1+绪论

H2C
CH2
1.118b
1.161b
1.333b 29
• 丁二烯的2条p键共轭，有4个p电子，拥有的 总成键能是4.472b，比较条孤立的p键中4个 p电子拥有的总成键能4b，要多出.472b； • 这.472b的能量差称为丁二烯的共轭稳定能 （离域能），由此得出共轭会产生一定的稳 定！ • 实验得到 0.472b 大约等于0.36eV， 1b 大约 等于0.76eV ；
37
H H O H O H
有机物分子间的氢键作用
O
H
H O
水分子间的氢键作用
O C O H
H O C O
H O O
H
H
H
O H
O
分子内氢键
分子间氢键
O
38
H
乙醛与乙醛
乙醛与水
H3C C O H O C CH3 H
H3C C O H O H H
以上哪一个分子间氢键是存在的
？
39
1.2 有机化合物的一般特点
*
1
p* s
2p 2p
s
1
氢分子
p
乙烯的p 键
28
含有（共轭）双键的分子中p键的分子轨道及其能级
b 能 级 b b b b b b b b b b b b b b b
一、组成特点
•都含有碳元素；
•化合物数量巨大，组成元素很少；
•构成分子的化学键是共价键；
•普遍存在同分异构现象。
40
• 有机物的分子结构描述：分子中的组成原子 和原子团的连接顺序和空间排列次序，包括：
–分子构造：分子中的组成原子和原子团的连接顺 序； –分子构型：由于分子不对称而产生的分子中的组 成原子和原子团的空间排列次序特征； –分子构象：由于键的旋转而产生的分子中的组 成原子和原子团的空间排列特征；
杂化
21
sp 杂化轨道：一条2s 轨道和一条2p 轨道的线
性组合，杂化轨道夹角180o ，两条轨道成直线 分布，两条未参与杂化的p轨道互相垂直形成一 个平面，并与杂化轨道的轴线垂直；
C
杂化
22
• 轨道杂化是电子以新轨道运动的一种方 式；
– 相比未经杂化的轨道，杂化轨道具有电子 密度分布的方向性更强、各杂化轨道分布 的对称性更高，因此成键能力更强； – 是否形成了杂化轨道有时可以通过分子的 立体结构推断，如碳原子是sp2杂化的则必 通过分子中的平面结构得到反映； – 碳原子的杂化轨道很好地表达了有机物分 子的立体结构；
H H
C H
H
H
C
H H C H H H
H H H H
Fischer投影式
H
H H
H H H
H H
H H C
透视式
Newman投影式
11
1.3 有机物分子中的共价键
一、有机物分子中的碳原子
•周期表中的碳原子
–既没有典型的金属性，也没有典型的非金属 性； –形成化合物的反应中，主要不形成离子化合 物，而是形成共价化合物；
H C
118o
H
33
• 键能（平均解离能）： –拉断共价键所需能量或形成共价键释放的能 量； –双原子分子的键能是在一定条件下，气态分 子离解成两个气态原子所需的能量； –多原子分子中，即使是相同共价键的离解能 也是不同的，相同键的键能是各个键离解能 的平均值；
34
• 键的极性和分子偶极矩
–形成共价键的两原子电负性不同时，即出现 共价键的极性，称为键矩m， m ＝q· d； –极性共价键连接的两原子上有不同的电子密 度分布； –不同元素原子形成的双原子分子由于共价键 有极性，分子亦有极性，用分子偶极矩表示； –对于多原子分子，即使形成分子的各原子间 的共价键有极性，若分子具有对称性，整个 分子不一定有极性；
二甲醚
bp -23.7 C
同分异构体
乙醇
bp 78.5 C
44
–官能团位置异构：分子组成相同，但官能团在
碳链上的位置不同而形成了不同的化合物；例如：
CH3CH2CH CH2
1-丁烯
bp -6.5
C
CH3CH CHCH3
同分异构体
2-丁烯
bp 3.5 C(顺式) 0.9 C反式)
属于构型异构
H H C H H H H H H H H H H H Cl H C Cl H C OH
H C CH3 H C COOH H C COOH
6
简化的键线式 1：省去碳氢键和其它连 接氢原子的键线；
CH CH 苯
CH3 CH2 OH CH3 CH CH2 丙烯 乙醇
HC HC
CH CH
简化的键线式 2：在链式结构中省去连 接碳原子的单键；
1/3
19
sp3杂化轨道：一条2s 轨道和三条2p 轨道的线性
组合，杂化轨道夹角109.5o，四条轨道成正四面 体分布；
C
杂化
20
sp2杂化轨道：一条2s 轨道和两条2p 轨道的线性 组合，杂化轨道夹角120o ，三条轨道成平面三 角形分布，一条未参与杂化的p轨道垂直于杂化 轨道平面；
C
41
• 有机物的同分异构现象
–同分异构现象：分子组成相同，但分子结构不同、 从而性质不同的现象；
–同分异构体：具有同分异构现象的不同化合物；
–构造异构：分子组成相同但分子中原子和原子团的 连接顺序不同；包括碳链异构、官能团异构、(官能 团)位置异构； –构型异构(立体异构）：分子构造相同但分子中原子 和原子团和空间排列次序不同；包括顺反异构和旋光 异构；
第一章
有机化学绪论
本章要求 •认识有机化学与有机化合物； •掌握有机物的一般特点； •掌握有机物的分子结构基础知识； •掌握有机物分子的结构式表达； •了解有机化学反应的主要类型； •了解有机化合物的分类。
1
1.1 有机化学的产生和发展
• 有机化合物：碳氢化合物及其衍生物；
– 碳氢化合物：烃（hydrocarbon）； – 碳氢化合物的衍生物：含氧衍生物、含氮衍 生物、含硫衍生物、含磷衍生物、金属有机 物、……
14
2，两种共价键 • 键：成键二原子沿成键两原子的轨道 轴方向形成轨道叠加（“头碰头”方 式发生的轨道叠加） ；
– 能绕键轴自由旋转，重叠程度大；
p键：成键二原子以垂直于成键两原子 的轨道轴的方向形成轨道叠加， （“肩并肩”方式发生的轨道叠加） ；
- 不能绕键轴旋转，重叠程度较小；
15
p—p 键
12
• 对有机物分子中碳原子的基本认识
–四价；
–碳原子能互相连接成碳链或碳环；
–碳原子能以单键、双键或叁键互相连接或 与其它元素原子连接；
13
二、有机物的分子结构与共价键 1，价键理论
•两个原子以最外层含未成对电子的原子轨道
叠加、共享一对电子，形成共价键；
•在形成一个共价单键时，成键的两个原子中的 每个原子提供一条原子轨道（成键轨道）及原 子轨道中的一个未成对电子;
两个轨道沿着轨道轴线方向叠加形成共价键； 16 键有一对称轴；
p—p p 键
17
p键是两条p轨道侧向叠加形成的共价键； p键的轨道叠加程度低于键的轨道叠加程度， 因此不如键的成键能量有利； p键总是两个原子间形成的第二及第三条键；
18
3,碳原子的杂化轨道
• 杂化轨道理论是价键理论采用的一种对原子轨道的数学 处理； • 将碳原子的2s轨道（波函数）和2p轨道（波函数）组合 得到的新型轨道就是杂化轨道； • 杂化轨道上电子的分布密度更集中，有利于轨道重叠， 有利于成键；杂化也产生对称性更高的原子轨道分布， 分子体系能量降低。
成键轨道 体系能量降低
Ψ1= c1ΦA + c2ΦB
两个氢原子1S子轨道形成氢分子 轨道的能级图
• 分子轨道三原则：
1.能量相近原则 ：组成分子轨道的两个原子轨道能量 差越小，成键越强，才能有效的形成分子轨道； 2.最大重叠原则：相互重叠的部分越大，成键越强；
有效重叠 成键
+
无效重叠 不能成键
+
26
C H
C C
sp3—sp3 sp2—sp2
sp—sp
0.154 0.134
0.120
32
C C
C C
• 键角：
–参与成键的原子轨道的夹角； –正常键角表现稳定态的能量水平，偏离正常 键角时体系能量升高；
H
109.5
o
CH3
112
o
O
H
121
o
H C H H
C C C H H H H o H CH3 120
42
–碳链异构 ：分子组成相同，但由于碳链的构 造不同而形成了不同的化合物:
丁烷
同分异构体
C
异丁烷
bp -0.5
bp -12 C
CH3 CH CH3 CH3
43
CH3 CH2 CH2 CH3
–官能团异构：分子组成相同，但构成的官能 团不同而形成了不同的化合物；例如：
H3C O CH3
CH3CH2OH
47
•沸点：
–同类有机物随碳原子数增大，沸点升高；
碳原子数越多，分子质量越大，体积越大，分子 间作用越强；
–同碳数的同类有机物，直链的沸点高于支链 的； –不同类有机物的官能团可能产生不同的极性 作用或氢键作用，分子间作用力增大，沸点 升高；
48
支链的存在使分子间相隔较远，分子间作用减弱；
CH3CH2CH2CH2CH3 bp 36oC
2
• 有机化学：研究有机化合物的化学
– 区别于无机化学、物理化学、分析化学、 高分子化学、结构化学、……； – 内容：有机化合物的组成、分子结构、物 理和化学性质、制备、分析、应用、 …；