第一章有机化合物分子的结构基础.ppt

2. 非共价作用与性质的关系
偶极-偶极作用力（极性分子）
极性大的分子，偶极-偶极作用力大，溶沸点高， 水溶性增强
范德华作用力（非极性分子）
极化率越大，分子的接触面积越大，范德华 作用力 越大。溶沸点越高。
吸引或排斥与分子间距离有关，太近，表现 为排斥作用。
3. 分子间作用力对物质某些物理 性质的影响
2 sp + 1 pz + 1pz each orbital has one electron
3. sp Hybridization
To form a linear carbon
3. sp Hybridization
Bonding in Ethyne
C≡C 键：
H C C H HC CH 1 s 键 + 2 p 键
1. 共价键的结构与性质关系
亲电加成与亲核取代
CC + C X +
H
亲电加成
OH
H

OH
CC
亲核取代
OH
C OH +
H OH CC
X
1. 共价键的结构与性质关系
诱导效应与消去反应
诱导效应（inductive effect）— 某一原子或基 团的电负性或极性使得电子沿着σ键传递，导致 共享电子对发生偏移的作用。
氢键的饱和性和方向性
饱和性 当A－H中的氢原子与一个B 原子结合形成氢键后，另一 个电负性大的原子B’则难以 接近氢原子了，因为B、A 的负电荷将排斥原子B’靠近， 因此一个氢原子只能与一个 杂原子形成氢键。
2. 非共价作用与性质的关系
方向性 1. 只有当A-H…B在同一直线上时最强； 2. 氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这 样可使原子B中负电荷分布最多的部分最接近氢 原子，这样形成的氢键最稳定。
1. 共价键的结构与性质关系
e.g. 4 Lewis Base
Compounds containing O or N, comparing with C, have lone pair of electron, so they often work as Lewis base.
1. 共价键的结构与性质关系
each orbital has one electron
1. sp3 Hybridization
To form Tetrahedron Carbon
1. sp3 Hybridization
Bonding in Methane
H H C H CH4
H
1. sp3 Hybridization
837
106
548
C-H键：键长 sp3 >sp2 > sp; 键能 sp3 < sp2 < sp3 C-C键：键能 s 键 > p 键
1.5 有机分子的基本骨架和官能团
1. 有机分子的基本骨架
有机分子基本骨架 --- 由碳 — 碳键和碳 — 氢键 构成。
碳氢化合物 —— 由碳和氢两种元素形成的有机 化合物的总称，又称烃（hydrocarbon）.
Substitution, easy
1. 共价键的结构与性质关系
e.g. 2 Unsaturated Compounds
C=O, C=C addition reaction different mechanism
1. 共价键的结构与性质关系
e.g. 3 Acidity
RH, ROH, RCOOH acidity increase from left to right
2. sp2 Hybridization
To form a planer carbon
2. sp2 Hybridization
Bonding in Ethene
C=C 键： 1s键 +1p键
H
H
CC
H
H
CH2=CH2
3. sp Hybridization
C 1s22s22p2 2s22px12py12pz0 promotion 2s12px12py12pz1 1s + 1px + 1py + 1pz hybridization
4. 立体结构与性质的关系
分子稳定性 物理性质 化学性质 生物活性
第一章重点讲解问题
碳的杂化轨道理论 有机分子的基本骨架和官能团 有机化合物的分子结构与性质的关系
1）共价键的结构 2）非共价键作用 3）立体结构


C
C
消去反应


C
Cl
H C C X
B(碱 )
CC
+ HX
1. 共价键的结构与性质关系
e.g. 1. Hydrocarbons
Alkanes, Alkenes, Alkynes and Aromatic CH3CH3, CH2= CH2, CH ≡ CH, Radical rxn, substitution rxn, addition rxn C6H6 -- Addition, difficult;
O COCN
CX
O CX
O XC X
2. 非共价作用与性质的关系
非共价力包括： 氢键 Hydrogen Bond 偶极-偶极作用力 范德华作用力 （吸引力和斥力）
作用于分子间和分子内 影响化合物的物理性质和化学性质 熔点、沸点、溶解性能 酸碱性、反应速度和反应方向
2. 非共价作用与性质的关系
氧化还原反应
-e氧化
Fe 2+
氧化
Fe 3+
CH
Leabharlann Baidu
+e还原
CX
氧化反应——加氧或脱氢反应 还原反应——加氢和脱氧的反应
1. 共价键的结构与性质关系
常见官能团中碳的氧化态
氧
化0
态
C
常 见 官 能 团
1
2
C OH
CO
COC
COCOC
CN
CN
3
4
O C OH
O COC
O C O or O
HO C OH
O CN
同分异构现象
非共价键作用 分子
相对复杂 易燃、烧尽
低 多数难溶
慢 易发生 普遍存在
离子 相对简单 不易燃、烧不尽
高 多数易溶
快 不易发生
存在
自学
1.1 原子结构与原子轨道 核外电子排布规则及C、H、O、N、P、 S、 B、F、Cl等原子的核外电子排布。
1.2 共价键的形成 电负性、离子键、共价键、偶极矩的概念。
4. 不同杂化碳原子形成的C — C键、 C — H键的键参数
分子 杂化态
键角
C－C键键长 C－C键键能 C－H键键长C－H键键能
/pm
/ kJ•mol-1
/pm
/ kJ•mol-1
乙烷 sp3 109.5º 154
368
110
423
乙烯 sp2 120º
133
636
108
448
乙炔 sp 180º 120
杂化轨道：能量相近的原子轨道经能量均化的过程所 形成的能量相等的轨道。
1.4 碳的杂化轨道理论 Hybridization
1. sp3 Hybridization
H
C 1s22s22p2
H
CH H
2s22px12py12pz0 promotion 2s12px12py12pz1 1s + 1px + 1py + 1pz hybridization 4 sp3
第一章
有机化合物分子的 结构基础
第一章重点讲解问题
1. 碳的杂化轨道理论 2. 有机分子的基本骨架和官能团 3. 有机化合物的分子结构与性质的关系
1）共价键的结构 2）非共价键作用 3）立体结构
有机化合物与无机化合物比较
性质 化学键
有机物 共价键
无机物 离子键
分子间作用力 存在状态 组成 燃烧性 熔、沸点 水溶性 反应速度 副反应
b.p. 3.7 ºC
0.9 ºC
3. 分子间作用力对物质某些物理 性质的影响
溶解性
General Rule: 相似相溶原理 (like dissolves like)
质子性溶剂— H2O, ROH, NH3, RCOOH
有 极性溶剂
机 溶
非质子性溶剂— 丙酮、乙醚、 DMSO、DMF
剂 非极性溶剂— 烃类
沸点
分子的极性、分子量、分子接触面积、氢键
极性 沸点 极性相同，分子量 沸点 极性相同，分子量相同，分子接触面积 氢键的存在，沸点 且氢键 沸点
沸点
3. 分子间作用力对物质某些物理 性质的影响
溶点
分子的极性、分子量、分子接触面积、氢键、 分子对称性
m.p. -138.9 ºC -105.5 ºC
有机化合物按官能团分为：烯烃、炔烃、卤代 烃、醇/酚、醚、醛/酮、羧酸及其衍生物、胺、 腈、硝基化合物、磺酸等。
1.6 有机化合物的结构与性质的关系
1. 共价键的结构与性质关系
均裂
游离基反应（A ：B
A• + B•）
有机反应
亲电反应
离子型反应
消去反应
（A ：B A+ + B- ）
异裂
亲核反应
亲电加成 亲电取代 亲核加成 亲核取代
开链烃 环烃
饱和烃 —— 烷烃，环烷烃 烯烃，环烯烃
不饱和烃 芳香烃 炔烃，环炔烃
1. 有机分子的基本骨架
(开链)烷烃
(开链)烯烃
(开链)炔烃
(开链)不饱和烃
环烷烃
环烯烃
环炔烃
芳香烃
1.5 有机分子的基本骨架和官能团
2. 有机分子的官能团
官能团：有机分子中具有一定性质的部分原子 的集合。
含官能团的有机化合物：可看作是碳氢化合物 中氢被各种不同官能团取代后的产物，即烃的 衍生物。
1.3 分子结构的表示方法 Lewis结构式、Kekule结构式及缩写式。
1.4 杂化轨道理论 Hybridization
分子的键角并不等于原子轨道间的夹角：
O
H
H
104.5o
HN H H
107.3o
H
CH H
H 109.5o
杂化轨道理论：有机分子中的C、O、N等原子在与其 他原子形成共价键时，是通过杂化轨道参与成键的。
氢键的强弱
A、B的电负性越大，氢键越强；B的原子半径 越小，氢键越强。（F-H…F最强）
2. 非共价作用与性质的关系
分子内氢键与分子间氢键
分子间氢键使熔点、沸点升高 分子内氢键使熔点、沸点下降 分子间氢键使水溶性增加
OO NH
O
O
O
HO
N
O
N
OH
O
邻硝基苯酚 m.p.45℃
对硝基苯酚 m.p.114℃
Bonding in Ethane
C — C 键： 1s键
HH HCCH
HH
CH3CH3
2. sp2 Hybridization
C 1s22s22p2 2s22px12py12pz0 promotion 2s12px12py12pz1 1s + 1px + 1py + 1pz hybridization 3 sp2 + 1 pz each orbital has one electron