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环境监测与管理专业

《有机化学》课程教学辅导

第一章  绪  论

教学要求

重点：有机化合物的一般特点，化学键和分子结构，共价键的属性，共价键的断裂。

难点：对化学键和分子结构实际情况的理解。

 

§1—1  有机化合物和有机化学

 

有机化学是化学的一个分支，它是研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论和方法学的科学。

 

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

2． 有机化合物          碳氢化合物及其衍生物

有机化学            研究碳氢化合物及其衍生物的化学

 

 

有机化合物的主要特征是含有碳原子，即都是含碳化合物，因此有机化学就是研究碳化合物的化学。但少数碳的氧化物（如二氧化碳、碳酸盐等）和氰化合物（如氢氰酸、硫氰酸等），仍归属无机化合物范畴。

 

 

有机化学作为一门科学——在十九世纪产生。

最初是从天然产物中提取有效成分。例如：从植物中提取染料、药物、香料等。

 

 

“生命力”学说：1828年德国化学家韦勒（F.Whler)将氰酸铵的水溶液加热得到了尿素：

氰酸铵可以从无机物NH4Cl和氰酸钾（或银）反应生成。

 

如1845年olbe合成了醋酸；1854年Berthelot合成了油脂类物质等。在大量的科学事实面前，化学家摒弃了“生命力”学说,加强了有机化合物的人工合成实践，促进了这门科学的发展。

 

 

19世纪下半叶，有机合成研究工作取得了迅猛发展，在此基础上，于20世纪初开始建立了以煤焦油为原料，生产合成染料、药物和炸药为主的有机化学工业。20世纪40年代开始的基本有机合成的研究又迅速地发展了以石油为主要原料的有机化学工业，以合成纤维、合成橡胶、合成树脂和塑料为代表。这些有机化学工业促进了现代工业和科学技术的迅速发展。

 

§1—2  有机化合物

 

 

绝大多数有机物只是由碳、氢、氧、氮、硫、磷、卤素等少素元素组成，而且一个有机化合物只含有其中少数元素。

 

 

有机化合物的数量却非常庞大，已知的有机化合物已达一千多万种，它们的性质千变万化，各不相同。（所有非碳元素化合物估计只有几十万种）。

 

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 （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

 

 

 

一、             有机化合物的特性

 

有机化合物结构上的特点——同分异构现象（烷烃介绍）

 

有机化合物性质上的特点（与无机化合物相比）

  物理性质方面特点

1) 挥发性大，熔点、沸点低——许多有机化合物在常温下是气体、液体。常温下为固体的有机物，他们的熔点一般很低，超过300℃的有机物很少。

2) 水溶性差 （大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂）一般有机化合物的极性较弱或完全没有极性，而水是强极性，因此一般有机化合物难或不溶于水。

化学性质方面的特点

1) 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）

3) 反应速度慢

4) 反应复杂，副反应多

二、           有机化合物的结构

 

1、化学键

 

分子中相邻的两个或多个原子之间强烈的相互作用，叫做化学键。

      原子成键时，采用各出一个电子配对而形成的共用电子对。这样生成的化学键叫做共价键。例如，碳原子和氢原子形成四个共价键而生成甲烷。

      由一对共用电子来表示一个共价键的结构式，叫做路易斯结构式。用一根短线代表一个共价键的结构式叫做凯库勒结构式。

 

**按照量子化学中价键理论的观点，共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶合配对的结果。共价键的形成使体系的能量降低，形成稳定的结合，一个未成对电子既经配对成键，就不能再与其他未成对电子偶合，所以共价键有饱和性。原子的未成对电子数，一般就是它的化合价数或价键数。两个电子的配合成对也就是两个电子的原子轨道的重叠（或称交盖）。因此也可以简单的理解为重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。

 

因为原子轨道只有在一定方向，即在电子云密度最大的方向，才能得到最大的重叠而形成键，所以共价键也有方向性。例如，1s原子轨道和2px原子轨道的结合，只有在x轴方向处，即2Px原子轨道中电子云密度最大的方向处，与s原子轨道重叠最大，这样才可形成成键的分子轨道，也就是可以结合成稳定的共价键。

 

 

2、共价键的形成

 

结构式是表示结构的化学式，通常使用的结构式有短线式、缩简式和键线式三种。

 

3、共价键的属性

    （1）键长  形成共价键的两个原子的原子核之间，保持一定的距离。

    （2）键角  例如，甲烷分子中四个C-H共价键之间的键角都是109.5°。

    （3）键能  共价键形成时，有能量释出而使体系的能量降低。反之，共价键断裂时则必须从外界吸收能量。气态时原子A和原子B结合成A-B分子（气态）所放出的能量，也就是A-B分子（气态）离解为A和B两个原子（气态）时所需要吸收的能量，这个能量叫做键能。一个共价键离解所需的能量也叫做离解能。

    （4）键的极性和元素的电负性——分子的偶极矩 对于两个相同原子形成的共价键来说（例如H-H、Cl-Cl），可以认为成键电子云是对称分布于两个原子之间的，这样的共价键没有极性。由于电子云的不完全对称而呈现极性的共价键叫做极性共价键。可以用箭头来表示这种极性键，也可以用δ和δ来表示构成极性共价键的原子的带电情况。例如：

键的极性决定于组成这个键的元素的电负性，而分子的极性与分子中各个键的偶极矩有关。

 

 

 

三、共价键的断裂——均裂与异裂

   有机化合物发生化学反应时，总是伴随着一部分共价键的断裂和新的共价键的生成。

 

共价键的断裂可以有两种方式。

 

 

1．  均裂—— 成键的一对电子平均分给两个原子或原子团，生成两个自由基。

A:B      A• +  B•

                                    自由基

   在有机反应中，按均裂进行的反应叫做自由基反应。

   2． 异裂——成键的一对电子在断裂时分给某一原子和原子团，生成正负离子。

 

 


                       

 

 

  在有机反应中, 按异裂进行的反应叫做离子型反应。

 

                       亲电反应     由亲电试剂进攻而引发的反应。

  离子型反应                                                    

亲核反应     由亲核试剂进攻而引发的反应。

  亲电试剂——在反应过程中接受电子的试剂称为亲电试剂。

亲核试剂——在反应过程中能提供电子而进攻反应物中带部分正电荷的碳原子的试剂。

 

 

 

四、有机化合物的表示方法

 

分子式    构造式   构造简式

 

 

五、有机化合物的分类

      一般的结构式虽不能表达分子结构的全部内容，但在一定程度上总是反映了分子结构的基本特点。因此有机化合物可以按碳链结合方式不同的基础上加以分类。

1、 按碳链分类

   按碳链结合方式的不同，有机化合物可以分为三大族。

    （1） 开链族化合物（脂肪族化合物） 分子中碳原子间相互结合而成碳链，不成环状。

    （2） 碳环族化合物 分子中具有由碳原子连接而成的环状结构。碳环族化合物又可分为两类：

    （A） 脂环族化合物 这类化合物可以看做是由开链化合物连接闭合成环而得。它们的性质和脂肪族化合物相似，所以又叫做脂环族化合物。例如：

    （B） 芳香族化合物 这类化合物具有由碳原子连接而成的特殊环状结构，使它们具有一些特殊的性质。例如：

   （3） 杂环族化合物 这类化合物也具有环状结构，但是这种环是由碳原子和其他原子如氧、硫、氮等共同组成的。例如：

2、 按官能团分类  

在上述每一类化合物中，又可按分子中含有相同的、容易发生某些特征反应的原子（如卤素原子）、原子团[如-OH（羟基）、-COOH（羧基）]或某些特征化学键结构等来进一步分类。由于这些容易发生的反应体现了分子中这一部分原子、原子团或特征结构的存在，也决定着化合物的一些主要性质，因此又把它们叫做官能团。

 

 

§1—3   有机反应中的酸碱概念（自学）

 

 

§1—4   研究有机化合物的一般步骤

 

    1．分离提纯。

2．纯度的检定。

3．实验式和分子式的确定。其方法

4．结构式的确定：可用化学方法；物理方法（紫外光谱、红外光谱、核磁共振谱、质谱等）。

 

分子的结构包括：分子的构造、构型和构象。

构造    是分子中原子的连接方式和顺序（在不涉及到构型和构象时也称为结构）。

 

§1—5 补充

 

有机化学的任务

1．发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）

2．  研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）

3．  提供新材料  （提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）

4．探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。

 

 

怎样才能学好有机化学

学好有机化学，总的可概括为六个字    理解、记忆、应用。

1．  理解

学习过程中，要及时弄懂和掌握各章节的重点内容、主要问题、难题，做好课堂笔记。

2．  记忆

在理解的基础上做必要的记忆。对有机化合物的构造式、命名、基本性质等在开始学习时，要象记外文单词那样反复的强化记忆。除了用视觉多看之外，还要多写、多练。当脑海中的材料积累多了，就会掌握内在规律，并上升为理解记忆。机械记忆和理解记忆是相辅相成的，记忆的材料越多，越有利于理解，而理解了的东西也就记得更牢，只求理解而不刻苦记忆是学不好有机化学的。

3．  应用（从三方面入手）

多思考    遇到疑难问题要先思考，再查书或求老师解疑，切忌不求甚解，煮夹生饭。疑难问题积累多了得不到解决则有学不下去的危险，因为有机化学内容是前后连贯的，系统性很强，只有掌握了前面的知识，才能理解后面的内容。

勤练习    认真做练习题是学好有机化学的重要环节，不仅对理解和巩固所学知识是最有效的，同时也是检验是否完成学习任务的必要方法，做习题要在系统复习的基础上进行，切不可照抄答案，否则有百害而无一利。

善总结    学会归纳总结，要总结化合物结构与性质的关系，以了解共性与个性。还要揭示各类化合物之间内在联系与相互转化关系。 某一类化合物的性质往往是另一类化合物的制法，熟练的掌握了这些关系，才能设计各种特定化合物的合成路线。要把每章新出现的名词、概念搞清楚，做到准确理解。应用自如。

 

 

 

自学内容：

有机化学工业、有机化合物的天然来源、有机化学的发展、1.3节

 

 

作业：

12页  4，5，6，7，8