有机化学绪论.ppt

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1、第一章第一章 绪绪 论论一、有机化合物和有机化学一、有机化合物和有机化学有机化合物：有机化合物：碳氢化合物及其衍生物。碳氢化合物及其衍生物。 有机化学：有机化学：研究碳氢化合物极其衍生物的化学。研究碳氢化合物极其衍生物的化学。 CONH2NH2NH2CH2CH2COOHOCH2OHOHOHOHOH尿素丙氨酸葡萄糖有机化学的发展历史有机化学的发展历史:无机化合物无机化合物 有机化合物有机化合物 “生命力生命力” 1. 1828年，年，武勒（武勒（Whler）蒸发氰酸铵得到了有机物尿素蒸发氰酸铵得到了有机物尿素 2. 1845年，年，柯尔柏（柯尔柏（Kolber）合成醋酸合成醋酸3. 1854年，

2、年，贝罗特（贝罗特（Berthelot）合成油脂合成油脂有机化学是一门基础科学，与经济建设和国防建设密切相关，有机化学是一门基础科学，与经济建设和国防建设密切相关，不论有机化学工业、能源工业、材料工业的发展，还是国防不论有机化学工业、能源工业、材料工业的发展，还是国防工业的发展，都离不开有机化学的成就。工业的发展，都离不开有机化学的成就。二、有机化合物特性、有机化合物特性 有机化合物数目已达有机化合物数目已达11001100万万种以上，且新有机化合物以每年种以上，且新有机化合物以每年数十万数十万种的速度增长。种的速度增长。 1. 结构上的特点结构上的特点同分异构现象同分异构现象CH3CH2CH

3、2CH3CCH3CH3HH3C丁烷丁烷 异丁烷异丁烷构造异构构造异构立体异构立体异构碳链异构碳链异构对映异构对映异构构型异构构型异构构象异构构象异构顺反异构顺反异构位置异构位置异构同分异构同分异构2. 性质上的特点性质上的特点1) 易燃易燃, 大多数有机物都是可以燃烧的。大多数有机物都是可以燃烧的。 2) 热稳定性差热稳定性差, 许多有机物在许多有机物在200300时即逐渐分解。时即逐渐分解。3) 熔点低熔点低, 许多有机物在常温下是气体和液体。许多有机物在常温下是气体和液体。4) 难溶于水或不溶于水。难溶于水或不溶于水。 5) 反应速度慢反应速度慢, 需要几个小时甚至几十个小时，可以通过加需

4、要几个小时甚至几十个小时，可以通过加 热、加催化剂等手段来加快反应。热、加催化剂等手段来加快反应。6) 不是单一反应不是单一反应, 除主反应外还有较多的副反应存在。除主反应外还有较多的副反应存在。 三、分子结构和结构式三、分子结构和结构式 分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子中原子之间相互连接的顺序叫做分子的构造分子的构造。表示。表示分子构造的化学式叫分子构造的化学式叫构造式构造式。 有机化合物构造式的表示方法通常有有机化合物构造式的表示方法通常有路易斯式路易斯式、短线式短线式、缩减式缩减式和和键线式键线式四种，四种， 常用的是后两种表示方法。常用的是后两种表示方法。CCCCHHHHHHHHH

5、HCCCCHHHHHHHHHHCH3CH2CH2CH3or,CH3(CH2)2CH3路易斯式构造式路易斯式构造式短线短线(网络网络)构造式构造式构造简式构造简式键线式键线式四、共价键四、共价键(一一)、共价键的形成、共价键的形成价键理论和分子轨道理论价键理论和分子轨道理论1. 价键理论：价键理论：(1) 共价键的成键条件共价键的成键条件轨道交盖轨道交盖氢分子氢分子(2) 共价键的方向性共价键的方向性(3) 共价键的饱和性共价键的饱和性(2) 轨道杂化：轨道杂化：1931年，年，Pauling L and Slater J C 提出了杂化轨道理论提出了杂化轨道理论 有机化合物中碳原子成键轨道有三

6、种杂化方式：有机化合物中碳原子成键轨道有三种杂化方式：SP3杂化杂化 、SP2杂化、杂化、SP杂化杂化 。(a) 碳原子轨道的碳原子轨道的SP3杂化杂化 碳原子在与其它原子形成烷烃分子时，由一个碳原子在与其它原子形成烷烃分子时，由一个2S轨道和三个轨道和三个2P轨道进轨道进行杂化，形成四个能量相等的杂化轨道，这种轨道叫行杂化，形成四个能量相等的杂化轨道，这种轨道叫SP3杂化轨道。杂化轨道。SP3杂杂化轨道的形状与单纯的化轨道的形状与单纯的S轨道、轨道、P轨道不同，四个轨道不同，四个SP3杂化轨道的对称轴分别杂化轨道的对称轴分别指向正四面体的四个顶点，对称轴彼此间的夹角为指向正四面体的四个顶点，

7、对称轴彼此间的夹角为10928。Sp3杂化轨道杂化轨道2px2py2pz2s2px2py2pz2s激激发发HHHH甲烷分子中碳原子的甲烷分子中碳原子的sp3杂化杂化(b) 碳原子轨道的碳原子轨道的SP2杂化杂化 乙烯分子中的碳原子在成键时，由一个乙烯分子中的碳原子在成键时，由一个2S轨道和两个轨道和两个2P轨道进行杂轨道进行杂化，形成三个能量相等的化，形成三个能量相等的SP2杂化轨道。三个杂化轨道。三个SP2杂化轨道的对称轴分别杂化轨道的对称轴分别指向等边三角形的三个顶点，对称轴间的夹角为指向等边三角形的三个顶点，对称轴间的夹角为120，因此在空间取向，因此在空间取向上三个上三个SP2杂化轨道

8、呈现一个平面三角形。而未参与杂化的一个杂化轨道呈现一个平面三角形。而未参与杂化的一个P轨道与轨道与此平面处于垂直取向。此平面处于垂直取向。sp2杂化轨道杂化轨道2px2py2pz2s2px2py2pz2s激激发发2py乙烯分子中碳原子的乙烯分子中碳原子的sp2杂化杂化(c) 碳原子轨道的碳原子轨道的SP杂化杂化2px2py2pz2s2px2py2pz2s激激发发2py2pzsp杂化轨道杂化轨道 乙炔分子中的碳原子在成键时，由一个乙炔分子中的碳原子在成键时，由一个2S轨道和一个轨道和一个2P轨道进行杂化，轨道进行杂化，形成两个能量相等的形成两个能量相等的SP杂化轨道。两个杂化轨道。两个SP杂化轨

9、道的对称轴间的夹角为杂化轨道的对称轴间的夹角为180因此在空间取向上两个因此在空间取向上两个SP杂化轨道呈现一条直线。而未参与杂化的两个杂化轨道呈现一条直线。而未参与杂化的两个P轨轨道互相垂直，并且垂直于道互相垂直，并且垂直于SP杂化轨道。杂化轨道。乙炔分子中碳原子的乙炔分子中碳原子的sp杂化杂化CCHHCCCHHHCOCHHNHH。180。120。109.5例如：例如：(3) 分子轨道理论分子轨道理论 分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数来描述。其基本来描述。其基本要点是：要点是：分子轨道分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成；组合前后的轨道

10、是由原子轨道通过线性组合而成；组合前后的轨道数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分子轨道。数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分子轨道。 原子轨道组合成分子轨道的条件：原子轨道组合成分子轨道的条件：a. 能级相近能级相近 b. 最大重叠最大重叠 c. 对称性相同对称性相同12=12+121=12+2=1212能量成键轨道反键轨道“+”与“ ”表示波的位相氢原子形成氢分子的轨道能级图氢原子形成氢分子的轨道能级图价键理论：价键理论：是以是以“形成共价键的电子只处于形成共价键两原子形成共价键的电子只处于形成共价键两原子之间之间”的的定域观点定域观点为出发点的。为出发点的。分子轨道理论：分子轨

11、道理论：是以是以“形成共形成共价键的电子是分布在整个分子之中价键的电子是分布在整个分子之中”的的离域观点离域观点为出发点的。为出发点的。 (二二)、共价键的、共价键的 属性属性：键参数键参数1. 键长键长(bond length): 形成共价键的两个原子的原子核之间的距离。形成共价键的两个原子的原子核之间的距离。2. 键角键角(bond angle)：一个两价以上的原子与其他原子所形成的两：一个两价以上的原子与其他原子所形成的两 个共价键之间的夹角。个共价键之间的夹角。3. 键能键能（bond energy）：形成共价键的过程中体系所释放的能量，）：形成共价键的过程中体系所释放的能量， 或共价

12、键断裂过程中体系所吸收的能量。或共价键断裂过程中体系所吸收的能量。 键能与键的离解能的差异：键能与键的离解能的差异： 双原子分子：双原子分子：键能键能即是键的即是键的离解能离解能。 多原子分子：多原子分子：键能键能则泛指分子中几个同类型键的则泛指分子中几个同类型键的解离能的平均值解离能的平均值。例如：例如：以甲烷为例，其各键的解离能为：以甲烷为例，其各键的解离能为： 而而CH键的键能则是以上四种碳氢键解离能的键的键能则是以上四种碳氢键解离能的平均值（平均值（414KJ.mol）4. 键的极性和诱导效应键的极性和诱导效应根据共价键中电子云对称性根据共价键中电子云对称性, 可分为可分为极性共价键极

13、性共价键和和非极性共价键非极性共价键。 (1) 共价键的极性：以键矩又称共价键的极性：以键矩又称偶极矩（偶极矩（）来量度。来量度。 偶极矩是偶极矩是向量向量，带有，带有方向性方向性，一般以，一般以“ +”来表示，箭头表示从来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向正电荷到负电荷的方向。 HBr = 2.6010-30C.m在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的偶极矩。在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的偶极矩。 多原子分子的偶极矩是分子中各个共价键的偶极矩的向量和多原子分子的偶极矩是分子中各个共价键的偶极矩的向量和 (2) 诱导效应：诱导效应： 由于成键原子电负性不同所引起的，电子云沿键链（包括由于

14、成键原子电负性不同所引起的，电子云沿键链（包括键和键和键）按一定方向移动的效应，或者说是键的极性通过键链依次诱导键）按一定方向移动的效应，或者说是键的极性通过键链依次诱导传递的效应，称为传递的效应，称为诱导效应（诱导效应（Inductive effects），），通常用通常用“I”表示。表示。 CH3CH2CH2CH2Cl +CXCHCY+II效应效应标 准键长与键能键长与键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。反映了键的强度，即分子的热稳定性。 键角键角反映了分子的空间形象（空间结构）。反映了分子的空间形象（空间结构）。键的极性键的极性反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。反映了分子

15、的化学反应活性，并影响它们的物理性质。 (三三)、共价键的断裂和有机反应的类型、共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂方式：共价键的断裂方式：均裂和异裂均裂和异裂均裂：均裂：成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团XY.X.+Y.均裂产生的具有未成对电子的原子或集团，称为均裂产生的具有未成对电子的原子或集团，称为自由基自由基。这种发生。这种发生键均裂的反应称为键均裂的反应称为均裂反应均裂反应，也称为，也称为自由基反应自由基反应。异裂：异裂：成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团所有 形成正、负离

16、子形成正、负离子:XY.XY.XY.+XY.+这种发生键异裂的反应称为这种发生键异裂的反应称为异裂反应异裂反应，也称为，也称为离子型反应离子型反应。另外还有一类反应，它不同于以上两个反应，反应过程中旧键的断裂另外还有一类反应，它不同于以上两个反应，反应过程中旧键的断裂和新键的生成同时进行，无活性中间体生成，这类反应称为和新键的生成同时进行，无活性中间体生成，这类反应称为协同反应协同反应。五、分子间相互作用力五、分子间相互作用力(一一)、偶极、偶极-偶极相互作用偶极相互作用 一个极性分子中带有部分一个极性分子中带有部分正电荷正电荷的一端与另一个带有部分的一端与另一个带有部分负负电荷电荷的一端之间的吸引作用。的一端之间的吸引作用。CORRCORR(二二) 范德华范德华 (van der Waals) 力力 非极性分子中非极性分子中瞬间偶极瞬间偶极和和诱导偶极诱导偶极之间相反电荷之间的之间相反电荷之间的相互吸引力。相互吸引力。(三三)、氢键、氢键 氢原子在两个氢原子在两个电负性很强电负性很强的原子之间形成桥梁，这样形的原子之间形成桥梁，这样形成的键，称为氢键。成的键，称为氢键。H3COHOC