HH C C HH 线 型 分 子
凯库勒 (kekulé)结构式 H C C O H
H
H
O
H C O C H
H
H
H
H
1.2 有机化合物的结构
1.2.2 价键理论
? 共价键的形成在于成键原子的原子轨道的相互交盖。
+
1 s 1 s 轨 道 交 盖 氢 分 子
共价键具有 方向性,
共价键具有 饱和性
x
y
1 s - 2 p x 2 p y - 2 p y
y y
x
?键 π 键
1.2 有机化合物的结构
1.2.2 价键理论
? 杂化轨道概念：
C 2 S 2 2 P x 1 2 P y 1 跃 迁 2 S 1 2 P x 2 P y 1 2 P z 11 杂 化 ( s p 3 ) 4
1,sp3 Hybridization
可形成四
个 ? 键
1.2.2 价键理论
杂化轨道概念：
? 2,sp2 Hybridization ? 3,sp Hybridization
可形成三个 ?
键和一个 π键
可形成两个 ?
键和两个 π键
1.2.2 价键理论
杂化轨道概念：
? 共价键的属性,键长, 键角, 键能
? 不同杂化碳原子形成的 C — C键,C — H键的键参数
分子 杂化态 键角 C－ C键长/pm C－ C键键能/ kJ?mol-1 C－ H键长/pm C－ H键能/ kJ?mol-1
乙烷 sp3 109.5o 154 368 110 423
乙烯 sp2 120o 133 636 108 448
乙炔 sp 180o 120 837 106 548
C-H键,键长 sp3 >sp2 > sp; 键能,sp3 < sp2 < sp3
1.2.3 分子轨道理论
?电子在整个分子中的运动状态。波函数 ?
?成键原子的原子轨道相互接近、相互作 用，重新
组合成整体分子轨道。
?组合时：轨道数目不变,原子轨道数目等于分子轨道数目。
轨道能量改变, 低于、高于、等于两原子轨道能量。
+ ?* (?* )
?1 ?2
+
? (?)
1.2.3 分子轨道理论
能
量
?=?1-?2 ?*
?=?1+?2 ?
?原子轨道组合成分子轨道必备条件,能量相近、
电子云最大重叠、对称性相同 。
分子轨道理论，电子离域。
1.2.4 共价键的断裂和有机反应的类型
1.均裂, 成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团
R L R + L均 裂自由基（游离基）
2.异裂,成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有，形成正、负离子。
异 裂
C
-
+ Y
+
C
+
+ Y
-
碳 负 离 子
碳 正 离 子
C Y
有机反应的活性中间
体,自由基、碳正离子、
碳负离子等。
1.2.4 共价键的断裂和有机反应的类型
? 有机反应的类型 自 由 基 反 应
周 环 反 应
离 子 型 反 应 取 代 反 应
加 成 反 应
消 除 反 应
重 排 反 应
氧 化 — 还 原 反 应
1.3 有机化合物的分类
1.3.1 有机分子结构 ——构造式的几种表示方法
C
H
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
C
H
HC
H
H
H
C
O
O H
1.短线式（蛛网式）
2.普通式（结构简式）
C H 3 C H 2 C H 2 C H = C H 2 C H 3 C O O H
3,键线式
C O O H
O H
O H
H O
前 列 腺 素 F 1 a
1.3 有机化合物的分类
? 有机化合物的分类
1.有机化合物的基本骨架,?由碳 — 碳键和碳 — 氢键构成。
碳氢化合物 ——由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，
又称 烃（ hydrocarbon）
开链烃
环烃
饱和烃 —— 烷烃，环烷烃
烯烃，环烯烃
不饱和烃 芳香烃
炔烃，环炔烃
1.3 有机化合物的分类
2,有机分子的官能团
官能团, 有机分子中具有一定性质的部分原子的
集合。
? 含官能团的有机化合物, 可看作是碳氢化合物
中氢被各种不同官能团取代后的产物，即烃的衍生
物。
? 有机化合物按官能团分为, 烯烃、炔烃、卤代
烃、醇 /酚、醚、醛 /酮、羧酸及其衍生物、胺、腈、
硝基化合物、磺酸等。
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.1 勃朗斯德 (Br?nsted)酸碱质子论
H C l + C H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 + C l -
H
+
酸 碱 碱 的 共 轭 酸 酸 的 共 轭 碱
酸是质子的给予体，碱是质子的接受体
O H
N H 2
+ H 3 O +
O H
+ N H
3
+ H 2 O
O H
N H 2
+ O H
-
O
-
N H 2
+ H 2 O
酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中性分子,在一个反应
中是酸，而在另一个反应中可以是碱。
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.1 勃朗斯德 (Br?nsted)酸碱质子论
? 酸性越强，解离出质子后
的共轭碱的碱性越弱。
酸 性, C H 3 C O O H > O H > H 2 O
共 轭 碱 的 碱 性, C H 3 C O O - < O - < O H -
如何判断化合物的酸性强弱？
主要取决于化合物离解出 H+后的 负离子稳定性。
负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。
H C H 3 < H N H 2 < H O H < H F
p K a ~ 4 9 3 4 1 5, 7 3, 2
负 离 子 稳 定 性, H 3 C - < H 2 N - < O H - < F -
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.2,路易斯 (lewis)酸碱电子论
l e w i s 酸 + l e w i s 碱 加 合 物
酸是电子对的接受体，碱
是电子对的给予体。
B F 3 + O ( C H 2 C H 3 ) 2 F B
F
F
O
C H 2 C H 3
C H 2 C H 3
?lewis酸具有亲电性，
?lewis碱具有亲核性。
B F 3 A l C l 3 S O 3 F e C l 3 S n C l 4,,,,,,Z n C l 2 H + A g + C a 2 + C u 2 +
C 5 H 5 N ( C 2 H 5 ) 2 O N H 3 ( C H 3 ) 3 N C 6 H 5 N H 3 O H - S H - C H 3 C O O -,,,,,,
常见的 lewis酸：
常见的 lewis碱,
1.5 有机化合物的研究顺序
1,分离提纯
2,元素分析和实验式确定
3,相对分子质量的确定及分子式的确定
4,有机化合物结构测定
[化学方法 ] 官能团分析、化学降解及合成
? [物理方法 ] 红外 (IR)、紫外 (UV)、核磁 (NMR)、
质谱 (MS)、气液色谱和 X衍射等。
作 业
? P13,第 1题，第 3题
主讲：董先明 博士
有机化学
? 教科书：, 有机化学, 谷
文祥等编，科学出版社，
2003
? 主要参考书：
? 1,基础有机化学, （第二
版）上、下册 邢其毅等编，
高教出版社,1996
? 2,有机化学, 王积涛等编，
南开大学出版社,1993
有机化学成绩评定：
? 1,考勤、笔记 10%
? 2,作业 20%
? 3,期末考试 80%
? 联系电话,13380055509
? E-mail：
dongxming@263.net
第一章 绪 论
? 本章重点讲解问题
? 一, 有机化学的基本概念 ——了解
? 1.有机化学； 2.有机化合物的特性； 3,有机化学的发展与研究热点
? 二, 有机化合物的结构理论 ——理解
? 1,共价键的概念 —Lewis电子结构式 ； 2,价键理论；
? 3,分子轨道理论； 4,共价键的属性 ；
? 5.共价键的断裂和有机反应的类型
? 三, 有机化合物的分类 ——理解
? 1.构造式的几种表示方法
? 2,分类：按碳架，按官能团
? 四, 酸碱概念 ——了解
1.1 有机化合物和有机化学
1.1.1 有机化合物,碳化合物、碳氢化合物及其衍生物。
有机化学,研究有机化合物来源、制备、结构、性能、
应用以及有关理论、变化规律和方法学科学。
三项内容：分离、结构、反应和合成
[分离 ]从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、
萃取、升华等操作孤立出单一纯净的有机物。
[结构 ]对分离出的有机物进行化学和物理行为的
了解，阐明其结构和特性。
[反应和合成 ]从某一有机化合物 (原料 )经过一系列
反应转化成一已知的或新的有机化合物 (产物 )。
1.1 有机化合物和有机化学
1.1.2 有机化合物的特性
性质 有机物 无机物
化学键 共价键 离子键或共价键
分子间作用力 非共价键作用
存在状态 分子 离子或分子
组成 相对复杂 相对简单
燃烧性 一般易燃 一般不易燃
熔、沸点 低 高
水溶性 多数难溶 多数易溶
反应速度 慢 快
副反应 易发生 不易发生
同分异构现象 普遍存在 存在
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
?,有机” (Organic),有机体” (Organism) 的来源
1828年德国化学家魏勒
(W?hler,F.)制尿素,N H 4 O C N H 2 N C N H 2
O
有机化学是一门
迅速发展的学科,
有 机 合 成 化 学
天 然 有 机 化 学
生 物 有 机 化 学
金 属 与 元 素 有 机 化 学
物 理 有 机 化 学
有 机 分 析 化 学
药 物 化 学
香 料 化 学
农 药 化 学
有 机 新 材 料 化 学
等 学 科
生 命 科 学
材 料 科 学
环 境 科 学
化 学 生 物 学
能 源, 工 业, 农 业
等 方 面
.,,,,,
.,,,,,
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%
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
有机化学与现代人类的生活息息相关
农 业
医 药
卫 生
国 防
工 业
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
? 当代有机化学发展的一个重要趋势,与生命科学的结合。
? 1,1980年 (DNA) ~ 1997年 (ATP)与 生命科学 有关的化学诺贝尔奖八项；
? 2004年诺贝尔化学奖授予以色列科学家阿龙 -西查诺瓦、阿弗拉姆 -赫尔什科和
美国科学家伊尔温 -罗斯。发现了人类细胞对无用蛋白质的“废物处理”过程。
?
? 2,有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成为 现代
? 生物化学和化学生物学 的理论基础；
? 3.在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方
? 法的创建等方面，有机化学为 分子生物学 的建立和发展开辟了道路；
? 4.确定 DNA为生物体遗传 物质,是由生物学家和化学家共同完成 ；
? 人类基因组“工作框架图”组装 —后基因组计划 —序列基因
? (Sequence Genomics)—结构基因 (Structural Genomics)—功能基 因
(Functional Genomics)
人类与其它物种的基因数量比较
1.1.3 有机化学的发展及其研究热点
? 有机化学特别是 生物有机化学 参与研究项目：
? 研究信息分子和受体识别的机制 ;美国科学家理查德 ·阿克塞尔和琳
达 ·巴克２００４年诺贝尔生理学或医学奖。他们在气味受体和嗅觉系统组织方
式研究中贡献突出 。 1998年 R.F.福尔荷格特,L.J.依格那罗和 F.穆莱德因
发现一氧化氮在心血管系统中作为信号分子而获奖。
? 发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律 ;
? 作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究 ;
? 发展提供结构多样性分子的组合化学 ;
? 有机化学中,有机合成 占有独特的核心地位：
? 如,Woodward等完成 VB12全合成； 1989年美国 Harvard大学 kishi教
授等完成海葵毒素 (palytoxin) 的全合成。
Woodward等完成 VB12全合成（ 1965年获诺贝尔化学奖 ）
1.2 有机化合物的结构
1.2.1 共价键的概念 —lewis电子结构式
原子的电子配对成键，形成稳定的 8电子构型。
H C
H
H
H
C H C
H
C
H
H
4 H + C H C H
H
H
H C
H
H
H
共价结合的价电子表示的电子结构式为 lewis结构式。
C C HH C C HH 线 型 分 子
凯库勒 (kekulé)结构式 H C C O H
H
H
O
H C O C H
H
H
H
H
1.2 有机化合物的结构
1.2.2 价键理论
? 共价键的形成在于成键原子的原子轨道的相互交盖。
+
1 s 1 s 轨 道 交 盖 氢 分 子
共价键具有 方向性,
共价键具有 饱和性
x
y
1 s - 2 p x 2 p y - 2 p y
y y
x
?键 π 键
1.2 有机化合物的结构
1.2.2 价键理论
? 杂化轨道概念：
C 2 S 2 2 P x 1 2 P y 1 跃 迁 2 S 1 2 P x 2 P y 1 2 P z 11 杂 化 ( s p 3 ) 4
1,sp3 Hybridization
可形成四
个 ? 键
1.2.2 价键理论
杂化轨道概念：
? 2,sp2 Hybridization ? 3,sp Hybridization
可形成三个 ?
键和一个 π键
可形成两个 ?
键和两个 π键
1.2.2 价键理论
杂化轨道概念：
? 共价键的属性,键长, 键角, 键能
? 不同杂化碳原子形成的 C — C键,C — H键的键参数
分子 杂化态 键角 C－ C键长/pm C－ C键键能/ kJ?mol-1 C－ H键长/pm C－ H键能/ kJ?mol-1
乙烷 sp3 109.5o 154 368 110 423
乙烯 sp2 120o 133 636 108 448
乙炔 sp 180o 120 837 106 548
C-H键,键长 sp3 >sp2 > sp; 键能,sp3 < sp2 < sp3
1.2.3 分子轨道理论
?电子在整个分子中的运动状态。波函数 ?
?成键原子的原子轨道相互接近、相互作 用，重新
组合成整体分子轨道。
?组合时：轨道数目不变,原子轨道数目等于分子轨道数目。
轨道能量改变, 低于、高于、等于两原子轨道能量。
+ ?* (?* )
?1 ?2
+
? (?)
1.2.3 分子轨道理论
能
量
?=?1-?2 ?*
?=?1+?2 ?
?原子轨道组合成分子轨道必备条件,能量相近、
电子云最大重叠、对称性相同 。
分子轨道理论，电子离域。
1.2.4 共价键的断裂和有机反应的类型
1.均裂, 成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团
R L R + L均 裂自由基（游离基）
2.异裂,成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有，形成正、负离子。
异 裂
C
-
+ Y
+
C
+
+ Y
-
碳 负 离 子
碳 正 离 子
C Y
有机反应的活性中间
体,自由基、碳正离子、
碳负离子等。
1.2.4 共价键的断裂和有机反应的类型
? 有机反应的类型 自 由 基 反 应
周 环 反 应
离 子 型 反 应 取 代 反 应
加 成 反 应
消 除 反 应
重 排 反 应
氧 化 — 还 原 反 应
1.3 有机化合物的分类
1.3.1 有机分子结构 ——构造式的几种表示方法
C
H
H
H
C
H
H
C
H
H
C
H
C
H
HC
H
H
H
C
O
O H
1.短线式（蛛网式）
2.普通式（结构简式）
C H 3 C H 2 C H 2 C H = C H 2 C H 3 C O O H
3,键线式
C O O H
O H
O H
H O
前 列 腺 素 F 1 a
1.3 有机化合物的分类
? 有机化合物的分类
1.有机化合物的基本骨架,?由碳 — 碳键和碳 — 氢键构成。
碳氢化合物 ——由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，
又称 烃（ hydrocarbon）
开链烃
环烃
饱和烃 —— 烷烃，环烷烃
烯烃，环烯烃
不饱和烃 芳香烃
炔烃，环炔烃
1.3 有机化合物的分类
2,有机分子的官能团
官能团, 有机分子中具有一定性质的部分原子的
集合。
? 含官能团的有机化合物, 可看作是碳氢化合物
中氢被各种不同官能团取代后的产物，即烃的衍生
物。
? 有机化合物按官能团分为, 烯烃、炔烃、卤代
烃、醇 /酚、醚、醛 /酮、羧酸及其衍生物、胺、腈、
硝基化合物、磺酸等。
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.1 勃朗斯德 (Br?nsted)酸碱质子论
H C l + C H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 C H 3 C H 2 O C H 2 C H 3 + C l -
H
+
酸 碱 碱 的 共 轭 酸 酸 的 共 轭 碱
酸是质子的给予体，碱是质子的接受体
O H
N H 2
+ H 3 O +
O H
+ N H
3
+ H 2 O
O H
N H 2
+ O H
-
O
-
N H 2
+ H 2 O
酸碱可以带正电荷或带负电荷或为中性分子,在一个反应
中是酸，而在另一个反应中可以是碱。
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.1 勃朗斯德 (Br?nsted)酸碱质子论
? 酸性越强，解离出质子后
的共轭碱的碱性越弱。
酸 性, C H 3 C O O H > O H > H 2 O
共 轭 碱 的 碱 性, C H 3 C O O - < O - < O H -
如何判断化合物的酸性强弱？
主要取决于化合物离解出 H+后的 负离子稳定性。
负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。
H C H 3 < H N H 2 < H O H < H F
p K a ~ 4 9 3 4 1 5, 7 3, 2
负 离 子 稳 定 性, H 3 C - < H 2 N - < O H - < F -
1.4 有机化学中的酸碱概念
1.4.2,路易斯 (lewis)酸碱电子论
l e w i s 酸 + l e w i s 碱 加 合 物
酸是电子对的接受体，碱
是电子对的给予体。
B F 3 + O ( C H 2 C H 3 ) 2 F B
F
F
O
C H 2 C H 3
C H 2 C H 3
?lewis酸具有亲电性，
?lewis碱具有亲核性。
B F 3 A l C l 3 S O 3 F e C l 3 S n C l 4,,,,,,Z n C l 2 H + A g + C a 2 + C u 2 +
C 5 H 5 N ( C 2 H 5 ) 2 O N H 3 ( C H 3 ) 3 N C 6 H 5 N H 3 O H - S H - C H 3 C O O -,,,,,,
常见的 lewis酸：
常见的 lewis碱,
1.5 有机化合物的研究顺序
1,分离提纯
2,元素分析和实验式确定
3,相对分子质量的确定及分子式的确定
4,有机化合物结构测定
[化学方法 ] 官能团分析、化学降解及合成
? [物理方法 ] 红外 (IR)、紫外 (UV)、核磁 (NMR)、
质谱 (MS)、气液色谱和 X衍射等。
作 业
? P13,第 1题，第 3题
