1有机化学概论（讲义）——《有机化学》（高教版）

单元一 有机化学概论 一、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，如粮、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生成。 这是世界上第一次在实验室的玻璃器皿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生物的化学。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，才能更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如下特性。 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，如酸、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。例如，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） CH3COCH3 （丙酮） 相对分子质量 58.44 58.08 熔点∕oC 801 -95.35 沸点∕oC 1413 56.2 大多数有机化合物的熔点一般在400 oC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。 4．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H+与OH-的反应，Ag+与Cl-生成AgCl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（现已知有机化合物有1千万种以上）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。例如，乙醇和甲醚，分子式均为C2H6O，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。 乙醇 b.p.78.5 oC 甲醚 b.p.-25 oC 由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一有机化合物，必须使用构造式或构型式。 二、共价键的形成 （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 原子是由原子