有机化学-第一章绪论

教学安排：内容：第一章~第十七章；1~16周；4学分办公室：化学楼127室电话：[phone]E-mail：[e-mail]课前介绍1.课前预习2.听课、记笔记3.整理、归纳、总结4.做习题（巩固）——非常重要！！5.讨论及答疑,学会分析和解决问题的方法.学好有机化学的几个重要环节：切记：不要死记硬背不要临时抱佛脚有机化学成绩评定：考勤、作业15%期末考试85%每章结束后交习题。（准备2个作业本）完成课堂布置的思考题。未布置的习题自行完成。主要参考书⑴[美]R.T.莫里森、R.N.博伊德著《有机化学》上、下册科学出版社.⑵邢其毅等编著《基础有机化学》上、下册人民教育出版社（侧重理论，全面深入。）⑶《有机化学》，徐寿昌编，高等教育出版社⑷《有机化学习题与解答》大连理工大学第一章绪论§1-1有机化学的起源及发展§1-2有机分子结构理论§1-3有机化合物的特性§1-4共价键§1-6有机化学的重要性§1-5有机化合物的分类一、有机化合物●有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有机化合物。其发展自19世纪初期至今已有200多年历史。§1-1有机化学的起源及发展什么是有机化合物呢？C8H18、C15H32、C2H5OH、C6H12O6、CH3COOH涵义：“有生机之物”无机物----非生物体或矿物质得到的物质有机物----生物体（植物或动物）中获得的物质瑞典化学家贝格曼(T.D.Bergman)于1777年将化学分为“无机”和“有机”两大类。从组成上看主要含有C、H还有O、N、X、S、P等HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素1874年肖莱马（Schorlemmer.C.1834－1892）：——将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物”1851年葛美林（Gmelin.L.1788－1853）和凯库勒（Kekule.A.1829－1896）等：——“含碳的化合物称为有机化合物”但CO、CO2、Na2CO3、KCN等为无机化合物。所以含碳化合物不一定是有机化合物，但有机化合物一定是含碳化合物有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物的化学分支。肖莱马(Schorlemmer.C.1834～1892德国有机化学家)肖莱马是一位共产主义战士，同时又是一位优秀的化学家。1834年9月30日出生于德国黑森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。1859年进入吉森大学化学系，由于交不起学费，只读了一个学期中途缀学。1859年到英国曼彻斯特担任欧文斯学院化学教授罗斯科的私人助手，从此定居英国。1861年成为正式助手，在该院的化学实验室里工作，1872年开始发表论文，由于他致力于科学，1871年当选为英国皇家学会会员。1874年任教授，为英国第一位有机化学教授。肖莱马的化学研究是从脂肪烃作为起点。他从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。对丙烷和庚烷分别进行氯代得到1-氯丙烷和两种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。肖莱马测定烷烃的沸点，发现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构与性质的关系。人类在很早时期就已经学会利用从生物体取得的物质。并对这些物质进行简单加工。例如：酿酒、制醋、造纸。但对有机物纯物质的认识和制备，并发展成为化学领域的一个极其重要的学科——有机化学，迄今不足200年。■古代（周朝）——懂得造纸、酿酒■18世纪末期——开始制备分离分离提纯阶段（第一阶段）二、有机化学的起源与发展1773：从尿中提取出了尿素1769：制得了许多有机酸:葡萄汁酒石酸酸牛奶乳酸柠檬汁柠檬酸但这一成就未能立即给“生命力”以致命的打击。由于韦勒当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，“生命力”维护者争辩说：“生命力”即在韦勒所用的氰酸铵中。■1828年，德国化学家维勒（F·wohler）由氰酸铵（典型无机物）制成尿素（典型有机物）。NH4OCNH2N-C-NH260℃O1806年斯图萘尔（sertüner)首次从鸦片中分离出第一个生物碱----吗啡，直到1952年才确定了其结构，并为全合成所证实。这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段。但还未能用人工方法合成出有机化合物。因当时盛行的“生命论”，从而阻碍了有机合成的发展。维勒是因首先在实验室里从无机物合成了有机物----尿素而闻名于世。1800年7月31日生于德国法兰克福。1820年考入马尔堡大学医学院，1821年开始对化学感兴趣，1823年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。1825年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。1836年维勒任格丁根大学化学教授。维勒在大学时代便致力于氰基化合物的研究，确定了异氰酸的组成，和李比希确定的雷酸结果一致，导致了对异构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银,发现了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离出元素铍并命名。1842年他制备了碳化钙。维勒（F·wohler,1800～1882,德国化学家）■1854年-1856年，又合成了甲烷、甘油、乙醇等许多典型有机化合物。“生命力”学说才宣告破产。从此确信了人工合成有机化合物是完全可能的。这时有机化学的发展进入了第二阶段（合成阶段）。■同年柏赛罗（M.Berthelot）合成了油脂。■1845年德国有机化学家科尔伯（H·Kolbe）从无可争辩的无机物制成了公认为有机物的醋酸：C+Cl2CCl4Cl3CCOOHCH3COOHS水，阳光Na-Hg●我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水平，1965年合成了具有生理活性的蛋白质——结晶牛胰岛素（化学通报，1965.5P257-285)；●1979年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成，1981年完成了全合成（化学通报，1982.12P28）因此，有机化学中，有机合成占有独特的核心地位：如：1973年，Woodward等近百人历时11年完成的VB12全合成（获诺贝尔化学奖）；1989年美国Harvard大学kishi教授等完成海葵毒素(palytoxin)的全合成。为了研究有机化合物的性质，需要进行分子结构的研究：●1856年德国化学家凯库勒（F·A·Kekule）和英国有机化学家库帕（A·S·Couper）分别提出了“碳的四价概念”和“碳碳可以相互结合成键”的学说。为有机化学结构理论的建立奠定了基础。●1861年俄国化学家布特洛夫（A·M·Butlerov）提出了“化学结构概念”。认为有机分子中的原子不是机械堆积，而是按一定化学关系结合，化学结构决定化学性质。§1-2有机分子结构理论及其发展●1874年荷兰化学家范霍夫（J·H·VantHoff）和法国化学家勒贝尔（J·A·Lebel）同时提出了组成有机化合物分子的“碳原子的四面体构型”学说，从此揭开了立体化学研究的序幕，也阐明了旋光异构体现象。由于J·H·VantHoff在立体化学方面的贡献，使他获得了1901年诺贝尔化学奖。●1885年德国化学家拜尔（A·Baeyer）提出了环状化合物的“张力学说”，至此建立了经典的有机化学结构理论。●到了1917年，美国化学家路易斯（G.N.Lewis)提出了“价键理论”，它解释了共价键的饱和性,却说明不了“共价键的方向性”。随后，美国化学家鲍林（L.Pauling)提出了“杂化轨道和共振论”的概念，进一步丰富和发展了价键理论。他因此获得了1954年的诺贝尔化学奖。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%从20世纪50年代开始，随着现代物理方法介入到有机化学，诞生了量子化学，产生了分子轨道理论，使人们对共价键的本质有了更深层次的了解。用量子化学理论对反应机理的广泛深入研究，也使有机化学进入了一个新的发展阶段。时至今日，有机化学已深入到人类生活的每个角落，并不断的地显示出其强大的作用。§1-3有机化合物的一般特性1.种类繁多，结构复杂。超过1000万种，并且每年以30～40万种新合成的有机物数目递增。C4H10CH3CH2-OHCH3-O-CH3C2H6O异构体分子式CH3CH2CH2CH3CH3-CH-CH3CH3⑴C-C结合力强⑶同分异构体的产生⑵碳与碳之间可以多种方式结合3.熔点、沸点低，热稳定性差；b.p一般＜400℃.NaCl：m.p801℃；b.p1413℃2.容易燃烧，生成CO2和H2O；但CCl4不但不燃烧，而且可以作灭火剂4.难溶于极性大的水，易溶于非极性的有机溶剂；但CH3COOH、C2H5OH、CH2-CH-CH2等易溶于水OHOHOH如：易溶于乙醇、乙醚、氯仿、丙酮和苯等。反应条件催化剂加热光照（活化分子）（增加分子热运动）5.反应速度慢、副反应多。CH3CH2CH3+Cl2hνCH3CH2CH2Cl+CH3CHCH3ClCH3CH2CHCl+ClCH2CH2CH2ClClCH3CHCH2Cl+CH3-C-CH3ClClCl所以写有机反应式常用“”而不用“”较简单，较少异构現象复杂，常有异构現象构造无副反应，且反应速率较快常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂反应及速率一般为电解质，常为离子反应一般为非电解质，所以多数为非离子反应离子反应不燃的较多在空气中多数会燃烧可燃性一般溶于水，但不溶于有机溶剂一般不溶于水，但溶于有机溶剂溶解性一般较高一般较低熔点离子結合多共价結合多化学結合约100种全部元素主要C、H、O、N、P、S、X构成元素比较少（40万种）非常多（约1000万种）种类无机化合物有机化合物有机物和无机物的差別有机化合物分子中各原子之间一般是以共价键连接起来的。对于共价键形成的理论解释，常用的有两种方法。价键理论分子轨道论一、价键理论共价键的形成，可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。§1-4共价键如果一个原子的未共用电子已经配对，它就不能再与其它未成对电子配对，这种性质叫做共价键的饱和性；电子云重迭的程度越大，形成的价键越稳定，因此原子轨道要尽可能在键轴方向上实现最大程度的重迭，这种性质叫做共价键的方向性；能量相近的原子轨道可进行杂化形成能量相近的杂化轨道，这样可加强其成键能力，成键后达到最稳定的状态。主要内容+Cl(2p)H(1s)HClxyHClxyHClxy重叠最大重叠较小不能重叠稳定结合不稳定结合——由于成键原子轨道不都是球形对称的，如P原子轨道具有方向性，为使原子轨道最大程度的重叠，因此共价键也就具有了方向性。方向性形成共价键时，在两个原子核间距离（键长）一定的条件下，轨道总是尽可能地达到最大程度的重叠——这就是轨道最大重叠原理。轨道重叠得越多，共价键就越牢固。1.键长——由共价键连接起来的两个原子的核间距离单位：1nm=10A。在不同化合物中的C－C键0.1466H2C=HC—CH=CH2sp2-sp20.1510H3C—CH=CH2sp3-sp20.1540H3C—CH2CH3sp3-sp30.1530H3C—CH3sp3-sp3键长(nm)化合物键类型二、共价键的属性（参数）共价键的键长、键角、键能和键的极性是共价键的基本性质，称为共价键的属性或共价键参数。键长(nm)C—H0.109C—C0.154C—C0.120CC0.1342.键角——两个共价键之间的夹角键长、键角决定着分子的立体形状。注意：分子类型不同，键角差别很大。CH2CH2CH260。109.5○HHHHC112○106○CH3HHCH3C105○OHH111○CH3CH3O同一类型的化合物连接不同的原子（基团）键角有所不同。键能是指一个共价键的强度，一般共价键结合得牢固，则其键能就大。3.键能——将1mol分子（气态）解离为原子（气态）时所吸收的能量。单位：kJ/molA（气）+B（气）A-B（气）键的形成——放热，△H为负值断裂——吸热，△H为正值Cl·+Cl·Cl2△H=-242kJ/mol(放热)Cl22Cl·△H=+242kJ/mol(吸热)双原子分子键能也就是键的离解能；多原子分子同类型共价键的键能，是各个键离解能的平均值。键能是指破坏或形成某一个共价键所需的平均能量