第1章 有机化合物的结构和性质.ppt
第第1 1章章绪绪 论论常州大学化学化工学院常州大学化学化工学院崔爱军崔爱军13921042135，1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学1.2 有机化合物结构上的特点有机化合物结构上的特点 1.3 有机化合物中的共价键有机化合物中的共价键 (键长、键角、建能、键的极性键长、键角、建能、键的极性)1.4 共价键的性质共价键的性质1.5 有机化学中的酸碱概念有机化学中的酸碱概念 (Brnsted酸碱、酸碱、Lewis酸碱酸碱)1.6 有机化合物的分类有机化合物的分类1.1 1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 有机化合物除了含有碳元素外，还含有有机化合物除了含有碳元素外，还含有H、O、N、S、X等元素，其中尤以等元素，其中尤以C、H元素为主。元素为主。有机化合物可以看作有机化合物可以看作碳氢化合物碳氢化合物以及以及从碳氢化从碳氢化合物衍生合物衍生而得的化合物。而得的化合物。有机化合物的概念有机化合物的概念有机化学的发展有机化学的发展 1828年年维勒维勒(Whler)在实验室由氰酸铵在实验室由氰酸铵(NH4OCN)合合成尿素成尿素(NH2CONH2),促进了有机化合物的人工合成促进了有机化合物的人工合成:有机化学奠基于有机化学奠基于1818世纪中叶，生命力学说。世纪中叶，生命力学说。有机化学有机化学 就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学.18451845年年KolbeKolbe合成了醋酸；合成了醋酸；18541854年，柏赛罗年，柏赛罗(M.berthelotM.berthelot)合成油脂类化合物等。合成油脂类化合物等。1874 1874年肖莱马（年肖莱马（K.SchorlemmerK.Schorlemmer）又将有机化）又将有机化学学 定义为定义为研究碳氢化合物及其衍生物的化学研究碳氢化合物及其衍生物的化学。在有机物和无机物之间在有机物和无机物之间并没有一个明确的分界线并没有一个明确的分界线，但在组成与性质上确实存在着许多不同之处。但在组成与性质上确实存在着许多不同之处。1.2 1.2 有机化合物的特点有机化合物的特点(1).(1).结构上存在同分异构现象结构上存在同分异构现象 （产生同分异构现象的本质是在产生同分异构现象的本质是在分子中原子成键的分子中原子成键的顺序和空间排列方式不同顺序和空间排列方式不同.）分子式相同而结构相异分子式相同而结构相异因而其性质也各异的不同化因而其性质也各异的不同化合物合物,称为同分异构体称为同分异构体,这种现象叫同分异构现象。这种现象叫同分异构现象。例例1:乙醇乙醇和二甲醚和二甲醚 CH3CH2-OH,CH3-O-CH3 例例2:丁丁烷烷和和异丁烷异丁烷 CH3CH2CH2CH3,CH3CH(CH3)CH3(2).(2).性质上的若干特点性质上的若干特点“燃、低、难、共、慢燃、低、难、共、慢”容易燃烧，生成容易燃烧，生成CO2和和H2O；熔点、沸点低，热稳定性差；熔点、沸点低，热稳定性差；难溶于极性大的水，易溶于非极性的有机溶剂；难溶于极性大的水，易溶于非极性的有机溶剂；原子间主要以共价键结合；原子间主要以共价键结合；反应速度慢、副反应多。反应速度慢、副反应多。一般一般400 oCm.p.（NaCl）=801 oC；b.p.（NaCl）=1413 oC1.3 1.3 有机化合物中的共价键有机化合物中的共价键18571858年德国化学家年德国化学家凯库勒凯库勒（F.A.Kekule）和英和英国化学家国化学家库帕库帕（A.S.Couper）分别提出了分别提出了“碳的四碳的四碳的四碳的四价概念价概念价概念价概念”和和和和“碳碳可以相互结合成键碳碳可以相互结合成键碳碳可以相互结合成键碳碳可以相互结合成键”的学说。为的学说。为有机化学结构理论的建立奠定了基础。有机化学结构理论的建立奠定了基础。碳原子核外电子排布碳原子核外电子排布 1S22S22P2,不易获得或失去价电子不易获得或失去价电子,易形成共价键。易形成共价键。路易斯结构式路易斯结构式:用共用电子的点来表示共价键的结构式用共用电子的点来表示共价键的结构式.凯库勒结构式凯库勒结构式:用一根短线代表一个共价键用一根短线代表一个共价键.路易斯式路易斯式凯库勒式凯库勒式量子化学的价键理论量子化学的价键理论:原子轨道原子轨道原子中每个电子的运动状态都可以用一个原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的波函数单电子的波函数(x,y,z)来描述，来描述，称为原子轨道，因此称为原子轨道，因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状。电子云的形状也可以表达为轨道的形状。S 轨道轨道S轨道轨道P 轨道轨道基态基态激发态激发态sp3杂化态杂化态C原子原子2s电子的激发和电子的激发和sp3杂化杂化杂化轨道杂化轨道杂化轨道杂化轨道若干不同类型的能量相近的原子轨道进若干不同类型的能量相近的原子轨道进行线性组合，重新组合成一组新轨道。行线性组合，重新组合成一组新轨道。这四个这四个sp3杂化轨道的能量是相等的，每一轨道相等于杂化轨道的能量是相等的，每一轨道相等于1/4 s成分，成分，3/4 p成分成分.CH4(1)键长键长形成共价键的两个原子的原子核之间的形成共价键的两个原子的原子核之间的距离距离.(2)键角键角(方向性方向性)任何一个两价以上的原子任何一个两价以上的原子,与其与其它原子所形成的两个共价键之间的夹角它原子所形成的两个共价键之间的夹角.(3)键能键能 气态原子气态原子A和和气态气态原子原子B结合成结合成A-B分子分子(气态气态)所放出的能量所放出的能量,也就是气态分子也就是气态分子A-B理解成理解成A和和B两个原子两个原子(气态气态)时所吸收的能量时所吸收的能量.泛指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值泛指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值.离离解解能能一一个个共共价价键键离离解解所所需需的的能能量量.指指离离解解特特定共价键的键能定共价键的键能.1.4 1.4 有机化合物中共价键的性质有机化合物中共价键的性质 (4)(4)键的极性和元素的电负性键的极性和元素的电负性分子的偶极矩分子的偶极矩 HHH H，ClClClCl，成成键键电电子子云云对对称称分分布布于于两两个个原原子子之之间间，这这样样的的共共价价键键没没有有极极性性。下下列列化化合合物物有极性：有极性：H H(+)ClCl(-)，H H3 3C C(+)ClCl(-)键的极性大小主要取决于成键两原子的电负性值键的极性大小主要取决于成键两原子的电负性值之差，与外界条件无关，是永久的性质。之差，与外界条件无关，是永久的性质。电负性电负性：一个元素吸引电子的能力。：一个元素吸引电子的能力。共价键的断裂方式共价键的断裂方式均裂均裂:两个原子之间的共用电子对均匀分裂两个原子之间的共用电子对均匀分裂,两个原两个原子各保留一个电子的断裂方式。产生活泼的子各保留一个电子的断裂方式。产生活泼的自由基自由基(游离基游离基).A:B A+B Cl:Cl (光照光照)Cl+Cl CH4+Cl CH3 +H:Cl 1.5 1.5 共价键的断裂与反应类型共价键的断裂与反应类型发生键均裂的反应称为均裂反应（发生键均裂的反应称为均裂反应（自由基型反应自由基型反应）自由基的稳定性自由基的稳定性异异裂裂:共共价价键键断断裂裂时时,两两原原子子间间的的共共用用电电子子对对完完全全转转移移到到其其中中的的一一个个原原子子上上的的断断裂裂方方式式。结结果果产产生生正正、负离子负离子.A:B A+B-(CH3)3C:Cl (CH3)3C+Cl-发生键异裂的反应称为异裂反应（发生键异裂的反应称为异裂反应（离子型反应离子型反应）。）。碳正离子的稳定性碳正离子的稳定性1.5 有机化学中的酸碱概念有机化学中的酸碱概念1.5.1 布伦斯特和路易斯酸碱定义布伦斯特和路易斯酸碱定义v 强酸的共轭碱必是弱碱强酸的共轭碱必是弱碱(如：如：HCl和和Cl-)v 弱酸弱酸(CH3COOH)的共轭碱是强碱（的共轭碱是强碱（CH3COO-)v 酸碱的概念是相对的酸碱的概念是相对的(1)布伦斯特布伦斯特(Brnsted)酸碱酸碱凡是能给出凡是能给出质子质子的叫酸，凡是能与质子结合的叫碱。的叫酸，凡是能与质子结合的叫碱。在有机化学中的酸碱一般指此类在有机化学中的酸碱一般指此类.HCl Cl-(共轭酸碱共轭酸碱)HSO4-HCO3-(既是酸既是酸,也是碱也是碱)(2)路易斯路易斯(Lewis)酸碱酸碱凡是能接受外来凡是能接受外来电子对电子对的都叫做酸的都叫做酸,凡是能给予电子对凡是能给予电子对的都叫做碱的都叫做碱.缺电子的化合物通常是路易斯酸；缺电子的化合物通常是路易斯酸；具有孤对电子的化合物通常是路易斯碱。具有孤对电子的化合物通常是路易斯碱。常见的常见的lewis酸：酸：常见的常见的lewis碱碱:(1)开链族化合物开链族化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物):正丁烷正丁烷,异丁烷异丁烷(2)碳环族化合物碳环族化合物 A:脂环族化合物脂环族化合物:环戊烷环戊烷,环己烷环己烷 B:芳香族化合物芳香族化合物:苯苯,萘萘(3)杂环化合物杂环化合物:呋喃呋喃,吡啶吡啶1.1.6 6 有机化合物的分类有机化合物的分类1.1.按碳链分类按碳链分类(1)按按分分子子中中含含有有相相同同的的、容容易易发发生生某某些些特特征征反反应应的原子的原子(如卤素原子如卤素原子)(2)原原子子团团(如如:羟羟基基-OH、羧羧基基-COOH、硝硝基基-NO2，氨基氨基-NH2 等等)(3)或或某某些些特特征征化化学学键键结结构构(如如双双键键 C=C、叁叁键键-C C-)等分类等分类.2.2.按官能团分类按官能团分类持久性有机污染物持久性有机污染物(persistent organic pollutants,POPs)一般指一般指可长期存在于环境中可长期存在于环境中,通过食物网积聚通过食物网积聚,对人类健康及环境造成对人类健康及环境造成不利影响的有机化学物质。不利影响的有机化学物质。POPs 物质对人体产生的主要危害可能是对肝、肾等脏器和神物质对人体产生的主要危害可能是对肝、肾等脏器和神经系统、内分泌系统、生殖系统等有急性和慢性毒性作用。经系统、内分泌系统、生殖系统等有急性和慢性毒性作用。DDT 历史累计产量达历史累计产量达40 104多吨多吨，多氯联苯，多氯联苯,主要用作电容器主要用作电容器介质和用于配制油漆，历史累计量约介质和用于配制油漆，历史累计量约115 104 吨吨。1.1.7 7 有机化学与保护环境有机化学与保护环境1.控制控制污染物排放，保证饮用水的清洁。污染物排放，保证饮用水的清洁。2.提高工业安全水平，重视食品和生态安全。提高工业安全水平，重视食品和生态安全。
