高职有机化学绪论.docx

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高职有机化学绪论

第一章绪论

知识要点：

1.认识有机化合物的发展史。

2.掌握有机化合物的概念、特点及结构，有机化学的概念。

3.理解有机化合物的分类和命名原则。

4.如何学习有机化学。

一有机化学和

有机化合物

有机化学又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性质、制备的学科，是化学中极重要的一个分支。

1有机化合物的发展简史

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（中药名称是“白药煎”，利用五倍子发酵水解，制出没食子酸结晶），16世纪后期，西欧制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。

18世纪后期，有机化合物的分离、提纯得到较快发展。

瑞典化学家舍勒的工作在这一时期最为卓越，他提取到了纯净的草酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、尿酸等；他还通过皂化油脂和动物脂肪制取甘油。

不过当时人们研究有机物的目的，不是为了知道有机物的组成和结构，而是为了生活和医药上的需要。

“有机”这历史性名词，可追塑至19世纪，1806年首次由贝采里乌斯提出。

他把物质组成元素主要是氢、氧、氮作为有机化合物的特征，认为有机物是来自生物有机体的化合物，人工合成是不可能的。

因为有机化合物虽然组成元素少、组成简单，但种类和性质的多样性是很难理解的。

德国化学家格伦在他的《化学基础》一书中把有机化合物单独归为一章，他认为有机物只存在于动植物体内，是人工不能制造的。

这种不确切的说法流行了几十年。

有些化学家就把有机物与无机物截然分开，认为无机物遵守定组成定律，能得到纯制品，有机物是否遵守定组成定律，表示怀疑，所以19世纪初，在生物学和有机化学领域中便广泛流行起“生命力论”。

1828年德国化学家维勒无意中用加热的方法使氰酸铵转化为尿素。

氰酸铵是无机化合物，而尿素都有机化合物。

维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。

但这个重要发现并没有立即得到其他化学家的承认，因为氰酸铵尚未能用无机物制备出来，同时有人认为尿素只是动物的分泌物，介于有机物和无机物之间，不能认为是真正的有机化合物。

想用无机物人工合成复杂的真正的有机化合物，在原则上是不可能的。

1845年，具有决定性意义的人工合成有机化合物的是德国的化学家柯尔柏，他利用木炭、硫磺、氯及水为原料合成了醋酸，这是一个从单质出发实现的完全的有机合成。

他把硫和活性炭加热制得二硫化碳，二硫化碳和氯气反应进而得到四氯化碳，四氯化碳通过红热的管子时，产生游离的氯和四氯乙烯，在光照下，与水反应得三氯醋酸还原后得到最终产物醋酸，其反应方程式可表示如下：

C+2S→CS2

CS2+3Cl2→CCl4+S2Cl2

CCl2=CCl2+Cl2→CCl3-CCl3

CCl3-CCl3+2H2O→CCl3COOH+3HCl

CCl3COOH+2H2→CH3COOH+3HCl

此后，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来，其中，绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。

“生命力”学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词却沿用至今。

人工合成有机物的发展，使人们清楚地认识到，在有机物与无机物之间并没有一个明确的界限，但在它们的组成和性质方面确实存在着某些不同之处。

从组成上讲，所有的有机物中都含有碳，多数含氢，其次还含有氧、氮、卤素、硫、磷等，因此，化学家们将有机物定义为含碳的化合物及其衍生物，但一些简单的含碳化合物，如一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、碳酸等除外。

有机物是生命产生的物质基础。

生物体内的新陈代谢和生物的遗传现象，都涉及到有机化合物的转变。

此外，许多与人类生活有密切关系的物质，例如石油、天然气、棉花、染料、化纤、天然和合成药物等，均属有机化合物。

2有机化合物近代发展现状

⑴牛胰岛素的合成

1965年9月，人工合成牛胰岛素成功。

这是世界上第一个合成的结晶蛋白质，具有生物活性（与天然胰岛素相同）。

由中科院上海生化研究所，上海有机所，北京大学等单位协作，历时六年九个月完成的。

这项成果获1982年中国自然科学一等奖。

人工合成胰岛素的成功，使人类在认识生命和揭开生命奥秘的伟大历程中，又迈进了一大步。

⑵核糖核酸的合成

从1968年起，由中科院北京生物物理所、上海生物化学研究所，上海有机所，上海细胞生物研究所，上海生物物理所，北京大学生物系协作完成人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸工作，这种核糖核酸由76个核糖核苷组成。

1979年底，对其中一个片断—核糖四十一核苷酸合成成功，1981年合成另外三十五个核苷酸，至同年11月终于全合成成功。

这是利用化学合成和酶促法结合的方法的全合成，在当时国外只能合成出九核苷酸。

1978年日本报道了三十一核苷酸合成成功，所用方法与我国基本雷同。

⑶维他命B12的合成

1976年人们通过90多步反应，经过11年，世界上著名化学家100多名参与，合成成功。

⑷C60的合成（碳球分子的合成）

C60，球状结构（笼状结构），球面上由五圆环和六圆环组成，球面里由一个大π键连接，它形似足球，因此又名足球烯。

90年代合成出来。

C60具有独特的分子结构，C60可以贮存氢气、氧气，对于医疗部门、军事部门乃至商业部门都会有很多用途。

3.生活中常见的有机化合物

人体所需的营养物质（糖类、脂肪、蛋白质、维生素、无机盐和水）中，淀粉、脂肪、蛋白质、维生素为有机物。

糖类主要存在于水果，蔬菜，甘蔗，甜菜，大米，小麦等；纤维素（属于糖类）是植物组织的主要成分，植物的茎，叶和果皮中都含有纤维素。

食物中的纤维素主要来源于干果，鲜果，蔬菜等。

人体中没有水解纤维素的酶，所以纤维素在人体中主要是加强胃肠的蠕动，有通便功能。

　　脂肪主要指植物脂肪（香油，菜籽油，棉籽油等）和动物脂肪（猪油，羊油，牛油，鸡油等）。

　　蛋白质主要存在于鱼、肉、牛奶、蛋等。

维生素广泛地存在于各种食物中，是人和动物为维持正常的生理功能而必需从食物中获得的一类微量有机物质，在人体生长、代谢、发育过程中发挥着重要的作用。

二有机化合物的结构和特点

1有机化合物的结构

物质的性质取决于物质的结构，在有机化合物的结构中，普遍存在着共价键的问题。

掌握好共价键的基础知识，对学好有机化学至关重要。

⑴共价键的本质

路易斯经典共价键理论认为：

共价键是原子间通过共用电子对形成的化学键，这一理论初步揭示了共价键的本质。

1926年后，在量子力学基础上建立起来的现代价键理论，对共价键的本质有了更深入的理解。

价健理论认为：

A、B两原子各有一个成单电子，当A、B相互接近时,两电子以自旋相反的方式结成电子对,即两个电子所在的原子轨道能相互重叠,则体系能量降低,形成化学键。

共价键的本质是原子轨道重叠后，高概率地出现在两个原子核之间的电子与两个原子核之间的电性作用。

需要指出：

氢键虽然存在轨道重叠，但通常不算作共价键，而属于分子间力。

形成的共价键越多,则体系能量越低,形成的分子越稳定.因此,各原子中的未成对电子尽可能多地形成共价键.

配位键形成条件：

一种原子中有对电子,而另一原子中有可与对电子所在轨道相互重叠的空轨道.在配位化合物中,经常见到配位键.在形成共价键时,单电子也可以由对电子分开而得到。

在共价键的形成过程中，因为每个原子所能提供的未成对电子数是一定的，一个原子的一个未成对电子与其他原子的未成对电子配对后，就不能再与其它电子配对，即，每个原子能形成的共价键总数是一定的，这就是共价键的饱和性。

例如：

O有两个单电子,H有一个单电子,所以结合成水分子,只能形成2个共价键;C最多能与H形成4个共价键。

各原子轨道在空间分布是固定的，即都有其固定的延展方向,为了满足轨道的最大重叠,原子间成共价键时,当然要具有方向性。

共价键的饱和性和方向性决定了每一个有机分子都是由一定数目的某几种元素的原子能按特定的方式结合而成的，这使得每个有机物分子都有特定的大小及立体形状。

⑵共价键的基本属性

共价键的属性可通过键长、键角、键能以及键的极性等物理量表示。

①键长是指成键两原子的原子核间的距离，是了解分子结构的基本构型参数。

它除了与组成键的两个原子种类有关外，还与原子轨道的重叠程度有关，重叠程度越大，键长越短。

键长越长，也越易受外界影响而发生极化，易发生化学反应。

应用电子衍射、光谱等近代物理方法，可测定键长。

一些常见共价键的键长见表。

表1-1一些常见共价键的键长

键

键长（nm）

键

键长（nm）

H—H

0.074

N—H

0.104

N—N

0.145

O—H

0.096

C—C

0.154

H—Cl

0.126

C—H

0.109

C═C

0.133

C—F

0.140

N═N

0.123

C—Cl

0.177

C═N

0.128

C—Br

0.191

C═O

0.120

C—I

0.212

C≡C

0.121

C—N

0.147

C≡N

0.116

C—O

0.143

N≡N

0.110

②键角是指两价以上的原子与其他原子所形成的共价键之间的夹角。

它是影响有机化合物分子空间结构和某些物理性质的重要因素。

共价化合物的键角是一定的，但组成相似的化合物未必有相同的键角，如甲烷分子中4个C—H键间的键角都是109.5°，甲烷分子是正四面体结构。

乙烯分子中，两个C—H键之间的夹角为120˚。

③键能共价键的形成或断裂都伴随着能量的变化。

原子成键时需释放能量使体系的能量降低，断键时则必须从外界吸收能量。

气态原子A和气态原子B结合成气态A—B分子所放出的能量，也就是A—B分子（气态）离解为A和B两个原子（气态）时所需吸收的能量，这个能量叫做键能。

1个共价键离解所需的能量也叫离解能。

但应注意，对多原子分子来说，即使是一个分子中同一类型的共价键，这些键的离解能也是不同的。

例如，甲烷分子中的4个C—H键的离解能是不相同的，其数值如下：

若将断裂这4个C—H总共需要的能量（1662.1kJ/mol）除以4，即为断裂甲烷分子中每个C—H平均需要的能量。

键能是化学键强度的主要标志之一，在一定程度上反映了键的稳定性，在相同类型的健中，键能越大，键越稳定。

④键的极性由于形成共价键原子的电负性差别，使共价键有极性和非极性之分。

相同元素的原子间形成的共价键为非极性共价键；不同元素的原子间形成的共价键为极性共价键。

共用电子对偏向于电负性较大的元素的原子，而使其显部分负电性，另一电负性较小的元素原子显部分正电性。

极性共价键两端的带电状况一般用“δ－”或“δ+”标在有关原子的上方来表示。

“δ－”表示带有部分负电荷，“δ+”表示带有部分正电荷。

例如：

⑶共价键的断裂方式和有机反应类型

化学变化的本质是旧键的断裂和新键的形成，化学反应中，共价键存在两种断裂方式，在化学反应尤其是有机化学中有重要影响。

下面以碳与另一非碳原子Z间共价键的断裂说明这一问题。

一种方式称为共价键的均裂，是成键的一对电子平均分给两个原子或基团。

均裂生成的带单电子的原子或基团称自由基。

如CH3·叫甲基自由基。

共价键经均裂而发生的反应叫自由基反应，这类反应一般在光和热的作用下进行。

另一种方式称为共价键的异裂，是共用的一对电子完全转移到其中的1个原子上。

上式中符号“

”表示电子对转移的方向。

异裂生成了正离子或负离子。

如CH3+叫甲基碳正离子，CH3-叫甲基碳负离子。

共价键经异裂而发生的反应叫离子型反应。

这类反应一般在酸、碱或极性物质催化下进行。

2有机化合物的特点

⑴分子组成复杂、数目庞大

很多有机化合物在组成上要比无机化合物复杂的多。

已知有机化合物达8000百多万种、且还在不断增加。

例：

从自然界分离出来的维生素B12，组成为：

C63H90N14O14PCo183个原子。

例：

C9H20有35种异构体，每一种异构体代表一种物质。

同分异构现象的存在，使得有机化合物更加复杂，因此，有机物要用结构式表示，而不能用分子式表示。

⑵容易燃烧

一般的有机化合物都容易燃烧，

例：

乙醚、汽油、甲烷（沼气）等。

但CCl4不燃烧，而是灭火剂（扑灭电源内或电源附近的火）。

⑶熔点低

有机化合物室温下常为气体、液体或低熔点的固体。

有机化合物熔点比较低，而无机化合物熔点较高。

因为无机化合物中主要是离子键结合，晶格之间是库仑力，晶格能高，所以熔点高，而有机化合物中化学键主要是共价键，有机化合物是一个分子晶体，晶格之间是范德华力，晶格能小，所以熔点低。

例：

主要原因：

NaCl化学键是离子键，而CH3CH2Cl是共价键。

⑷难溶于水

根据相似相溶原理，水是极性分子，而有机物大多是非极性分子或极性较弱的分子。

⑸反应速度慢

例：

RCl要和Ag+反应，首先要打开R-Cl键，使氯转变为离子型，才能与Ag+反应。

⑹副反应多

有机分子组成复杂，反应时有机分子的各个部分都会受到影响，即反应时并不限定在分子某一部位。

因此一般有主产物、副产物。

主产物产率达到70-80%就是比较满意的反应。

三有机化合物的分类

1按碳骨架分类

⑴链状化合物（脂肪族化合物）

例：

⑵碳环化合物

特点：

有环、环上原子都是由碳组成。

a.芳香族化合物（含有苯环）例：

b.脂环族化合物（含有碳环、但无苯环）例：

⑶杂环化合物

特点：

环上含有杂原子。

2按官能团分类

官能团：

决定有机化合物特性的原子或原子团。

官能团是有机化合物分子中比较活泼的部位，一旦条件具备，它们就充分发生化学反应。

含有相同官能团的化合物都有相似的性质。

因此，将有机化合物按官能团进行分类，便于对有机化合物的共性进行研究。

表1-1列出了有机化合物中常见的官能团。

表1-2常见官能团有关化合物类别

官能团

有机化合物类别

化合物举例

基团结构

名称

双键

烯烃

CH2═CH2乙烯

叁键

炔烃

H—C≡C—H乙炔

—OH

羟基

醇，酚

羰基

醛，酮

羧基

羧酸

—NH2

氨基

胺

CH3—NH2甲胺

—NO2

硝基

硝基化合物

—X

卤素

卤代烃

CH3Cl氯甲烷，CH3CH2Br溴乙烷

—SH

巯基

硫醇，硫酚

—SO3H

磺酸基

磺酸

—C≡N

氰基

腈

CH3C≡N乙腈

醚键

醚

CH3CH2—O—CH2CH3乙醚

四有机化学的学习方法

有机化学既是食品、粮工等专业一门必不可少的基础课程，也是一门系统性和实用性很强的自然学科，学好有机化学，对毕业生今后的工作和再深造非常重要。

在学习时，应注意以下学习方法。

1.努力钻研教科书，学习好基本反应，不懂的地方不要死扣，主要加强印象，对于一些基本概念掌握好，如共价键等基本概念，不过先用不着看后面的章节蛋白质、糖等内容。

2.正式入门先看两本书grossman的Theartofwritingreasonableorganicreactionmechanisms或miller的writingreactionmechanismsinorganicchemistry。

学习机理的写法和深入了解电子转移的内涵。

不用记住里面的机理，主要学习从反应如何合理的推导机理。

3.阅读专题小册子，如国内超星上的亲核加成反应、饱和碳原子上的亲核取代反应历程等按照基础反应特点介绍的小册子。

不要选择系统论述某类反应的长篇大作，你会很累的，并且不懂的地方很多，对自己的热情和自信会造成打击。

热点聚焦及典例分析

热点一　有机物与无机物的区别

要点提示：

有机物指含碳的化合物，有机物大多数易燃易爆。

但一氧化碳、二氧化碳和碳酸盐由于结构、组成、性质跟无机化合物相似，通常将它们归为无机物中。

典例分析1：

按照我国“西气东输”计划，某地正在铺设天然气管道，居民不久将用上天然气。

天然气是一种无色、无味的气体，密度小于空气。

天然气泄漏后，遇火、静电易发生爆炸，输送天然气时，在其中混入了一种具有强烈刺激性气味的气体（硫醇）。

（1）天然气的主要成分是CH4，它属于________（填“有机

物”或“无机物”）。

（2）在输送的天然气中混入硫醇的目的是:

________________________________________。

（3）室内发生天然气泄漏时，要立即关闭阀门，开窗通风，

此时一定不能做的事情是：

______________________________________________。

解析　CH4是最简单的有机物，是无色无味的气体，如有泄漏很难被人们发现，天然气中加入硫醇（有强烈刺激性气味）有利于及时发现、处理。

天然气泄漏后，遇火、静电易发生爆炸。

热点二　形成节约能源和环保意识

要点提示：

化石能源是不可再生能源，人类必须树立节能意识。

当今世界提倡低碳社会，保护环境是每个公民应尽的义务。

典例分析2：

某同学提出以下环保建议：

①开发新能源，减少矿物燃料的燃烧；②开发生产无汞电池；③提倡使用一次性发泡塑料餐具和塑料袋；④提倡使用手帕，减少餐巾纸的使用；⑤分类回收垃圾。

其中你认为可以采纳的组合是（　　）

A.①②③④⑤　　　B.①③⑤

C.①②③⑤　　　D.①②④⑤

解析　化石燃料的燃烧，废旧电池中的汞会污染土壤和水，发泡塑料餐具和塑料袋在自然环境中难以降解。

开发新能源、减少矿物燃料的燃烧，使用无污染绿色电池等有利于环境保护。

热点三　有机合成材料

要点提示：

有机合成材料指合成塑料、合成纤维、合成橡胶。

有机合成材料在日常生活中应用十分广泛，废弃有机合成材料很难被微生物降解。

典例分析3:

材料是时代进步的重要标志，有机物合成材料的出现更是材料发展史上的一次重大突破。

下列有关材料的说法正确的是（　　）

A.合金、合成纤维都是有机合成材料

B.水泥、玻璃钢、汽车轮胎都是常见的复合材料

C.合成材料的大量使用给人类带来了严重污染，所以要

禁止生产和使用

D.开发使用可降解塑料能有效解决“白色污染”问题

解析　材料分为金属材料（如合金）、无机非金属材料（如水泥、陶瓷、玻璃）和有机合成材料（合成塑料、合成纤维、合成橡胶）。

有机合成材料很难被微生物降解。

习题

1．环保部门为了使城市生活垃圾得到合理利用，近年来实施了生活垃圾分类投放的办法。

其中塑料袋、废纸、旧橡胶制品等属于（　　）

A.无机物　　　B.有机物

C.盐类　　　D.非金属单质

2．下列用品中，由有机合成材料制成的是（　　）

A.玻璃杯　　　B.瓷碗

C.木桌　　　D.塑料瓶

3．下列说法中不正确的是（　　）

A.甲烷是一种密度比空气小，有刺激性气味的无色气体

B.把秸秆、杂草、人畜粪便等放在密闭的池中发酵会产

生沼气

C.汽油是一种良好的溶剂，可用汽油来洗涤衣服上的油

渍

D.头发、羊毛等在火焰上灼烧时闻到焦臭味

4.目前许多城市的公交客车上写有“CNG”（压缩天然气）这几个“洋字码”。

CNG的使用，可以大大降低汽车尾气排放，减少空气污染，提高城市空气质量。

下列关于CNG的成分正确的是（　　）

A.CH3OH　B.CH4C.CH3COOH　　D.C2H5OH

5．《关于限制生产销售使用塑料购物袋的通知》（称“限塑令”）于2008年6月1日开始实施。

市售塑料购物袋有的用聚乙烯[（CH2CH2）n]制成，有的用聚氯乙烯[（CH2CHCl）n]制成。

请回答：

（1）聚氯乙烯由________种元素组成；

（2）通过点燃的方法可以鉴别聚乙烯和聚氯乙烯，如果塑

料购物袋点燃时有强烈的刺激性气味，这种塑料购物

袋可能是由__________________________制成；

（3）实行塑料购物袋有偿使用的意义是________（可多选，

填序号）。

A.节约资源　　B.避免滥用塑料袋

C.保护生态环境　　　D.提高生活水平