第一章绪论 教学目标： 1.了解有机化学研究的对象及其在现代化建设中的重要作用 2.掌握价键理论的要点、共价键的属性及诱导效应的理论 3.掌握有机试剂的分类 4.了解有机反应的类型 教学重点、难点： 1.有机化合物的结构特征和有机反应类型 2.诱导效应的概念、有机反应中间体、亲电试剂和亲核试剂 教学方法、手段：讲授、CAI课件辅助教学。 本章学时：2学时
教学内容： 绪论 第一节有机化学和有机化合物 一、有机化学的研究对象 有机化学是化学学科的一个重要分支，它诞生于19世纪初期，迄今不足200年，但已 成为与人类生活有着密切关系的一门学科。有机化学的研究对象是有机化合物。有机化合物 大量存在于自然界，粮、油、棉、麻、毛、丝、木材、糖、蛋白质、农药、塑料、染料、 香料、医药、石油等大多数都是有机化合物。 1828年，德国化学家伍勒在研究氰酸盐的过程中，意外地发现了有机物尿素的尘成。 AgOCN NH4C1--NHaOCN AgC1 NH40CN△，H2N-C-NH2 这是世界上第一次在实验室的玻璃器中从无机物制得有机物。 有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物，有机化学就是研究碳氢化合物及其衍尘物的化 学。在化学上，通常把含有碳氢两种元素的化合物称为烃。因此，有机化合物就是烃及其衍 生物，有机化学也就是研究烃及其衍生物的化学。 二、有机化学与农业科学的关系 有机化学既是学习农业科学的基础，又是进行农业科学研究的工具。因此，只有掌握有 机化学的基本理论、基本知识和基本操作技能，才能史好地学习农业科学技术和从事农业科 学的研究。 三、有机化合物的特性 有机化学作为一门独立的学科，其研究的对象有机化合物与无机化合物在性质上存在着 一定的差异。有机化合物一般具有1下特性。 1.易燃烧 除少数例外，一般有机化合物都含有碳和氢两种元素，因此容易燃烧，生成二氧化碳和 水，同时放出大量的热量。大多数无机化合物，酸、碱、盐、氧化物等都不能燃烧。因而 有时采用灼烧试验可以区别有机物和无机物。 2.熔、沸点低 在室温下，绝大多数无机化合物都是高熔点的固体，而有机化合物通常为气体、液体或 低熔点的固体。例，氯化钠和丙酮的相对分子质量相当，但二者的熔、沸点相差很大。 NaCl(氯化钠) CL.C0CL(丙) 相对分了质量 58.44 58.08 熔点/℃ 801 -95.35 沸点/℃ 1413 56.2 大多数有机化合物的熔点一般在400℃以下，而且它们的熔、沸点随着相对分子质量的 增加而逐渐增加。一般地说，纯粹的有机化合物都有固定的熔点和沸点。因此，熔点和沸点 是有机化合物的重要物理常数，人们常利用熔点和沸点的测定来鉴定有机化合物
3.难溶于水、易溶于有机溶剂 水是一种强极性物质，所以以离子键结合的无机化合物大多易溶于水，不易 溶于有机溶剂。而有机化合物一般都是共价键型化合物，极性很小或无极性，所 以大多数有机化合物在水中的溶解度都很小，但易溶于极性小的或非极性的有机 溶剂（如乙醚、苯、烃、丙酮等）中，这就是“相似相溶”的经验规律。正因为 如此，有机反应常在有机溶剂中进行。 A.反应速度慢 无机反应是离子型反应，一般反应速度都很快。如1H与OH的反应，Ag与CI生成AgC1 沉淀的反应等都是在瞬间完成的。 有机反应大部分是分子间的反应，反应过程中包括共价键旧键的断裂和新键 的形成，所以反应速度比较慢。一般需要几小时，甚至几十小时才能完成。为了 加速有机反应的进行，常采用加热、光照、搅拌或加催化剂等措施。随着新的合 成方法的出现，改善反应条件，促使有机反应速度的加快也是很有希望的。 5.副反应多，产物复杂 有机化合物的分子大多是由多个原子结合而成的复杂分子，所以在有机反应 中，反应中心往往不局限于分子的某一固定部位，常常可以在不同部位同时发生 反应，得到多种产物。反应生成的初级产物还可继续发生反应，得到进一步的产 物。因此在有机反应中，除了生成主要产物以外，还常常有副产物生成。 为了提高主产物的收率，控制好反应条件是十分必要的。由于得到的产物是 混合物，故需要经分离、提纯的步骤，以获得较纯净的物质。 6.同分异构现象普遍存在 同分异构现象是有机化学中极为普遍而又很重要的问题，也是造成有机化合物数目繁多 (现己知有机化合物有1千力种以上)的主要原因之一。所谓同分异构现象是指具有相同分 子式，但结构不同，从而性质各异的现象。例，乙醇和甲醚，分子式均为C0,但它们 的结构不同，因而物理和化学性质也不相同。乙醇和甲醚互为同分异构体。 HH H-C-C-0-H H-C-0-C-H 乙醇 b.p.78.5℃ 中醚 b.p.-25℃ 山于在有机化学中普遍存在同分异构现象，故在有机化学中不能只用分子式来表示某 有机化合物，必须使用构造式或构型式。 四、研究有机化合物的程序和方法 研究一种新的有机化合物，一般要经过下列程序和方法。 1.分离提纯 2.纯度的鉴定 3.实验式和分子式的确定 4.结构式的确定 第二节共价键的一般概念 一、共价键理论 在讨论共价键理论之前，先简单的介绍原子轨道。 1.原子轨道
原子是山原子核和核外电子两部分组成的，电子绕核作高 速运动。化学反应主要涉及原子外层电子运动状态的改变。 核外电子作为一种微观粒子，它的运动具有粒子性和波动 性，即它的运动是量子化的，对这种微观粒子的运动规律必 须用量子力学来描述。 常用小黑点的密度大小来表示电子出现的几率大小。 电子在核外的分布就好像云雾一样，因此把这种分布形象 地称为电子云。这种电子在空间可能出现的区域称为原子 轨道，通常用1s轨道、2s轨道、2p轨道、3s轨道、3p 轨道…来表示。 2.价键理论 价键法是量子化学中处理化学键问题的一种近似方法，它与分子轨道法是互相补充的。 价键理论认为，共价键的形成可以看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果。原子轨道 重叠后，在两个原子核间电子云密度较大，因而降低了两核之间的正电排斥，增加了两核对 负电的吸引，使整个体系的能量降低，形成稳定的共价键。成键的电子定域在两个成键原子 之间。 果两个原子各有一个未成对的电子，并月自旋方向相反，其原子轨道就可重叠形成 个共价键。例1，两个氢原子的1s轨道互相重叠生成氢分子（图0-3）。 HH 氢原了 原了轨道的重叠 氢分了 在形成共价键时，一个原子有几个未成对电子，它就可以和几个自旋方向相反的电子配 对成键，不再与多于它的未成对电子配对。这就是共价键的饱和性。 在原子轨道重叠时，重叠的程度越大，所形成的共价键越牢固。因此，在形成稳定的共 价键时，原子轨道只能沿键轴的方向进行重叠才小能达到最大程度的重叠，这就是共价键的方 向性。 (1)轨道有最人的重叠 (2)重叠较小（不稳定结合） (3)不能结合 3.碳原子的价键特点和杂化轨道 (1)碳原子的价键特点在元素周期表中，碳原子是第二周期第四主族元素。基念 时，核外电子排布为：1s2s22知，。碳在周期表中的位置决定了它既不容易得到四个电子 形成C型化合物，也不容易失去四个电子形成C型化合物。因此，碳原子之间相互结合或
与其它原子结合时，都是通过共用电子对而结合成共价键。 碳原子是四价的，它可以与其它原子或自身形成单键，也可以形成双键或叁键。 (2)碳原子轨道的杂化碳原子在基念时，只有两个未成对电子。根据价键理论和 分子轨道理论，碳原子应是两价的。但大量事实都证实，在有机化合物中碳原子都是四价的， 而月在饱和化合物中，碳的四价都是等同的。为了解决这类矛盾，1931年鲍林提出了原子轨 道杂化理论。 杂化轨道理论认为：碳原子在成键的过程中首先要吸收一定的能量，使2s轨道的一个 电子跃迁到2p空轨道中，形成碳原子的激发念。激发念的碳原子具有四个单电子，因此碳 原子为四价的。 跃江 111 2p 2p.2p 2D.2p,2p 2s 2s 基态 激发态 杂化轨道又认为：碳原子在成键时，四个原子轨道可以“混合起来”进行“重新组合” 形成四个能量等同的新轨道，称为杂化轨道。杂化轨道的能量稍高于2s轨道的能量，稍低 于2轨道的能量。这种山不同类型的轨道混合起来重新组合成新轨道的过程，叫做“轨道 的杂化”。杂化轨道的数目等于参加组合的原子轨道的数目。 碳原子轨道的杂化有二种形式： sp杂化山一个2s轨道和二个2p轨道杂化形成四个能量相等的新轨道，叫做sp杂化 轨道，这种杂化方式叫做sp杂化。： 11 2p sP杂化 11 sp 2.s 能最 sp杂化轨道的形状及能量既不同于2s轨道，又个同于2p轨道，它含有1/4的s成分 和3/4的p成分。sp杂化轨道是有方向性的，即在对称轴的一个方向上集中，四个sp杂化 轨道呈四面体分布，轨道对称轴之间的夹角均为109°28”（图0-10）。 sp杂化山一个2s轨道和两个2p轨道重新组合成三个能量等同的杂化轨道，称sD 杂化。： E 111 2p sp杂化 11 必 2s 能量 sp杂化轨道的形状与sD杂化轨道相似，sp杂化轨道含有1/3的s成分和2/3的p成 分，这二个s杂化轨道的对称轴在同一平面上，并以碳原子核为中心，分别指向正三角形 的三个顶点，对称轴的夹角为120°。碳原子还余下一个未参与杂化的2p轨道，仍保持原来