有机化学(一)

第一章绪论化学是研究物质的性质、组成、结构、变化及应用的科学。20世纪20年代以前，化学传统地分为：无机化学、有机化学、物理化学、分析化学四个学科。20年代以后，由于世界经济的高速发展，化学键的电子理论和量子力学的诞生，电子技术和计算机等技术的兴起，化学研究在理论研究和实验技术上都获得了新的手段，导致这门学科从30年代以后飞速发展，现已分为7个分支学科。无机化学：元素化学、无机合成、无机固体化学、配位化学、生物无机、有机金属化学有机化学：天然有机化学、一般有机化学、有机合成、金属有机和非金属有机、物理化学、生物有机化学、有机分析化学物理化学：化学热力学、结构化学、化学动力学、电化学、磁化学、等离子体化学、辐射化学分析化学：分离和预富集、化学分析、仪器和新技术分析高分子化学：天然离分子化学、高分子合成、高分子物理、高聚物应用核化学和放射化学：放射性元素化学、放射性分析化学、辐射化学、同位素化学生物化学：一般生物化学、微生物化学、植物化学、免疫化学、发酵与生物工程、食物化学1.种类多，分子组成繁杂有机物已达700万种，并且以每年20万种的速度增加，而无机物只有10多万种。例如：有机物：VB12，其分子式为C63H88N14O14PCo无机物：NaCl、H2O、CO2等维生素VB12由美国人罗伯特•伯恩斯•伍德沃德(RobertBnmsWoodward）与瑞士苏黎世高等工业学院埃申莫塞教授合作完成，这一研究历时十一年，参加工作的化学家逾百人。第一节、有机化合物的特点3.熔、沸点低，热稳定性差室温下，多数有机物为气体、液体或低熔点的固体。因为有机分子间的引力主要为范德华力（VerderWaalsForce)，结合较弱。4.难溶于水，易溶于有机溶剂5.原子间主要以共价键结合6.反应速度慢,易发生副反应2.易燃烧第二节共价键共价键是有机物中的主要价键类型，有机化合物之间的化学变化大都涉及到共价键的断裂和形成。一、共价键理论共价键的本质是在1927年由海特勒（Heitler）和伦敦（Lodon）用量子力学处理氢分子后才得以阐明的，其主要内容有：1.假定分子的原子具有未成对电子且自旋方向相反，就可以配对偶合，每一对电子形成一个共价键；2.原子的未共用电子数就是它的原子价数；3.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，这种蛋白质叫做共价键的饱和性；4.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；5.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。二、共价键的属性共价键的键长、键角、键能、键的极性和极化性是共价键的基本性质，称为共价键的属性或共价键参数。1、键长以共价键结合的两个原子核之间的距离叫作共价键的键长，其单位为皮米（pm）。1pm=10-12m有机物中最重要的几种共价键有：C-H(100pm)；C-C(154pm)；C=C(134pm)；C≡C(120pm)2、键能将二个成键原子拆开成原子状态所需要吸收的能量，叫做共价键的键能，其单位为：KJ•mol-13、键角有机分子中二个共价键之间的夹角，称为键角。4、键的极性和极化性当两个相同的原子或原子团形成共价键时，由于其电负性相同，因此成键电子云对称地分布在两个原子周围，分子的正、负电荷中心重合，这种键称为非极性共价键。但是在大多数情况下，形成共价键的两个原子的电负性并不相同，成键电子云分布不对称，在电负性大的原子周围电子云密度较高带负电荷，而电负性小的原子带正电荷，结果使键出现极性，这种类型的键称为极性共价键。若用表示部分电荷，+、-分别表示部分正、负电荷，则极性共价键和非极性共价键可分别表示如下：HH+-HCl非极性共价键极性共价键键的极性大小可定量的用偶极矩(dipolemoment）来表示，偶极矩等于正、负电荷中心距离（d）与其所带电荷（q）的乘积。=dq偶极矩的单位为德拜（Debye,Debye.Peter荷兰物理学家),简写为D。1D=10-8cm10-10静电单位。分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可在外界电场作用下产生,前者称为分子的永久性偶极矩,后者称为诱导偶极矩。双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子的极性是各个价键极性的矢量和。偶极矩是矢量,具有方向性,可书写如下：三、共价键的断裂方式1、均裂共价键断裂时，共用电子对均等的被成键两个原子所分配，形成二个具有未配对电子的很活泼的原子或原子团，共价键的这种断裂方式称为均裂。ABAB这种很活泼的带有未共用电子的原子或原子团叫做游离基或自由基（freeradical）,由共价键的均裂所引起的反应叫自由基反应。2、异裂共价键断裂时，形成共价键的一对电子全部保留两个键合原子中的一个原子上，这种断裂方式称为共价键的异裂。ABAB共价键按异裂方式进行的反应称为离子型反应。第三节有机化合物的分类一、根据碳架不同分类1、开链化合物CH3CH2CH3CHCH2CH3CH3CH32、环状化合物（1）脂环化合物（2）芳香环化合物（3）杂环化合物ONNNNNH二、根据官能团不同分类根据官能团不同，可将有机化合物分为：烷烃、烯烃、炔烃、卤代烃、醇、酚、醚、醛、酮、醌、羧酸、硝基化合物、胺等。第四节有机化合物结构式的表示方法HCHCHCHHCHHHCHHHHCCHHHHHHHH乙炔异戊烷苯（1）凯库勒式（珠网式、结构式）（2）结构简式HCCCHHHHHHHCH3CH2CH3CH3CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CH2CH(CH3)2CH3CCCH2CH3CH3CH=CHCH3丙烷异戊烷2－戊炔2－丁烯（3）键线式OOH(4)虚线－楔线式HCHHH第二章烷烃饱和烃：分子中只含C、H两种元素；烃分子中碳原子之间以单键连接，碳原子的其余化合价完全为氢原子所饱和。一、概述通式：CnH2n+2甲烷、乙烷的分子结构与sp3杂化烷烃分子中只有C-C键和C-H键，且均为键，碳原子间以sp3杂化成键。2s2p2s2psp3激发杂化烷烃分子中碳原子以sp3杂化轨道与氢或另一个碳原子形成键CHHHHCCHHHHHH甲烷中的键乙烷中的键二、相关的几个概念。1、同系物组成上相差一个或多个CH2并具有相同通式的一系列化合物叫同系物,CH2称为同系差。2、同分异构现象具有相同分子式但其结构式不同的二个或多个化合物称为同分异构体，这种现象称为同分异构现象。3、碳原子和氢原子的类型根据某一个碳原子上所连的碳原子的数目可将碳原子分为伯、仲、叔、季四类，分别用1°、2°、3°、4°表示，连在伯、仲、叔碳原子上的氢分别称为伯氢、仲氢和叔氢。CH3CH2CHCCH3CH3CH3CH3伯碳仲碳叔碳季碳伯氢仲氢叔氢4、烷基烷烃去掉一个氢原子后所剩下的部分叫烷基，用R（Radical）表示。有机物中常见的烷基有：CH3甲基(methyl)CH3CH2乙基（ethyl）CH3CH2CH2正丙基（n-propyl）CH3CHCH3异丙基（iso-propyl）CH2CHCH2CH3正丁基（normalbutylorn-butyl）CH3CHCH2CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3异丁基（isobutyl）仲(另)丁基（secondarybutyl）叔丁基（tertiarybutyl）三、烷烃的命名1、普通命名法普通命名法又叫习惯命名法，它仅适用于结构比较简单的烷烃，其命名原则有以下两点：①根据分子中的碳原子数目称为“某烷”，10个碳以下的烷烃分别用甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示，10个碳以上的烷烃用中文数字十一、十二、十三等表示，例：CH3-CH2-CH3丙烷CH3-(CH2)10-CH3十二烷②直链烷烃，在命名时，前面加“正”或“n”，第二个碳上有一个甲基的，命名时前面加“异”或“iso”，第二个碳上有二个甲基的，命名时前面加“新”或“neo”，例：CH3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CHCH3CH3CH3CCH3CH3CH3正戊烷或n-戊烷异戊烷或iso-戊烷新戊烷或neo-戊烷2、系统命名法1892年由欧洲9国的34位化学家组成的国际化学联合会IUC(InternationalUnionofChemistry)在日内瓦制定了一个命名法称为日内瓦命名法。1947年国际纯粹理论与应用化学联合会IUPAC(InternationalUnionofPureandAppliedChemistry)在日内瓦命名法的基础上加以修订形成了IUPAC命名法，系统命名法就是根据IUPAC的规定结合我国文字特点而制定的，其基本原则为：①选择最长的碳链为主链，将支链看作取代基，根据主链碳原子的数目称为“某烷”；②从靠近支链的一端开始编号，用与取代基相连的主链碳原子的编号代表取代基的位置，并用阿拉伯数字标出，取代基与其位号之间用一短线“-”隔开；③如有几个不同的取代基，则按由简到繁的顺序排列，相同的取代基可以合并，并用中文数字标出其数目；④若有二种或多种编号可能时，应使取代基的位次和保持较小，若有二条或多条同等长度的最长碳链，则应取取代基最多的最长碳链为主链。CHCH2CHCH2CH3CH3CH3CH2CH2CHCH3CH32,7-二甲基-4-乙基辛烷12345678命名时应注意几点•位次号之间用逗号隔开•位次与取代基及取代基与下一个取代基的位次之间用短线相连•最后一个取代基和母体直接相连,不用短线隔开.英戈尔(C.K.Ingold)-凯恩(R.S.Cahn)-普雷洛格(V.Prelog)优先次序规则：——原子序数不同的原子，按原子序数大小排列，原子序数大的排在前面，孤对电子在最后。常见有机物中原子的优先次序如下：IBrClSFONCH孤对电子——若基团中与双键直接相连的原子的优先次序相同，再比较基团中第二个原子的优先次序，如仍相同，再比较第三个……例：CH3CCH3CH3优先于CH3CHCH3叔丁基C（C、C、C），异丙基C（C、C、H）优先于CH2CH2CHCH3CH3CH2CH2CH2CH3-C(CHH),C(CHH),C(CCH)-C(CHH),C(CHH),C(CHH)——当基团中有不饱和键时，可以看作一个原子二次与另一个原子结合，例：CH2CH相当于CHCH2CC相当于COOCCOCN相当于CNNNCCCCH相当于CCCCCCH123456789CH3CH2CH2CH2CH2CHCH2CH2CH3CH2CHCH3CH3CH2CH33-甲基-6-乙基-4-丙基庚烷12345678CH2CH3CCHCH2CH3CH2CH2CH3CH2CCH3CH3CH3CH3876543213,3,4-三甲基-6,6-二乙基辛烷5,6,6-三甲基-3,3-二乙基辛烷CH3CH2CHCHCHCH3CHCH3CH3CH3CH2CH2CH32,3,5___4三甲基丙基庚烷正确：（有四个支链）CH3CH2CHCHCH2CHCH3CH3CH3CH2CHCH3CH3123456712345672,5___4正确：二甲基异丁基庚烷支链编号：2,5,4四、烷烃的同分异构体的写法→减链法两注意：选择最长的碳链为主链找出中心对称线。四句话：主链由长到短；支链由整到散；位置由心到边；排布由对到临。五、烷烃的物理性质1、状态室温和1.01*105Pa下，C1-C4的烷烃为气态，C5-C16为液态，C17的为低熔点固体。2、沸点有机物的沸点主要取决于分子间的作用力。一般来讲，烷烃的分子量越大，其沸点越高，分子量相同的异构体，其支链越多，沸点越低。小结：沸点高低的判断方法A：数碳原子数目——数目↑，b.p↑；B：碳原子数目相同——支链↑，b.p↓；3、熔点烷烃的熔点除与分子量有关外，还与其对称性有关，一般来讲，其分子量越大，对称性越高，其熔点越高。含偶数碳的烷烃，其熔点比奇数碳烷烃熔点升高要多一些。CH3CH2CH2CH2CH3CH3CHCH2CH3CH3CH3CCH3CH3CH3熔点（℃）沸