大学分析化学第一章 绪论

上一内容下一内容返回回主目录有机化学授课对象：授课教师：陈冠凡（08给水排水1-2班）上一内容下一内容返回回主目录成绩评定方法：平时：20％（包括考勤、课堂提问、作业完成情况等）考试：80％本课程共计32学时。上一内容下一内容返回回主目录第一章绪论上一内容下一内容返回回主目录1.1有机化合物和有机化学有‘生机’之物→碳化合物→碳氢化合物及其衍生物。有机化合物除含C、H两种元素外，有的还含有N、O、S、P等元素。有机化学的研究对象：有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。上一内容下一内容返回回主目录1.分子组成复杂(异构体)组成元素简单，但数目庞大（超过3000万种）2.易燃烧分解一般在473-573K就分解3.熔点较低一般在250℃以下，只有极少数超过300℃4.绝大多数有机化合物都不溶于水（相似相溶）大多数难溶或不溶于水，易溶于酒精、乙醚、丙酮、汽油或苯等有机溶剂5.反应速率较慢，产物较复杂书写方程式时，用“→”，不用“=”。1.2有机化合物的特点上一内容下一内容返回回主目录同分异构体（结构异构体）碳架异构体位置异构体官能团异构体互变异构体价键异构体构型异构体构象异构体几何异构体旋光异构体交叉式构象重叠式构象构造异构体立体异构体电子互变异构体1.3分子结构和结构式分子式相同,结构不同的化合物称为同分异构体,也叫结构异构体。上一内容下一内容返回回主目录碳架异构体：因碳架不同而引起的异构体。位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不同而产生的异构体。官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异构体。构造异构体：因分子中原子的连结次序不同或者键合性质不同而引起的异构体。C4H10CH3CH2CH2CH3CH3CHCH3CH3C3H8OCH3CH2CH2OHCH3CHCH3OHC2H6OCH3OCH3CH3CH2OH上一内容下一内容返回回主目录互变异构体:因分子中某一原子在两个位置迅速移动而产生的官能团异构体。价键异构体：因分子中某些价键的分布发生了改变，与此同时也改变了分子的几何形状，从而引起的异构体。hvhvC3H6OH3CCCH2OHCH3COHCH2上一内容下一内容返回回主目录短线式CCCCCHHHHHHHHHHHH缩简式H3CCHCH2CH2CH3CH3键线式OH构造式的表示CH3CHCH2CH2CH3CH3上一内容下一内容返回回主目录1.4共价键的一些基本概念一、共价键理论CCCC１.价键理论两原子都有未成对电子且自旋相反原子轨道重叠（电子匹配）成键（定域键）....C+4.C........HHHHHCHHHH或上一内容下一内容返回回主目录共价键的最大重叠原理:饱和性:方向性:例H2+Cl22HClH(1S)+xyxxxy重叠最大部分重叠1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录２.分子轨道理论:从分子的整体出发研究分子中每个电子的运动状态a原子轨道：单个原子核外电子运动状态；b分子轨道：多个原子核外电子运动状态由能量相近的原子轨道线性组合而成。1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录HA+HBH2+HAHBφ1φ2反键ψ2=φ1-φ2成键ψ1=φ1+φ2φ1φ2φ1φ2+φ1φ2-ψ1ψ21.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录++1s1s分子轨道氢分子2p1s+2p1s+1s2p能量成键轨道反键轨道σσ*1s原子轨道1s原子轨道能量成键轨道反键轨道*2p原子轨道2p原子轨道ππ1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录C+-CCC反键节面CC成键CCπ*π电子在分子轨道中的填充顺序:1.能量最低原理遵循2.泡里不相容原理3.洪特规则1.对称性匹配原子轨道组成分子轨道符合三个条件：2.最大重叠3.能量相近1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录二、共价键的键参数1.键长（nm或pm）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,使原子核之间保持着一定的距离，这个距离称为键长。键键长(pm)键键长(pm)键键长(pm)C-H109C-O143C=C134N-H103C-F141C=N130O-H97C-Cl176C=O122C-C154C-Br194C=C120C-N147C-I214C=N1161.4共价键的一些基本概念-_上一内容下一内容返回回主目录2.键角：两个共价键之间的夹角;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。A（气）+B（气）→A—B（气）HH...H.H+H=+436kJ/mol解离能：要使1molA—B双原子分子（气态）共价键解离为原子（气态）使所需要的能量也就是键能（键的解离能）。Cl2.Cl.Cl+H=242kJ/mol1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录1mol分子(气体)原子（气）+D（离解能）1大气压25℃对共价型多原子分子——D例：CH4CH3H+CH2H+CH3H+H+CH2CHCHCD=434.7kJ/molD=443.1kJ/molD=441.1kJ/molD=338.6kJ/molD=414.9kJ/mol1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录4.偶极矩（矢量，有方向性）当由不同的原子成键时，由于电负性的差异，使电子云靠近电负性较大的原子一端，于是在这种分子中，电负性较大的原子具有微负电荷δ-(或叫部分负电荷)，电负性较小的原子则具有微正电荷δ+(或叫部分正电荷)，大小相等，符号相反。偶极矩：电荷(q)与正负电荷中心的距离(d)的乘积μ=e.d单位：C.m(库仑.米)D（德拜）ClCδδ+HBrμ=2.60×10-30C.m1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录熔点、沸点、溶解度（物理性质）分子极性对都有影响。化学性质多原子分子的偶极矩——各键的偶极矩的向量和。CO2,CCl4是对称分子，偶极矩为0CHHClClμ=5.34×10-30C.m1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录三、共价键的断裂1.均裂：成键的一对电子平均分给两个原子或原子团均裂生成的带单电子的原子或原子团，称为游离基（或自由基）;经过均裂生成游离基的反应，称为游离基反应（或自由基反应）。2.异裂：成键的一对电子为某一原子或原子团所占有经过异裂生成离子的反应称为离子型反应。(分为亲电和亲核反应两种)AABBAABB1.4共价键的一些基本概念上一内容下一内容返回回主目录1.5有机化合物的分类按碳架分类链形化合物环形化合物（脂肪族化合物）碳环化合物杂环化合物芳环化合物脂环化合物脂杂环化合物芳杂环化合物上一内容下一内容返回回主目录二、官能团有机化合物分子中特别能起化学反应的一些原子或基团,常常决定化合物的主要性质。CCCCCCCRX烷烯炔卤代烃ROHArOHROR'RCR'(H)醇酚醚酮醛ORCOOHRNH2RCNRNO2RSHArSH酸胺腈硝基化合物硫醇（酚）上一内容下一内容返回回主目录1.分离提纯重结晶、升华法、蒸馏法、色谱分析法、离子交换法2.纯度的检验熔点、沸点、相对密度、折射率3.元素分析和实验式的确定4.相对分子质量的测定和分子式5.结构的确定1.6研究有机化合物的一般步骤上一内容下一内容返回回主目录第二章烷烃上一内容下一内容返回回主目录2.1烷烃的通式及构造异构一、烷烃的同系列通式为：CnH2n+2（饱和烃）凡具有同一个通式，结构相似，化学性质也相似，物理性质则随着碳原子数目的增加而有规律地变化的化合物系列，称为同系列。同系列中的化合物互称为同系物。相邻的同系物在组成上相差-CH2，这个-CH2称为系列差。CH4CH3CH3CH3(CH2)2CH3CH3(CH2)3CH3…上一内容下一内容返回回主目录构造异构构型异构构象异构同分异构二、烷烃的同分异构现象同分异构：分子式相同而结构不同。碳干异构取代基位置异构取代基异构官能团异构2.1烷烃的通式及构造异构上一内容下一内容返回回主目录构造异构体：分子式相同，而构造不同的异构体。在烷烃中又称为碳干异构体。CCCCCCCCCCCCCC正戊烷异戊烷新戊烷沸点/℃36.1289.52.1烷烃的通式及构造异构上一内容下一内容返回回主目录以己烷为例写同分异构体其基本步骤如下：1.写出这个烷烃的最长直链式：2.写出少一个碳原子的直链式作为主链把剩下的碳当作支链。依次当取代基连在各碳原子上，就能写出可能的同分异构体的构造式。3.写出少二个碳原子的直链式作主链。把两个碳原子当作支链（2个甲基），接在各碳原子上，或把两个碳原子当作（乙基），接在各碳上。4.把重复者去掉。这样己烷的构造异构体只有5个：1、2、3、4、5式。2.1烷烃的通式及构造异构上一内容下一内容返回回主目录直接与一个碳原子相连的碳称为“伯”(Primary)或一级碳原子，用1o表示；直接与二个碳原子相连的称为“仲”(Secondary)或二级碳原子，用2o表示；直接与三个碳原子相连的称为“叔”(Tertary)或三级碳原子，用3o表示；直接与四个碳原子相连的称为“季”(Quaternary)或四级碳原子，用4o表示；连在伯、仲、叔碳上的氢分别叫伯、仲、叔氢。练习：标出Ｃ、Ｈ的类型1.烷基的概念2.2烷烃的命名法上一内容下一内容返回回主目录烷基(--R)：烷烃分子中取掉一个氢剩下的部分。CH3甲基乙基正丙基仲丁基异丁基叔丁基CH3CCH3CH3CH3CH2CH3CHCH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH2CH22.2烷烃的命名法上一内容下一内容返回回主目录2.2烷烃的命名法2.普通命名法（习惯命名法）某烷：烷烃的泛称，“某”是指烷烃中：碳原子的数目。(10个以内的依次用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸)正某烷：直链烷烃异某烷：碳链的一末端有两个甲基的特定结构的烷烃。新某烷：五或六个碳原子烷烃的异构体中含有季碳原子的烷烃。C8H18CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CCH3CH3CH3CH3辛烷正戊烷异戊烷新戊烷上一内容下一内容返回回主目录3.系统命名法IUPAC命名法：国际纯粹和应用化学联合会（InternationalUnionofPureandAppliedChemistry）１.直链烷烃的命名CH3CH2CH2CH2CH3普通命名法正戊烷系统命名法戊烷２.支链烷烃的命名(1)选取主链（母体）选一个含碳原子数最多的碳链作为主链。（写出相当于这个主链的直链烷烃的名称）含多取代基时，编号采用“最低次序”原则。2.2烷烃的命名法上一内容下一内容返回回主目录(2)主链碳原子的位次编号确定主链位次的原则是要使取代基的位次最小。从距离支链最近的一端开始编号。位次和取代基名称之间要用“-”连起来，写出母体的名称。(3)名称的书写次序a如果有几个不同的取代基时，把小的取代基名称写在前面，大的写在后面；b如果含有几个相同的取代基时，把它们合并起来，取代基的数目用二、三、四……等表示，写在取代基的前面，其位次必须逐个注明，位次的数字之间要用“，”隔开。2.2烷烃的命名法上一内容下一内容返回回主目录烷基大小的次序：甲基乙基丙基丁基戊基己基异戊基异丁基异丙基（即按次序规则较优先的基团后列出）CH3CCHCH2CH3CH3CH3CH32.2烷烃的命名法CH3CH(CH2)4CHCHCH2CH3CH3CH3CH31278910三甲基癸烷2,7,82,2,3-三甲基戊烷上一内容下一内容返回回主目录2.3烷烃的结构一、碳原子的四面体概念及分子模型构型:是指只有一定构造的分子中原子在空间的排列状况。Van’tHoff和LeBet同时提出碳正四面体的概念。认为碳原子相连的四个原子或原子团，不是在