1目录第一章绪论.

主讲：张涛电话号码：[phone]理学院应用化学系有机化学教研组有机化学第一章绪论及有机化合物结构与性质（6）第二章波谱法简介(4)第三章脂肪烃（包括开链烃和脂环烃）(6)第四章芳香烃(4)第五章旋光异构(3)第六章卤代烃(2)第七章醇酚醚(4)第八章醛酮醌(5)第九章羧酸、羧酸衍生物和取代酸(4)课时安排：共64课时,课程具体章节课时安排：有机化学目录第十章含氮有机化合物(4)第十一章含硫、磷有机化合物(2)第十二章杂环化合物和生物碱(2)第十三章碳水化合物(4)第十四章氨基酸蛋白质(4)第十五章油脂和类脂化合物(2)复习3-4考核办法：平时成绩(作业,考勤,课堂表现)30%考试(闭卷)70%§1-1有机化合物与有机化学§1-2有机化合物的特点§1-3有机化合物中的化学键、杂化轨道理论§1-4分子间作用力与有机物的物理性质§1-5有机化合物的官能团及分类§1-6有机反应试剂及酸碱理论§1-7有机化合物的结构与性质相关分析第一章绪论1.有机化学研究的对象有机化学定义：研究碳氢化合物及其衍生物的化学。即：研究烃类及其衍生物的组成、结构、制备、性质和变化规律的科学。2.有机化学发展历程的回顾(1)利用早在历史记载之前的上古时代人们已经开始利用来自动植物体内的物质，例如：烧酒、糖、染料和药物。早在我国周朝就有关于酿酒的记载。(2)提取分离1773年：伊莱尔·罗埃尔发现尿素。舍勒1776年从人的尿结石中发现尿酸，1784年C.W.从柠檬汁中结晶分离出柠檬酸。1780年从酸奶中乳酸；1805年提纯1817年鉴定出吗啡的结构。§1-1有机化合物与有机化学(4)有机化合物的结构一维→二维→三维(5)有机化学的近代发展(3)合成1828年德国化学家F．Wholer(魏勒)由无机物氰酸氨合成出有机物尿素。NH4OCN(NH3)2CO直到1845年，H.Kolbe合成出醋酸，1854年M.Berthelot合成出油脂。由柏采里乌斯提出的生活力学说被彻底否定。此后的1850-1900年成千上万的药品、染料从煤焦油中合成出来，从此进入到了有机合成时代。像甲醇、苯胺、塑料合成纤维等都是人工合成得到的。现在有机化合物的含义：碳氢化合物及其衍生物。有机化合物除含C、H两种元素外，有的还含有N、O、S、P等元素。不含碳的有机物：SiH4（硅烷）。不含氢的有机物：CCl4（四氯化碳）。借助于近代物理学的进展，有机化学得到长足的发展，不仅在实验室里分离和提取了一系列天然有机产物，而且还合成出一些自然界未曾发现的化合物，并逐步兴起了有机合成化学工业，该领域已经成为有机化学的重要分支与延伸。20世纪30年代，随着石油等天然资源的开发和利用，世界进入了合成高分子材料的新时代。§1-2有机化合物的特点一、结构结构复杂种类繁多，数目庞大如：VB12：分子式C63H90N14PCo仅是有机化合物的一个中小分子有机化合物所涉及的元素种类并不多，但其数量却比无机物多得多。目前已知有机物3000万种（2003年）以上，且还在以上万种／年的速度增长。原因：碳原子在周期表中的位置及成键方式决定了有机化合物的同分异构现象的普遍存在。例：C9H2035种同分异构体。二、性质1.易燃烧；2.大多难溶于水，易溶于非极性或极性小的有机溶剂∵“相似相溶”。3.不导电；4.反应速率一般较小，通常需要加热或加催化剂，且副反应较多。5.熔点和沸点低；如：12.2-136.464.5CH3CH2Cl147880158.5NaCl沸点℃熔点℃分子量三.有机化合物结构式表示方法1价线式异丁烷乙醇HHHHHCCOHHHHCHHHHHHCCCH（p4）2简写式3键线式CH3CHCHCH2CH2CHCH3CH36-甲基-2-庚烯CH3CH2OHCH3CHCH3CH3CH3CH2OH(CH3)2CHCH3CH2H2CCH2环丙烷CCCHCCCHHHHH苯CCCCOHHHHO呋喃与农林学科的关系（自学）回顾知识：原子结构和分子结构1.原子轨道和核外电子排布原子轨道：波函数（）就是原子轨道。波函数：描述核外电子运动状态的函数。描述某个电子的参数为（n主量子数，l角量子数nl决定能级，m磁量子数m决定轨道取向，ms自旋量子数）一个原子的核外空间中，有许多能级不同的原子轨道，具有不同能量的电子，在不同能级的原子轨道上运动。从距原子核最近的内层向外排列有：1s、2s、2p、3s、3p、3d、4s、……而轨道的能级次序：E1s＜E2s＜E2p＜E3s＜E3p＜E4S＜E3d＜……§1-3构成机化合物的化学键、杂化轨道理论不同类型的原子轨道其大小、形状各不相同。电子层数1234电子亚层1s2s2p3s3p3d……形状球形球形哑铃形球形哑铃形十字花瓣……轨道数113135……电子数2818P轨道zzzxyxyzyxS轨道2.电子云：几率：电子在原子核外作高速运动，用统计的方法可以指出原子核外某处电子出现的机会多少，这种机会在数学上称为几率。几率密度：高速运动的电子在核外空间某处单位微体积内出现的几率。在量子力学中用//2表示。电子云：用黑点疏密来表示电子在核外空间几率密度分布的图象称作“电子云”。比较：电子云图形与原子轨道图形相似，但无正、负之分。3.核外电子排布和电子构型：原理：①能量最低原理：电子在核外排布时，总是首先占据能量最低的轨道，然后再顺次向能量较高的轨道上填充。②保里不相容原理（不相容原理）：在同一原子中，不允许有运动状态完全相同的两个电子。即—在同一个原子轨道上最多只能填充两个自旋相反的电子。③洪特规则（多轨道原理）：在填充简并轨道时，电子将尽可能多的分占不同的轨道，且自旋方向相同。简并轨道：原子轨道中能量相同的轨道。目前，解释共价键本质的理论主要有：价键理论、分子轨道理论和杂化轨道理论。一、价键理论（p9）价键理论认为：共价键是成键原子的原子轨道重叠或电子配对。因此，只有两个原子各有一个未成对电子，且自旋相反时，才能配对成键,成键后电子处于两原子核之间。共价键的特性：饱和性和方向性。饱和性：一个电子与另一个电子配对后不能与第三个电子配对。方向性：轨道总是沿重叠程度最大的方向进行。共价键理论s-sσpx-sσpx-pxσ++x++x++x共价键的类型：σ键和π键。py-pyπpz-pzπ原则s、p轨道之间最大程度的有效重叠yxz+yz+yxz+yxz+二、分子轨道理论(P10)分子轨道：是以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为出发点的。分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数ψ来描述。其基本要点是：①分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成；②组合前后的轨道数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分子轨道。③电子根据能量最低原理、Pauli不相容原理和Hund规则逐级排列在分子轨道中。成键原则是：轨道能量接近，能够最大重叠，位相相同→符合“轨道能量接近，能够最大重叠，位相相同”的成键原则→能组合成能量比原子轨道低的稳定的分子轨道例两个氢原子组成的氢分子=c1φ1+c2φ2*=c1φ1-c2φ2φ1φ2*能量氢原子形成氢分子的轨道能级图几种类型的分子轨道sspxpxpypy或pzpz***φ三、杂化轨道理论(P12)思考：CH4分子的构型如何，怎样形成的呢？以甲烷分子的形成为例（C原子SP3杂化）杂化轨道理论认为：在形成甲烷分子时，C原子上的一个2s电子可被激发到2p空轨道上，形成四个单键，这时虽然解决了4个共价键的问题，但是如果这4个轨道，即1个s轨道和3个p轨道，分别与4个氢原子结合，形成4个键能量是不同的，这与事实不符。基态C激发态C杂化轨道还认为：在成键过程中，这4个不同的轨道重新组合成4个能量相等的新轨道，由于是由1个s与3个p轨道组合而成，因而新轨道称作sp3杂化轨道。每一个sp3杂化轨道含1/4s成分和3/4p成分.激发态杂化态杂化这4个sp3杂化轨道分别与4个氢1s轨道重叠成键，形成CH4分子。所以四个C-H键是等同的。杂化态sp3杂化轨道形状C原子形成的4个sp3杂化轨道的空间分布问题：在CH4分子形成过程中，C原子的轨道为什么要激发，杂化？激发过程所需的能量从哪里来？尽管电子从基态跃迁到激发态需要一定的能量，但其激发后能形成4个共价键，比电子不激发只形成两个C-H键放出的能量要大得多，这些能量足以补偿电子激发所需的能量而有余，因此，C与H形成化合物时生成CH4而不是CH2轨道的杂化更有利于轨道之间的重叠成键。因为杂化后电子云分布更为集中，可使成键的原子轨道间的重叠部分增大，成键能力增强，因此C与H原子能结合成稳定的CH4S轨道p轨道Sp杂化轨道CH4分子的空间结构杂化：在形成分子时，由于原子的相互影响，若干不同类型能量相近的原子轨道混合起来，重新组合成一组新的轨道，这种轨道重新组合的过程叫做杂化。杂化轨道：通过杂化所形成的新轨道就称为杂化轨道。注意两点：(1)原子轨道的杂化只有在形成分子的过程中才会发生；(2)能量相近通常是指：ns与np、ns,np与nd或（n-1)d。以上是用杂化轨道理论来解释CH4的结构，得到了满意的结论。从这里我们也可以看出：杂化轨道的理论要点①形成共价键时，价电子轨道中原已成对的电子有可能受到与之成键的原子的干扰而被激发成单电子；同一原子中能量相近的原子轨道有可能改变原有状态，混杂起来并重新组合成新的原子轨道，这一过程称为原子轨道的杂化，杂化后组成的新轨道称为杂化轨道。②同一原子轨道中有几个能级相近的原子轨道杂化，杂化后得到数目相同的杂化轨道。③杂化轨道比原来未杂化的轨道成键能力强，形成的化学键更稳定。1.原子的杂化类型①sp34个等能量的杂化轨道，每个轨道各占1/4s成分，3/4p成分。C：等性sp3杂化，轨道间夹角109.5°，正四面体。例如：烷烃分子中的碳原子。2P22S2电子跃迁基态C2P32S1激发态C杂化sp3杂化态Csp3杂化轨道形状4个sp3杂化轨道的空间分布O：不等性sp3杂化，例如水分子中的氧原子，杂化轨道间夹角104.5°。2S22P4sp3杂化态N：不等性sp3杂化，例如氨气分子中的氮原子，杂化轨道间夹角107°。2S22P3sp3杂化态②sp23个等能量的杂化轨道，每个轨道各占1/3s成分，2/3p成分。一个未参与杂化的p轨道，与3个杂化轨道所在的平面垂直。C：等性sp2杂化，轨道间夹角120°，平面三角型，例如烯烃分子中碳碳双键的碳原子。2P22S22P1sp2杂化态碳原子的sp2杂化轨道3个sp2杂化轨道的空间分布1202S22P42P2sp2杂化态O：不等性sp2杂化，例如酚羟基、杂环化合物中的氧原子。N：不等性sp2杂化，例如杂环化合物分子中的氮原子。2S22P3sp2杂化态2P2③sp2个等能量的杂化轨道，轨道间夹角180°，直线型，每个轨道各占1/2s成分，1/2p成分，2个未参与杂化的p轨道互相垂直，并且分别与2个杂化轨道所在的直线垂直。C：等性sp杂化，例如炔烃分子中碳碳三键的碳原子。2P22S22P2sp杂化态碳原子的sp杂化轨道2个sp杂化轨道的空间分布1802．甲烷、乙烯、乙炔的结构及sp3、sp2、sp杂化轨道的电负性109.5.sp3杂化轨道形状碳原子的sp3杂化轨道甲烷分子.120.psp2Z碳原子的sp2杂化轨道和未杂化的pz乙烯分子乙炔的σ键乙炔分子3.键与键的差异：不同杂化方式的轨道形状、s成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性。sspsp2sp3p电负性：键键存在的情况a．可以单独存在。必须与键共存。b．存在于任何共价键中。仅存在于不饱和键中。键键键的形成情况a．成键轨道沿轴向在直线成键轨道对称轴平行，上相互重叠。头碰头从侧面重叠。肩并肩电子云的分布情况a．电子云集中于两原子电子云分布在键所核的连线上，呈圆柱形分布。在平面的上下两方，呈块状分布。b．键有一个对称轴，轴只有对称面，对称面上上电子云密度最大。的电子云密度最小（=0）。键键键的性质a．键能：较大。较小。稳定（重叠程度大）易反应（重叠程度小）b．