大学有机化学第1章结构与性能概论1

sp3杂化轨道形状
C源自文库四个sp3轨道形状
氢原子沿sp3轨道的对称轴接近C，H的1s轨道与sp3轨道 的电子云最大限度的重叠，形成四个稳定的、彼此夹角为 109.5°的C-H σ 键，即甲烷CH4分子，四面体形状。
杂化与成键同时完成!
甲烷的四个C-H键
甲烷分子模型：
C的sp3轨道与另一个C的sp3轨道沿着各自的对称轴接近 就形成C-C σ 键：
C=C比C=C的电子密度高。 sp3、sp2、sp轨道都能与其它原子轨道形成C-X、C-O、 C-N 等σ 键。
4.其它原子也杂化吗？（N、O原子的杂化）
不仅仅碳原子在形成化学键时发生轨道杂化，在有机化合 物中，其它原子（杂原子）在形成化学键时也能发生sp3、sp2、 sp杂化。如： 在 H3C-O-CH3 中，O为sp3 杂化； 在 >C＝O 中，C是sp2 杂化，O也是sp2杂化； 在-C≡N 中，C、N都是sp杂化。
成三个能量相等、形状相同的sp2轨道：
三个sp2轨道互成120°，在一个平面上，与未杂化的 2pz轨道垂直。
碳的sp2和pz轨道
C-C π 键的形成：
两个sp2杂化的C原子沿着各自sp2轨道轴接近形成C-C σ 键的同时，两个2pz轨道也接近,从p轨道的侧面互相重 叠，形成C-C π 键，即C=C重键同时形成。
乙炔分子模型
乙炔静电势能图
乙炔分子是线型结构，C=C键上电子密度高，H上正电荷多。
sp3、sp2、sp 轨道的比较：
sp3、sp2、sp轨道的形状相似，都是轴对称。sp3、sp2、 sp轨道可以自身和相互间形成C-Cσ键，形成饱和的、不饱 和的碳链或碳环。如1-戊烯-4-炔（CH2=CHCH2C=CH）
碳的sp、2py、2pz轨道
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C-C 三重键的形成
两个sp杂化的C原子沿着各自sp轨道轴接近，形成C-C σ 键的同时，两个2py和两个2pz轨道也互相接近，从二个p 轨道的侧面重叠，形成两个C-Cπ 键,即C-C三重键同时形成。
乙炔的两个π键:
在乙炔分子的C-C三重键中，一个σ键，两个互相垂直 的π键，价电子形成筒状分布。
这是C能形成碳链和碳环的化学键的基础！
乙烷分子模型
C的sp3轨道也可以与卤原子的 p 轨道重叠，形成C-Xσ键：
氯甲烷的分子形状与甲烷形状相似。同样C的sp3轨道还可 以与 O、N 等原子的杂化轨道形成 C-O、C-N 等σ键。
一氯甲烷分子模型
2.乙烯分子是平面结构（ Csp2杂化） sp2杂化：碳原子的 2s 轨道与二个 2p 轨道杂化，形
1.甲烷分子是四面结构（ Csp3杂化）
sp3杂化：C元素的电子组态：1s2 2s2 2px1 2py12pz，其中 2s 、2px、2py、2pz为价轨道，其中的电子为价电子。
C在形成化学键时，2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个 能级相等、形状相同的sp3杂化轨道，每个轨道中一个电子。 杂化轨道能 量处于2s和 2p轨道能量 之间。 四个sp3轨道互成109.5°角，指向四面体的四个顶角：
第1章 结构与性能概论
有机化学反应涉及哪些基本问题？
共价键的形成
关于有机化合物分子中共价键形成的两种理论 价键理论 从形成共价键的电子只处于形成共价键两原子之间的定 域观点出发，解决分子中原子间互相连接（成键）问题的理 论是价键理论。杂化轨道理论是它的发展，这种方法处理的 结果，对分子的空间形象描述得直观、清楚、容易理解，是 常用的方法。 分子轨道理论 以形成共价键的电子是分布在整个分子之中的离域观点 为基础处理分子中原子相互连接问题的方法称为分子轨道理 论。多用于处理具有明显电子离域现象的分子结构，如芳环、 1,3-丁二烯等共轭体系。 “共振论” 教材中用共振伦简化处理电子离域体系分子的结构。可以 看做是价键理论处理电子离域体系的分子结构。
甲醚分子模型
O Cl C
乙酰氯
CH3
NC CH3
乙腈
进阶作业1：
1.为什么甲烷、乙烯、乙炔分子分别为四面体、平面和直
线性结构？ 2.在1-戊烯-4-炔的分子 中，有几种碳碳
化学键？各有什么特性？
3.有机化合物中只包含几种化学元素，为什么会形成数 千万个有机化合物？
4.在有机化合物中，只有碳原子发生杂化吗？举例说明。
1.1 用杂化轨道法处理碳原子形成的共价键
C元素的电子组态：1s2 2s2 2px1 2py12pz
体
面
线
基本思路：在形成化学键时，原子的不同能级的价轨道
进行“混合”，即“杂化”，形成新的价轨道，价电子的 排布也随之改变，利用杂化轨道与其它原子轨道形成共价 键。 轨道的“杂化”、“成键”等过程是同时完成的。
Pz接近pz—>π轨道:
乙烯分子模型
乙烯静电势能图
乙烯分子是平面结构，C=C键上电子密度高。
3.乙炔分子是线性结构（ Csp杂化）
Sp杂化：碳原子的2s轨道与一个2p轨道杂化，形成两个能
量相等、形状相同的sp轨道。
两个sp杂化轨道呈180°，在一条直线 上的两个sp轨道与未杂化的2py、2pz轨道 所在的平面垂直。