第二章有机化学基础知识

反键轨道
X1
X2 原子轨道
成键轨道
σ轨道：当两个原子轨道沿着键轴方向对称重叠时，可形成两个σ-键的分子 轨道。对称性相同的原子轨道形成σ-成键轨道，对称性不同的原子轨道形成 σ*成键轨道。
π轨道：当两个P轨道侧面重叠时，可形成两个π分子轨道。分子中形成双键的 轨道。对称性相同的P轨道形成成键π轨道。对称性不同的P轨道形成反键π*轨 道。
杂化轨道理论：成键之前原子轨道进行了重组
H
C
H
H
H C-H键长度相等
四面体型分子
H
H
CC
H
H
有一根键较活泼
平面型分子
第二章有机化学基础知识
HCC H
有两根键较活泼 直线型分子
碳原子的几种轨道杂化
1. sp3杂化
跃迁
2s 2px 2py 2pz
C: 1s22s22p2
2s 2px
原子轨道重组
2py 2pz
原 子 轨 道 图 形 对 称
不 对 称
S轨Baidu Nhomakorabea道
P轨 道
第二章有机化学基础知识
五. 有机化合物的几何形象与立体结构化学
1. 烷烃：四面体型
平面模型
四面体模型
H
CH4
HCH
H
Cl
CH2Cl2
H C Cl
（只有一种物质）
H
Cl HCH
Cl
（两者不同）
第二章有机化学基础知识
H
C
H
H
H
H
C
H
Cl
Cl
用键线式简化结构式
八隅体 (Octet)：原子总是倾向获得与惰性气体相同的价电 子排布 (价电子层达到8个电子的稳定结 构)
离子键 (ionic bond)： 原子间通过电子转移产生的正负离 子相互结合而成键
共价键 (covalent bond)：原子间通过共用电子对相互结 合而成键（电子共享）
第二章有机化学基础知识
第二章 染料有机化学基础知识
主要内容 有机化学和有机化合物 有机化合物的特点 有机化合物的结构，化合物的结构表达方式 结构理论 有机化合物的分类
第二章有机化学基础知识
一. 有机化学和有机化合物
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
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满足八隅体（成共价键）
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
第二章有机化学基础知识
有机化合物结构的常用表达方式
甲烷 乙烯
Lewis 电子式
H HC H
sp轨 道
pz
pz
H CC H
HC C H
H3C C C CH CH2
s键 (sp-sp) 2p键(p-p)
s键 (sp-s)
s键(sp-sp2)
第二章有机化学基础知识
分子轨道的概念及类型
第二章有机化学基础知识
原子轨道线形组合成分子轨道。当两个等价原子轨道组合时，总是形成两个 新的分子轨道，一个是能量比原子轨道低的成键轨道，另一个是能量比原子轨 道高的反键轨道。
1 0 9 .5 o
4个sp3轨道
四面体型
第二章有机化学基础知识
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)
第二章有机化学基础知识
2. sp2杂化
跃迁
2s
2px 2py 2pz
2s 2px
原子轨道重组
2py 2pz
120o
平面型
3个sp2轨道 2pz
第二章有机化学基础知识
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）
省略了什么？
CH3CH2CH2CH3
CH3 CH3CHCH2CH3
H
HH
H
H
C
C
C
C
H
H
HH
H
键线式
CH3
CH CH3
H3C
H
H
CC
H
CH3
s键(sp2-sp3)
第二章有机化学基础知识
H OC
CH3
s键(sp2-sp2) p键(p-p)
3. sp杂化
跃迁
2s
2px 2py 2pz
180o
2s 2px
原子轨道重组
2py 2pz
sp 直线型
第二章有机化学基础知识
2py 2pz
乙炔(CHCH)的成键示意:
py
py
H
C
+
C
H
H
++ +
+
H
H
++
CC
H
H
价键式
H HCH
H
H C
H
H C
H
缩写式
CH4
单键
H 2C C H 2 双键
+ ++
乙炔 H C C H
HCC H
H C C H 叁键
+
第二章有机化学基础知识
Lewis 电子式
氯甲烷
++ +
H H C Cl
H
价键式
H H C Cl
H
缩写式
CH3Cl CH3 Cl
乙醇
+
++ ++
+
H HC
H
H C OH H
H HC
H
H C OH H
O
H
H
丙酮
H CC C H
+ +
+
++ +
H
H
HO HC C
H
H CH H
第二章有机化学基础知识
C H 3C H 2O H
O H3C C CH3
O CH3CCH3 C H 3C O C H 3
四. 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）
H
BC
Si
有机化合物中常见的元素
第二章有机化学基础知识
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）
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。
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C 2 H 6 O
HH HCOCH
HH
甲醚
HH HCCO H
HH
乙醇
第二章有机化学基础知识
二. 有机化合物的基本结构
• 有机分子中的化学键 —— 共价键
• 碳是四价的
C
• 碳与碳之间可以成键，形成复杂化合物
CCC C
C CCC C
C
直链
带侧链
第二章有机化学基础知识
C CC CC
环状
三. 经典结构理论
Friedrich Wöhler (German)的实验(1828 )
由腈酸铵（无机物）制得尿素（有机物）
+-
NH4CNO
O H2 NCNH2
inorganic
organic
第二章有机化学基础知识
有机化合物的特点：
1. 对热不稳定，易燃烧（极少数例外） 2. 熔点较低（一般在250oC以下） 3. 易溶解于有机溶剂中，难溶于水。 4. 同分异构体较多