有机化学第一章-绪论

2py 2pz
109.5o
4个sp3轨道
四面体型
甲烷(CH4)的 成键示意
H
C
H
H
H
H
C
H
H
H
s键 轴对称方式交叠
H HCH
H s键(sp3-s)
HH
H
HC C H
H C Cl
HH s键(sp3-s) s键(sp3-sp3)
H s键(sp3-p)
2. sp2杂化
sp2杂化:1个2s轨道和2个2p轨道杂化，形成3个sp2杂化轨道。每个 sp2杂化轨道含有1/3的s轨道成分，2/3的p轨道成分，其能量高于2s 轨道，低于2p轨道。
• 有机物
• 易燃 • 熔点较低 • 相似相溶 • 反应：分子间碰撞，产率
低，副反应
• 无机物
• 不易燃 • 离子键，高熔点 • 极性，易溶于水 • 产率高，反应快
§1.4 有机化合物结构
C，第二周期，第四主族元素
既难失去四个 电子C+4
也难得到四个 电子 C-4
与其它的原子共享四对电子， 达到外层8电子的稳定结构。
2 官能团分类（绝大多数教科书）
烷 CCC
醇 R OH
酸
R COOH
烯
CC
炔
CC
卤代烃 R X
酚 Ar OH
醚 R O R' O
酮醛 R C R'(H)
胺
R NH2
睛
RCN
硝基化合物 R NO2 硫醇（酚） R SH Ar SH
3 有机化合物构造式的表达方式
短线式
缩简式
键线式
HHH
1-丙醇 H C C C O H
H
H
CC
H
CH3
sBiblioteka Baidu(sp2-sp3)
H OC
CH3
s键(sp2-sp2) p键 (p-p)
3. sp杂化
sp杂化: 即由1个2s轨道与1个2p轨道杂化形成2个sp杂化轨道。每个 sp杂化轨道含有1/2的s轨道成分，1/2的p轨道成分，其能量高于2s轨道， 低于2p轨道。
跃迁
2s
2px 2py 2pz
碳原子的几种轨道杂化
1. sp3杂化
sp3杂化:1个2s轨道和3个2p轨道杂化，形成4个sp3杂化轨道。四个简并的 sp3杂化轨道采取相互尽可能远离的方式在空间排布，从而减少电子间的相 互排斥作用，即形成四面体结构。
跃迁
2s 2px 2py 2pz
C: 1s22s22p2
2s 2px
原子轨道重组
➢ 理解+记忆 ➢ 掌握结构的特点 ➢ 掌握一般规律，也要记一些重要的特殊性质 ➢ 独立完成作业 ➢ 实验
跃迁
2s
2px 2py 2pz
2s 2px 2py 2pz
原子轨道重组
120o
平面型
3个sp2轨道
2pz
乙烯(CH2=CH2)的成键示意
H
p轨道
sp2轨道 C
+
H
s 键(sp2-s)
H C
H
H C
H
s键(sp2-sp2) p键 (p-p)
H
C
p轨道
H
H
H
CC
H
H
p键 侧面交叠 （电子云结合较松散）
为什么如此众多？
-C-C-共价连接链、分支、环、双、叁 键… 每种不同的排列就是一种化合物（异构 体）。
2 有机物有广泛的用途：
药物，香料，燃料，杀虫剂，杀菌剂，
洗涤剂…… 合成，塑料，橡胶，纤维，粘合剂，料… 有机化学——生物学和医学的基础。
§1.3 有机化合物的特点
有机化合物的特点通常可用五个字概括：“多、燃、 低、难、慢”。
1 键长
两原子核与核间 电子云的吸引力
两原子核之间 的排斥力
达到平衡时的距离
Xpm
键长越短——核与核间电子云吸力越强
电子云集中于两核之间轨道重叠大
反之：则键弱，不稳定 不同的共价键，键长不同
键牢固、稳定
2 键角——共价键之间的夹角
反应分子中原子在空间排列的形象
例
H
CH H 109o28H'
H
O H
有机化学
§第一章 绪论
1.1 有机化合物与有机化学
有机化学（Organic Chemistry） —— 研究有机化合物的结构和性质的科学
有机化合物 —— 含碳的化合物及其衍生物
H
BC
Si
有机化合物中常见的元素
NOF P S Cl
Br I
生命论与早期的有机化学（1828年之前）
有机化合物
最早的有机化合物来自 于动植物体（有机体）
180o
2s 2px
原子轨道重组
2py 2pz
直线型
sp
2py 2pz
乙炔(CHCH)的成键示意:
py
py
H
C
+
C
H
sp轨道
pz
pz
H CC H
HC C H
H3C C C
CH CH2
s 键(sp-sp) 2 p 键 (p-p)
s 键(sp-s)
s 键 (sp-sp2)
1.4.5 表征共价键的参数
Φ表示 • 表示方法：根据电子云的形状和疏密，
s,p,d,f（形状和伸展方向） • 核外电子排布规律
1.4.2 分子轨道
从分子的整体出发研究分子中每个电子的运动状态 分子轨道——由能量相近的原子轨道线性组合而成。
电子在分子轨道中的填充顺序
能量最低原理 遵循 泡里不相容原理
洪特规则 最大重叠
此外还遵循成键三原则： 能量相近 对称性匹配
1.2 独立的学科?
地球上现在有100多种元素，为什么将碳化物 单独分开？
1 有机物数目特别多，且增加很快
1880年 12,000种
1910
150,000
1965-1970,年均新增26.2万个
1940
500,000
1995-2000,年均新增130万个
1961
1750,000 有机物总数 2600万(2000/10)
共价键
C: 1s22s22p2 最外层4个价电子 中等电负性 可通过与其它原子共享电子达到外层8电子的稳定结构
单键 —— 由一对共享电子形成的键 双键 —— 由两对共享电子形成的键 叁键 —— 由三对共享电子形成的键
1.4.1 原子轨道
• 原子轨道 • 含义：原子中电子的远动状态，用波函数
1．组成和结构之特点 有机化合物种类繁多、数目庞大（已知有2600多万种、且 还在不但增加） 但组成元素少 （C， H， O， N ，P， S， X等）
原因： 1） C原子自身相互结合能力强 2) 结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状） 3) 同分异构现象 （构造异构、构型异构、构象异构）普遍 例如，C2H6O就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物
2、性质上的特点 A、 物理性质方面特点
1) 挥发性大，熔点、沸点低 2) 水溶性差 （大多不溶或难溶于水，易溶于有机溶剂 B、化学性质方面的特点 1) 易燃烧 2) 热稳定性差，易受热分解（许多化合物在200~300度 就分解） 3) 反应速度慢 4) 反应复杂，副反应多
物化性质的显著差别是由其组成和结构决定的
105o
3 键能:在标准状况下，将1mol气态分子AB（g） 解离为气态原子A（g），B（g）所需的能量， 键的牢固程度
§1.4.6 有机化合物的分类
1按碳架分类
链状化合物
直链
支链 饱和
环状化合物
碳环
芳环
不饱和
O
N
杂环
上述分类不能反映各类化合物的性质特征
反应性质主要由功能团决定 按功能团分类
CH3CH2CH2OH
OH
HHH
环戊烷
HH
HC H
HC
CH
HC H
CH H
CH2
H2C
CH2
H2C
CH2
为什么学习有机化学
• 1 有机化合物种类繁多，与人类生产和生活 密切相关。
• 2 有机污染是造成环境污染的重要原因。 • 3 有机化学是水分析化学、环境化学、水处
理微生物和水质工程学等相关专业课的基 础课。
生命论(Vitalism)认为： 有机化合物只能由有机体产生。无机化合物则存 在于无生命的矿藏中，同时也可由有机体产生。
Friedrich Wöhler (German)的实验(1828 )
由腈酸铵（无机物）制得尿素（有机物）
+-
NH4 CNO
O H2N C NH2
inorganic
organic
程度不及σ键，不稳定，较活泼
1.4.4 杂化轨道理论与有机分子结构
原子轨道理论（s 轨道、p 轨道） 共价键：两个带有自旋反平行单电子轨道的交叠 （s 键 和 p 键）
杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组,重组的 结果：形成能量相等的新的杂化轨道,成键能力更强，体 系能量降低，分子状态更稳定。
1.4.3 价键理论
两原子均有未 成对电子，且 自旋方向相反
原子轨道 重叠
成键
价键理论
• 1 形成：原子轨道重叠或电子配对的结果 • 2 条件：未成对电子，电子自旋相反 • 3 共价键性质：
饱和性 价键数＝单电子数 方向性 重叠程度大小决定共价键的牢固 程度
头碰头重叠：σ键
肩并肩重叠：π键
π键：不能自由旋转，电子云重叠