有机化学的定义有机化学有机化合物课件.ppt

1、邢其毅等邢其毅等,有机化学有机化学基础基础，高等教育出版社高等教育出版社 胡宏纹等，胡宏纹等，有机化学有机化学，人民教学出版社人民教学出版社有机化学有机化学, ,吉林大学等五校编吉林大学等五校编第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 有机化合物的结构和化学键有机化合物的结构和化学键 第三章第三章 立体化学基础立体化学基础第四章第四章 烷烃烷烃 第五章第五章 烯烃烯烃 第六章第六章 炔烃和二烯烃炔烃和二烯烃第七章第七章 脂环烃脂环烃第八章第八章 芳香烃芳香烃第九章第九章 卤代烃卤代烃第十章第十章 醇酚醚醇酚醚第十一章第十一章 醛酮醌醛酮醌第十二章第十二章 羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物 第十三章第十三

2、章 取有机化合物取有机化合物第十六章第十六章 杂环化合物代羧酸杂环化合物代羧酸第十四章第十四章 糖类化合物糖类化合物第十五章第十五章 含氮化合物含氮化合物第一章第一章 绪绪 论论主讲：袁琴主讲：袁琴第一节第一节 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 1828年，德国化学家韦勒（年，德国化学家韦勒（F.wohler）发）发现由无机物氰酸铵（现由无机物氰酸铵（NH4CNO）很容易转）很容易转变为尿素变为尿素（NH2）2CO,但未被当时化学但未被当时化学界承认。界承认。1845年柯尔柏（年柯尔柏（H.kolbe）,由由C、O2、Cl合合成了醋酸。成了醋酸。1854年柏赛罗（年柏赛罗（M.bert

3、helot）合成了油脂。）合成了油脂。 有机化合物的元素组成：有机化合物的元素组成： C、 H、 O 、 N 、S 、P、 X(卤素）卤素）有机化合物有机化合物:碳化合物碳化合物有机化学有机化学: 研究碳化合物的化学研究碳化合物的化学碳是有机化合物的基本元素，碳是有机化合物的基本元素，葛美林（葛美林（Gmelin.L)凯库勒凯库勒(KeKule .A):有些化合物如有些化合物如碳酸盐碳酸盐、金属氰化物金属氰化物等虽然含有等虽然含有C C、H H等元素，但具有典型无机化合物性质，不是有等元素，但具有典型无机化合物性质，不是有机化合物机化合物有机化学：有机化学：研究有机化合物的组成、结构、研究有机

4、化合物的组成、结构、 性质、合成方法及其变化规律的科学。性质、合成方法及其变化规律的科学。 有机化合物的特性有机化合物的特性 1、 价键类型价键类型有机化合物有机化合物原子间主要通过共原子间主要通过共价键相连。价键相连。无机化合物无机化合物离子键或极性共离子键或极性共价键价键2、 燃烧性燃烧性易燃烧（易燃烧（CCl4例外，例外，灭火剂）灭火剂） 不易燃烧不易燃烧3、熔、沸点熔、沸点 多数有机化合物熔多数有机化合物熔点低，主要是分子点低，主要是分子间力和范德华力。间力和范德华力。 多数无机化合物多数无机化合物熔点高熔点高4、 水溶性水溶性大多有机化合物不容大多有机化合物不容易溶于水。易溶于水。（

5、低分子量（低分子量醇、醛酮、羧酸以及氨基醇、醛酮、羧酸以及氨基酸、糖类化合物易溶于水）酸、糖类化合物易溶于水）大多无机化合物大多无机化合物容易溶于水容易溶于水（据相似相溶原理）（据相似相溶原理） 有机化合物的特性有机化合物的特性 5、反应速度、反应速度 有机化合物有机化合物大多数有机化合物的大多数有机化合物的反应速度慢反应速度慢 （三硝基甲（三硝基甲苯苯(TNT)可以进行爆炸式反可以进行爆炸式反应应）无机化合物无机化合物大多数无机化合大多数无机化合物的反应速度快物的反应速度快6、反应产物反应产物产物复杂，副反应产物复杂，副反应多。多。产物简单，无副产物简单，无副产物。产物。7、异构现象、异构现

6、象 普遍存在普遍存在很少出现很少出现 1、化学结构：在分子内组成化合物的若干原子，、化学结构：在分子内组成化合物的若干原子，是按一定的排列顺序和结合方式连接着的。是按一定的排列顺序和结合方式连接着的。 3、碳原子之间可自相结合成键，不仅可形成碳碳、碳原子之间可自相结合成键，不仅可形成碳碳双键、还可形成碳碳叁键。双键、还可形成碳碳叁键。 一、有机化合物结构经典理论：一、有机化合物结构经典理论：2、在有机化合物中碳原子是四价的，而且四个价、在有机化合物中碳原子是四价的，而且四个价键相等并形成共价键。键相等并形成共价键。第二节第二节 有机化合物的结构理论有机化合物的结构理论二、分子结构和结构式二、分

7、子结构和结构式1、分子结构、分子结构：指分子中原子的成键次序和键合：指分子中原子的成键次序和键合方式。方式。CHCHHHOHHCHOHHC HHH分子式：分子式：C2H6O 沸点：沸点： 78.2 -231-丙醇丙醇环戊烷环戊烷 短线式（蛛网式）短线式（蛛网式） 缩简式（缩写式）缩简式（缩写式） 键线式键线式 脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式！脂肪族化合物常用缩简式、环状化合物常用键线式！CHCCHHOHHHHHCH3CH2CH2OHOHCCCCCHHHHHHHHHHH2CH2CCH2CH2CH22、结构表示法：、结构表示法：三、化学键三、化学键离子键和离子键和共价键共价键经典共价

8、键理论经典共价键理论Lewis 价键理论价键理论G. N. Lewis 在在1916年假定年假定1. 化学键所涉及的每一对电子处于两个化学键所涉及的每一对电子处于两个 相邻原子之间为其共享，用相邻原子之间为其共享，用AB表示。表示。2. 双键和叁键相应于两对或三对共享电子双键和叁键相应于两对或三对共享电子3. 分子的稳定性是因为共享电子对服从分子的稳定性是因为共享电子对服从“八隅八隅律律”(octet rule)。共享电子对共享电子对共价键共价键共价单键共价单键(1对）对）single covalent bond共价双键（共价双键（2对）对）double covalent bond共价叁价（共

9、价叁价（3对）对）triple covalent bondLewis 结构式结构式CCHHHHCCHH共价键的类型共价键的类型 键：键：键：键：肩并肩肩并肩 (py py , pz pz )头碰头头碰头(s s，spx， px px)1. 键可以绕键轴自由旋转；键可以绕键轴自由旋转； 而而键不能旋转；键不能旋转；2. 键重叠程度大于键重叠程度大于键；键； 键较键较键稳定；键稳定；键键：“头碰头头碰头”轨道可由各种方式组成轨道可由各种方式组成重叠轨道的电子云密度绕键轴（原子核重叠轨道的电子云密度绕键轴（原子核之间的连线）对称之间的连线）对称键可以绕键轴自由旋转键可以绕键轴自由旋转特征：特征：xx

10、x 键：键： “肩并肩肩并肩” 键：键：d 轨道重叠形成的轨道重叠形成的 （本课程不要求）（本课程不要求）键键不能自由旋转不能自由旋转重叠轨道的电子云密度绕重叠轨道的电子云密度绕键轴不完全对称。键轴不完全对称。特特征征py py , pz pz形成条件形成条件：成键原子一方提供成键原子一方提供孤对电子，孤对电子， 另一方另一方 提供空轨道。提供空轨道。 配位键（共价键的一种特殊形式）配位键（共价键的一种特殊形式） :NH3 + H+ NH4+叁键叁键双键双键 重键：重键：单键：单键： 键键规律：规律： 键键+键键 键键+ 2键键四四. 杂化轨道杂化轨道（hybrid orbital ）同样如同

11、样如 H2O杂化：杂化： 在成键过程中，同一个原子中的几个在成键过程中，同一个原子中的几个能量相近能量相近的不的不同类型原子轨道进行线性组合，同类型原子轨道进行线性组合，重新分配能量重新分配能量和和确定空确定空间方向间方向，组成，组成数目相等数目相等的新的原子轨道的重新组合过程的新的原子轨道的重新组合过程 成键时成键时能级相近的价电子能级相近的价电子轨道相混杂，形成轨道相混杂，形成 新的价电子轨道新的价电子轨道杂化轨道杂化轨道 杂化前后杂化前后轨道数目轨道数目不变不变C C原子的杂化形式原子的杂化形式 sp3杂化杂化 sp2杂化杂化 sp杂化杂化 杂化形式杂化形式 sp3杂化杂化2p2s2s2

12、psp3四个四个 sp3 杂化轨道杂化轨道激发激发杂化杂化基态碳原子的结构基态碳原子的结构杂化轨道杂化轨道杂杂化化轨轨道道呈呈正正四四面面体体型型轨道成分变了轨道成分变了轨道的能量变了轨道的能量变了轨道的形状和伸展方向变了轨道的形状和伸展方向变了CH4中共价中共价 键形成键形成4个C-H 键，即：C原子形成了4个键键角为键角为109 0 28，1 1、当一个碳原子与其他、当一个碳原子与其他四个原子四个原子直接键合该碳原直接键合该碳原 子处于子处于饱和状态饱和状态，呈，呈spsp3 3杂化，杂化，构型为四面体。构型为四面体。2、当与碳直接键合的四个原子相同时，、当与碳直接键合的四个原子相同时，键

13、角为键角为 109 0 28，若直接键合的原子不同，键角稍有若直接键合的原子不同，键角稍有 变化变化 sp3杂化：杂化：基基态态碳碳原原子子的的结结构构杂化轨道杂化轨道 sp2杂化杂化3个杂化轨道呈平面三角型分布个杂化轨道呈平面三角型分布120。H2CCH2键：键：键：sp2杂化：杂化：每个每个C原子形成原子形成3个个 键，键，1个个键键1 1、当一个碳原子与其他、当一个碳原子与其他三个三个原子直接键合，该碳原子直接键合，该碳 原子处于原子处于不饱和状态不饱和状态，呈，呈spsp2 2杂化，构型为平面杂化，构型为平面 三角型，三角型，键角为键角为120 0 sp2杂化：杂化：2、一般双键碳均、

14、一般双键碳均为为 sp2杂化杂化H2CCH2CHOH2CCH2杂化轨道杂化轨道 sp杂化杂化基态碳原基态碳原子的结构子的结构2个杂化轨道（红色的）呈直线型分布个杂化轨道（红色的）呈直线型分布1. 1. 当一个碳原子与当一个碳原子与其他两个原子其他两个原子直接键合，直接键合， 呈直线型，该碳原子为呈直线型，该碳原子为sp型杂化，型杂化，2.2.叁键的碳均为叁键的碳均为sp杂化。杂化。HCCHHCN+ + + HCCHHH sp3杂化杂化 sp2杂化杂化 sp杂化杂化1/4s, 3/4p1/4s, 3/4p与与四个四个原子相连原子相连1/3s, 2/3p1/3s, 2/3p与与三个三个原子相原子相

15、连连1/2s, 1/2p1/2s, 1/2p与与两个两个原子相连原子相连杂化杂化C C原子的电负性原子的电负性 sp sp2 sp3 总结：总结：C C原子杂化轨道的成分及特点原子杂化轨道的成分及特点直线型，键角直线型，键角180平面三角型，键角平面三角型，键角120四面体，键角四面体，键角109左右左右第三节第三节 共价键的属性共价键的属性键参数键参数键的极性键的极性分子的分子的空间构型空间构型2.键角键角1.键长键长3.键能键能(E)4.键矩键矩( (m m):m m =ql键的强度键的强度分子中两个原子核间的分子中两个原子核间的平均距离平均距离键长键长( (bond length)：1.

16、1.同型共价键时：同型共价键时： 键长愈短，键愈牢固。键长愈短，键愈牢固。 键长特点键长特点：2.2.相同原子相同原子形成的非同型键形成的非同型键: :键长：单键双键叁键键长：单键双键叁键键与键之间的夹角键与键之间的夹角键角键角( (bond angle) )：键能键能( (bond energy):): 在在298 K和和100 kPa下将下将1mol气态双原子分子气态双原子分子断裂成断裂成2 mol气态原子所需要的能量。气态原子所需要的能量。对双原子分子：离解能对双原子分子：离解能 = = 键能键能键能愈大，键愈牢固。键能愈大，键愈牢固。 意义意义：判断键的强度：判断键的强度D (H Cl

17、) = 431 kJmol-1 D (Cl Cl) = 244 kJ mol-1分子稳定性：分子稳定性：HCl ClHCl Cl2 2对多原子分子：键能指平均键能对多原子分子：键能指平均键能)()(1-321molkJ38633563754273H-NDDDE例如例如 NH3电负性相同电负性相同H 2.20非极性共价键非极性共价键极性共价键极性共价键电负性不同电负性不同Cl（ 3.16）电负性电负性: 原子吸引成键电子对的能力原子吸引成键电子对的能力共价键的极性共价键的极性决定于成键原子的决定于成键原子的电负性电负性HH（m m 0）ClH -（m m =0）电负性相差越大电负性相差越大,极性

18、越强极性越强;相差越小相差越小,极性越弱。极性越弱。.有机化合物的分类有机化合物的分类 (根据碳架分类根据碳架分类) 链状化合物链状化合物(脂肪族化合物）脂肪族化合物） 碳环化合物碳环化合物a a、脂环族化合物、脂环族化合物b b、芳香族化合物、芳香族化合物C C、杂环化合物。、杂环化合物。H3CCH3ON按官能团分类按官能团分类常见的官能团及所属类别举例常见的官能团及所属类别举例能决定化合物的特性的原子或原子团能决定化合物的特性的原子或原子团官能团官能团：（functional group):烃烃卤代烃卤代烃醇醇 酚酚 醚醚醛醛 酮酮羧酸羧酸有机化合物有机化合物 官能团官能团 化合物类别化合

19、物类别 化合物举例化合物举例 炔炔 CHHC乙炔卤素卤素 -X 卤代烃卤代烃 氯乙烷 CH3CH2Cl羟基羟基 -OH 醇或酚醇或酚 C2H5OHOH乙醇苯酚醚醚 乙醚 CH3CH2OCH2CH3烯烯 丙烯 CH3CH=CH2碳碳双键碳碳叁键醚键O乙醛 CH3CHO醛醛 C HO醛基CO酮基酮酮 丙酮 CH3COCH3C ORO酯基羧酸酯羧酸酯 C OHO羧基羧酸羧酸 乙酸 CH3COOH乙酸乙酯 CH3COOCH2CH3氨基氨基 -NH2 胺胺 乙胺 CH3CH2NH2硝基硝基 -NO2 硝基化合物硝基化合物 NO2硝基苯氰基 -CN 腈腈 乙腈 CH3CN2.有机化合物的反应类型有机化合物

20、的反应类型均裂均裂异裂异裂均裂均裂特征：共用电子对平均分给成键的两个原子。特征：共用电子对平均分给成键的两个原子。 产生产生自由基。自由基。AB+异裂异裂AB+ABABABAB+特征：共用电子对非平均的分裂成两个带电荷原子。特征：共用电子对非平均的分裂成两个带电荷原子。游离基（自由基）反应：游离基（自由基）反应：1. 链引发链引发2. 链传递链传递3. 链终止链终止形成自由基形成自由基ClCl2ClHCH3Cl+H Cl + CH3Cl+CH3ClCH3CH3+CH3CH3CH3共价键均裂共价键均裂自由基为中间体自由基为中间体离子反应：离子反应：共价键断裂时共用电子对为成键两原子共价键断裂时共

21、用电子对为成键两原子原子或基团的原子或基团的某一方所占有某一方所占有，生成离子，生成离子，常发生常发生在极性分子上。在极性分子上。RCH2:A 异 裂RC:H2 + A +RCH2B-B+R C H2 : A 异 裂+R C H2 + A : -R C H2BB-碳正离子碳正离子碳负离子碳负离子共价键异裂共价键异裂2. Lewis 酸碱理论酸碱理论1. Bronsted-Lowry酸碱理论酸碱理论（酸碱（酸碱质子质子理论）理论）（酸碱（酸碱电子电子理论）理论）酸碱的定义酸碱的定义酸：酸：能给出质子能给出质子H+的物质的物质H+H+HAc+Ac-NH4+ NH3碱：碱：能接受质子能接受质子H+的

22、物质的物质H+H+Ac-HAcNH3+NH4+1. Bronsted-Lowry酸碱质子理论酸碱质子理论A+B= A : B酸酸碱碱酸碱配合物酸碱配合物一对电子一对电子2. Lewis 酸碱酸碱电子电子理论理论Lewis 酸酸: 能够能够接受电子对接受电子对的物质的物质BF3AlCl3FeCl3Lewis 碱：能够碱：能够给出电子对给出电子对形成配位键的物质形成配位键的物质NH3RNH2R-O-R ROH RSHR-S-R例：例：CuNH3NH3NH3NH32+酸酸碱碱酸碱配合物酸碱配合物Cu2+4 NH3 =BFFF+NH3BFFFNH3Lewis 酸酸: 缺电子的分子、原子和阳离子缺电子的分子、原子和阳离子Lewis 碱碱: 含孤对电子的分子、原子和阴离子含孤对电子的分子、原子和阴离子