《有机化学》第一章 绪论

Sp3杂化
2P
2S 6C
2P 跃迁 2S
杂化
Sp3杂化轨道
Sp2杂化
2P 2S 6C
2P 跃迁 2S
杂化
Sp2杂化轨道
Sp2和sp3杂化轨道的形状大体相似，只是由于s成分的 逐渐增多，形状较胖，电负性较大。
Sp杂化
2P 2S 6C
2P 跃迁 2S
杂化
Sp杂化轨道
判断杂化类型的方法（第2和3章重点讲）
第一节 有机化学（Organic chemistry)发展概况
Organic一词的意思是有机的、有生命的 ， 因此，有机化合物的最初定义是指来源于 动、植物体的物质 。
甘蔗------制取蔗糖； 大米或果汁----酿制酒精 植物油和草木灰共融--------制成肥皂 米醋------乙酸等称为有机物，形成“生命力论”
共价键 C--C C＝C C—O C—N C--Br
键能 347．3 611 359．8 305. 4 284．5
3、键角(bond angle) 有机分子中二个共价键之间的夹角，称为键角。
4、键的极性和分子的极性
当两个相同的原子或原子团形成共价键时，由 于其电负性相同，因此成键电子云对称地分布 在两个原子周围，分子的正、负电荷中心重合， 这种键称为非极性共价键。
=dq 偶极矩的单位为德拜（Debye, Debye.Peter 荷兰物理学家), 简写为D。1D=10-8cm 10-10静电单位。
双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子 的极性是各个价键极性的矢量和。偶极矩是矢量,方向 从正电荷中心指向负电荷中心,可书写如下：
δ＋
H
－
Cl
偶极矩 u=q•d
由于青霉素的发现和大量生产，拯救了千百万 肺炎、脑膜炎、脓肿、败血症患者的生命，及时 抢救了许多的伤病员。青霉素的出现，当时曾轰 动世界。为了表彰这一造福人类的贡献，弗莱明、 钱恩、弗罗里于1945年共同获得诺贝尔医学和生 理学奖。
O H
N H O
H S
N H COOH
青霉素
Nobel Prize Winners in Chemistry：
一. 有机化学的发展
18世纪下半叶至19世纪初天然产物的开始发展：
1773：从尿中提取出了尿素 1769：制得了许多有机酸: 葡萄汁→酒石酸(tartaric acid) 酸牛奶→乳 酸(lactic acid) 柠檬汁→柠檬酸(citric acid)
1806年Serturner从鸦片中提取吗啡。 瑞典化学家Berzelius----生命力论代表，有
1. 种类多，分子组成繁杂 有机物已达700万种，并且以每年20万种的速
度增加，而无机物只有10多万种。
（数目没有限制，连接方式多样，同分异构现象普遍）
2. 易燃烧 3. 熔、沸点低，热稳定性差 室温（r.t room temperature)下，多
数有机物为气体、液体或低熔点的固体。 因为有机分子间的引力主要为范德华力 （Verder Waals Force)，结合较弱。 4. 难溶于水，易溶于有机溶剂 5. 原子间主要以共价键结合 6. 反应速度慢，易发生副反应
形成共价键的两个原子的电负性不相同，成键 电子云分布不对称，在电负性大的原子周围电 子云密度较高带负电荷，而电负性小的原子带 正电荷，结果使键出现极性，这种类型的键称 为极性共价键。
电负性： 一个元素吸引电子的能力。电负性相差越大，共价键的
极性也越大。 H C N O F Cl Br I
2.0 2.5 3.O 3.5 4.O 3.O 2.9 2.6
π键的特性
两个p轨道的交盖部分分布在σ键所在平面的上、下 两部分，不在键轴上，距两原子核较远，原子核对它的 引力较小，所以π键较弱，键能小，容易断裂。
由于原子核对π电子的束缚力较小，故π电子云容易 极化，促使π键易发生化学反应。
π键不能自由旋转。如果旋转，就会减小p轨道的交 盖程度而使体系能量升高，进而导致π键断裂。由于 双键是由一个σ键和一个π键所组成的，所以双键不能 自由旋转。
(NH4)2SO4
KCNO
NH4CNO
1772年，法国化学家拉瓦锡（AntoineLaurent, Lavoisier, 1743.8.26-1794.5.8）确 定了有机化合物主要含有C、H、O、N几种元素。
1851年凯库勒（Kekulé,1851）将有机化合 物定义为含碳的化合物。
1874年肖莱马(Schö rlemmer）将有机化合 物定义为碳氢化合物及其衍生物。
2000年—2007年年代获奖者获奖原因
2000年艾伦·黑格（美）\艾伦·麦克迪尔米德（美/新西兰） 白川英树（日）对导电聚合物的研究
2001年威廉·诺尔斯（美）野依良治（日）手性催化还原反应 巴里·夏普莱斯（美）手性催化氧化反应
2002年库尔特·维特里希（瑞士）约翰·贝内特·芬恩（美） 田中耕一（日）对生物大分子的鉴定和结构分析方法的研究
1929年，弗莱明发表了学术论文，报告了他的发现， 但当时未引起重视，而且青霉素的提纯问题也还没有解 决。
1935年，英国牛津大学生物化学家钱恩和物理 学家弗罗里对弗莱明的发现大感兴趣。钱恩负责 青霉菌的培养和青霉素的分离、提纯和强化，使 其抗菌力提高了几千倍同，弗罗里负责对动物观 察试验。至此，青霉素的功效得到了证明。
若用表示部分电荷，+、 -分别表示部分正、 负电荷，则极性共价键和非极性共价键可分别 表示如下：
H
H
非极性共价键
H+
Cl-
极性共价键
极性共价键的电荷分布不均匀，正点中心与 负电中心不相重合，就构成一个偶极。
键的极性大小可定量的用偶极矩(dipole moment ）来表 示，偶极矩等于正、负电荷中心距离（d）与其所带电荷（q） 的乘积。
通过分子形状判断
正四面体形： Sp3杂化 单键
平面三角形：Sp2杂化 双键
直线形：Sp杂化
参键
通过σ键个数判断
四根σ键： Sp3杂化
三根σ键： Sp2杂化
二根σ键： Sp杂化
不同杂化碳原子的比较
不同碳原子的电负性：
sp杂化碳原子＞sp2杂化碳原子＞sp3杂化碳原子
S成分多离原子核近，吸引能力强，电负性强。 偶极矩：端炔＞端烯（但极性较弱）。如：
2003年彼得·阿格雷（美）罗德里克·麦金农（美） 对细胞膜中的水通道的发现以及对离子通道的研究
2004年阿龙·切哈诺沃（以）阿夫拉姆·赫什科（以） 欧文·罗斯（美）发现了泛素调解的蛋白质降解
2005年罗伯特·格拉布（美）查德·施罗克（美） 伊夫·肖万（法）对烯烃复分解反应的研究
2006年罗杰·科恩伯格（美）对真核转录的分子基础 所作的研究
有机化学工业的发展：英国化学家柏金 （W.H. Perkin)---合成工业染料开始
1856年柏金试图从甲苯胺类化合物合成 喹啉，意外获得了黑色沉淀，在乙醇中 呈艳丽的紫色溶液。-----苯胺紫。
(CH3)2N C
(CH3)2N
N(CH3)2
C
O OH
OH
ClN+ H3C CH3
孔雀绿
ClN+ H3C CH3
共价键的本质是在1927年由海特勒（Heitler） 和伦敦（Lodon）用量子力学处理氢分子后才得 以阐明的，其主要内容有：
1.假定分子的原子具有未成对电子且自旋方向相 反，就可以配对偶合，每一对电子形成一个共价 键；
2.原子的未共用电子数就是它的原子价数； 3.如果一个原子的未共用电子已经配对，它就不
能再与其它未成对电子配对，这种性质叫做共价 键的饱和性；
4.电子云重迭的程度越大，形成的价键越稳定， 因此原子轨道要尽可能在键轴方向上实现最大程 度的重迭，这种性质叫做共价键的方向性；
5.能量相近的原子轨道可进行杂化形成能量相近 的杂化轨道，这样可加强其成键能力，成键后达 到最稳定的状态。
碳原子的杂化方式 Sp3杂化 饱和键C-C 单键 烷烃 Sp2杂化 C=C 双键 烯烃 Sp杂化 C ≡C 叁键 炔烃
CH3CH2C≡C－H μ 2.67×10-30 C.m
CH3CH2CH＝C－H2 1.0×10-30 C.m
共价键的类型
σ键：头碰头成键 π键：肩并肩成键
σ键的形成
原子轨道以“头碰头”的方式重迭交盖形成键
σ键的特征
两个原子轨道彼此交盖部分对称地分布在键轴 的周围，并呈轴对称，这样形成的键都称为σ键。
2007年格哈德·埃特尔（德）对表面化学的研究
有机化学的研究内容：
1. 新的天然化合物； 2.有机合成方法； 3. 有机合成工业化。
学习方法：
1. 理解性记忆-----理解反应机理 同一原料，反应试剂不同，产物不同。
2. 以官能团为主线。双键、卤素、苯环、羰基 羧基、氨基和氰基等。
二、有机化合物的一般特性
1.2 有机化合物的结构（共价键）
一、化学键（Chemical bond) 离子键 (ionic bond) 氯化钠 Na+Cl-
金属键 (metallic acid)
共价键(covalent bond) :通过共用电子对来实 现两电子或八电子的稳定结构。
H HC
H
H CH
H
乙烷
共价键 共价键
1.3.2共价键的键参数
1、键长(bond length)
以共价键结合的两个原子核之间的距离叫
作共价键的键长，单位为nm(10-9m) 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、键能(bond energy)
共价键形成时体系能量降低所释放的能量， 叫做键能，共价键断裂时从外界所吸收的能量
称为离解能，其单位为：KJ•mol-1。对双原子 分子而言键能就等于离解能。
结晶紫