湖南大学【无机化学】有机化学

原子间的相互作用
化学键
原子间的相对位置
构型、构象
第三节 有机化合物的结构和性质 一、有机化合物和有机化学 二、有机化合物的特点 三、有机化合物的结构 (难点) 四、有机化学反应 五、有机化学中的电子效应 (重点和难点) 六、研究有机物的一般程序和方法 七、有机化合物的分类和命名(重点) 八、现代物理分析方法
sp2杂化态
三、 有机化合物的结构 (难点)
三、 有机化合物的结构 (难点)
3) sp杂化——CH≡CH
2p 能 量 2s
1s
基态
2p 激发
2s
1s
杂化 激发态
sp杂化态
三、 有机化合物的结构 (难点)
三、 有机化合物的结构 (难点)
3. 碳原子三种杂化态特性
杂化轨 道类型
sp
sp2
sp3
s成分 1/2 1/3 1/4
原子间的相互排斥，使得整个分子体系更趋稳定；
109.5o
120o 109.5o
180o
• 杂化轨道间的空间组合很好地符合了分子的形状。
sp3杂化轨道-四面体 单键：σ键
sp2杂化轨道-平面三角 双键：σ键+p键
sp杂化轨道-直线型 三键：s键+p键+p键
杂化轨道理论要点
甲烷
• 能量相近的原子轨道可以通过杂化组合成 新的原子轨道；
(1936—？) 美国人 (1927—？) 美国人 (1936—？) 日本人
2000年获奖
2000年获奖
2000年获奖
导电高分子聚合物
第二节 学习有机化学的重要性和方法
5. 有机化学与生命科学
1990 2005
诺 贝40 尔 奖 项30 （
20
～10
0
）
有机化学
生命科学
有机化学 生命科学
维生素B12
2s
2px
2py
2pz
三、 有机化合物的结构 (难点)
1) sp3杂化——CH4
2p 能 量 2s
1s
基态
激发 2p 2s
1s
杂化 激发态
sp3杂化态
三、 有机化合物的结构 (难点)
三、 有机化合物的结构 (难点)
2) sp2杂化——CH2＝CH2
2p 能 量 2s
1s
基态
2p 激发
2s
1s
杂化 激发态
电负性 体积大小
构型
大
小
直线
中
中
平面三角形
小
大
正四面体
S成分越多，电负性越大，体积越小
碳碳键中碳原子电负性: CC>CC>CC
杂化轨道特点
杂化轨道形状更有利于电子云重叠， 成键能力增强；
s轨道
p轨道
s和p的杂化轨道
1 2
1.732
轨道成键能力比较
• 杂化轨道空间伸展方向不同，最大限度减弱了成键电子对以及成键
Chapter 1 绪论
CH4
第一章 绪论 1 一、与课程有关的情况简介 2 二、学习有机化学的重要性和方法 3 三、有机化合物的结构和性质
第一节 与课程有关的情况简介 1.主讲教师
主讲教师:江国防
化学化工学院
电话：88821861、13975150023
EMAIL: guofangjiang@yahoo.com.cn QQ:1357636911
一、有机化合物和有机化学
无机化学 分析化学
物理有机化学 有机合成化学
化 学
有机化学
元素与金属有机化学
物理化学
生物有机化学
高分子化学
应用有机化学
一、有机化合物和有机化学
1. 有机化合物和有机化学的定义及特点 Organic ：有机的、有生命的。 Organic Compound: 最初含义是指有生机之物。
❖教 材
2. 教材、参考教材及习题集
郭灿城等. 有机化学(二版). 北京:
科学出版社, 2006
❖ 参考教材
2. 教材、参考教材及习题集
❖ 习题集
2. 教材、参考教材及习题集
汪秋安. 大学化学习题精解 (下册). 北京:科学出版社, 2003
《有机化学例题与习题》裴伟 伟，冯骏材编；高等教育出版 社
第二节 学习有机化学的重要性和方法
6. 学习目地
1
衣食住行
生活、生 产、科研
2
化学专业 基础课 （6学分、 必修课程）
3
以有机化学的 观点观察和分 析工程技术的 实际问题
第二节 学习有机化学的重要性和方法
7.学习方法
一个中心、两个基本点
结构稳定原理
中心
结构
性质 基本点
• 物质的化学性质 • 分子的化学性质 • 分子的内部结构
道的过程，形成的新轨道叫作杂化轨道，有三种杂化方式: sp3、 sp2、 sp杂化。
三、 有机化合物的结构 (难点)
C 1s22s22p2 —— 2s22px12py12pz0 N 1s22s22p3 —— 2s22px12py12pz1 O 1s22s22p4 —— 2s22px22py12pz1
生命力说
Jöns Jacob Berzelius
(1779-1848 ) 瑞典化学家
一、有机化合物和有机化学
3) 魏勒(F.Wöhler)合成尿素(1828)
AgOCN + NH4Cl
AgCl + NH4OCN
无机物
O
有机物
C
H2N
NH2
“我应当告诉您，我制造出尿素并不求助于肾或动物 ——无论是人或犬”
第二节 学习有机化学的重要性和方法
3. 有机化学与能源
第二节 学习有机化学的重要性和方法
98％
Tsukasa Matsuo ，Hiroyuki Kawaguchi.J. AM. CHEM. SOC. 2006, 128, 12362
第二节 学习有机化学的重要性和方法
4. 有机化学与材料
Alan Heeger Alan G. MacDiarmid Hideki Shirakawa
——F. Wöhler
Friedrich Wöhler (1800-1882） 德国化学家
第二节 学习有机化学的重要性和方法
4)、1845年柯尔伯(H . Kolbe)合成醋酸
柯尔柏 (Kolbe,A.W.H 1818-1884) ,德国 有机化学家。
1844年，由氯、水、四氯化碳在光作用下 合成三氯醋酸，纠正了贝采利乌斯把三氯醋酸称 为氯化碳草酸的错误。由无机物合成有机物，支 持了维勒由无机物合成有机物的实验。
1. CH3CH2CH2CH2CHO
2. CH3CH2OCH(CH3)2
H3C
CHO
3.
C=C
H
CH3
4. (CH3)3CCH2OH
5.
O
6.
O
三、 有机化合物的结构 (难点)
1. 有机化合物中的共价键
成键方式 两个碳原子之间可以形成 C-C; C＝C; C≡C三种化学键
C + 4H
H H CH
H
有机化合物——碳氢化合物及其衍生物.
有机化学——碳化合物的化学(L Gmelin 1848) ——研究碳氢化合物及其衍生物的化学.
Leopold Gmelin (1788 - 1853) 德国化学家
有机化合物特点： 结构上： 共价键;范德华力;分子结构复杂（同分异构）. 性质上: 易燃烧;易分解;熔点低;在水中的溶解度小;化学反应速度较慢;
2) 键角 分子中某一原子与另外两个原子形成的两个共价键在空间所夹的角度称为键
角.
键角反映了分子的空间构型。键角的大小也随分子结构的不同而有所区别。
H 109.5°
Cl 110.4°
CH 3 112°
H H
H
Cl H
Cl
H H
CH 3
3) 键能 气态时原子A与B结合成气态A-B分子所放出的能量,或者是气态的A-B 分子离解成气态的A和B原子所吸收的能量.(单位:kJ/mol).
同分异构现象：分子式相同而结构相异，因而其性质也各异的不同化合物,称为 同分异构体.这种现象叫同分异构现象.
例: CH3CH2-OH, CH3-O-CH3
二、有机化合物的特点
同分异构
构造异构
立体异构
碳链异构 位置异构 官能团异构
构型异构
构象异构
顺反异构 旋光异构
构造型象
练习题
下例有机化合物，那些互为同分异构体？
• 参与杂化的原子轨道的组成不同,形成的杂化
轨道的数目、伸展方向也各异，但共同特点 是使电子云向杂化轨道的一端聚集，从而使 成键轨道的重叠更加有效，生成的σ键更稳 定，方向性更强。
杂化轨道理论的不足：
乙炔
？ 氧分子等的顺磁性； ？ 定域—离域； ？ 共轭体系。
三、 有机化合物的结构 (难点)
4. 共价键性质 1 )键长 成键原子之间的核间距离.单位为nm(10-7m). 碳碳键长: CC > CC > CC CH键长: CCH > CCH > CCH
与此教材配套的习题集
3. 课程网站
http://jpkc.hnu.cn/yjhx/Course/
4. 考核方式
小考:
15%
期末考试 :
50%
考勤 :
10%
作业:
25%
【注意】小考没有补考机会
不缺课，适当记点笔记； 独立完成作业，自检学习效果； 提倡课内外讨论。
Байду номын сангаас
第二节 学习有机化学的重要性和方法
1. 有机化学与生活
第二节 学习有机化学的重要性和方法
2. 有机化学与环境 氟氯烃对臭氧层的破坏机理：
Paul J. Crutzen Mario J. Molina F. S. Rowland
(1933~?)
（1943~?）
（1927~?）
德国 1995年获奖 美国 1995年获奖 美国 1995年获奖
同系列：具有一个分子结构通式,结构相似,化学性质也相似,物理性质随着碳原
子数的增加而有规律地变化的化合物系列,叫同系列. 同系列中的化合物互称为 同系物.
例: CH4 ，C2H6， C3H8
系列差：在同系列化合物中,相邻两个同系物之间的结构式相差一个结构单元,而 不相邻的同系物中,结构相差该结构单元的整数倍(例如在烷烃中,结构单元是 CH2),这个结构单元叫系列差.
反应热H = ∑破裂键键能 - ∑生成键键能
对多原子分子，键能是指分子中同一类共价键离解能的平均值。键能与离解 能在数值上不一定相同。
共价键的参数：键长、键角、键能、键矩
1. 键长
两原子核与核之间 电子云的吸引力
两原子之间 的排斥力
达到平衡时的距离
Xpm
键长越短——核与核之间电子云吸力越强
电子云集中于两核之间 轨道重叠大 键牢固、稳定
H HC H
H
路易斯结构式 凯库勒结构式
共价键：共用电子对
三、 有机化合物的结构 (难点)
2.杂化轨道理论
• 原子轨道在成键过程中有一种增强轨道的成键能力使体系更趋稳定的作用， 这种内在趋势的驱动下，原子轨道发生重组，形成了杂化轨道。
• 原子轨道杂化必须满足的条件：参与杂化重组的原子轨道能量上应该相近。
CF2Cl2
hv CF2Cl + Cl
Cl + O3
ClO + O2
臭氧层
ClO + O3
Cl + 2O2
克鲁岑、莫利纳、罗兰率先研究并解释了大气中臭氧形成、分解的过程及机 制，指出：臭氧层对某些化合物极为敏感，空调器和冰箱使用的氟利昂、喷 气式飞机和汽车尾气中所含的氮氧化物，都会导致臭氧层空洞扩大，他们于 1995年获奖。
反之：则键弱，不稳定。
不同的共价键，或处于不同的环境，键长值不同。
一些常见的共价键键长
键 键长(pm) 键 键长(pm)
C–H 109 N–H 103 O–H 97 C–C 154 C–N 147
C–O 143
C–F 141
C–Cl 176
1848年与富兰克兰(林)把乙腈碱性水解得到醋酸，后来发展成氰 水解合成有机酸的一般方法
第二节 学习有机化学的重要性和方法
1854年伯赛罗(M . Brethelot)合成油脂
1850－1900年，合成有机化学时代 煤焦油化学时代
1900－1940年，有机化学工业时代 煤焦油→染料、药物、炸药
1940年－，石油化工时代 石油→三大合成材料（橡胶、塑料、合成纤维）
1990年－，有机化学与生命科学、环境科学、材料科学、能源工业、国防 工业、电子工业、信息产业、无机非金属材料、各种轻工行业紧密联系，相 互促进。
一、有机化合物和有机化学
【思考】 1. 为什么有机化学作为化学的一个分支来进行研究？
2. 为什么选择碳作为有机化合物的主要元素？
二、有机化合物的特点
1. 有机化合物的结构特点——同系列和同分异构现象
反应产物复杂.
一、有机化合物和有机化学
2. 有机化学(Organic Chemistry)的发展
1) 拉瓦锡(A.L.Lavoisier)燃烧分析法(1781)
有机物
O
燃烧
H2O ＋ CO2
2) 柏则里(J.Berzelius)提出有机化学(1806)
Antoine Laurent Lavoisier （1743~1794） 法国化学家
碳原子轨道杂化和σ键的形成
基态时C原子轨道：1S2 2S2 2Px1 2Py1 2Pz0
sp3 sp3 sp3 sp3
SP3杂化
2s2 2p1x 2p1y 2p0z
激发
2s2 2p1x 2p1y 2p1z
杂化
sp2 sp2 sp2 2p1z
SP2杂化
SP杂化
sp sp 2p1y 2p1z
杂化就是把激发状态下的四个原子轨道混杂在一起重新组合成四个新的原子轨