有机化学-第一章 绪论

第一章
绪论
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第一节有机化合物和有机化学
第二节共价键
第三节分子的极性和分子间的作用力
第四节有机化合物的分类和有机反应的类型第五节有机酸碱概念
第六节分子轨道和共振理论的要点
重点难点
有机化合物和有机化学
有机化合物（organic compound）是含碳元素的化合物，有机化学（organic chemistry）是关于有机化合物的科学，即关于有机化合物结构、性质及变化规律的科学。

氰酸铵(ammonium cyanate)
尿素(urea)
H
H H
H OCN C
O
H2N NH2
1828年Friedrich Wöhler首次将无机物氰氨酸转变为有机物尿素，此后更多的有机物被合成，有机化学进入了合成时代。

有机化合物有多种书写及绘制方式，如乙醇 (C 2H 6O)：
H C C H OH H
H
H 蛛网式
(cobweb formula)
CH 3CH 2OH
缩写式
(skeleton symbol)
键线式
(bond-line formula)
H
C CH 3H 锲形式 (umbrella)
H H OH
H
H
H 缩写式 (saw frame)
球棒模型 (ball and stick)
球棒模型 (stout model)
共价键
1. 八隅规则：原子形成分子时，价层电子排布趋向于惰性气体外层电子排布。

2. 共价键（covalent bond ）：通过共用电子对形成的化学键。

一、Lewis 共价键理论
3. Lewis 结构式：“•”代表电子，“-”代表共价键。

H H
C C H H H H
O
H C C H OH H H
H
二、现代共价键理论
1. 方向性：原子总是尽可能地沿着原子轨道最大重叠方向形成共价键。

2. 饱和性：一个原子含有几个单电子，就能与其他原子的几个自旋方向相反的单电子形成共价键。

“头对头”重合“肩并肩”重合
三、碳的杂化轨道（一）sp3 杂化轨道
2
C: 1s22s22p
三、碳的杂化轨道（二）sp2 杂化轨道C: 1s22s22p2
三、碳的杂化轨道（三）sp 杂化轨道
C: 1s22s22p2
键长：成键两个原子核间平均距离 (pm)
键角：共价键之间的夹角
四、共价键的属性
键能：断裂共价键所需能量的均值 (kJ/mol)
C
C
C C C
154pm 134pm 120pm CH4 C + 4H1661kJ/mol C H1661÷4=415.3kJ/mol
常见共价键键能
共价键键能 (kJ/mol) 共价键键能 (kJ/mol)
C−H 415 C−Br 285
C−N 305 C−I 218
C−O 360 C=C 611
极性：由于成键原子电负性不同导致电子云分布不均，可用偶极矩(µ)定量。

四、共价键的属性
µ = δ × d (C ⋅m)
3.5×10-30 or 1.05D (德拜) 1D = 3.3336×10-30 C ⋅m (库伦⋅米
)
H F
δ+
δ
-
几种常见元素的电负性
有机化学（第9版）
常见共价键偶极矩
共价键偶极矩 (D) 共价键偶极矩 (D)
C−O 0.86 H−N 1.31
C−F 1.51 H−O 1.53
C−Cl 1.56 C=O 2.4
分子的极性和分子间的作用力
分子的极性取决于该分子正、负电荷中心的相对位置；非极性分子两者重合，极性分子两者不重合。

一、分子的极性
µ= 1.87D
µ= 0
µ= 0
二、分子间的作用力
范德华力：色散力（瞬时偶极作用）、诱导力、取向力（偶极-偶极作用）氢键
有机化合物的分类和有机反应的类型
一、有机化合物的分类
开链/环状
饱和/不饱和
芳香/脂肪
开链、不饱和、脂肪环状、饱和、脂肪环状、不饱和、脂肪环状、不饱和、芳香
官能团：能体现有机化合物性质的原子或基团。

一、有机化合物的分类
C
C
双键 烯
C C
叁键 炔
烷
N
氨基
H N
胺
O H
羟基
醇
OH
OH
酚
SH
巯基
SH
硫醇
官能团：能体现有机化合物性质的原子或基团。

一、有机化合物的分类
C O 羰基
O
酮
C O H
醛基
H
O
醛
C O
O
H
羧基
COOH 羧酸
C O
O R
C O
NHR
酯基
酰氨基
O
O
酯
N H
O
酰胺
X
O 酰卤
O O O
酸酐
均裂：共价键均等分裂，形成自由基。

异裂：共价键非均等断裂，形成正离子或负离子。

二、有机反应的类型
H3H3H H3C H3+ Br
-
H3H H3+ H+ C
H
2
C
H
2 H
3 H
2
2
有机酸碱概念
一、Bronsted-Lowry酸碱理论
Bronsted酸：给出H+
Bronsted碱：接纳H+
-
H A H++ A
acid proton anion
K a=[H+][A-]/[HA]
p K a=-log10K a
酸性强弱取决于A-的稳定性
一、Bronsted-Lowry 酸碱理论
电负性
C < N < O < F
Increasing stability
Increasing electronegativity
稳定性
酸性 -CH 3 < -NH 2
< -OH < -F
H −CH 3 < H −NH 2 < H −OH < H −F
Increasing acidity
p K a
50
38
15.7
3.2
Increasing size
H −F < H −Cl < H −Br < H −I
3.2
-7
-9
-10
Increasing acidity
酸性 p K a
原子半径
A 电负性越大，A -越稳定，HA 酸性越强
负电荷越分散，A -越稳定，HA 酸性越强
二、Lewis酸碱 Lewis酸：接纳电子
Lewis碱：给出电子
常见的Lewis 酸：BF 3、AlCl 3、ZnCl 2、FeCl 3、H +、Br + 常见的Lewis 碱：NH 3、ROR 、ROH 、OH -
二、Lewis 酸碱
Al : 1s 22s 22p 63s 23p
1
3s
3
p 3sp 2
3
p
Al
Cl Cl
H 3
Al -Cl Cl Cl
N H 3
+
Lewis 碱
Lewis 酸
分子轨道和共振理论的基本要点
一、分子轨道
分子轨道是通过相应的原子轨道线性组合而成。

在组合产生的分子轨道中，能量低于原子轨道的称为成键轨道；高于原子轨道的称为反键轨道。

二、共振理论
一个分子或离子可以用两个或两个以上电子位置不同的Lewis 结构式表示，共振式的群体即共振杂化体代表分子或离子的真实结构。

如硝基甲烷可用以下共振杂化体表示：
H 3C N O
O H 3C N
O
O
本章小结
1. 含碳化合物称为有机化合物（CO、CO2、碳酸、碳酸盐除外）。

2. 有机化合物中原子间以共价键相结合，碳原子成键时外层电子有三种杂化
状态：sp3、sp2、sp。

3. 共价键具有方向性和饱和性。

具有键长、键角、键能、极性等性质。

其极
性取决于成键原子电负性的差值。

4. 有机化合物可以按照官能团进行分类，官能团决定化合物的化学性质。

5. Lewis酸碱以接纳或给出电子的能力来衡量，涵盖了Bronsted酸碱。

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