有机化学结构与功能学习笔记第一部分

基础有机化学

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一. 原子结构

1. 波尔理论对氢原子光谱的解释：氢原子在正常状态总是处于能量最低的基态，在受到光照射或放电等作用时，吸收能量，原子中的电子跳到能量较高的激发态。但在激发态不稳定，回到低能量轨道时放出能量产生与能量对应的光，从而产生光谱。hv E =∆。

2. 四个量子数：

（1）主量子数n ：n 为不同的电子层层数。

（2）角量子数l ：同一电子层还可以分为不同的亚层，对应于n ，l =0~1-n 。其中当0=l 时，为s 电子，1=l ，为p 电子，以此类推…

（3）磁量子数m ：用来描述同一亚层原子轨道和电子云的方向。它受到l 的影响，当0=l 时，0=m ；1=l 时，1-=m 、0、1+，即p 电子有3种空间取向，分别为x p 、y p 、z p ；当2=l 时，可有五种空间取向，即2z d 、xz d 、yz d 、xy d 、22y x d -。

（4）自旋量子数s m ：电子除绕核运转外，还有自旋运动。电子自旋量子数只有2个取值，21+和2

1-，即电子有2个相反的自旋方向。 3. 原子轨道：我们常把电子层、电子亚层和空间取向都确定的运动状态称作原子轨道，即s 层有一个原子轨道，p 层有3个等等。空间取向不同，并不影响电子的能量，因此同一亚层的几个原子轨道能量完全相同，这样的轨道称为等价轨道或简并轨道。

4. 原子轨道分布图描述的是解薛定谔方程得到的波函数ψ的值，函数值可以为正也可以为负。形成共价键时要求同号重叠，即对成型匹配原则。电子云角度分布图全为正。

5. 屏蔽效应：在多电子原子中，电子不但受到原子核的吸引，而且电子和电子之间也存在着排斥作用。也就是说其余电子屏蔽了或削弱了原子核对该电子的吸引作用。

6. 主族元素与副族元素：主族元素是指除了最外层以外的电子层的电子数都是满电子的化学元素。

7. 在填充电子时，由于能及交错，3d 能级高于4s ，因此电子先填充4s 轨道。但当4s 填 充电子后，由于核和电子所组成的立场发生变化，4s 轨道能级上升，因此当失去电子时，先失去4s 电子，后失去3d 电子。

二.分子结构

一. 价键理论

1. 共价键价键法：自旋方向相反的成单电子互相结合（配对）可以形成共价键，其成键电子的原子轨道重叠越多，两核间电子的概率密度越大，形成的共价键越稳固，因此在形成共价键时原子轨道总是尽可能的达到最大限度的重叠。

2. 共价键的两个特征：第一是共价键的饱和性，即在形成共价键时一个原子有几个未成对电子只能和几个自旋方向相反的但电子配对成建；第二是共价键的方向性，即根据原子轨道重叠体系能量下降的论点，在形成共价键时，两个原子的成健电子在可能的范围内一定采取电子电子的概率密度最大的方向重叠。

3. σ键和π键：在原子轨道有效重叠中，按对称性可以将共价键分成两种类型，即σ键和π键。σ键是指原子轨道重叠部分集中于两核之间，对称于键轴且通过键轴。π键指重叠部分集中于键轴的上方和下方。关于电子云分布形状，σ键对称于键轴，π键呈双冬瓜形，键轴处有一节面。关于键的强度，σ键较大而π键较小。至于键能，σ键大些而π键小些。

二. 杂化轨道理论

1. 杂化轨道的概念：它是从电子具有波动性，波可以叠加的概念出发的，认为一个原子和周围原子成键时所用的轨道不是原来纯粹的s轨道和p轨道。而是由若干个能量相近的原子轨道经过叠加混杂，重新分配能量和调整空间方向以满足化学结合的需要，成为成键能力更强的新的原子轨道，这种过程称为原子轨道的杂化，所得新的原子轨道成为杂化轨道。孤立原子本身不会出现杂化，只有原子在相互结合过程中需发生原子轨道的最大重叠才会杂化。

2. 杂化轨道理论要点：

（1）同一原子中能量相近的几个原子轨道可以通过叠加混杂，形成成键能力更强的新轨道，即杂化轨道。

（2）杂化时，一般使成对电子激发到空轨道而成单个电子，所需能量完全可由成键时放出的能量补充。

（3）一定数目的原子轨道，杂化时可得到相同数目的杂化轨道，但杂化后的新轨道完全消

除了原来原子轨道的之间的明显差别，这些新轨道能量完全相同。

3. sp杂化时会形成一头大一头小的形状，它的大头成键时能形成

更大的重叠，因此成键能力更强。

三. 分子间力和氢键

1.分子间作用力：分子间的偶极矩：由于极性分子的电性分布不均匀，一端带正电，一端带负电，形成偶极，它形成了分子间作用力。包括

（1）取向力：当极性分子与极性分子相邻时，极性分子的固有偶极间必然发生同极排斥，异极相吸，从而先取向后变性，这种固有偶极与固有偶极间的相互作用称为取向力。极性分子的偶极矩越大，取向力越大；温度越高，取向力越小。

（2）色散力：由于瞬时偶极而产生的作用力称为色散力。一般来说，分子量越大，分子内所含的电子数越多，分子的变形性越大，色散力越大。

（3）诱导力：当极性分子与非极性分子相邻时，则非极性分子受极性分子的诱导而分子变形极化，产生了诱导偶极，这种固有偶极与诱导偶极之间的相互作用称为诱导力。

2. 三种力的相互作用：对大多数分子来说，色散力是主要的；只有偶极矩很大的分子，如H2O、HF分子，取向力才是主要的，诱导力通常是很小的。

3. 氢键：当氢原子与电负性很大而半径很小的原子（例如F、O、N）形成的共价性氢化物时，由于原子间共用电子对的强烈偏移，氢原子几乎变成带正电的核，这个氢原子就可以被另一个电负性很大且含有孤对电子的原子相吸引，这种引力就是氢键。

第一章．有机分子结构与化学键

一．一些基本概念

1. 极化：大多数共价键是由不同电负性的原子形成的，这样就产生了极化。化学键的极化是键上电子密度中心向电负性大的原子移动的结果。

2. 电荷数计算公式：电荷数= (原子最外层电子数) —(孤对电子数) —1/2(成键电子数)。

3. 测定有机分子量的方法有：沸点升高法，熔点降低法，渗透压法和质谱法。

二．共振式

1. 共振式：当需要2个或更多只有电子位置不同的路易斯结构式来描述一个分子时，这些结构称为共振式。没有一个共振式能正确描述此分子的结构，正确的描述是所有路易斯结构式的平均（杂化）。如果一个分子的共振式是不等价的，则可以通过指导原则来确定。

2. 共振式指导原则：（1）拥有最多八电子结构的共振式是最重要的；（2）电荷应优先处于和其电负性一致的原子上；（3）拥有较少电荷分离的结构要比拥有较多电荷分离的结构重要。以上3个原则中，原则（1）要比（2）和（3）重要。

3. 离域：电荷平均分布在几个原子上。

第二章．结构与反应性

一．酸和碱：亲电剂和亲核剂

1. 布朗斯台德酸碱：能够给出质子的物质称为B酸，能够接受质子的物质称为B碱。

2. Lewis酸碱：能接受电子对的物质为L酸，能够提供电子对的物质称为L碱。

3. 酸性强弱：（1）在元素周期表中同一周期从左到右，质子的酸性越强，如CH4

4. 亲核取代反应：一个亲核剂取代了起始反应物中的一个原子或基团。

第三章．烷烃的反应

1. 超共轭效应：σ轨道的成键电子对离域到部分空的p轨道。即p轨道和σ键的轨道重叠。