汪小兰有机化学第一章课件

Covalent Bonding in H2
Two hydrogen atoms, each with 1 electron,
1s H
H 1s
can share those electrons in a covalent bond.
HH
H: H
• Sharing the electron pair gives each hydrogen an electron.
First Period
• Principal quantum number (n) = 1
• Hydrogen
Helium
• Z=1
Z=2
• 1s 1
1s 2
1s
2s
2p
H
He
p Orbitals
• p Orbitals are shaped like dumbells.
–Are not possible for n = 1. –Are possible for n = 2 and higher.
: .F. : .F. :
• Sharing the electron pair gives each fluorine.
sp Hybridization Orbital (杂化轨道)
C2H2
2p
2p
Promote an electron from the 2s to the 2p orbital
“ Vital Force Theory ” was broken - 1828 F. Wöhler
NH4OH + Pb(OCN)2
NH4OCN
NH2CONH2
inorganic compounds inorganic compound organic compound
For the first time, an “organic” compound had been obtained from something other than a living system and certainly without the aid of any kind of vital force.
1865年，凯库勒（F. A. Kekulé）和库柏（A. S. Couper）分别独立地提出了一个简单但非常重要的 概念：碳原子是四价的，并能相互连结，这为有机化 学结构理论的建立奠定了基础；
1874年，范特霍夫（van’t Hoff）和勒比尔（Le Bel） 同时分别提出了组成有机化合物分子的碳原子为四面体 构型学说，建立了有机立体化学的基础，并阐明了旋光 异构现象；
§1.2 有机化合物的结构
1. 凯库勒(Kekule)结构式
H
HH
HHHHH
HCH
HCCH
HCCCCCH
H methane
HH HH
C
HC
CH
HC
CH
C
HH HH
cyclohexane
HH ethane
HHHHH pentane
HH H C C OH
HH ethanol
H
H
HCOCH
H
H
dimethyl ether
φ表示。φ是电子运动状态空间坐标的函数。
电子在某一点周围出现的几率与φ2成正比。 如：1s电子φ2的数值随 r 的增大而迅速减小，并趋 近于零。
φ2
r
Φ2与 r的关系
电子云
Probability distribution (φ2) for an electron in
a 1s orbital
1s电子的电子云对于原子核称球形对称分布。
2s
2s
hybridize the 2s orbital and one of the three 2p orbitals
2p
2 sp
+–
2 equivalent half-filled sp hybrid orbitals plus 2 p orbitals left unhybridized
To form a linear carbon
配位键是一种特殊的共价键。 特点：形成键的电子对在成键之前是属于一个 原子。
H H N + H+
H
H+ HN H
H
供给电子对的是给予体，接受电子对的是接受体。
§1.3 原子轨道和分子轨道
Atoms are composed of
+
• Protons
–positively charged
–mass = 1.6726 X 10-27 kg
the vital force
Such as
• 蔗糖 • 尿素 • 酒石酸 • 柠檬酸 • 乳酸 • 吗啡
1680 1773 1770 1784 1780 1805
甘蔗 尿液 葡萄 柠檬 酸牛奶 鸦片
Inorganic compounds–from minerals–lacking the vital force
• Neutrons
–neutral –mass = 1.6750 X 10-27 kg
•–
• Electrons
–negatively charged
–mass = 9.1096 X 10-31 kg
Atomic Number and Mass Number
AX
Z
12
C
6
16
O
8
• Atomic number (Z) = number of protons in nucleus
Bonding in Ethene
C=C 键： 1s键 +1p键
H
H
CC
H
H
CH2=CH2
sp3 Hybridization Orbital (杂化轨道)
tetrahedral bond angles = 109.5° bond distances = 110 pm but structure seems inconsistent with electron configuration of carbon
结构测定
3. 有机化合物的共同特点：
物理性质方面：
(1) 一般能够燃烧，挥发性大； (2) 有机物的熔点较低，绝大多数不超过 300 ℃；沸点比较低，极性分子的沸点要比非 极性分子的沸点高； (3) “相似相溶”原理是物质溶解性能中的 一个经验规律； (4) 有机化合物对热不稳定，易分解，碳化。
化学性质方面 (1) 有机化学化学反应速率慢，时间长； (2) 有机化学反应除主反应外，副反应多，产物
π bond：side-by-side overlap of half-filled p orbitals.
Bonding in Ethyne
H C C H HC CH
C≡C 键： 1s键 +2p键
sp2 Hybridization Orbital (杂化轨道)
C2H4 H2C=CH2
2p
2p
Promote an electron from the 2s to the 2p orbital
经常是混合物。
同分易构现象： 具有相同分子式而结构不同的化合物。同分易
构的化合物互称为同分易构体。
4. 有机化学的研究任务
(1) 天然产物研究 分离、提取自然界存在的各种化合物，测定结 构和性质，以便加以利用； (2) 有机合成 以简单有机物为原料，合成我们所需要的自然 界存在或不存在的新化合物。 (3) 反应机理研究 进行物理有机化学研究，即研究有机化合物结构 与性质之间的关系、反应机理、影响反应的因素等， 控制反应向我们需要的方向发展。
有机化合物中化学键主要有以下三种基本类型： (1) 离子键：原子间电子的转移形成，离子键形 成的化合物大部分是无机化合物。
Na + Cl
Na Cl
(2) 共价键：原子间共用电子对形成，有机分子主要 以共价键相结合。
共价键具有饱和性和方向性。
C + 4H
H HC H
H
HH HC C H
HC C H
(3) 配位键：
1885年，拜尔（von Baeyer）提出了环状化合物的张力 学说，至此有机化学建立了经典结构理论。
二十世纪20年代以来，随着量子力学的引入，近代分析 方法和实验技术的不断发展及电子计算机的广泛应用，有机 化学结构理论在经典结构理论的基础上不断发展，提出了价 键理论、分子轨道理论和分子轨道对称性守恒原理，揭示了 化学键的微观本质，建立了现代结构理论的基础。这些结构 理论推动了有机化学科学的迅速发展。 60年代以后，波谱技术发展很快，大大简化了结构研究工 作，并且结构阐明也是从简单到复杂。此外，随着时间的推 移，需要解决的问题的难度也逐步提高，这就需要不断发现 新方法、新技术和新理论，而所获得的成就反过来丰富了有 机化学学科。
+
+
–
-
正负号表示波函数φ的符号，表示它的位相不同。
Second Period
• Principal quantum number (n) = 2
Z 1s
2s
2p
Li 3
Be 4
B5
C6
Second Period
Z 1s
2s2pN7O8F9Ne 10
2. 价键法
根据价键法，当两个原子互相接近生成共价键 时，它们的原子轨道互相重叠，自旋相反的两个电 子在原子轨道重叠的区域内为两个成键原子所共有。
σ键：将两个轨道沿着轨道对称轴方向重叠形成的
键叫σ键。
Covalent Bonding in F2
Two fluorine atoms, each with 7 valence electrons,