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第一章绪论1.1有机化合物和有机化学1.2有机化合物的特性1.3分子结构和结构式1.4共价键1.4.1共价键的形成(1)价键理论(2)轨道杂化(3)分子轨道理论1.4.2共价键的属性(1)键长(2)键能(3)键角(4)键的极性和诱导效应1.4.3共价键的断裂和有机反应的类型1.5分子间相互作用力1.5.1偶极-偶极相互作用1.5.2vanderWaals力1.5.3氢键1.6酸碱的概念1.6.1Brønsted酸碱理论1.6.2Lewis酸碱理论1.6.3硬软酸碱原理1.7有机化合物的分类1.7.1按碳架分类1.7.2按官能团分类1.8有机化合物的研究程序1.1有机化合物和有机化学有机化合物的组成基本元素：C其它元素：H,N,O,X,S,P,Si等有机化合物为碳氢化合物及其衍生物有机化学是研究C化合物的化学有机化合物性质的变化规律性质有机反应结构与反应性之间的关系组成结构有机化学的研究内容：1.2有机化合物的特性•共价键结合•有机化合物数量庞大，异构现象普遍•易燃烧•熔点较低•难溶于水，易溶于有机溶剂•反应速率一般较小1.3分子结构和结构式分子(molecules):组成的原子按一定的排列顺序，相互影响相互作用而结合在一起的整体分子结构(molecularstructures):原子排列的顺序和相互关系分子式(molecularformulas):表示组成分子的原子种类和数目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇二甲醚分子结构式(molecularstructuralformulas):表示分子中原子连接的顺序表示方式：短线式(dashformulas):缩简式(condensedformulas):键线式(bond-lineformulas):CH3CH2CH2CH3OCHHHH1.4共价键有机化合物中典型的化学键：共价键有机化合物的共同结构特征：共价键结合1.4.1共价键的形成离子键(ionicbonds)：一个或更多的电子从一个原子转移到另一个原子形成离子时产生的键。它是带有相反电荷的质体(species)间的吸引力。Na(气)Na(气)+eCl(气)+eCl(气)Na(气)+Cl(气)NaCl(气)共价键(covalentbonds)：由两个原子间共用一对电子产生的化学键C4H+CHHHHCHHHHKeculé价键式Lewis结构式惰性气体构型八隅体规则(octetrule)最外层电子：H:2电子其它原子:8电子类似于氖的稳定结构乙烯：CHHCHHCCHHHH乙炔：CHCHHCCH(1)价键理论(valencebondtheory)共价键的形成：是成键原子的原子轨道(电子云)相互交盖的结果(2)轨道杂化C:1s22s22px12py12pz0碳原子在基态时的电子构型：HH+HH=氢原子轨道交盖氢分子图1.1氢原子的s轨道交盖形成氢分子杂化轨道理论(hybridorbitaltheory):基态2p2s1s激发态2p2s1ssp3杂化态1ssp3杂化杂化：混合后再重新分配能量相等(a)碳原子轨道的sp3杂化(b)碳原子轨道的sp2杂化(见第三章)(c)碳原子轨道的sp杂化(见第三章)电子跃迁有机化合物的结构特征：C原子为4价(3)分子轨道理论(molecularorbitaltheory)分子轨道(MO)：电子在整个分子中运动的状态函数(ψ)成键轨道反键轨道++-节面ψ*+++++图1.2氢分子轨道形成示意图φ1φ2ψφ1φ2线性组合φ1ψψ*φ2分子轨道原子轨道原子轨道能量图1.3氢原子形成氢分子的轨道能级图原子轨道组成分子轨道必须满足的条件：•能级相近•交盖程度越大，形成的键越稳定•对称性(位相)相同++-xyxy+-+图1.4原子轨道的交盖与对称性共价键键长/nm共价键键长/nmCCCHCNCO0.1540.1090.1470.143CClCBrCCCC0.1770.1910.1340.120表1.1一些共价键的键长1.4.2共价键的属性(1)键长(bondlengths)键长：成键原子的原子核间的平均距离(2)键能(bondenergy)键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。表1.2一些共价键的键能共价键键能/kJ·mol-1共价键键能/kJ·mol-1CCCHCNCOCF347414305360485CClCBrCCCCCI339285218611837形成共价键时体系释放的能量,或断裂共价键时体系吸收的能量。键能：(3)键角(Bondangles)两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。键角：CHHHH109.5°O104°CO121°118°HH甲烷乙醚甲醛键角反映了分子的空间结构(4)键的极性和诱导效应共价键的类型：非极性共价键(nonpolarcovalentbonds)：两个相同的原子成键,电子云对称分布在两个原子之间。HHClCl极性共价键(polarcovalentbonds):不同的原子成键时，由于原子的电负性不同，使电负性较强原子一端的电子云密度较大。HClδδ共价键的极性大小是用偶极矩(μ)来度量的。μ=q.dq:电荷d:正负电荷之间的距离μ:单位为C·m(库[仑]·米)μ=3.57×10-30C·mHCl诱导效应(Inductiveeffect)：CH3CH2CH2CH2Clδδδδδδδ1234详见第十二章12.6.1由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子内电子云密度分布不均匀。这种影响沿分子链键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——诱导效应(I)产物(product)溶剂底物(substrate)试剂(reagent)有机反应的本质：旧键的断裂和新键的生成反应物(reactants)CC+BrBrCCBrBrCCl41.4.3共价键的断裂和有机反应的类型有机反应(organicreactions):共价键断裂的方式：异裂(heterolyticbondcleavage):CLC+LC+L均裂(homolyticbondcleavage):RLR+L自由基(radicals)碳正离子(carbocation)碳负离子(carbanion)有机反应活性中间体：碳正离子、碳负离子、自由基1.5分子间相互作用力1.5.1偶极–偶极相互作用偶极–偶极相互作用：一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。＋-＋-H－ClH－Cl＋-＋-H－ClCl－H极性分子之间的一种相互作用-＋＋＋＋---＋＋＋＋----1.5.2vanderWaals力非极性分子之间存在的吸引力vanderWaals(范德华)力：瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引。1.5.3氢键(hydrogenbonds)HY(Y:N,O,F等原子)Y:电负性很强，原子半径较小H3COHOCH3H两个甲醇分子之间形成的氢键：分子间作用力大小顺序为：氢键偶极-偶极吸引力vanderWaals力1.6酸碱的概念1.6.1Brønsted酸碱理论Brønsted定义：酸：给出质子的分子或离子碱：接受质子的分子或离子H2O+NH3OH+HNH3酸碱碱酸共轭碱共轭酸弱酸的共轭碱是强碱：CH3COOHCH3COO+H+强酸的共轭碱是弱碱：H2SO4HSO4+H+弱碱强酸弱酸强碱1.6.2Lewis酸碱理论Lewis定义：Lewis酸(Lewisacids)：能够接受未共用电子对的分子或离子酸碱络合物电子给予体电子接受体Lewis碱(Lewisbases)：能够给出电子对的分子或离子ClHδδ+OHHOHHH+ClFBFF+OCH2CH3CH2CH3FBFFOCH2CH3CH2CH3Lewis酸：具有空轨道原子的分子或离子HClCH3COOHOHCH3CH2OHLi+Mg2+R+Ag+AlCl3BF3TiCl4SnCl2FeCl3ZnCl2Lewis碱：具有未共用电子对原子的分子或离子H2ONH3CH3NH2CH3OHCH3OCH3XOHCNNH2RRO1.6.3硬软酸碱原理影响酸碱反应难易程度的因素：离子的大小电荷的多少电负性Pearson将Lewis酸碱分为：硬酸：接受体的原子小，带正电荷多，价电子层没有未共用电子对H+Li+Na+K+Mg2+Ca2+Al3+BF3AlCl3SO3CO2HX软酸：接受体的原子大，带正电荷少，价电子层里有未共用电子对RXROTSCu+Ag+Hg2+RS+Br+I+Br2I2硬碱：给予体的原子电负性高，可极化性低，不易被氧化FClAcOSO42-NO3NH3RNH2H2OHOROHRORRO软碱：给予体的原子电负性低，可极化性高，易被氧化RSHSISCNC2H4C6H6RHRSHRSRR3PCN硬酸硬碱外层电子抓得紧软酸软碱外层电子抓得松“硬”、“软”是用来描述酸碱抓电子的松紧程度。1.7有机化合物的分类1.7.1按碳架分类有机化合物(1)开链化合物(脂肪族化合物)(aliphaticcompounds)C原子连接成链状(2)脂环(族)化合物(cycliccompounds)C原子连接成环状(3)芳香族化合物(aromaticcompounds)含有芳环结构(4)杂环化合物(heterocycliccompounds)含有由C原子和其它原子(如O,N,S)连接成环的化合物CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CCHCH3CH2OH乙烷1–丁烯丙炔乙醇开链化合物：脂环化合物：OH环己烷环戊二烯环辛烯环己醇芳香族化合物：OHCl苯萘苯酚氯苯杂环化合物：四氢呋喃噻吩吡啶糠醛SONOCHO1.7.2按官能团分类官能团(functionalgroups):容易发生反应的原子或基团表1.3一些常见的重要官能团化合物类型化合物官能团构造官能团名称烯烃炔烃卤代烃醇和酚醚醛酮羧酸腈胺硝基化合物硫醇磺酸H2CCH2HCCHCH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5OC2H5CH3CHOCH3CCH3OCH3COHOCH3CNCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HCCCCXOHCOCCHOCOCOHOCNNH2NO2SHSO3H碳碳双键碳碳三键卤基(卤原子)羟基醚键醛基酮基(羰基)羧基氰基氨基硝基巯基磺基参考书(Reference):1.FrancisA.CarryOrganicchemistry4thedition2.JohnMcMurryOrganicchemistry5thedition3.T.W.GrahamSolomonsOrganicchemistry5theditionand6thedition4.王积涛主编《有机化学》（第二版）5.邢其毅主编《基础有机化学》（第二版）