第九章有机化合物

学习要求：

1. 了解有机化学的含义，掌握有机化学的特

性

2. 了解有机化合物的基本命名原则

3. 了解有机化合物的几类重要反应

9.1 有机化合物和有机化学

十七世纪中叶，人们根据 物质来源而将物质分为：动物物质、植物物质和矿物物质

十九世纪初瑞典化学家柏 齐利乌斯把动物物 质和植物物质合并称有机化合物把矿物物质称为无机化合物

“ 生命力” 学说

１８２８年，年青的德国化学家 伍勒

NH4Cl + AgCNO → AgCl + NH4CNO

NH4CNO → (NH2)2CO

有机化合物是指含碳元素的化合物。

研究有机化合物的组成、结构、性质、合成以及变化规律的科学叫有机化学。

9.2 有机化合物的特点

组成简单、数目众多、结构复杂

一、结构上的特点

数目： 1996 年有机化合物已超过 1000 万种，无机化合物只不过约 10 万种。且新的有机化合物以每年新增加３０万种，平均每天增加 1000 种的非常惊人的高速度问世。

结构：异构现象

例如： C4H8

CH3CH2CH=CH2

CH3C=CH2

CH3

CH3CH=CHCH3

CH3

二、 典型有机化合物的理化特性1. 多数有机物较易燃烧

2. 有机化合物的熔点及沸点较低 3. 多数有机化合物易溶于有机溶剂而不易溶于水

４ . 有机物反应速度慢，而且常有副反应发生

C CH3C

H

CH3

HC C

H3C

H

H

CH3

9.3 有机化合物分子结构式的表示方法1. 电子对代替价键表示分子结构的式子叫电子式

2. 用价键将分子中各原子相互连接起来表示分子结构的 式子叫结构式

3. 简化了的结构式称为结构简式

C H

H

HH

CH3CH2CH2CH3

C4H10 CH3CHCH3

CH3

注意的问题： 1. 每个原子的化合价正好饱和 2. 必须对应唯一的一种结构

C2H6OCH3CH2OH

CH3OCH3

更简单的表示式是采用键线式，即碳和氢原子都不必标出，只需要表明分子中的官能团。例如：

CH3-CH2-CH-CH-CH3

OH

CH3

д³É

OH

д³ÉH2C

H2CCH2

CH2

CH2

H2C

9.4 有机化合物的分类

一、按碳架分类

1. 链状化合物的（也称开链化合物或脂肪族化合物）

2. 碳环化合物

CH3CHCH3

CH3

CH3CH2OH CH3CH2COOH

CH3H3C

3. 杂环化合物

二、按官能团分类

1. 官能团的含义

2. 常见的官能团及所属类别举例

ON

̼̼Èþ¼ü C C

C=C̼̼˫¼ü

官能团 化合物类别 化合物举例

烯 ±ûÏ© CH3CH=CH2

炔 CHHCÒÒȲ

卤素 -X 卤代烃 ÂÈÒÒÍé CH3CH2Cl

羟基 -OH 醇或酚 C2H5OH

OH

ÒÒ´¼

±½·Ó

C-O-CÃѼü 醚 ÒÒÃÑ CH3CH2OCH2CH3

ÒÒÈ© CH3CHO醛 C H

O

È©»ù

C

O

ͪ»ù 酮 ±ûͪ CH 3COCH3

C OR

O

õ¥»ù 羧酸酯

C OHO

ôÈ»ù 羧酸 ÒÒËá CH3COOH

ÒÒËáÒÒõ¥ CH3COOCH2CH3

氨基 -NH2 胺 ÒÒ°· CH3CH2NH2

硝基 -NO2 硝基化合物 NO2Ïõ»ù±½

氰基 -CN 腈 ÒÒëæ CH3CN

9.5 有机化合物的命名

一、 烃类的命名1. 烷烃的命名

⑴ 普通命名法 普通命名法一般只适用于简单的，含碳较少的烷烃。基本原则是根据分子中碳原子的数目而称为某烷。

CH3CH2CH2CH2CH3

正戊烷

CH3CHCH2CH3

CH3

异戊烷

CH3C CH3

CH3

CH3

新戊烷

CH3(CH2)10CH3

Ê®¶þÍé

⑵ 烷基的概念及伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、 叔氢原子 烷基 CnH2n+1— CH3CH2CH2

丙基

£¨CH 3)2CH

异丙基

CH3

CH3CH2CHCH2CH3

CH3 CH2 CH C CH3

CH3

CH3

CH3

²®Ì¼

ÖÙ̼ Êå̼¼¾Ì¼

⑶ 系统命名法 原则： ① 　选择主链

② 给主链的碳原子编号（“最低系列” 原则） ③ 写出化合物的名称

CH3

CH3CH2CHCH2CH3 3-甲基戊烷

CH3 CH2 CH CH CH2 CH2 CH2 CH2 CH CH3

CH3 CH3 CH3

10 9 8 7 6 5 4 3 2 11 2 3 4 5 6 7 8 9 10

左往右： 3 ， 4 ， 9 右往左： 2 ， 7 ， 8

2,7,8- Èý¼×»ù¹ï Íé最低系列原则

2. 不饱和烃 -烯烃、二烯烃和炔烃的命名

其原则基本和烷烃相似。

① 选择含有双键在内的最长而连续的碳链作为主链， 根据其所含碳原子数称为某烯（或某炔或某二烯）。

② 主链编号时，从距双键（或三键）较近一端开始， 使双键（或三键）所在的位次尽可能小。

③ 命名时把双键（或三键）碳原子中较小的编号写在烯烃或炔烃的名称前面，取代基的位置、数目和名称也写在烯烃或炔烃之前，其取代基的顺序是先写简单，后写复杂的。

CH3CCH=CH2

CH3

CH3

3,3-¶þ¼×»ù£ 1£ ¶¡ Ï©

CH2=CCH2CH3

CH2CH2CH3

2-ÒÒ»ù£ 1£ Îì Ï©

CCH3CH3CHC

CH3

4-¼×»ù£ 2£ Îì Ȳ

烯基的名称： CH2=CH

ÒÒÏ©»ùCH3CH=CH

±ûÏ©»ù

CH2=CHCH2

Ï©±û»ù

3. 脂环烃的命名 单环烃的系统命名与脂肪烃基本相同，只是以碳环为母体，母体的名称是在相应脂肪烃的名称前冠以“ 环”字。不饱和脂环烃母体环的编号，以重键位次最小为原则，环烷烃中环的编号 ,仍按最低系列原则编号。

CH3

CH3

1,2-二甲基环己烷

CH3

4-甲基环己烯

CH2=CHCHCH3

3-环戊基丁烯4.芳香烃的命名

命名有两种方法，一种是以芳香环作为母体，将其他烃基看作芳香环上的取代基；另一种是将芳香环看作烃的取代基来命名。

CH2CH3

ÒÒ±½

CH(CH3)2

Òì±û±½

CH2-CH=CH2

3-苯基丙烯

CH3

C2H5

¼ä¼×ÒÒ±½

1-¼×»ù-3-ÒÒ»ù±½

CH3

CH(CH3)2

CH2CH3

1-¼×»ù-2-ÒÒ»ù-4-Òì±û»ù±½

1

2

3

45

6

7

8

萘

CH3

2-甲基萘或β -甲基萘

CH3

CH2CH3

2-甲基-1-乙基萘

二、 烃的衍生物的命名 烃分子中的氢原子被其他原子或官能团取代后生成的化合物叫做烃的衍生物，其命名与烃的命名相似。

1. 脂肪族衍生物的命名 对简单的衍生物，首先区分化合物的类别（醇、卤代烃、醛、羧酸等），然后按照碳原子的数目和烃基的名称命名。

CH2=CHCH2Br

烯丙基溴

CH3CHCH3

OH异丙醇

CH3COCH3

±ûͪ

CH3OCH2CH3

¼×ÒÒÃÑ

CH3CHCH2COOH

CH3

Ò춡Ëá结构复杂的烃的衍生物，采用系统命名法

CH3CHCHO

CH3

2—甲基丙醛

CH3CH2CHCHCH2CH3

OH CH3

4—甲基—3—己醇

CH3CHCH2CHCOOH

CH3 CH2CH3

4—甲基—2-乙基戊酸

CH3CH2C CHCH2CCH3

O CH3 O

4—甲基—2，5-庚二酮

CH3 C

CH3

OH

CH2CHO

3-甲基-3-羟基丁醛

CH2=CCOOCH3

CH3

2-甲基-丙烯酸甲酯

2. 芳香族衍生物的命名 芳香族衍生物的命名基本上与脂肪烃命名相同。通常，当环上有硝基（ -NO2 ）、卤素（ -X ）时，把芳环当作母体；含有其他官能团如：羟基（ -OH ）、氨基 (-NH2) 、醛基(-CHO) 、羧基 (-COOH)等时 ，把芳环当作取代基进行命名。

OH

NO2

ÁÚÏõ»ù±½·Ó

OH

COOH

ÁÚôÇ»ù±½¼×Ëá

SO3H

Cl

1-ÂÈ-2-ÝÁ»ÇËá

3 . 杂环化合物的命名 目前主要采用音译法进行命名。一般在同音汉字的左边，加上一个“口”旁。

O

ß»à«(furan)

S

àç·Ô(thiophene)

NH

ßÁ¿©(pyrroe)

N

ßÁà¤(pyridine)

9.6 有机反应 有机反应的类型也多种多样，根据反应物和生成物之间的关系，我们在这里介绍裂化反应、取代反应、氧化还原反应、加成与加聚反应、缩合及缩聚反应等。

一、 裂化反应 裂化反应是在一定条件下，把相对分子质量大的烃断裂为相对分子质量小的烃的过程。裂化反应分为热裂反应和催化裂化两类。

1. 热裂反应 热裂反应就是在隔绝空气、高温的条件下发生键断裂的反应。

CH3HC CH2

H H

460¡æH3C CH=CH2 + H2

CH3460¡æCH2 CH2

H

CH2=CH2 + CH4

2. 催化裂化反应

催化裂化是应用催化剂如 γ-氧化铝 -硅胶，在 450℃～550℃的温度下，将较大分子的烷烃断裂成带支链的烷烃、烯烃和芳烃的过程。

CH3(CH2)5CH3

CH3(CH2)4CH=CH2 + H2ÍÑÇâ

CH3

CH3 + 3H2

»·»¯·¼¹¹»¯

ÍÑÇâ

CH3(CH2)3 CH CH3

CH3

Òì¹¹»¯

二、 取代反应 有机化合物分子中的某些原子被其他原子或基团取代的反应总称为取代反应。

1 . 烷烃的取代反应 在高温或光照条件下，烷烃可与氯气、溴、硝酸、硫酸等试剂发生取代反应，生成相应的卤代烃、硝基化合物、烷基磺酸化合物。由于反应剧烈，产物往往是复杂的混合物。

»ò¹â ÕÕCH4 + Cl2

CH3Cl + HCl

CH2Cl2 + HCl

CHCl3 + HCl

CCl4 + HCl

2. 单环芳烃的取代反应

苯环上的氢原子容易被其他原子或基团取代，这是单环芳烃最重要的反应。主要有卤代、硝化、磺化、烷基化和酰基化等。

⑴ 卤代反应

55-60¡æX2+

FeX3 X(X=Cl ¡¢Br)+ HX

Cl2

CH3

FeCl3+

Cl

CH3

CH3

Cl

+

58% 42%

⑵ 硝代反应

HO NO2Ũ H2SO4

50-60¡æ+ NO2 H2O+

NO2 HO NO2

Ũ H2SO4

95¡æ+

H2ONO2

NO2

+

30¡æNO2

Ũ H2SO4

CH3

HO+

NO2

CH3 CH3

NO2

+

⑶ 磺化反应

HO SO3H+ SO3H H2O+

⑷ 烷基化和酰基化反应

CH3CH2ClÎÞË®AlCl3+

CH2CH3

ÒÒ±½

+ CH3 C Cl

OÎÞË®AlCl3

C CH3

O

±½ÒÒͪ

三、 氧化还原反应 因此有机化学中一般把与氧结合（分子中加入氧）或失去氢（分子中去掉氢）的反应叫做氧化，把与氢结合或失去氧叫做还原。

1.氧化反应

⑴ 不饱和烃的氧化

CH=CH2RKMnO4(Ï¡Àä)

ÖÐÐÔ»ò¼îÐÔR

OH

CH-CH2

OH

+ MnO2

RCH=CH2KMnO4

ËáÐÔ

RCOOH + HCOOH

H2O + CO2<O>

R'

C=R

KMnO4

ËáÐÔC

R"

H

R'

C=OR

+ R"COOH

KMnO4

ËáÐÔRC CR' RCOOH + R'COOH

⑵ 芳环侧链氧化 CH(CH3)2

C(CH3)3

KMnO4 + H2SO4

COOH

C(CH3)3

⑷ 醛的氧化

RCHO 2[Ag(NH3)2]+£« 2OH -£«

¡÷

£« £« £« 2Ag¡ýRCOONH4 H2O3NH3吐伦试剂

RCHO 2Cu2+£« £« 5OH - ¡÷

£« £«RCOO - 3H2O Cu2O¡ý费林试剂

2. 还原反应

⑴ 醛和酮的还原反应 还原成醇：

RCHO£« H2Ni RCH2OH

²®´¼

RCOR'£« H2Ni RCHR'

OH

ÖÙ´¼

CH3CH =CHCHONi

H2

巴豆醛

CH3CH2CH2CH2OH

CH3CH =CHCHO NaBH4 CH3CH =CHCH2OH

还原成烃

R

C

H

O

(R')

Zn£ Hg + HCl R

CH2

H(R')

四、 加成反应与加聚反应

1. 加成反应⑴ 不饱和烃的加成反应

CH2=CH2CCl4+ Br2 BrCH2CH2Br

CH3CH=CH2+ HClCH3CHCH3

Cl

CH3CH2Cl1-ÂȱûÍé

2-ÂȱûÍéRCH=CH2 + H2SO4 RCHCH3

OSO3H

(ÁòËáÇâõ¥£©

马氏加成

+ H2ORCHCH3

OSO3H

RCHCH3

OH

HCH2SO4, HgSO4CH + H2O

CH2=CH

OH

CH3CHO重排

RCH2SO4, HgSO4CH + H2O CH2=CR

OH

CH3CR重排

O

⑵ 醛酮的加成反应

C OR

£¨CH 3£©H

+ HCN

OH

CR

CN

£¨CH 3£©H

α—羟基腈

2. 加聚反应 由一种或多种具有不饱和键的单体或环状化合物，在适当的条件下（如加热、光照、催化或引发等），打开不饱和键或开环相互连接而成为高分子化合物的反应称为加聚反应。

nCH2=CH

X

¾ÛºÏ CH2 CH

Xn

( X=H , Cl , -CH3 , -CN , µÈ£©

¾ÛºÏCH2 CH

O

CH3nnCH2 CH

CH3

O

»·ÑõÊ÷Ö¬五、 缩合反应与缩聚反应 1. 缩合反应 缩合反应有很多种，如醇与醛（或酮）的缩合反应、羟醛缩合反应、酯缩合反应等等。

OO

CH3C H H C CH

H

H

£«

CH CO

Hβ－羟基醛

10% NaOH溶液H

CH3-CH

OH

CH3CH=CHCHO α ， β- 不饱和醛2-丁烯醛

2 . 缩聚反应

由一种或多种单体互相聚合而成高聚物，同时析出其他低分子量的化合物（如水、氨、醇、卤化氢等）的反应称为缩聚反应。

n +N

H

H (CH2)6 N

H

H n C (CH2)4HO

O

C OH

O

Ëõ¾Û

nN

H

(CH2)6 N

H

C (CH2)4

O

C

O

+ 2n H2O