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有机化学

有机化学. 第一章 绪论. 有机化学和有机化合物 有机化合物的一般特性 结构概念和结构理论 有机化合物的分类 有机化合物中共价键断裂的方式 共价键的几个重要参数 诱导效应 有机酸碱理论简介. 一 、 有机化学和有机化合物. 有机物： 碳氢化合物及其衍生物。 有机化学： 研究有机物的结构、性质、合成、分离纯化、反应机理以及化合物之间相互转变规律等的一门学科。 注： 绝大多数有机物都含有氢，有的还含有氧、氮、硫和卤素等。. 二、有机化合物的一般特性. 物理性质 容易燃烧；熔点、沸点低；难溶于水而易溶于有机溶剂。

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  1. 有机化学

  2. 第一章 绪论 • 有机化学和有机化合物 • 有机化合物的一般特性 • 结构概念和结构理论 • 有机化合物的分类 • 有机化合物中共价键断裂的方式 • 共价键的几个重要参数 • 诱导效应 • 有机酸碱理论简介

  3. 一 、 有机化学和有机化合物 有机物：碳氢化合物及其衍生物。 有机化学：研究有机物的结构、性质、合成、分离纯化、反应机理以及化合物之间相互转变规律等的一门学科。 • 注：绝大多数有机物都含有氢，有的还含有氧、氮、硫和卤素等。

  4. 二、有机化合物的一般特性 • 物理性质容易燃烧；熔点、沸点低；难溶于水而易溶于有机溶剂。 • 化学反应性反应速率比较慢；反应复杂、副反应多。 • 结构 分子组成复杂 ，同分异构现象较普遍。 • 同分异构体指具有相同组成而结构不同的化合物。 如：乙醇和二甲醚 C2H6O (构造异构) 化合物分子中的原子相互连接的顺序和方式称构造。

  5. 三、结构概念和结构理论 • （一）碳原子的四面体结构 荷兰化学家范霍夫和法国化学家勒贝尔分别独立提出。现用X射线衍射法验证。 甲烷正四面体结构

  6. （二）共价键 在原子间通过共用一对电子而形成的化学键称为~ • 配位键是一种特殊的共价键，其特点是形成共价键的一对电子由一个原子提供。 • 离子键 原子间通过电子转移产生正、负离子，二者相互吸引所形成的化学键称为 ~

  7. H H H C C H H H 凯库勒式 和 路易斯式 路易斯的“八隅学说”：除氦仅有两个价电子外，其他 惰性气体在价电子层中均为八个电子（八隅体）。绝 大多数其他元素之间键合成分子，也是达到外层电子 满足八隅体电子结构。

  8. 现代共价键理论包括价键理论和分子轨道理论 • （三）原子轨道（用波函数Ψ表示） 1s轨道 2p轨道

  9. P轨道为哑铃形，有方向性，沿x、y、z三个方向伸展，三个轨道能量相同。P轨道为哑铃形，有方向性，沿x、y、z三个方向伸展，三个轨道能量相同。 Px轨道Py轨道 Pz轨道 注：轨道图中的 “ + “ “ - “表示波位相

  10. 电子排布规律 • 保里不相容原理 两个形成共价键的电子，必须自旋方向相反。 • 能量最低原理 电子首先占据能量最低的轨道，当此种轨道填满后，才依次占据能量较高的轨道。 • 洪特规则 当有几个能量相同的轨道时，电子尽可能分占不同的轨道。

  11. （四）共价键的本质 当各自带有一个单电子且自旋相反的两个氢原子接近到一定程度，两个原子轨道重叠，核间产生电子云密度较大的区域，吸引着两个原子核，此时体系能量降低，形成稳定的氢分子，降低的能量就是氢分子的结合能。 氢原子 原子轨道的重叠氢分子

  12. （五）价键理论 　价键法又称电子配对法，主要内容如下： • （1）两个形成共价键的电子，必须自旋方向相反。 • （2）饱和性：元素原子的共价数等于该原子的未成对的电子数。 • （3）方向性：原子轨道重叠越多，形成的键越强。成键的两个原子轨道必须按一定方向重叠，以满足最大程度的重叠，形成稳定的共价键。 • （4）能量相近的原子轨道可以杂化，杂化轨道的方向性更强，成键能力增大。

  13. （六）分子轨道理论 　目前应用最广泛的是原子轨道线性组合法，简称ＬＣＡＯ法。要点如下： （1）以分子整体出发，认为分子中的电子围绕整个分子在多核体系内运动，成键电子是非定域的即离域的。 （2）分子轨道是原子轨道的线性组合，多少个原子轨道组合成多少个分子轨道。 （3）两个原子轨道组合成两个分子轨道：一个是成键轨道，比组成它的原子轨道能量低，稳定；另一个为反键轨道，比组成它的原子轨道的能量高，不稳定。

  14. 氢分子轨道的形成

  15. 由原子轨道组合成分子轨道，成键的原子轨道必须满足三个原则：由原子轨道组合成分子轨道，成键的原子轨道必须满足三个原则： 能量相近原则 能量近似的原子轨道相互重叠才能形成稳定的分子轨道。 电子云最大重叠原则 这一点与价键法类似。 对称性匹配原则 成键的两个原子轨道的波位相正的部分与正的部分组合，负的部分与负的部分组合，称对称性匹配，这种组合方式能形成稳定的分子轨道。 分子中电子排布遵循：

  16. （七）碳原子的三种杂化 杂化轨道：由于原子间的相互影响，同一个原子中参与成键的几个能量相近的原子轨道可以重新组合，重新分配能量和空间方向，组成数目相等的，成键能力更强的新的原子轨道。

  17. 图片　ＳＰ３　ＳＰ２ＳＰ

  18. sp3杂化轨道 碳的sp3杂化轨道

  19. sp2杂化轨道 碳的sp2杂化轨道

  20. sp 杂化轨道 碳的sp杂化轨道

  21. 杂化轨道小结 • 类型 S成分 形 状 立体构型 键 角 • SP3 1/4 葫 芦 正四面体 109.5° • SP2 1/3 稍胖葫芦 平面三角 120° • SP 1/2 胖 葫 芦 直 线 180° 。

  22. （八）有机物构造式的表示方法 蛛网式 结构简式（缩写式） 键线式

  23. 四、有机物的分类 • （一）按碳链骨架分类 链状化合物 如： CH3-CH2-CH2-CH2-CH3 　碳环化合物 • （1）脂环族化合物 • （２）芳香族化合物 • （３）杂环化合物

  24. （二）按官能团分类有机化合物的常见官能团及化合物分类（二）按官能团分类有机化合物的常见官能团及化合物分类 • 类型 官能团 　　实 例 　　　英文名称后缀 • 烷烃 无 CH4-ane • 烯烃C=C CH2=CH2-ene • 炔烃CC H- CC-H -yne • 卤代烃-X CH3CH2Cl chloro- • 醇-OH CH3CH2OH -ol • 醚R-O-R CH3-O-CH3ether • 醛-CHO CH3CHO - al • 酮 -CO- CH3COCH3 -one • 羧酸-COOH CH3COOH -oic acid • 胺 -NH2 CH3CH2NH2 -amine

  25. 五、共价键的断裂方式 共价键的断裂方式有均裂和异裂。 • （一）共价键的均裂　指共价键断裂后成键的１对电子平均分给２个原子或原子团。 • 自由基　均裂所产生的带有一个孤单电子的原子或原子团。 Ａ : B A· + B· 通过自由基中间体而进行的反应称为自由基反应。

  26. （一）共价键的异裂指共价键断裂后成键的１对电子为某一个原子团所占有，产生正、负离子。（一）共价键的异裂指共价键断裂后成键的１对电子为某一个原子团所占有，产生正、负离子。 Ａ : B A- + B+ 六、共价键的几个重要参数 • （一）键长：键长通常指成键两原子核间距离，键长单位以nm表示。 • 键长是考察化学键的稳定性的指标之一，一般来说，键长越长，越容易受到外界的影响而发生极化。

  27. （二）键角 分子中一个原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间所夹的角称为键角。 • 在有机分子中饱和碳的四个键的键角为109°28´，或接近109°28´分子方才稳定。 • （三）键能和键的离解能 • 离解能：以共价键结合的双原子分子裂解成原子或自由基时所需要的能量称为该种共价键的离解能，又可称为解离能。 • 离解能是裂解分子中某一个共价键时所需的能量，而键能则是指分子中同种类型共价键离解能的平均值。 • 双原子分子的键能等于其离解能。然而对于多原子分子，键能不同于其离解能。

  28. 甲烷分子中C—H键的键能则为上述四个C—H键离解能甲烷分子中C—H键的键能则为上述四个C—H键离解能 的平均值（415.3kJ•mol-1）。 键能越大，键越稳定

  29. （四）键的极性和极化性 • 非极性键：两个相同的原子形成的共价键，由于成键电子云对称地分布在两个原子核之间，正电荷中心和负电荷中心重合，这样的共价键没有极性，称为～ • 极性键：不同原子形成的共价键，由于成键原子的电负性不同，使电子云靠近电负性较大的原子一端，这样的共价键具有极性，称为～ δ+δ- 例：一氯甲烷分子中的碳-氯键（H3C—Cl） • 键的极性大小取决于成键的两个原子的电负性之差，差值越大，键的极性就越大。常用偶极矩表示。 • 偶极矩（ μ）：电负性较大的原子带部分负电荷，通常以δ-表示，电负性较小的原子则带部分正电荷，以δ+表示。这样正负电荷中心不重合，构成一个偶极，有一定的偶极矩。　　　　　　　　　　　　

  30. 偶极矩为分子中正电荷或负电荷中心上的电荷值ｑ乘以正负电荷中心之间的距离d。 • μ = ｑ × d • ＳＩ单位为Ｃ·ｍ（库仑·米） • 向量，具有方向性，由正到负，用　　　　　表示。 μ=0 μ=0 μ=6.21×10-30Ｃ·ｍ 二氧化碳 　 四氯化碳 一氯甲烷

  31. 键的极化性 由于外界电场作用而使共价键的电子云分布发生改变，即分子的极化状态发生改变的现象叫做~ • 共价键的极化度大小主要决定于成键原子电子云流动性的大小，流动性越大，极化度越大 如：碳卤键的极化度大小为 C-I＞C-Br＞C-Cl＞C-F • 比较：键的极性是由成键两个原子的电负性决定的，是键本身固有的性质；键的极化是在外界电场影响下产生的暂时现象。 • 键的极性和极化与化学反应性能有密切关系。

  32. 七、诱导效应 • 由于两键合原子的电负性不同，使成键电子对偏向某一原子而发生极化的现象称为诱导效应，用I表示。 • 是有机化学中电性效应的一种。 • 原子和基团诱导效应通常以氢作比较标准，以 表示电子云移动的方向。 δ+ δ- δ- δ+ Y CR3 H CR3 X CR3 Y具有+I效应 X具有-I效应 （斥电子诱导效应 ） （吸电子诱导效应） Y为斥电子基X为吸电子基 诱导效应沿着分子链由近到远传递下去，渐远渐弱，通常传递到3个原子后可忽略不计。

  33. 八、有机酸碱理论简介 • （一）勃朗斯德酸碱理论（质子酸碱理论） 凡能给出质子（H+）的物质都是酸，能接受质子的物质都是碱。

  34. 酸的强度可用Ka 或pKa 表示， Ka值越大或 pKa值越小,共轭酸的酸性越强；其共轭碱的碱性越弱。 • 反应总是较强的酸与较强的碱反应, 生成较弱的酸与较弱的碱的方向进行。 • 同一个物质所表现出的酸碱性与介质有关。 如：乙酸在水中表现为酸（水为碱），在硫酸中表现为碱（硫酸为酸） • （二）路易斯酸碱理论（电子论） 定义：酸是能接受一对电子形成共价键的物质； 碱是可以提供一对电子形成共价键的物质。 即 酸是电子对的接受体；碱是电子对的给予体。 路易斯酸碱比勃朗斯德酸碱的范围扩大了，故又称 广泛酸碱。

  35. 酸 碱

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