有机化学复习概述概要

有机化学（有机化学（Organic ChemistryOrganic Chemistry） 研究研究有机化合物有机化合物的结构和性质的科学的结构和性质的科学 有机化合物有机化合物 含碳的化合物含碳的化合物 H H C CN N O O F F P P S S ClCl BrBr I I SiSi B B 有机化合物中常见的元素 有机化合物的特点：有机化合物的特点： 1. 1. 对热不稳定，易燃烧（极少数例外）对热不稳定，易燃烧（极少数例外） 2. 2. 熔点较低（一般在熔点较低（一般在250250 o o C C以下）以下） 3. 3. 易溶解于有机溶剂中，难溶于水。易溶解于有机溶剂中，难溶于水。 4. 4. 同分异构体较多同分异构体较多 甲醚乙醇 链状链状 环状环状 单键单键 由一对共享电子形成的键由一对共享电子形成的键 双键双键 由两对共享电子形成的键由两对共享电子形成的键 叁键叁键 由三对共享电子形成的键由三对共享电子形成的键 碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物 五五. . 有机化合物分类有机化合物分类 n n 按碳架分类按碳架分类 l 链状化合物 l 环状化合物 直链 支链 碳环 杂环芳环 不饱和饱和 n n 按有机官能团分类按有机官能团分类 还原还原硝基苯硝基苯 C C6 6H H5 5 NONO 2 2 硝基化合物硝基化合物 亲核加成亲核加成乙腈乙腈 CHCH 3 3C C N N 腈化物腈化物 碱或碱或亲核试剂亲核试剂乙胺乙胺CHCH 3 3 CHCH 2 2 NHNH 2 2 胺胺 含氮有机物含氮有机物 亲核取代、消除亲核取代、消除氯氯乙烷乙烷CHCH 3 3 CHCH 2 2 ClCl 卤代物卤代物 芳香亲电取代芳香亲电取代苯苯芳烃芳烃 亲电加成亲电加成丁二烯丁二烯CHCH 2 2 =CHCH=CH=CHCH=CH 2 2 二烯二烯 亲电加成亲电加成乙炔乙炔 HCHC CHCH 炔烃炔烃 亲电加成亲电加成乙烯乙烯CHCH 2 2 =CH=CH 2 2 烯烃烯烃 自由基取代自由基取代乙烷乙烷CHCH 3 3 CHCH 3 3 烷烃烷烃 碳氢化合物碳氢化合物 典型反应类型典型反应类型名称名称举例举例 开环开环环氧乙烷环氧乙烷环氧化合物环氧化合物 乙醚乙醚CHCH 3 3 CHCH 2 2 OCHOCH 2 2 CHCH 3 3 醚醚 芳香亲电取代芳香亲电取代苯酚苯酚 C C6 6H H5 5 OHOH酚酚 亲核取代亲核取代N-N-甲基乙酰胺甲基乙酰胺CHCH 3 3 CONH(CHCONH(CH 3 3 ) ) 酰胺酰胺 亲核取代亲核取代乙酸乙酯乙酸乙酯CHCH 3 3 COOCHCOOCH 2 2 CHCH 3 3 酯酯 亲核取代亲核取代乙酸酐乙酸酐(CH(CH 3 3 CO)CO) 2 2 OO酸酐酸酐 亲核取代亲核取代乙酰氯乙酰氯CHCH 3 3 COClCOCl酰卤酰卤 羧酸衍生物羧酸衍生物 亲核加成、取代亲核加成、取代乙酸乙酸CHCH 3 3 COOHCOOH羧酸羧酸 亲核加成亲核加成丙酮丙酮CHCH 3 3 COCHCOCH 3 3 酮酮 亲核加成亲核加成乙醛乙醛CHCH 3 3 CHOCHO醛醛 亲核取代、消除亲核取代、消除乙醇乙醇CH CH 3 3 CHCH 2 2 OHOH醇醇 含氧有机物含氧有机物 典型反应类型典型反应类型名称名称举例举例 分类（续）分类（续） 亲核取代、消除亲核取代、消除 有机化合物的研究顺序 Ø分离提纯 Ø元素分析和实验式确定 Ø相对分子质量的确定及分子式的确定 Ø有机化合物结构测定 化学方法 官能团分析、化学降解及合成 物理方法 红外(IR)、紫外(UV)、核磁(NMR)、 质谱(MS)、气液色谱和X衍射等。 碳氢碳氢碳氢化合物 碳氢化合物 一一. . 烷烷 烃烃（AlkanesAlkanes, , ParaffinsParaffins） 烃烃 （hydrohydrocarboncarbons s） 完全完全烷烷饱和饱和 烃类（烷烃、烯烃、炔烃、芳烃） 同系列：同系列：有相同通式、结有相同通式、结 构上相差一定的构上相差一定的“ “ 原子团原子团” ”的一系列的一系列 化合物。化合物。 同系物：同系物：同系列中的化合同系列中的化合 物为同系物。物为同系物。 l l 烷烃的通式烷烃的通式：C C n nH H 2n+22n+2 （例：（例：CHCH 4 4 , C, C 2 2H H6 6 , C, C 3 3H H8 8 , C, C 4 4H H 1010, , ） 同系列同系列 （同系物（同系物, , HomologsHomologs） l l 碳原子的四种类型碳原子的四种类型 1 1 C C（伯碳，一级碳）（伯碳，一级碳） primary carbonprimary carbon 2 2 C C （仲碳，二级碳）（仲碳，二级碳） secondary carbonsecondary carbon tertiary carbontertiary carbon 3 3 C C （叔碳，三级碳）（叔碳，三级碳） 4 4 C C （季碳，四级碳）（季碳，四级碳） quaternary carbonquaternary carbon 1 1 H H（伯氢）（伯氢） 2 2 H H（仲氢）（仲氢） 3 3 H H（叔氢）（叔氢） ØØ 碳原子种类的碳原子种类的扩展扩展 1 1 自由基自由基 （伯自由基）（伯自由基） 2 2 自由基自由基 （仲自由基）（仲自由基） 3 3 自由基自由基 （叔自由基）（叔自由基） 1 1 碳负离子碳负离子 （伯碳负离子）（伯碳负离子） 3 3 碳正离子碳正离子 （伯碳正离子）（伯碳正离子） Primary radicalPrimary radicalSecondary radicalSecondary radicalTertiary radicalTertiary radical Primary Primary carbanioncarbanionTertiary Tertiary carbocationcarbocation n n 普通命名法普通命名法 用于简单化合物的命名用于简单化合物的命名 n n IUPACIUPAC命名法（系统命名法）命名法（系统命名法） （IUPACIUPAC: : 国际纯粹与应用化学联合会，国际纯粹与应用化学联合会， I Internationalnternational U Unionnion ofof P Pureure andand A Appliedpplied C Chemistryhemistry） 二二. . 烷烃的命名烷烃的命名 基础：基础：普通命名法普通命名法 l l 丁烷构象转换与势能关系图丁烷构象转换与势能关系图 C C H H 电负性电负性 2.5 2.5 2.22.2 l l 烷烃的结构烷烃的结构 1 1 烷烃的化学性质烷烃的化学性质 l l 一般情况下烷烃化学性质一般情况下烷烃化学性质不活泼、耐酸碱不活泼、耐酸碱（常用作低极性溶（常用作低极性溶 剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等）剂，如正己烷、正戊烷、石油醚等） l l 烷烃可与卤素发生烷烃可与卤素发生自由基取代反应自由基取代反应（烷烃的重要反应）（烷烃的重要反应） spsp 3 3 杂化杂化 已饱和已饱和 不能加成不能加成 低极性共价键低极性共价键 H H 酸性小酸性小 不易被置换不易被置换 l l 甲烷的甲烷的氯代氯代反应机理的表达反应机理的表达 自由基型自由基型链反应（链反应（chain reactionchain reaction） 自由基自由基 中间体中间体 l l 甲烷的甲烷的溴代溴代反应机理反应机理 l l 氯代氯代反应的选择性反应的选择性 只考虑氢原子的类型, 忽略烷烃结构的影响 氯代选择性（25oC）： 3o H : 2o H : 1o H = 5.0 : 3.7 : 1 选择性：2o H : 1o H = 3.7 : 1 选择性：3o H : 1o H = 5 : 1 问题：如何解释上述反应的选择性？问题：如何解释上述反应的选择性？ l l 总结：总结：烷烃卤代反应的选择性烷烃卤代反应的选择性 b)b) 不同卤素的反应选择性不同卤素的反应选择性: : 溴代溴代 氯代氯代 c)c) 合成上的应用价值：合成上的应用价值： 溴代溴代 氯代氯代（反应的选择性（反应的选择性 好，可得到较高纯度的产物）好，可得到较高纯度的产物） 3 3o o H H 2 2 o o H H 1 1o o H H CHCH4 4 ( (温度升高，选择性变差 温度升高，选择性变差) ) a)a) 卤代反应中不同类型氢的反应活性卤代反应中不同类型氢的反应活性 烯烃的类型、结构和命名烯烃的类型、结构和命名 ØØ 单烯：单烯：通式：通式：C C n nH H 2n2n ØØ 二烯：二烯： ØØ 多烯：多烯： 烯烯 烃：含烃：含C CC C的碳氢化合物的碳氢化合物 l l 类型：类型： 共轭二烯共轭二烯孤立二烯孤立二烯 n n 1 1 连二烯连二烯 累积二烯累积二烯 维生素维生素A A 烯烯 烃烃 烯烃的异构 构造异构 碳链异构CH3CH2CH = CH2 (CH3)2C = CH2 位置异构 CH3CH2CH = CH2 CH3CH = CHCH3 官能团异构 立体异构立体异构双键不能旋转双键不能旋转: :构型异构-顺反异构 transtranscis cis 命名命名 ØØ 普通命名普通命名 ØØ 系统命名系统命名 乙烯乙烯异异丁烯丁烯异异戊二烯戊二烯 ethylethyleneeneisobutisobuteneeneisoprisopreneene 2 2- -乙基乙基- -1 1- -戊烯戊烯 3 3- -甲基环戊烯甲基环戊烯1 1- -甲基环戊烯甲基环戊烯2 2- -十二十二碳碳烯烯 3 3- -methylcyclopentmethylcyclopent- -1 1- -eneene 2 2- -ethylethyl- -1 1- -pentenepentenedodecdodec- -2 2- -eneene 选取含双键的最长链为主链，双键以最小编号 ØØ 双取代烯烃异构体用双取代烯烃异构体用“顺顺”、“反反”标记标记 ØØ 多多取代烯烃，用取代烯烃，用 Z Z 或或 E E 型标记型标记 Z Z 型：两个双键碳上的型：两个双键碳上的优先基团（或原子）在同一侧优先基团（或原子）在同一侧。 E E 型：两个双键碳上的型：两个双键碳上的优先基团（或原子）不在同一侧优先基团（或原子）不在同一侧。 请复习：请复习： 基团的优先顺序排列规则基团的优先顺序排列规则 顺顺- -2, 2, 52, 2, 5- -三甲基三甲基- -3 3- -己烯己烯 ciscis- -2, 2, 52, 2, 5- -trimethyltrimethyl- -3 3- -hexenehexene 取代基在双键的同侧取代基在双键的同侧 烯烃的化学性质烯烃的化学性质 1. 1. 双键的结构与性质分析双键的结构与性质分析 键能键能: : s s 键键 347 kJ / mol347 kJ / mol p p 键键 263 kJ / mol263 kJ / mol ØØ p p 键活性比键活性比 s s 键大键大 ØØ 不饱和，可加成至饱和不饱和，可加成至饱和 p p 电子结合较松散，易电子结合较松散，易 参与反应。是电子供参与反应