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1、有机化学课件 1第一章绪论 Still waters run deep.流静水深流静水深,人静心深人静心深 Where there is life,there is hope。有生命必有希望。有生命必有希望1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.1.1 有机化合物有机化合物：一般指碳氢化合物及其衍生物。至一般指碳氢化合物及其衍生物。至2007年，化年，化合物总数已达合物总数已达2400万万种，并仍以种，并仍以100万种万种/年年递增。递增。碳酸盐、金属氰化物碳酸盐、金属氰化物等虽然含有等虽然含有C、H等元素，等元素，但具有典型无机化合物性质，不是有机化合物。但具有典型无机化合物性质
2、，不是有机化合物。四氟乙烯、硼烷、氮化硼（四氟乙烯、硼烷、氮化硼（B3N3)不含有不含有C或或H，但具有典型有机化合物性质，属有机化合物。，但具有典型有机化合物性质，属有机化合物。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升Organic Compound and Organic Chemistry（1）有机物分子中原子之间主要通过共价键）有机物分子中原子之间主要通过共价键相连。相连。（2）多数有机化合物熔点低、蒸气压大而易）多数有机化合物熔点低、蒸气压大而易挥发、易燃烧生成二氧化碳和水。挥发、易燃烧生成二氧化碳和水。CCl4例外，灭例外，灭火剂）火剂）（3）大多有机化合物不溶于水。）大多
3、有机化合物不溶于水。（低分子量醇、低分子量醇、醛酮、羧酸以及氨基酸、糖类化合物易溶于水）醛酮、羧酸以及氨基酸、糖类化合物易溶于水）（4）大多数有机化合物反应速度慢、副反应）大多数有机化合物反应速度慢、副反应多、产率低。多、产率低。硝基甲苯硝基甲苯(TNT)可以进行爆炸式反应）可以进行爆炸式反应）有机化合物的特点有机化合物的特点广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升1.1.2 有机化学的发生和发展：有机化学的发生和发展：研究有机化合物的研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律组成、结构、性质及其变化规律的科学。的科学。有机化学已由有机化学已由实验性学科实验性学科发展成为发展成为实验
4、、理论并重实验、理论并重的学科。的学科。发展为发展为天然有机化学、物理有机化学、量子有机化学、有天然有机化学、物理有机化学、量子有机化学、有机合成化学、有机分析化学机合成化学、有机分析化学等许多分支学科。等许多分支学科。形成了形成了金属有机化学、有机催化化学、生物有机化学、计金属有机化学、有机催化化学、生物有机化学、计算化学算化学等新学科。等新学科。以有机化学为基础的以有机化学为基础的石油化工、医药化工、农药化工、涂石油化工、医药化工、农药化工、涂料化工、合成材料料化工、合成材料等工业得到了极大发展。等工业得到了极大发展。有机化学将促进有机化学将促进生命科学、材料科学、能源科学、环境科学生命科
5、学、材料科学、能源科学、环境科学等科学的大力发展。等科学的大力发展。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升1.1.3 有机化学的研究内容有机化学的研究内容 （1）天然产物的研究天然产物的研究 从天然产物中分离、提取纯粹的有机物。如分离昆虫信息素、咖啡因、激素、青蒿素、紫杉醇等。（2）有机化合物的结构测定有机化合物的结构测定 确定纯化合物的元素组成、结构、理化性质，以及结构与性质的关系。（3）有机合成有机合成 organic synthesis 从简单易得的有机物和无机物出发，按一定的方法合成出所需要的产物。包括天然产物、新化合物的合成和合成新方法的研究。（4）反应机理的研究反应机理的
6、研究 反应的微观过程。包括动力学和热力学参数。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升1.2 有机化合物的结构有机化合物的结构 structure 有机化合物的结构是指有机分子的组成，分子中各原有机化合物的结构是指有机分子的组成，分子中各原子相互结合的顺序、方式和在空间中的相对位置，各原子子相互结合的顺序、方式和在空间中的相对位置，各原子中的电荷分配，分子转化过程中的能量变化等。中的电荷分配，分子转化过程中的能量变化等。物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构物质结构决定物质性质，物质性质反映物质结构1.2.1 凯库勒结构理论凯库勒结构理论德国科学家德国科学家Kekule认为认为:碳
7、原子为四价；可成碳链或碳环碳原子为四价；可成碳链或碳环广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升（1）甲烷）甲烷(methane)（2）乙烷）乙烷(ethane)（3）环己烷环己烷(cyclohexane)广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 荷兰科学家荷兰科学家 Vant Hoff 和法国科学家和法国科学家 Le Bel 提出提出 饱和碳原子的正四面体结构饱和碳原子的正四面体结构(c)球棍模型球棍模型 （d）比例模型）比例模型甲烷分子结构的立体模型甲烷分子结构的立体模型(a)碳原子的正四面体结构碳原子的正四面体结构 (b)甲烷甲烷1.2.2 化学键化学键 美国化学家美国化学
8、家 Lewis 提出化学键的概念提出化学键的概念 离子键离子键 共价键共价键 配位键配位键 形成键的电子对在成键以前是属于一个原子的。电子对给予体、接受体。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 Lewis 结构式结构式 用用圆点圆点表示电子的化学式表示电子的化学式路易斯结构式路易斯结构式 用电子对表示共价键的结构式。把所有的价电子都表示出来。将凯库勒式改写成路易斯式 改写时，不要忘记加上改写时，不要忘记加上孤电子对孤电子对广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 写成写成凯库勒式凯库勒式 路易斯式路易斯式1.2.3 现代共价键理论现代共价键理论分子结构分子结构：指分子中原子
9、的成键次序和键合方式。指分子中原子的成键次序和键合方式。分子式相同：分子式相同：C2H6O沸点：沸点：78.2 -23广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 （1）原子轨道和电子云原子轨道和电子云 原子中电子的运动状态叫做原子轨道，用波函数表示。是电子运动状态的空间坐标的函数。例如，1s电子的波函数是电子与原子核之间的距离r的函数。1s电子云的分布情况2Pz轨道广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 （2）价键法价键法 两个原子互相接近生成共价键时，它们的原子轨两个原子互相接近生成共价键时，它们的原子轨道互相重叠，自旋相反的两个电子在原子轨道重叠的区道互相重叠，自旋相反的两
10、个电子在原子轨道重叠的区域内为两个成键原子所共有。域内为两个成键原子所共有。键键 电子云围绕键轴对称分布的共价键电子云围绕键轴对称分布的共价键键键 电子云从侧面相互平行交盖形成的共价键电子云从侧面相互平行交盖形成的共价键（3）杂化轨道理论）杂化轨道理论（在烷、烯、炔、苯相应章节中讲解）（在烷、烯、炔、苯相应章节中讲解）分子中各原子核以一定的方式排列，价电子分布分子中各原子核以一定的方式排列，价电子分布在这些原子核周围。在这些原子核周围。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.3.1 共价键的几个重要参数共价键的几个重要参数（1）键长键长 指成键原子核之间的距离指成键原子核之间的距
11、离一些共价键的键长一些共价键的键长1.3 共价键的几个重要参数和断裂方式共价键的几个重要参数和断裂方式广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 （2）键角键角乙醚乙醚戊烷戊烷甲烷甲烷指键与键之间的夹角。指键与键之间的夹角。甲醛甲醛广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 甲烷甲烷C-HC-H键键能（键键能（414kJ.mol-1)414kJ.mol-1)是上述解离能的平均值。是上述解离能的平均值。键能反映了共价键的强度，键能愈大则键愈牢固。键能反映了共价键的强度，键能愈大则键愈牢固。（3）键能）键能 成键时体系释放的能量或断键时体系吸收的能量。成键时体系释放的能量或断键时体系吸
12、收的能量。多多原子分子键能通常是键的解离能平均值。原子分子键能通常是键的解离能平均值。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 一些共价键的键能一些共价键的键能化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部当成键原子电负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（分负电荷（-）；电负性小的原子带有部分正电荷）；电负性小的原子带有部分正电荷（+）。键的极性强弱用偶极矩（）。键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是）来衡量，它是电荷与电荷之间距离的乘积：电荷与电荷之间距离
13、的乘积：=q.d=q.d（C.m)C.m)，+-（4）键的极性和可极化性）键的极性和可极化性=3.57x10=3.57x10-30-30（C.m)C.m)常见原子的电负性：常见原子的电负性：H Li Be B C N O F 2.15 0.95 1.5 2.0 2.6 3.0 3.5 3.9 Na Mg Al Si P S Cl K Ca I0.9 1.2 1.5 1.9 2.1 2.6 3.1 0.8 1.0 2.6广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和矢量和=0 0（C.m)C.m)=6.47x106
14、.47x10-30-30（C.m)C.m)=3.28x103.28x10-30-30（C.m)C.m)偶极矩为零的分子偶极矩为零的分子是非极性分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子；偶极矩不为零的分子是是极性分子极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。；偶极矩越大，分子极性越强。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 共价键的可极化性：共价键的可极化性：在外电场影响下，共价键内电子云分布发生改变，在外电场影响下，共价键内电子云分布发生改变，即分子的极性状态发生了改变，这种现象称为即分子的极性状态发生了改变，这种现象称为键的可键的可极化性极化性。不论是极性或非极性共价键，均有此性质。不论是极
15、性或非极性共价键，均有此性质。键极化的难易程度称为极化度键极化的难易程度称为极化度。键的极化度大小主要决定于成键原子电子云的流键的极化度大小主要决定于成键原子电子云的流动性，动性，电子云流动性电子云流动性越大，键的极化度也就越大。越大，键的极化度也就越大。成键原子的体积越大、电负性越小，成键原子的体积越大、电负性越小，电子云流动电子云流动性就性就越大。越大。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 +-（5）诱导效应）诱导效应 由于成键原子电负性不同，引起分子内电子云分布不由于成键原子电负性不同，引起分子内电子云分布不均匀，这种影响沿分子链静电诱导地传递下去；这种分子均匀，这种影响沿分
16、子链静电诱导地传递下去；这种分子内原子间相互影响的电子效应，称为内原子间相互影响的电子效应，称为诱导效应诱导效应（inductive effect），用），用 I 表示。表示。诱导效应随分子链的增长而迅速衰减诱导效应随分子链的增长而迅速衰减。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.3.2 共价键的断裂和有机反应类型共价键的断裂和有机反应类型离子型反应：亲电反应、亲核反应离子型反应：亲电反应、亲核反应广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.4.1 按碳骨架分类按碳骨架分类 （1）开链化合物）开链化合物 1-丁烯丁烯 2-甲基丙醇甲基丙醇 （2）脂环族化合物）脂环族化合
17、物 环戊烷环戊烷 环辛炔环辛炔 环己醇环己醇广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.4 有机化合物的分类和表示方式有机化合物的分类和表示方式（3）芳香族化合物）芳香族化合物 苯酚苯酚 硝基苯硝基苯 萘萘 （4）杂环）杂环 化合物化合物 呋喃呋喃 吡啶吡啶 2-呋喃甲醛呋喃甲醛广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.4.2 按官能团分类按官能团分类一些常见重要官能团一些常见重要官能团广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1-丙醇丙醇环戊烷环戊烷短线式短线式 缩简式缩简式 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
18、合物常用键线式！1.4.3 结构式的书写结构式的书写广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.5 有机酸碱的概念有机酸碱的概念1.5.1 酸碱电离理论酸碱电离理论 阿累尼乌斯1884年指出，在水中能电离出质子持称为酸，能电离出氢氧负离子的称为碱。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.5.2 酸碱质子理论酸碱质子理论勃朗斯德酸碱理论勃朗斯德酸碱理论 给出质子为酸，接受质子为碱。给出质子为酸，接受质子为碱。广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 酸的强度用Ka或 pKa表示，pKa越小，酸性越大。中心原子电负性
19、影响中心原子电负性影响广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 中心原子大小（原子半径）的影响中心原子大小（原子半径）的影响广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.5.3 路易斯酸碱理论路易斯酸碱理论常见的常见的Lewis酸：酸：1.6 有机化合物的结构测定有机化合物的结构测定1.6.1 分离提纯分离提纯 从有机合成的粗产物或天然产物中，经物理或化学过程除去杂质得到纯粹物质。这些分离方法有：这些分离方法有：蒸蒸 馏馏 常压蒸馏、减压蒸馏、精密分馏、分子蒸馏、常压蒸馏、减压蒸馏、精密分馏、分子蒸馏、反应蒸馏、反应蒸馏、萃取蒸馏、水蒸气蒸馏、共沸蒸馏等萃取蒸馏、水蒸气蒸馏、共
20、沸蒸馏等结结 晶晶 单溶剂单溶剂重结晶重结晶、多元溶剂、多元溶剂重结晶重结晶、分步冷冻结晶、分步冷冻结晶 萃萃 取取 加压萃取、减压萃取、超临界萃取、液液萃取、液固萃取加压萃取、减压萃取、超临界萃取、液液萃取、液固萃取色谱法色谱法 薄板色谱、纸色谱、柱色谱、气相色谱、液相色谱薄板色谱、纸色谱、柱色谱、气相色谱、液相色谱升升 华华 减压升华、常压升华减压升华、常压升华膜分离膜分离 反渗透膜、超渗透膜、浓差极化反渗透膜、超渗透膜、浓差极化 电泳分离电泳分离广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 例：某有机物，元素分析结果为：C：60.00
21、%；H：13.40%（O：26.60%）百分含量 摩尔比 最小整数比（原子数目比）C 60.00 60.00/12.01=5.00 5.00/1.66=3 H 13.40 13.40/1.008=13.29 13.29/1.66=8 O 26.60 26.60/16.00=1.66 1.66/1.66=1该化合物的实验式：C3H8O分子式：（C3H8O）n=分子量（可用质谱法、沸点升高法、熔点降低法、渗透压法等测定）当分子量为60时，分子式为C3H8O。当分子量为120时，分子式为C6H16O2。1.6.3 经验式和分子式的确定经验式和分子式的确定1.6.2 元素定性分析和定量分析元素定性分析
22、和定量分析广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.6.4 有机化合物的结构测定有机化合物的结构测定红外光谱、核磁共振光谱、红外光谱、核磁共振光谱、紫外光谱、质谱的运用紫外光谱、质谱的运用 （专章讲解）（专章讲解）反映物质固态时晶格之间力的大小。反映物质固态时晶格之间力的大小。在晶格中，分子间力取决于分子的大小、晶格排列的对称性，在晶格中，分子间力取决于分子的大小、晶格排列的对称性，以及晶格的疏密度。以及晶格的疏密度。对称性好，晶格排列紧密，熔点就高对称性好，晶格排列紧密，熔点就高。同系物中，熔点随分子量的增大而增高。同系物中，熔点随分子量的增大而增高。支链烷烃由于位阻，晶格排列疏
23、松，分子间作用力小，熔点支链烷烃由于位阻，晶格排列疏松，分子间作用力小，熔点较直链烷烃低。较直链烷烃低。支链烷烃若具有高度对称性，其熔点就高。支链烷烃若具有高度对称性，其熔点就高。试比较熔点：试比较熔点：正戊烷、异戊烷、新戊烷正戊烷、异戊烷、新戊烷广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 1.7 分子结构与物理性质分子结构与物理性质 有机物的物理性质包括状态、气味、颜色、熔点、沸点、有机物的物理性质包括状态、气味、颜色、熔点、沸点、比重、折光率、溶解度、旋光度及红外谱、核磁共振谱、比重、折光率、溶解度、旋光度及红外谱、核磁共振谱、紫外谱、质谱等性质。紫外谱、质谱等性质。1、熔点、熔点
24、2、沸点、沸点 反映物质在液态时分子之间力的大小。反映物质在液态时分子之间力的大小。分子间的吸引力叫分子间的吸引力叫内聚力内聚力，包括色散力（范德华力）、氢键。，包括色散力（范德华力）、氢键。非极性分子间的吸引力叫非极性分子间的吸引力叫色散力色散力（范德华力），它是由于分（范德华力），它是由于分子中的电子在运动过程中产生瞬时偶极，在某一瞬间分子的一端子中的电子在运动过程中产生瞬时偶极，在某一瞬间分子的一端有较多电子云，两个偶极间产生微弱的吸引力。有较多电子云，两个偶极间产生微弱的吸引力。色散力的大小与分子中的原子数目成正比。色散力的大小与分子中的原子数目成正比。分子中的原子越多，色散力越大，分
25、子就越不容易脱离液相分子中的原子越多，色散力越大，分子就越不容易脱离液相而挥发。因此，而挥发。因此，分子量越大，沸点越高分子量越大，沸点越高。有支链的分子，由于支链的阻碍，分子不能紧密地靠在一有支链的分子，由于支链的阻碍，分子不能紧密地靠在一起（位阻），色散力小一些，沸点就相应地低一些。起（位阻），色散力小一些，沸点就相应地低一些。试比较沸点试比较沸点：（1）丙烷与正丁烷）丙烷与正丁烷 （2）正丁烷与异丁烷）正丁烷与异丁烷广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 3、比重、比重反映分子间力的大小反映分子间力的大小分子量增大，比重增大分子量增大，比重增大分子的不饱和度增大，比重增大分子的
26、不饱和度增大，比重增大卤代烃的比重大于其母体烃，与碳数成反比卤代烃的比重大于其母体烃，与碳数成反比 RI RBr RCl RF RH形成氢键能力愈大，比重愈大形成氢键能力愈大，比重愈大 RCOOH RCH2OH RNH2 ROR RH比重是温度的函数比重是温度的函数试比较溶液比重：试比较溶液比重：四氯化碳、氯仿、二氯甲烷四氯化碳、氯仿、二氯甲烷广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 4、折射率、折射率 衡量分子的极化程度分子的极化程度 物质分子中物质分子中电子的移动或极化电子的移动或极化会降低光线会降低光线前进速度，电子极化程度愈大，光速减低愈大前进速度，电子极化程度愈大，光速减低愈
27、大电子与原子核结合愈松（原子半径大），极化电子与原子核结合愈松（原子半径大），极化度愈大度愈大分子中有不饱和键时，电子易移动，极化度愈分子中有不饱和键时，电子易移动，极化度愈大大折射率是温度的函数折射率是温度的函数试比较折射率：试比较折射率：苯、环己烷苯、环己烷 CHBr3 1.5960 CHCl3 1.4460广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 5、溶解度、溶解度 反映溶质与溶剂之间的作用力。反映溶质与溶剂之间的作用力。相似相溶规则相似相溶规则：结构相似的化合物，分子间的结构相似的化合物，分子间的作用力相近，相互能溶解。作用力相近，相互能溶解。极性物质溶于极性溶剂，极性物质溶于极性溶剂，非极性物质溶于非极非极性物质溶于非极性溶剂性溶剂广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升 广东药学院广东药学院 主讲人主讲人:申东升申东升