第一章绪论 学习要求 1.了解有机化学的发展简史,激发学生的学习兴趣和求知欲 2.掌握共价键理论及其在有机化学上的应用 3.了解研究有机物的一般方法及分类。 §1—1有机化学的研究对象 有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的化学。 有机化合物与有机化学的定义 自从化学工作者发现有机化合物以后,通过大量科学研究,在总结前人工作 的基础上提出了有机化学和有机化合物的定义: 1.有机化合物 碳化合物 有机化学—研究碳化合物的化学(代表人是凯库勒,德国人) 凯库勒的说法不够确切,也不完整。象C0、COa及碳酸盐,氰化物等也是含 碳化合物。因为它们的性质和无机盐相似,却归属于无机化合物而不属于有机物。 2.有机化合物 碳氢化合物及其衍生物(代表人是肖莱马,德国人) 有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学 有机化合物的特点 1.组成和结构之特点 有机化合物:种类繁多、数目庞大(已知有七百多万种、且还在不但增加) 但组成元素少(C,H,O,N,P,S,X等) 原因:1)C原子自身相互结合能力强 2)结合的方式多种多样(单键、双键、三键、链状、环状) 3)同分异构现象普遍(构造异构、构型异构、构象异构) 例如,C2H0就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物、见P1 2.性质上的特点 物理性质方面特点 1)挥发性大,熔点、沸点低
• 1 • 第一章 绪 论 学习要求 1．了解有机化学的发展简史，激发学生的学习兴趣和求知欲； 2．掌握共价键理论及其在有机化学上的应用； 3．了解研究有机物的一般方法及分类。 §1—1 有机化学的研究对象 有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的化学。 一、 有机化合物与有机化学的定义 自从化学工作者发现有机化合物以后，通过大量科学研究，在总结前人工作 的基础上提出了有机化学和有机化合物的定义： 1． 有机化合物 碳化合物 有机化学 研究碳化合物的化学（代表人是凯库勒，德国人） 凯库勒的说法不够确切，也不完整。象 CO、CO2及碳酸盐，氰化物等也是含 碳化合物。因为它们的性质和无机盐相似，却归属于无机化合物而不属于有机物。 2． 有机化合物 碳氢化合物及其衍生物（代表人是肖莱马，德国人） 有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学 二、 有机化合物的特点 1．组成和结构之特点 有机化合物：种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不但增加） 但组成元素少 （C， H， O， N ，P， S， X 等） 原因： 1） C 原子自身相互结合能力强 2) 结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状） 3) 同分异构现象普遍 （构造异构、构型异构、构象异构） 例如，C2H6O 就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物、见 P1 2．性质上的特点 物理性质方面特点 1) 挥发性大，熔点、沸点低
很多典型的无机物是离子化合物,它们的结晶是由离子排列而成的,晶格能 较大,若要破坏这个有规则的排列,则需要较多的能量,故熔点、沸点一般较高。 而有机物多以共价键结合,它的结构单元往往是分子,其分子间的作用力较弱。 因此,熔点、沸点一般较低。在实验室里便于测定,所以常用有机物的熔点来鉴 定,鉴别有机物。 有机物的熔点一般小于300℃(400℃),无机物的熔点一般较高,氯化钠的 熔点为800℃ )水溶性差(大多不容或难溶于水,易溶于有机溶剂) 水是一种极性很强、介电常数很大的液体,故极性较强的无机物就易溶于水 中,而有机物一般为非极性或极性较弱的化合物,所以有机物多数都不溶于极性 溶剂中,然而糖、乙醇、乙酸等含有极性强的基团,在水中的溶解度较大。 化学性质方面的特点 1)易燃烧 碳氢化合物,燃烧的最终产物是二氧碳和水。除少数外一般的有机物都易燃 大多数无机物不能着火,也不能烧尽。可利用这个性质来初步区别有机物和无机 物 我们日常食用的糖和盐可以看成是有机物和无机物的两个典型代表。糖加热 发烟、变黑、烧焦,而盐是烧不焦的。大多数有机物都易燃,例酒精、棉花、石 油等,在实验室中可采用灼烧来区别有机物和无机物,即将样品话白金属片或坩 锅盖上慢慢用火焰加热,有机物将碳化燃烧至尽,不留残渣,无机物则不易燃烧。 2)热稳定性差,易受热分解(许多化合物在200~300度就分解) 而有机物多以共价键结合,它的结构单元往往是分子,其分子间的作用力较弱。 3)反应速度慢 无机反应一般都是离子反应,往往瞬间可完成。例卤离子和银离子相遇时即 刻形成不溶解的卤化银沉淀。有机反应一般是非离子反应,速度较慢,但也有例 外,有机炸药的爆炸。为了加速有机反应常采用加热,加催化剂或用光照射等手 段
• 2 • 很多典型的无机物是离子化合物，它们的结晶是由离子排列而成的，晶格能 较大，若要破坏这个有规则的排列，则需要较多的能量，故熔点、沸点一般较高。 而有机物多以共价键结合，它的结构单元往往是分子，其分子间的作用力较弱。 因此，熔点、沸点一般较低。在实验室里便于测定，所以常用有机物的熔点来鉴 定，鉴别有机物。 有机物的熔点一般小于 300℃(400℃)，无机物的熔点一般较高，氯化钠的 熔点为 800℃。 2) 水溶性差 （大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂） 水是一种极性很强、介电常数很大的液体，故极性较强的无机物就易溶于水 中，而有机物一般为非极性或极性较弱的化合物，所以有机物多数都不溶于极性 溶剂中，然而糖、乙醇、乙酸等含有极性强的基团，在水中的溶解度较大。 化学性质方面的特点 1) 易燃烧 碳氢化合物，燃烧的最终产物是二氧碳和水。除少数外一般的有机物都易燃。 大多数无机物不能着火，也不能烧尽。可利用这个性质来初步区别有机物和无机 物。 我们日常食用的糖和盐可以看成是有机物和无机物的两个典型代表。糖加热 发烟、变黑、烧焦，而盐是烧不焦的。大多数有机物都易燃，例酒精、棉花、石 油等，在实验室中可采用灼烧来区别有机物和无机物，即将样品话白金属片或坩 锅盖上慢慢用火焰加热，有机物将碳化燃烧至尽，不留残渣，无机物则不易燃烧。 2) 热稳定性差，易受热分解（许多化合物在 200~300 度就分解） 而有机物多以共价键结合，它的结构单元往往是分子，其分子间的作用力较弱。 3) 反应速度慢 无机反应一般都是离子反应，往往瞬间可完成。例卤离子和银离子相遇时即 刻形成不溶解的卤化银沉淀。有机反应一般是非离子反应，速度较慢，但也有例 外，有机炸药的爆炸。为了加速有机反应常采用加热，加催化剂或用光照射等手 段
4)反应复杂,副反应多 有机反应常伴有付反应发生。有机物分子比较复杂。能起反应的部位比较多。 因此反应时常产生复杂的混合物使主要的反应产物大大降低。一个有机反应若能 达到60-70%的产率,就比较令人满意了。但科学研究中为了提取某种需要的物 质,往往产率只有1%也认为是可行的。由于产物复杂,所以有机物的分离技术 是很重要的 三、有机化学发展简史 回顾发展史,有助于我们今天的学习。我们可以借鉴前人提出问题和解决问 题的思路与方法。实际上,有机化学作为一门科学,只有二百年的历史。有机化 学和其它学科一样,在其发展的历史长河中,有着许多耐人寻味,发人深醒,令 人鼓舞的历史资料。 科学研究者们在推进科学前进的奋斗中,经常忽视了他们专业的历史。这是 令人遗憾的,因为历史,特别是学术思想的历史,能交给我们许多关于创造性思 维的心理。 1.有机物的利用。人类应用有机物的开端,可以追溯到非常久远的年代, 在有历史记载之前,我国在夏、商时代人们就会酿酒为了满足生活的需要,以后 逐渐地使用染料,香料、草药等,地这个时期已经积累了比较丰富的实践经验, 但由于生产力的落后,人类对有机物的认识仍然停留在初级阶段,还没有发展成 为一门科学科。 人类使用有机物的历史很长,世界上几个文明古国很早就掌握了酿酒、造醋 和制饴糖的技术。据记载,中国古代曾制取到一些较纯的有机物质,如没食子酸 (982-992)、乌头碱(1522年以前)、甘露醇(1037-1101)等;16世纪后期,西欧 制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。由于这些有机物都是直接或间接来自动植物 体,因此,177年,瑞典化学家 Bergman将从动植物体内得到的物质称为有机物, 以示区别于有关矿物质的无机物。 有机化学的发展是在十八世纪,随着资产阶级在欧洲兴起,以使用机器为特 点的大工业迅速发展起来,这样就需要大量的化学材料,有机化学正是在这样的
• 3 • 4) 反应复杂，副反应多 有机反应常伴有付反应发生。有机物分子比较复杂。能起反应的部位比较多。 因此反应时常产生复杂的混合物使主要的反应产物大大降低。一个有机反应若能 达到 60-70%的产率，就比较令人满意了。但科学研究中为了提取某种需要的物 质，往往产率只有 1%也认为是可行的。由于产物复杂，所以有机物的分离技术 是很重要的 三、 有机化学发展简史 回顾发展史，有助于我们今天的学习。我们可以借鉴前人提出问题和解决问 题的思路与方法。实际上，有机化学作为一门科学，只有二百年的历史。有机化 学和其它学科一样，在其发展的历史长河中，有着许多耐人寻味，发人深醒，令 人鼓舞的历史资料。 科学研究者们在推进科学前进的奋斗中，经常忽视了他们专业的历史。这是 令人遗憾的，因为历史，特别是学术思想的历史，能交给我们许多关于创造性思 维的心理。 1．有机物的利用。人类应用有机物的开端，可以追溯到非常久远的年代， 在有历史记载之前，我国在夏、商时代人们就会酿酒为了满足生活的需要，以后 逐渐地使用染料，香料、草药等，地这个时期已经积累了比较丰富的实践经验， 但由于生产力的落后，人类对有机物的认识仍然停留在初级阶段，还没有发展成 为一门科学科。 人类使用有机物的历史很长，世界上几个文明古国很早就掌握了酿酒、造醋 和制饴糖的技术。据记载,中国古代曾制取到一些较纯的有机物质,如没食子酸 (982--992)、乌头碱(1522 年以前)、甘露醇(1037--1101)等;16 世纪后期,西欧 制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。由于这些有机物都是直接或间接来自动植物 体，因此,1777 年，瑞典化学家 Bergman 将从动植物体内得到的物质称为有机物， 以示区别于有关矿物质的无机物。 有机化学的发展是在十八世纪，随着资产阶级在欧洲兴起，以使用机器为特 点的大工业迅速发展起来，这样就需要大量的化学材料，有机化学正是在这样的
社会需要的推动下产生和发展起来的。 2.“生命力”的禁区 十八世纪末:发现有些物质在动物和植物中都能存在,于是把存在于生物体 的物质统称为“有机物”。矿物质称为“无机物”。 限于当时科学水平,还不能在实验室里从“无机物”制取“有机物”。主要 是从动植物中提取有机物。于是便错误的认为有机物只能从动植物有机体中得 到,无形中在无机物和有机物之间划了一条不可愈越的鸿沟。 十九世纪初:瑞典化学家J. Berzelius(贝齐里斯)提出“生命力”论,严 重的阻碍了有机化学的发展,使人们放弃了人工合成有机物。当时瑞典化学家 J. Berzelius在研究有机物工作中,遇到了许多的困难后,提出了只有生物才能 制造有机物。因为生物具有一种“生命力”,依靠这种“生命力”,便可以进行那 些在实验室内所不能进行的各种化学反应而且还对有机化学下了一个定义:“有 机化学是动植物的存在生命影响下所生成的物质的化学。”这个唯心的“生命力” 论曾阻碍过有机化学的发展,有机物需要靠神秘的“生命力”在活体內才能制造, 决不能在实验室中用化学方法从无机物制备。这种思想曾一度牢固地统治着有机 化学界,使人们放弃了用人工合成有机物的想法。 有机化学中的“有机”二字,由此产生,有机物只能从动植物中提取而不能 人工合成。 3.冲破“生命力”论 1828年,德国化学家维勒,冲破了“生命力”论的束缚,在实验室将无机 物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。 NH4CNO→(NH2)2C0 维勒的这一成果并没有立即得到同行们的承认,但合成尿素的成功,直接地 冲击了“生命力”论,从而敲响了“生命力”论的丧钟,在有机物和无机物之间 的界限上打开了一个缺口,尿素的合成,启发了许多化学家,继维勒工作之后, 更多的有机物合成成功。 1845年,德国的柯尔柏(. Kolbe)合成醋酸
• 4 • 社会需要的推动下产生和发展起来的。 2．“生命力”的禁区 十八世纪末：发现有些物质在动物和植物中都能存在，于是把存在于生物体 的物质统称为“有机物”。矿物质称为“无机物”。 限于当时科学水平，还不能在实验室里从“无机物”制取“有机物”。主要 是从动植物中提取有机物。于是便错误的认为有机物只能从动植物有机体中得 到，无形中在无机物和有机物之间划了一条不可愈越的鸿沟。 十九世纪初：瑞典化学家 J.Berzeliua（贝齐里斯）提出“生命力”论，严 重的阻碍了有机化学的发展，使人们放弃了人工合成有机物。当时瑞典化学家 J.Berzeliua 在研究有机物工作中，遇到了许多的困难后，提出了只有生物才能 制造有机物。因为生物具有一种“生命力”，依靠这种“生命力”，便可以进行那 些在实验室内所不能进行的各种化学反应而且还对有机化学下了一个定义：“有 机化学是动植物的存在生命影响下所生成的物质的化学。”这个唯心的“生命力” 论曾阻碍过有机化学的发展，有机物需要靠神秘的“生命力”在活体内才能制造， 决不能在实验室中用化学方法从无机物制备。这种思想曾一度牢固地统治着有机 化学界，使人们放弃了用人工合成有机物的想法。 有机化学中的“有机”二字，由此产生，有机物只能从动植物中提取而不能 人工合成。 3．冲破“生命力”论 1828 年，德国化学家维勒，冲破了“生命力”论的束缚，在实验室将无机 物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。 NH4CNO→（NH2）2CO 维勒的这一成果并没有立即得到同行们的承认，但合成尿素的成功，直接地 冲击了“生命力”论，从而敲响了“生命力”论的丧钟，在有机物和无机物之间 的界限上打开了一个缺口，尿素的合成，启发了许多化学家，继维勒工作之后， 更多的有机物合成成功。 1845 年，德国的柯尔柏(H.Kolnbe)合成醋酸
1854年,法国的柏塞罗M. Bevthlot)合成了油脂。 事实证明了人工合成有机物是完全可能的,从而流行一时的“生命力”论 终于被击溃了。恩格斯在《自然辩证法》导言中写道:“由于用无机的方法制造 出过去一直只能在活的机体中产生的化合物,它就证明了化学定律对有机物和无 机物同样适用,而且把康德还认为地无机界和有机界之间的永远不可逾越的鸿沟 大部分填起来了。” 这样,有机化学进入了合成的时代。随着有机合成的迅速发展,积累了大量 的实验资料,人们愈来愈清楚地知道,在有机物与无机物之间并没有一个绝对的 界限,它们遵循着共同的变化规律,但在组成上和性质上这两类物质的确存在着 某些不同之处。 1965年,我国的化学工作者成功的合成了胰岛素。(胰岛素:一种重要的激 素。主要功能是调节糖的代谢及促进脂肪、蛋白质)。这是在有机合成方面,我 们中国的骄傲。有人这样评价,尿素的合成突破了无机物和有机物的界限。而胰 岛素的合成突破了一般有机物和生物高分子的界限,从而开创了人工合成蛋白质 的新时期 1981年,我国又人工合成了与天然转移核糖核酸完全相同的化学结构和生 物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。 4.碳的立体化学 有机化学进入了合成时代后,发展很快,积累了很多有机物,为了深入研究 有机化合物,就需要进行分子结构的研究。 1858年,德国化学家凯库勒和英国化学家库帕,提出了有机化合物分子中 碳原子是四价的概念。有机化学从十九世纪前的无维概念经过了十九世纪早期的 一维概念而发展到了二维概念。这一概括构成了有机物经典结构理论的核心。 1861年,俄国化学家布特列洛夫,运用了碳四价的概念,首次提出了化学 结构的概念。认为结构是原子在分子中结合的序列,绝大多数有机物具有固定的 结构,而结构规定了化合物的物理特征和反应行为 1865年,凯库勒提出了苯的结构
• 5 • 1854 年，法国的柏塞罗(M.Bevthlot)合成了油脂。 事实证明了人工合成有机物是完全可能的，从而流行一时的“生命力”论， 终于被击溃了。恩格斯在《自然辩证法》导言中写道：“由于用无机的方法制造 出过去一直只能在活的机体中产生的化合物，它就证明了化学定律对有机物和无 机物同样适用，而且把康德还认为地无机界和有机界之间的永远不可逾越的鸿沟 大部分填起来了。” 这样，有机化学进入了合成的时代。随着有机合成的迅速发展，积累了大量 的实验资料，人们愈来愈清楚地知道，在有机物与无机物之间并没有一个绝对的 界限，它们遵循着共同的变化规律，但在组成上和性质上这两类物质的确存在着 某些不同之处。 1965 年，我国的化学工作者成功的合成了胰岛素。（胰岛素：一种重要的激 素。主要功能是调节糖的代谢及促进脂肪、蛋白质）。这是在有机合成方面，我 们中国的骄傲。有人这样评价，尿素的合成突破了无机物和有机物的界限。而胰 岛素的合成突破了一般有机物和生物高分子的界限，从而开创了人工合成蛋白质 的新时期。 1981 年，我国又人工合成了与天然转移核糖核酸完全相同的化学结构和生 物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。 4.碳的立体化学 有机化学进入了合成时代后，发展很快，积累了很多有机物，为了深入研究 有机化合物，就需要进行分子结构的研究。 1858 年，德国化学家凯库勒和英国化学家库帕，提出了有机化合物分子中 碳原子是四价的概念。有机化学从十九世纪前的无维概念经过了十九世纪早期的 一维概念而发展到了二维概念。这一概括构成了有机物经典结构理论的核心。 1861 年，俄国化学家布特列洛夫，运用了碳四价的概念，首次提出了化学 结构的概念。认为结构是原子在分子中结合的序列，绝大多数有机物具有固定的 结构，而结构规定了化合物的物理特征和反应行为。 1865 年，凯库勒提出了苯的结构