有机化学课件(徐寿昌__全)1

§1-3 有机化合物中的共价键
共价键：两原子各提供一个电子形成把两个原子 结合在一起的化学键。 碳元素:核外电子排布 1S22S22P2, 不易获得或失去价电子,易形成共价键.

(1)路易斯结构式 : 用共用电子的点来表示共价键的 结构式.
(2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键.
• • C • + 4H • •
§1-2 有机化合物的特点
绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫 和磷等少数元素组成,但种类繁多。 碳元素:核外电子排布 1s22s22p2 碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环）
1.2.1
结构上存在同分异构现象
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。


§1-6 有机化学中的酸碱概念
1. 布伦斯特和路易斯酸碱定义 ◎(1) 布伦斯特(B)酸碱（泛称的酸碱概念） 凡是能给出质子 的叫酸。如：HCl、H3O+
凡是能与质子 结合的叫碱。如：Cl- 、H2O
★强酸的共轭碱必是弱碱（如：HCl和Cl-） ★弱酸（CH3COOH）的共轭碱是强碱（CH3COO -） ★酸碱的概念是相对的：如HSO4-
键能泛指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值. 离解能 : 一个共价键离解所需的能量 . 指离解特定共价键的键能 .
（在多原子分子中，即使相同的键其解离能也不相同）
CH4 CH3· · · CH2 · · CH ·
·+ H · CH3 · · CH2 + H · · · CH · H + · · C ·+ H· · ·
本课程总学时为81学时
◎参考书:
(1)袁履冰主编《有机化学》，高等教育出版社 (2)胡宏纹主编《有机化学》，高等教育出版社 (3)邢其毅,徐瑞秋,周政《基础有机化学》(上、下),高等 教育出 版社
(4) 邢其毅等编著《基础有机化学习题解答与解题示例》， 北京 大学出版社； (5)龚跃法等《有机化学习题详解》,华中科技大学出版社
H—Cl
μ=1.03D
CH3—Cl
μ=1.87D
H—CC—H
μ=0
§1-5 共价键的断裂与反应类型
一、共价键的断裂方式
①均裂:两个原子之间的共用电子对均匀分裂,两个原子各 保留一个电子的断裂方式。产生活泼的自由基(游离基). 自由基：具有不成对电子的原子或集团。
A:B A·+ B· Cl : Cl (光照) Cl·+ Cl· CH4 + Cl · CH3 ·+ H : Cl
也有的有机物可以溶于水，甚至与水混溶 EtOH。 3、熔点较低：
超过3000C以上很少。 4、分解温度比较低： 超过4000C的很少，但碳纤维30000C还稳定。
5、反应速度比较慢： 不像无机反应可以瞬间完成；也有反应速度很快的，比如炸 药的爆炸，反应速度很快。
6、大多数有副反应： 反应不是定量进行的，所以一般情况下有机化学反应 式不用配平，只要写出主要产物就可以。
◎ 1874年肖莱马（K.Schorlemmer）又将有机化学 定义为
研究碳氢化合物及其衍生物的化学。
★当然,对CO、CO2、CO32-等简单化合物习惯上还是称作
无机化合物.
• 1901-2008年诺贝尔化学奖，73届 与有机化学有关；
• 二十世纪47项重大发明，8项 与有机化学有关。
自 然 界 中 碳 的 循 环
H •• H• • C• •H •• H
路易斯结构式
H
H —C — H
H
凯库勒结构式
1.3.1量子化学的价键理论:
①如两个原子各有一个未成对电子并且自旋方向相反，就
可偶合配对，形成一个共价键； ②共价键具有饱和性； ③共价键具有方向性(最大重叠原理):两个电子的原子轨道 的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固. 方向性——决定分子空间构型，因而影响分子性质.
人工合成:
O NH4OCN H2 N C NH2
◎1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏赛罗 (M.berthelot)合成油脂类化合物等。 ◎1848年葛梅林（L.Gmelin)提出，有机化合物 就是含碳化合物，有机化学 是研究含碳化合物 的化学。
事实上有机化合物除了含有碳元素外，还含 有H、O、N、S、X等元素，其中尤以C、H元 从结构上看,所有的有机化合物都可以看作碳氢化合物以及 素为主。 从碳氢化合物衍生而得的化合物。
◎ 碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多 , 它的同分
异构体也越多。如:
C7H16的同分异构体数 9 个; C8H18的同分异构体数可达18个; C10H22的同分异构体数可达75个。
（★产生同分异构现象的本质是在分子中原子成键的顺序
和空间排列方式不同.）
1.2.2 性质上的特点：
1、大多易燃烧： 也有例外，如CCl4，不但不燃且可用于灭火。 2、大多不溶于水：
◎(2)路易斯(L)酸碱
■路易斯(L)酸：能接受外来电子对,具有亲电性.
在反应 时, 有亲近另一分子的负电荷中心的倾向,又叫亲电试剂. 如 AlCl3
■路易斯(L)
碱：能给予电子对,具有亲核性. 在反应时,
有亲近另一分子的正电荷中心的倾向,又叫亲核试剂(“核 ”作为正电荷的同义语). 如 NH3
有些化合物按布伦斯特定义不是酸，但按路易斯定 义却是酸。 eg： BF3(酸) + : NH3 (碱) F3B-NH3
有机化学
Organic Chemistry
教材:徐寿昌主编（第二版） 高等教育出版社
授课教师： 周
密
学习、研究有机化学的方法
理解 记忆 实践 规律
预习； 认真听课（补充内容的笔记）； 再独立完成作业（勤翻书本） ； 做完作业后的单元（总结）复习； 适当做些课外参考书上的习题。
测验题题型
命名、鉴别、排列顺序、完成反应、 反应机理、合成、推测结构
共价键具有方向性(最大重叠原理):
y
1s
y
1s
2p
x
2p
x
（a）x轴方向结合成键
（b）非x轴方向重叠较小不 能形成键
1.3.2 分子轨道理论
着眼在整个分子中电子的排布规律，认为电子可在分
子范围内分布，是一种离域的观点，而分子轨道则由有一定
条件的组成分子的原子轨道线性组合得到。（条件是能量相
近、轨道对称性匹配、能最大重叠）。
• 原子轨道—原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的
波函数（x，y，z）来描述. 称为原子轨道,因此 电子云的形状也可以表达为轨道的形状.
分子轨道理论内容：
(2) 分子中价电子的运动状态,即分子轨道,用波函数 (psai)来 描述;(薛定谔方程的解) (3) 分子轨道由原子轨道线性组合Linear Combination of Atomic Orbitals 形成(LCAO) ,形成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等. 1=1 + 2 (符号相同,即:波相相同.成键轨道) 2=1 - 2 (符号不同,即:波相相反.反键轨道)
教学目的与要求
1．掌握重要的典型有机化合物的命名方法、结构、性 质，了解它们的应用； 2．理解用化学键理论和电子效应、空间效应解释一些简 单有机物结构与性能的关系； 3．掌握简单有机物的典型反应和重要的合成方法，掌握 各类化合物相互转变的基本规律； 4．了解典型的、简单的反应历程、过渡态理论和活性中 间体； 5．了解立体化学的基本知识和基本概念。
2.离子型反应：由共价键异裂产生离子的反应。
3. 协同反应：有机反应过程没有明显分步的共价键均裂或 异裂,只是通过一个环状的过渡态,化学键的 断裂和新化学键的生成同时完成而得到产物 .

离子型反应及自由基型反应又可分为取代反应和加成反 应等等； 离子型反应中根据反应试剂的类型又可分为亲电反应和 亲核反应。 因此离子型反应中有亲核取代反应、亲电取代反应、亲 核加成反应 和亲电加成反应等等
Chapter 1 有机化合物的结构和性质
§1-1有机化合物和有机化学
◎1806年柏则里斯（Berzelius）首先提出(有机化学)名词， 以区别于其它矿物质的化学 ——无机化学
◎ 1828 年 ， 魏 勒 （ F.Wö hler ） 在 实 验 室 由 氰 酸 铵
(NH4OCN) 合成尿素 (NH2CONH2), 促进了有机化合物的
sp3杂化轨道的图形 这四个sp3杂化轨道的能量是相等的,每一轨道相等于1/4 s成分,3/4 p成分.
★ ★
C采取sp3杂化轨道与 4个H原子的 s原子轨道形成 4个 sp3-s 型的 C-H 键 (CH4) 比形成 CH2 要稳定的多 .(414 ×4-402)kJ/mol。 形成CH4 时仍有约1255 kJ/mol能量释放出。所以这个体系比 形成两个共价键的CH2稳定的多。
§1-4
有机化合物中共价键的性质
一、键长——形成共价键的两个原子的原子核之间的距离. (不同化合物中同一类型的共价键也可能稍有不同) 二、键角(方向性)——任何一个两价以上的原子 ,与其它原 子所形成的两个共价键之间的夹角.如CH4，键角109.5o
三、键能 ——气态原子A和气态原子B结合成A-B分子(气 态)所放出的能量,也就是气态分子A-B离解成A和B两个 原子(气态)时所吸收的能量.
AlCl3 (酸) + : Cl- (碱) Cl3Al-Cl = AlCl4-
a、碳-碳能形成长链、环
b、碳原子有强成键能力
eg1:乙醇和二甲醚 CH3CH2-OH, CH3-O-CH3 eg2:丁烷和异丁烷 CH3 CH2 CH2 CH3 CH3 CH CH3 CH3
丁烷和异丁烷的异构,只是分子中各原子间相互结合的顺序不同 而引起的,只是构造不同而导致的异构现象,又叫做构造异构现象. 此外,有机化合物还可由于构型（顺、反；Z、E；R、S）和构象 不同而造成异构现象.
D(CH3-H)=435.1kJ.mol-1 D(CH2-H)=443.5kJ.mol-1 D(CH-H)=443.5kJ.mol-1
D(C-H)=338.9kJ.mol-1
甲烷C-H键键能取其平均值为415.2kJ.mol-1
四、键的极性和元素的电负性——分子的偶极矩 H—H，Cl—Cl，成键电子云对称分布于两个原子之间， 这样的共价键没有极性。 1、键的极性：两个不同原子组成共价键时，由于两原子 吸引电子的能力不同，成键电子云非对称地分布在两核 周围，使分子的一端带电荷多些，而另一端带电荷少些， 这种键具有极性。 如： H(+)Cl(-)， H3C(+) Cl(-) ★键的极性大小主要取决于成键两原子的电负性值之差， 与外界条件无关，是永久的性质。
2、电负性：一个元素吸引电子的能力。 3、偶极矩：正电中心或负电中心的电荷与两个电荷中心 之间的距离d的乘积. (方向性:正到负,一般用符号 表示。 qd (D,德拜) 4、分子偶极距的判断 双原子分子：键的极性就是分子的极性，键的偶极矩 就是分子的偶极矩。 多原子分子：分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的 向量和。
碳原子有两个未成对的外层电子，为什么 不与2个Ｈ结合为CH2，而是与4个Ｈ生成CH4？
2p — 能 量 2s — 1s —
— —
碳原子基态的电子构型
2p — — —
能 量 2s —
2p — — —
2s — ————
1s —
wenku.baidu.com基态
1s —
激发态 sp3杂化态
碳原子2s电子的激发和sp3杂化
一 个 2 s 电 子 激 发 至 能 量 较 高 的 2 pz 空 轨 道 只 需 要 4 0 2 kJ/mol
★发生键均裂的反应称为均裂反应（自由基型反应）
②异裂:共价键断裂时,两原子间的共用电子对完全转 移到其中的一个原子上的断裂方式。结果产生 正 、 负离子.
A:B A+ + B(CH3)3C : Cl (CH3)3C+ + Cl★发生键异裂的反应称为异裂反应（离子型反应）。
二、反应类型
1.自由基反应：有自由基参与的反应。
每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子. 电子总是首先进入能量低的分子轨道.
反键轨道2=1 - 2
成键轨道1=1 + 2
2个氢原子轨道组成2个氢分子轨道
1.3.3 杂化轨道理论
能量相近的原子轨道可进行杂化，组成能量相等的杂化轨 道，使成键能力更强，成键后可达到最稳定的分子状态。 ★有机物的碳原子结构主要有三种杂化状态，即 SP3、SP2、 SP杂化，一般状态下它们分别具有四面体、平面三角、直 线型的空间形态。