01--基础有机化学(邢其毅、第三版)绪论

1基础有机化学[e-mail]2008-02-08Xiezx-Lzu2主要参考书1.邢其毅、裴伟伟、徐瑞秋、裴坚《基础有机化学》第三版，上下册，高等教育出版社，2005，北京。2.胡宏文等《有机化学》第三版，上下册，高等教育出版社，2005，北京。3.高坤、李瀛等《有机化学》第一版，上下册，科学出版社，2007，北京。Xiezx-Lzu3主要参考书1.T.W.GrahamSolomons,GraigBFryhle,“OrganicChemistry”,8thed.,2004.2.LeroyG.Wade,“OrganicChemistry”,5thed.,2004.3.JohnMcMurry,“FundamentalsofOrganicChemistry”,3rded.,1994.4.AndrewStreitwieserJr.,ClaytonH.Hesthcock,“IntroductiontoOrganicChemistry”,3rded.,1984.Xiezx-Lzu4习题集1.冯骏才丁景范吴琳《有机化学习题精解》（上、下册）科学出版社，1999年第一版，2003年第五次印刷2.樊杰葛树丰周晴中等《有机化学习题精解》北京大学出版社，1995年第一版，2000年第三次印刷3.邢其毅徐瑞秋裴伟伟《基础有机化学习题解答与解题示例》北京大学出版社，1998年第一版，2000年第三次印刷Xiezx-Lzu5基础有机化学的章节1、绪论2、烷烃3、立体化学4、卤代烃5、烯烃和二烯烃6、炔烃7、芳烃8、芳烃衍生物9、波谱分析10、醇和醚11、醛酮12、羧酸13、羧酸衍生物14、不饱和醛酮15、胺16、其它含氮化合物17、杂环化合物18、周环反应19、碳水化合物20、氨基酸和蛋白质21、核酸22、主要的二级代谢物23、有机合成24、文献介绍及查阅方法Xiezx-Lzu6第一章第一章绪绪论论1.有机化学和有机化合物的特性2.结构概念和结构理论3.化学键4.酸碱的概念5.有机化学的研究内容与研究方向6.学习有机化学的意义7.官能团和有机化合物的分类8.学习有机化学的方法2Xiezx-Lzu71、定义：有机化学是研究碳化合物的化学。含碳的化合物是有机化合物。有机化合物与人类的日常生活密切相关。•与生命相关的物质:脂肪,糖,蛋白质,核酸.•衣服等纺织品:棉花,丝绸,聚酯纤维......•日用品:牙膏,肥皂,香水,香波......•其它生活用品:药品,杀虫剂,汽油,PVC......一、有机化学和有机化合物的特性Xiezx-Lzu819世纪以前，人们把自然界的物质分为动物、植物和矿物三大类；19世纪初期：把来源于动物、植物的物质称作有机物(OrganicCompounds)——有生机的物质；把来源于矿物的物质称作无机物(InorganicCompounds)——无生机的物质。(有机化合物和无机化合物的本质区别）一、有机化学和有机化合物的特性2、有机化学的产生Xiezx-Lzu9•蔗糖甘蔗•尿素尿液•酒石酸葡萄瑞典化学家柏则里(J.Berzelius)，为区别于无机物及无机化学,首先提出了有机化学的概念：研究有机物的化学为有机化学，并提出了第一个说明有机物产生的学说—生命力论(活力论)，认为:一切有机物只有在生命力存在下才能形成，从无机物不能合成有机物（生命力学说，1806年）。一、有机化学和有机化合物的特性3、生命力论•柠檬酸柠檬•乳酸酸牛奶•吗啡鸦片Xiezx-Lzu101828年：德国化学家维勒FriedrichWöhler在合成异氰酸胺时意外地合成了尿素，标志着“生命力学说”的打破。InorganicCompoundsInorganicCompoundOrganicCompound说明有机化合物可以在实验室里由无机化合物合成。虽然生命力不是区分有机物和无机物的原因，但由于有机化合物同当时知道的无机化合物在性质和研究方法上都有所不同，因此、有机化学这个名称仍然保留下来。NH4OH+Pb(OCN)2NH4OCNNH2CONH2一、有机化学和有机化合物的特性4、有机化学的发展Xiezx-Lzu11虽然尿素的合成被当时的权威化学家认为是一个重要的成就，但生命力学说并没有很快消失，直到……»1845年科尔伯（H.Kolber）从无机物合成出了醋酸；»1854年伯塞洛特（M.Berthelot）合成了油脂类化合物，证明了一些比较复杂的天然有机化合物是完全可以由简单的无机化合物通过人工方法合成，于是生命力学说才彻底破灭，从此开创了有机合成的新时代，化学家们不断合成出新的有机化合物。一、有机化学和有机化合物的特性4、有机化学的发展Xiezx-Lzu121848年，葛美林(GmelinL.)提出新有机化学概念：有机化学是研究碳化合物的化学；1874年，肖莱马(SchorlemmerC.)完善了有机化学概念：有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学，有机化合物—碳氢化合物及其衍生物。由于有机物中只含为数有限的几种元素，所有的有机化合物都含有碳，多数含有氢，其次为含有O、N、X、P等，碳是最基本的元素。一、有机化学和有机化合物的特性4、有机化学的发展3Xiezx-Lzu13一、有机化学和有机化合物的特性NNNNH3CCH3H3CCH3CH3CoCNH3CH3CH3CONHOPOH3C-OONNCH3CH3HOOHOCONH2CONH2H2NOCH2NOCH2NOCCONH2如VB12-C63H88N14O14PCo5、有机物的特性（1）分子组成复杂：Xiezx-Lzu14一、有机化学和有机化合物的特性（2）容易燃烧：大多数有机物只含有碳、氢和氧原子，燃烧后的最终产物是CO2和H2O,不遗留残余物。但大多数无机物不易燃，也不能烧尽。（3）挥发性大：如低沸点的乙醇、乙醚、丙酮等。（4）熔点低：有机分子间的排列，是微弱的静电范德华引力，而无机物晶体是由离子排列而成的，晶格束缚力很强。（5）难溶于水：有机物为共价键分子，极性较弱。5、有机物的特性Xiezx-Lzu15一、有机化学和有机化合物的特性（6）反应速度一般较慢：需加热、加催化剂或用光照等手段以加快反应的进行，因共价键较稳定、反应活性差。（7）易发生副反应：当一个有机物和一种试剂反应时，除和分子的某一特定部位发生反应外，分子的其它部分也可能受影响，因此产生一些极难分离的复杂混合物，产率很难达到100%。（8）同分易构现象：具有相同分子式而结构不同的化合物。同分易构的化合物互称为同分易构体。5、有机物的特性Xiezx-Lzu16二、结构概念和结构理论1822年Wöhler和Liebig先后分别发现了异氰酸银和雷酸银，分析证明这两个化合物均由Ag，N，C，O各一个原子组成，但物理和化学性质完全不同。Berzalius把这种分子式相同而结构不同的现象称为同分异构现象。把两个或两个以上具有相同组成的物质，称为同分异构体（isomer）。异构体的不同是因分子中各原子结合方式不同而产生的，这种结合称为结构。发现这个现象后，有机化学面临一个问题，如何测定这些结构。1、结构概念的提出Xiezx-Lzu172、1858年，凯库勒(F.A.Kekulé)及库柏(A.S.Couper)的两个重要基本规则：二、结构概念和结构理论无论在简单或复杂的化合物里，碳原子和其它原子的数目总是保持着一定的比例。（1）碳原子是四价的（2）碳原子自相结合成键碳和碳之间也可以用一价自相结合称为一个碳链。CCHHHHHHCCHHHHHCHHHXiezx-Lzu181874年，范特霍夫(van’tHoff)和勒贝尔(LeBel)同时分别提出了组成有机化合物分子的碳原子为四面体构型学说，建立了有机立体化学的基础，并阐明了旋光异构现象；二、结构概念和结构理论2、1874年，范特霍夫(van’tHoff)和勒贝尔(LeBel)的理论：CO2HCH3OHHCO2HH3COHH4Xiezx-Lzu19三、化学键1、定义:将分子中的原子结合在一起的作用力称为化学键。典型的化学键有三种：离子键、共价键和金属键。（1）离子键：带电状态的原子或原子团称为离子。由原子或分子失去电子而形成的离子称为正离子或阳离子。由原子或分子得到电子而形成的离子称为负离子或阴离子。依靠正、负离子的静电引力而形成的化学键称为离子键。Xiezx-Lzu20三、化学键（2）金属键：金属原子最外层的价电子很容易脱离原子核的束缚，然后自由地在正离子产生的势场中运动，这些自由电子与正离子互相吸引，使得原子紧密堆积起来，形成金属晶体。这种使金属原子结合成金属晶体的化学键称之为金属键。金属键无方向性和饱和性。Xiezx-Lzu21三、化学键（3）共价键：两个或多个原子通过共用电子对而产生的一种化学键称为共价键。共价键的概念是Lewis于1916年首先提出的。共价键具有方向性和饱和性。H+FHForHFH+CorHC4HHHHHCHHXiezx-Lzu22三、化学键(1)、共价键有饱和性：一个原子有几个未成对的电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。(2)、共价键有方向性：共价键尽可能沿着原子轨道最大重叠的方向（轨道的对称轴）形成，叫着最大重叠原理。即重叠越多，电子在两核间出现的机会越大，形成的共价键也就越稳定。xzyxzy共价键的特点Xiezx-Lzu23三、化学键价键理论的主要内容：（1）如两个原子各有一个未成对电子且自旋反平行。就可偶合配对，称为一个共价键。如原子各有两个或三个未成对电子，可以形成双键或三键。（2）如果一个原子的未成对电子已经配对，就不能再与其它原子的未成对电子配对，这就是共价键的饱和性。（3）电子云重叠愈多，形成的键愈强，即共价键的键能与原子轨道重叠程度成正比。（4）能量相近的原子轨道可进行杂化，组成能量相等的杂化轨道，这样使得成键能力更强，体系能量降低，成键后可达到最稳定的分子状态。2、价键理论Xiezx-Lzu24三、化学键»分子轨道理论认为：电子从原子轨道进入成键的分子轨道，形成化学键，从而使体系的能量降低，形成稳定的分子。能量降低愈多，形成的分子越稳定。原子轨道组成分子轨道还必须具备能量相近、电子云最大重叠以及对称性相同三个条件。（1）能量相近才能有效成键。3、分子轨道理论能量能量原子轨道分子轨道原子轨道原子轨道分子轨道原子轨道成键轨道反键轨道反键轨道成键轨道5Xiezx-Lzu25三、化学键（2）两个原子轨道在重叠时还必须有一定的方向，以便使重叠最大，最有效，组成的键最强。3、分子轨道理论（3）要有效地成键，还有一个条件就是对称性相同。Xiezx-Lzu26IBrArClSPSiAlMgNa第三周期NeFONCBBeLi第二周期HeH第一周期碳原子处于周期表的第二周期第IV族，恰在电负性极强的卤素和电负性极弱的碱金属之间，一般以共价键相结合。三、化学键Xiezx-Lzu27三、化学键H原子的s轨道s轨道的重叠σ轨道（1）共价键的形成自旋相反的成单电子相互接近时，核间电子云密度较大，可形成稳定的化学键。σ键键轴4、共价键的形成及其表示方法有机化合物中主要的、典型的化学键是共价键。Xiezx-Lzu28三、化学键σ键：沿着轨道对称轴方向的重叠（头碰头）形成的共价键。π键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠（肩并肩）形成的共价键。xzyxzyNNπzπzπyπyσ2s2pNNNN2（2）σ键与π键Xiezx-Lzu29三、化学键s-sxxs-pxxpx-pxxzzpz-pzxyypy-pyzz（3）共价键成键类型Xiezx-Lzu30路易斯结构(Lewisstructures)凯库勒结构(KekuléStructures)HHHHHBBHHHHCHHHHNHHHHCCHHCCCNCCHHHHCCHH-CN（4）共价键及其表示方法：有机化合物中主要的、典型的化学键是共价键－一般用电子式(Lewis式)或键线式(Kekulé式)表示。三、化学键6Xiezx-Lzu31结构简式：H3CCHCH2CH2CH3CH3键线式：OHCH3CHCH2CH2C