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第一章绪论一、有机化学的发展在自然科学的分支中，化学是在原子水平上研究物质的组成、结构和性能以及相互转化的学科。人们对有机物的认识是逐渐由浅入深的，最初有机物指由动植物有机体得到的物质。例如：糖、染料、酒和醋等。在我国古代，周朝已知用胶，汉朝发明了造纸。这是对有机物的最初人认识，它只是对其性质的一种运用，并不了解其结构与性质，并且这些均为混合物，对有机物纯物质的认识是近代的事。十八世纪，人们逐渐获得了一些纯物质，例如：从葡萄汁中获得了酒石酸，从尿中获得尿素，从酸牛奶中取得了乳酸等。由于这些物质均为从有生命的物体中获得，（同无机物，例如：矿石、金属相比）并且由于当时的条件所限制，不能用人工合成，“有机”这一词便由此而生。著名化学家柏则里，首先引用了“有机化学”这一名字，目的是区别于其他矿物质的化学——无机化学。但他认为有机物只能由生物细胞受一种特殊力量——生活力的作用才会产生出来，人工是不能合成的，这一思想曾一度统治了有机化学界，阻碍了有机化学的发展。1828年，魏勒（Wёhler）第一次人工合成了尿素，但是这一重要发现，并没有得到柏则里等化学家的承认。随着科学的发展，更多的有机物被合成，生活力才彻底被否定，从此有机化学进入了合成的时代。有机物均含有碳原子，所以现代有机学被定义为“碳化合物的化学”。1950年已知化合物数目有200万种，1990年达到1000万种，这些化合物大多数由人工合成。再例由H和O组成的化合物只有H2O，H2O2两种。而由C和H组成的化学物质已知的就有3000多种。二、有机化学与生活的关系及其任务在今天的物质生活中，有机化合物无处不在，例如：药、有机肥料、食品、炸药、香料，塑料和合成纤维等。（可以展开）对于征服疾病如：癌症、控制遗传、延长寿命将起巨大的作用。生命科学与有机化学密切有关，如果说二十一世纪是生命科学光辉灿烂的时代，那么化学学科通过与生物学科相结合，同样也是光辉灿烂的。有机化学的任务:1.分离：提取自然存在的有机物，测定其结构和性质，加以利用。例如：中草药，昆虫信息素等。（可找一例子）2.物理有机化学研究：即研究有机物结构与性质间的关系，反应历程影响因素等，以便控制反应方向。3.合成有机物：前提是确定分子结构，了解有机反应历程，条件等因素。三、有机化学研究方法从自然界取得或人工合成物质，往往为混合物，为研究其结构和性质。1：必须得到纯净物，根据情况不同，可选择重从结晶、蒸馏、升华、色谱等。2：得到纯净物后，如果为未知物，则需要研究其物理、化学性质，并确定其结构。结构的测定非常复杂，结构与性质密切相关，测定结构对研究性质具有重要的意义。测定方法：现在可把实验物理方法应用于分析化学，为结构测定提供可能。例如：红外光谱（可确定基团）紫外光谱（可以确定共轭体系），核磁共振（可提供原子结合方式），质谱（提供有关分子量和结构信息）。四：理论基础及基本概念1：路易斯学说1916年，他解释原子的电子可以配对成键（共价键），使原子可形成稳定的惰性气体的电子构型。例：象F、C核外有8个电子，统称为“八偶体”规则，这种用共价键结合的外层电子，表示的电子结构式称路易斯结构。2：凯库勒（Kekulё.A）及古柏尔（Couper.A）的两个重要原则①碳原子是四价的：即可与四个原子结合成键。例如：HCl＋．¨¨¨×HCl．¨¨¨×CHHHHCHClHHCH4②碳原子的自相结合成键C与C可用一价自相结合成碳碳单键，最后形成碳链。/*1854年，AugustKekulё在伦敦乘坐公共马车时得到了该问题的回答。“一个晴朗的夏夜，我正在乘坐末班公共马车时，和往常一样，我做在‘外座’，车子经过伦敦寂静的街道，他在其他时候是充从满着生气的，我沉浸在梦幻中，看！原子在我眼前跳跃……，我不断地看到两个较小的原子如何连接起来形成一对，一个较大的如何拥抱着两个较小的；另一些较大的紧拉着三个或四个较小的，同时他们全都在一个令人晕眩的舞蹈中回旋着，我看到这些大地原子如何形成一条链……，我当晚就花了一些时间记下了至少是这些梦境的梗概。”——AugustKekulё，1890*/例如：三个碳原子自相结合，结构如下图；四个碳原子自相结合，有两种排列，结构如下：三原子结构四原子结构—1四原子结构—2若为烃，其于价用H填补。构造式：上式中，代表着分子中原子的种类，数目和排列的次序，称为构造式。结构：建筑结构观点：（AugustKekulё）认为分子是由各原子结合起来的一个“建筑物”，原子好象木架和砖石，不仅他们连接有一定的次序，而且建筑物有一定的式样和形象，（这是一种建筑观点的分子结构）化学结构观点：不特列洛夫（Butlerov，A，1861）认为一个化合物的化学性质，取决于分子中一定数目彼此结合的原子之间的相互关系及结合方式，这种关系就代表了该化合物的化学结构。我们涉及到的多为化学结构，立体结构也涉及到一些。目前立体结构研究已HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH十分深入。一些基本概念：单键：两个原子各用一个电子共价成键，称为单键。双键：两个原子各用两个电子共价成键，称为双键。叁键：两个原子各用三个电子共价成键，称为叁键。直链：象上图中三个或四个或更多个碳原子，相连成一条直线称为直链。支链：象上图中三个碳原子相连形成一条直链，中间一个碳原子与另一个碳原子相连形成分支的链，称为支链。其中四原子结构—1与四原子结构—2称为碳架异构。3.基础理论⑴价键理论：①原子轨道理论：原子轨道用电子波函数φ表示反映电子的运动状态。②电子构型：电子在核外的排布。（三个原则）例如：C：↑↓↑↓↑↑1s2s2px2py2pz③价键理论：原子之间如何成键。a.自旋相反；b.最大重叠；c.能量相近；d.饱和性。④杂化轨道理论：（演化尔来）例如：CH4甲烷的形成，其中C为sp3杂化。C：↑↑↑↑↑↓sp3杂化轨道1s⑵.分子轨道理论：量子力学的处理方法，原子轨道组成分子轨道必须具备三个条件：a.能量相近；b.电子云最大重叠；c.对称性匹配。Φ1=φ1-φ2Φ1=φ1-φ2Eφ1φ2φ1φ2Φ1=φ1+φ2Φ1=φ1+φ2两原子轨道能量相同两原子轨道能量不相同4.共价键的键参数：（价键理论）⑴键长：成键原子间核间距，平衡位置，引力、斥力作用。⑵键角：共价键之间夹角，决定分子立体形状，原子大小不同。⑶键能：打开键所需能量，化学键强度标志，（引力）键能越大越稳定。⑷键的极性：电子几率，指向负电中心，决定物理化学性质因素（电负性差异）5.分子间力：⑴范德华力；①取向力；②诱导力；③色散力。⑵氢键当氢原子与一个原子半径较小，而电负性又很强并带有未共用电子对的原子Y（F、O、N）结合时产生。——————强调直接相连。电负性强拉电子作用电正性几乎裸露的质子例如：6.酸碱的概念⑴质子理论酸是质子的给予体，碱是质子的接受体。例如：HClH++Cl-酸共轭碱C2H5OHH++C2H5O-酸共轭碱FHFHFHCH3OCH3⑵路易斯（Lewis.G.N，1916）酸碱理论酸是电子的接受体，碱是电子的给予体。酸碱反应是酸从碱接受一对电子，形成配价键，的到一个加和物。例如：H3N+BF3H3N+—-BF3碱酸酸碱加和物路易斯酸是亲电试剂，路易斯碱是亲核试剂。可作为路易斯酸的试剂有：分子.BF3、AlCl3、SnCl4、FeCl3、ZnCl2金属离子：锂、LI、Ag、Cu；正离子R+，RCO+，Br+，NO2+，H+可作为路易斯碱的试剂有：具有未共享电子的化合物。例如：分子：NH3、RNH2、ROH、ROR、RCOH、RSH。负离子：X-、OH-、RO-、SH-、R-、烯或芳香化合物。五、有机化合物的特点（结构影响性质）与无机化合物比较：无机化合物由离子键组成，硬度大，熔点高，水溶性大。有机化合物特点：Ⅰ.分子组成复杂；Ⅱ.易燃；Ⅲ.熔点低；Ⅳ.难溶于水（同无机化合物相比，含亲水基团的例外如—OH、—SO3H等）；Ⅴ反应速率慢；Ⅵ负反应多。相似相溶：（是物质溶解性能的一经验规律）极性强的化合物易溶于极性强的溶剂中，极性弱或非极性化合物易溶于弱极性或非极性的溶剂中。例如：NaCl易溶于水中（有溶剂化作用）、油不溶于水中（分子间作用力小）、汽油溶于石蜡中分子间作用力相差不大、AAAA+BBBBABAB+BABA乙醇溶于水，有氢键的作用。H5C2OHOHHC2H5OH六、有机反应的基本类型主要有两种类型（反应必有化学键断裂，原子重组成新键）⑴均裂：当一共价键断裂时，组成该键的一对电子由键合的两原子各留一个。C∶YC·+Y·⑵异裂：当一共价键断裂时，组成该键的一对电子留在一个原子上。-C∶+Y+C∶Y碳正离子C++∶Y-碳负离子断裂的方式决定于分子结构和反应条件。自由基：均裂产生的带单电子的原子或基团，叫自由基。自由基反应：按均裂进行的反应为自由基反应。离子型反应：按异裂进行的反应为离子型反应。七、有机化合物的分类1.按碳架分类⑴开链化合物：碳架成直链或带支链。（无环）其中包括：烷烃、稀烃、炔烃等。例如：由于此类化合物最初是从油脂中发现的，也称为脂肪族化合物。几种不同表示方法：HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH蛛网式缩写式键线式⑵碳环化合物（环状化合物）①脂环族化合物：碳碳连接成环，环内可有双键、叁键。性质与脂肪族化合物相似。例如：②芳香族化合物：（分子中含有一个或多个苯环）分子中含有一个由碳原子组成的在同一平面内的闭环共轭体系，在性质上与脂肪族化合物区别较大。例如：③杂环：由碳原子及其他原子共同组成。例如：2.按官能团分类官能团：具有不同性质的原子或基团称为官能团。含相同官能团的化合物或多或少具有相同的性质，故可按官能团来分类。见书CH2CH2H2CNHOOCCCCHHHHHHHHHHCH3CH2CH2CH3CCCCHHHHHHHCHHHCH3CHCHCH2CH3