有机化学-第一章-48

键长/nm 0.177 0.191 0.134 0.120
键长越短，键牢固、稳定;反之，则键弱，不 稳定。 不同的共价键，键长不同。 相同的共价键，化学环境不同，键长不同。 C-H键：键长 sp3 >sp2 > sp; 有机化学 第一章
32
共价键的键参数（二）

键能 :共价键形成所释放或断裂所吸收的 能量，反应键的牢固程度。 – 键的离解能（D）:断裂一个共价键所吸 收的能量。


从事高分子化学及物理工作十多年，研究方向涉及催化化学及材 料、环境友好材料、功能高分子材料。
有机化学 第一章 2
课程说明
本课程共 48 学时 第一章 绪论 第二章 饱和烃：烷烃和环烷烃 第三章 不饱和烃：烯烃和炔烃 第四章 二烯烃 共轭体系 共振论 1-3章 习题课 第五章 芳烃 芳香性 第六章 立体化学 第七章 卤代烃 相转移催化反应 邻基效应 第八章 有机化合物的波谱分析 4-7章 习题课 第九章 醇和酚 第十章 醚和环氧化合物 第十一章 醛、酮和醌
标志性成果
维生素B12 牛胰岛素 紫杉醇
有机化学 第一章 8
ห้องสมุดไป่ตู้
• 学科建设
（1） 制备了几千万种有机化合物（1990年，1000万种）。
（2） 建立了一套系统鉴定和测定有机化合物的方法。
（3） 逐步建立和完善了有机化学的理论。
• 学术成就
二十世纪（46项重大发明，8项与有机化学有关）。
诺贝尔化学奖（1901-2009，99届，75届与有机化学有关）。

羧酸 羧酸衍生物 习题课 β–二羰基化合物 有机含氮化合物 习题课 有机含硫、含磷和含硅化合物 杂环化合物 类脂类 碳水化合物 氨基酸、蛋白质和核酸
1学时 1学时 2学时 2学时 3学时 1学时 略 略 略 略 略 2学时
4
有机化学 第一章
课程说明

课程教学要求：认真听讲，做好笔记，课后及时进行 总结整理。
C + 4 H
H HCH H
惰性气体 构型
Lewis 结构式
有机化学 第一章
Keculé价键式
19
共价键理论

价键理论(valence bond theory)
• 定域价键理论 (valence bond theory) • 杂化轨道理论 (hybrid orbital theory)

分子轨道理论(molecular orbital theory)
例：
多原子分子
CH4 CH3 CH2 CH CH3+ H CH2 + H CH + H C +H D = 434.7 kJ/ mol D = 443.1 kJ/ mol D = 441.1 kJ/ mol D = 338.6 kJ/ mol D = 414.9 kJ / mol
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有机化学 第一章
共价键的键参数（二）
3. 性质上的特点
有机化学 第一章
11
组成上的特点：
主要： C， H
其次：O，S，P，N…….
特点： ※ 元素种类单一，但种类繁多。
C
迄今为止已知的2000万个化合物中，绝大 多数是有机物。
有机化学 第一章 12
结构上的特点
（1）共价键结合成碳链或碳环。 （2）同分异构现象。 构造异构体 （ 结 构 异 构 体 ）

分子式(molecular formulas ):表示组成分 子的原子种类和数目。 CH3CH2OH CH3OCH3
C2H6O
乙醇 二甲醚
有机化学 第一章
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分子式和分子结构式
分子结构式(molecular structural formulas)表示分 子中原子连接的顺序。
短线式(dash formulas):
sp2杂化
有机化学 第一章
sp杂化
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sp3杂化
可形成四 个 键
有机化学 第一章
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sp2杂化
可形成三个 键和一个π键 有机化学 第一章
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sp1杂化
可形成两个 键和两个π键 有机化学 第一章
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分子轨道理论(molecular orbital theory)

分子轨道(MO)：电子在整个分子中运动的状态 函数(ψ)

有机化学 第一章
3学时 4学时 4学时 1学时 1学时 4学时 2学时 4学时 2学时 1学时 4学时 2学时 4学时
3
课程说明
第十二章 第十三章 8-11章 第十四章 第十五章 12-14章 第十六章 第十七章 第十八章 第十九章 第二十章 期末答疑
表1.2 一些共价键的键能 共价键 键能/kJ· -1 共价键 键能/kJ· -1 mol mol
C C C H C N C O C F
347 414 305 360 485
C Cl C Br C I C C C C
339 285 218 611 837
例：H2 + Cl2 2HCl 用途：用于预估一 键断裂： H-H + 434.7 个化学反应在能 Cl-Cl + 242.4 量上的可能性。 键生成：2H-Cl - ( 2*430.5) -183.9 kJ/mol => 能量上可行 有机化学 第一章 （放热）
• 研究思路
深入、巧妙、与其它学科广泛交叉渗透（也渗透到人 类活动 各方面）。
有机化学 第一章 9
有机化合物和有机化学的定义
有机化合物：碳氢化合物（烃）及其衍生物。
有机化学：研究碳氢化合物（烃）及其衍生 10 有机化学 第一章 物的化学。
1.2 有机化合物的特性
1. 组成上的特点
2. 结构上的特点
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共价键的键参数（三）

键角 两价以上的原子在与其它原子成键时，
键与键之间的夹角。
H 109.5°
H C H H
104° O
H 118° C H
121° O
甲烷
乙醚
甲醛
键角反映了分子的空间结构
有机化学 第一章
35
共价键的键参数（四）
• 键的极性
• 非极性共价键(nonpolar covalent bonds)： 两个相同的原子成键, 电子云对称分布在两个原 子之间。 • 极性共价键(polar covalent bonds):
有机化学 第一章
20
原子轨道的概念
电子在空间可能出现的区域称为原子轨道。 即电子云 。
有机化学 第一章 21
定域价键理论 (valence bond theory)

共价键的形成成键原子的原子轨道 (电子云)相
互交盖的结果。
H + H
氢原子
HH
轨道交盖
=
氢分子
图1-1 氢原子的 s 轨道交盖形成氢分子

考试及成绩：
–
平时成绩：30% ,

其中考勤、作业10%，考勤采取随机抽查的方式考查，考勤施行 班长负责制； 小测验成绩：20%
– 期末考试：70%

教学参考书
– – – –
1. 《基础有机化学》（第二版），邢其毅等编，高教出版社； 2. 《有机化学》，恽魁宏主编，第二版，高教出版社； 3. Francis A. Carry. Organic chemistry 4th edition 4. John McMurry Organic chemistry 5th edition

电子在分子轨道中的填充顺序
能量最低原理 泡利不相容原理 洪特规则（兼并轨道规则） 最大重叠 此外还遵循成键三原则： 能量相近
对称性匹配
分子轨道理论，电子离域。
有机化学 第一章 29
共价键的属性

共价键的键参数
– 键长(bond lengths) – 键能 (bond energy) – 键角(Bond angles) – 键的极性(Bond polarity)
线性组合 节面 + φ1 + φ1
+
+
φ2 + φ2
有机化学 第一章
ψ*
+
+ ψ
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图1.2 氢分子轨道形成示意图
分子轨道理论(molecular orbital theory)
ψ*
能
1 2
量
ψ
原子轨道组合成分子轨道必备条件： ① 能量相近 ② 最大重叠 ③ 对称性相同
有机化学 第一章 28
分子轨道理论(molecular orbital theory)
有机化学
♦主讲：李秀华 博士，副教授
e-mail: lixiuhua@scut.edu.cn
有机化学 第一章
1
简介

籍贯：山东济南 1992年7月、1995年7月分别获得大连理工大学工学学士和硕士学 位； 1995年7月 - 2001年7月中国石油化工总公司齐鲁石油化工股份有 限公司工程师； 2004年7月毕业于中国科学院化学所，获得理学博士学位，获得中 国科学院2003年院长优秀奖； 2005年1月 – 2006年8月加拿大McGill大学化学系Tomlison 教授 A11an S．Hay博士课题组博士后研究员； 2006年11-2007年12月华南理工大学化学科学学院 副教授； 2008年1月-至今 华南理工大学化学与化工学院 副教授。
y
键
x
yy
π键
x
共价键具有:
方向性
饱和性
22
1s - 2px
2py - 2p 有机化学 第一章 y
杂化轨道理论 (hybrid orbital theory) 碳原子在基态时的价电子层电子构型
C:
2s2 2px1 2py1 2pz0
吸收能量
C*： 2s1 2px1 2py1 2pz1
重新 分配
sp3杂化
思考：分子式若为C3H8O，构造简式？ 构造简式并非万
CH3CH2CH2OH CH3CHCH3 CH3CH2OCH3 OH
有机化学 第一章
能，有些异构体 如立体异构，就 无法表示。
18
1.4 共价键及有机反应
• 共价键的概念—lewis电子结构式
•
原子的电子配对成键
H H C H H
• 形成稳定的8电子构型（八隅规则）
缩简式(condensed formulas):
键线式(bond-line formulas):
有机化学 第一章 17
例1：
分子式：C3H7OH H H H 构造式： H C C C OH H H H H OH H H C C C H H H H CH3CHCH3 OH OH OH
构造简式： CH3CH2CH2OH 键线式（line-formular）：
•有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质 、合成、应用及相关理论的一门科学。
那么，什么是有机物呢？
十七世纪中叶，据物质来源分为：动物、植物 和矿物
有机——―有生命的物质”
有机化学 第一章
7
有机化学发展的历史
十九世纪初瑞典化学家 柏齐利乌斯(Berzelius)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。
有机化学 第一章
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共价键的键参数（一）

键长 形成共价键的两原子核之间的距离。
Xpm
两原子核与核间 电子云的吸引力
两原子核之 间的排斥力
达到平衡时的距离
有机化学 第一章 31
共价键的键参数（一）
共价键 C C C H C N C O

表1.1 一些共价键的键长 共价键 键长/nm 0.154 C Cl C Br 0.109 C C 0.147 C C 0.143
有机化学 第一章 14

1.3 分子结构和结构式

分子(molecules)
– 组成的原子按照一定的排列顺序， 相互影
响相互作用而结合的整体。

分子结构(molecular structures)
– 构成分子的原子排列的顺序和相互关系。
– 包括分子的构造、构型和构象。
有机化学 第一章
15
分子式和分子结构式
同 分 异 构 体
立体异构体
构型异构体
几何异构体 旋光异构体
构象异构体
交叉式构象 重叠式构象
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电子互变异构体
有机化学 第一章
性质上的特点

易燃——燃烧后生成二氧化碳和水 熔、沸点低——分子间范德华力，较弱

难溶于水易溶于有机溶剂——弱极性或非极性， “相似相溶” 有机化合物反应速度慢、副反应多——共价键
（1）从有机体内提取有机物 （ 1773 –1805） 酒石酸、尿酸、乳酸等 “生命力”学说 （2） 由提取进入到提取合成并举的时代 （ 1806 –1828 –1848 ） •1828， 德国 F. Wohler 合成尿素 从无机物合成得到有机物 •1844年，H. Kolbe 合成了醋酸 （3）进入合成时代 （1849 –1900 –2001-至今） •1854年，M. Berthelot 合成了脂肪类物质； •1861年，布特列洛夫 合成了糖类。
有机化学 第一章 5
第一章
主要内容
绪
论
1.1 有机化合物和有机化学 1.2 有机化合物的特性 1.3 分子结构和结构式 1.4 共价键 1.5 分子间相互作用力 1.6 酸碱的概念 1.7 有机化合物的分类 1.8 有机化合物的研究程序
有机化学 第一章 6
1.1 有机化合物和有机化学