有机化学第五版课件

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•原子轨道 —原子中每个电子的运动状态都可以用一 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φ 个单电子的波函数φ(x,y,z)来描述 φ称为原子轨 , , )来描述. 因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状. 道,因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状 因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状
O NH4OCN H2N C NH2
1845年Kolbe合成了醋酸;1854年,柏赛罗 年 合成了醋酸; 合成了醋酸 年 柏赛罗(M.berthelot) 合成油脂类化合物等。 合成油脂类化合物等。
19世纪下半叶 有机合成得到了快速发展 世纪初 世纪下半叶,有机合成得到了快速发展 世纪下半叶 有机合成得到了快速发展,20世纪初 开始建立了以煤焦油为原料合成染料、 煤焦油为原料合成染料 开始建立了以煤焦油为原料合成染料、药物和炸药为 主的有机化学工业. 主的有机化学工业 20世纪 年代开始发展了以石油为主要原料的有机 世纪40年代开始发展了以石油为主要原料的有机 世纪 年代开始发展了以石油 化学工业,特别是生产合成纤维 化学工业 特别是生产合成纤维 、合成橡胶 、合成树 脂和塑料为主的有机合成材料工业. 脂和塑料为主的有机合成材料工业 二.有机化学的定义 有机化学的定义 有机化合物的主要特征:都含有碳原子 即都是含碳 有机化合物的主要特征 都含有碳原子,即都是含碳 都含有碳原子 化合物. 化合物 有机化学—就是研究含碳化合物的化学 有机化学 就是研究含碳化合物的化学. 就是研究含碳化合物的化学
(1) 路易斯结构式: 用共用电子的点来表示共价 键的结构式. 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 • •
H •• H• C•H • ••• H
路易斯结构式
H H —C—H H
凯库勒结构式
量子化学的价键理论: 一 、量子化学的价键理论 量子化学的价键理论
二. 构造异构现象 象丁烷和异丁烷异构,只是分子中各原子间相互结 象丁烷和异丁烷异构 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 只是构造 合的顺序不同而引起的 只是构造不同而导致的异构现 又叫做构造异构现象. 象,又叫做构造异构现象 又叫做构造异构现象 此外,有机化合物还可由于构型( 有机化合物还可由于构型 此外 有机化合物还可由于构型(顺、反;Z、E;R 、 ; 不同而造成异构现象. 、S)和构象不同而造成异构现象 ) 构象不同而造成异构现象 三. 化合物的结构 是指:分子中原子间的排列次序 原子相互间的立 是指 分子中原子间的排列次序,原子相互间的立 分子中原子间的排列次序 体位置,化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态 体位置 化学键的结合状态以及分子中电子的分布状态 等各项内容在内的总称. 等各项内容在内的总称
(7)化合物间的作用力是范德华引力 (7)
• 有机化合物间的作用力是范德华引力 • 偶极--偶极相互作用力 (极性分子之间的作用力) • 色散力(非极性分子间的作用力) • 氢键 • 氢键>>偶极作用力>>色散力
1.3 有机化合物中的共价键

碳元素:核外电子排布 1S22S22P2,不易获得或 碳元素 核外电子排布 失去价电子,易形成共价键 易形成共价键. 失去价电子 易形成共价键
• 每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子 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 电子总是首先进入能量低的分子轨道.
成键轨道ψ1=φ1 + φ2 反键轨道ψ2=φ1 - φ2
成键轨道ψ1=φ1 + φ2 2个氢原子轨道组成 个氢分子轨道 个氢原子轨道组成2个氢分子轨道 个氢原子轨道组成
CH3CH2-OH, CH3-O-CH3
CH3CH2CH2CH3
CH3CHCH3 CH3
碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多,它的同 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 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 个. 同分异构体数可达18个 C10H22的同分异构体数可达75个. 同分异构体数可达75个
反应. 除自由基型反应外 , 大多数反应需要一定的 反应 . 除自由基型反应外, 时间.
为加速反应,往往需要加热、 为加速反应 往往需要加热、加催化剂或光照等手段来 往往需要加热 增加分子动能、 增加分子动能、降低活化能或改变反应历程来缩短反应时 间. (6) 有机反应往往不是单一反应.(主反应和副反应). 有机反应往往不是单一反应. 主反应和副反应)
1.2.2 有机化合物性质上的特点
•与无机物 无机盐相比 有机化合物一般有以下特点 与无机物,无机盐相比 有机化合物一般有以下特点: 与无机物 无机盐相比,有机化合物一般有以下特点 (1) 大多数有机化合物可以燃烧(如汽油). 大多数有机化合物可以燃烧(如汽油) (2) 一般有机化合物热稳定性较差,易受热分解. 一般有机化合物热稳定性较差, 许多有机化合物在200~300℃时就逐渐分解 许多有机化合物在 ℃时就逐渐分解. (3) 许多有机化合物在常温下为气体 、液体. 常温下为固体的有机化合物,其熔点一般也很低 其熔点一般也很低,一 常温下为固体的有机化合物 其熔点一般也很低 一 般很少超过300℃,因为有机化合物晶体一般是由较 般很少超过 ℃ 因为有机化合物晶体一般是由较 弱的分子间力维持所致. 弱的分子间力维持所致
1.2.1 有机化合物结构上的主要特点 同分异构现象 有机化合物结构上的主要特点:同分异构现象 一.同分异构现象 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 分子式相同而结构相异因而其性质也各异的 不同 称为同分异构体,这种现象叫同分异构现象 化合物,称为同分异构体 这种现象叫同分异构现象. 化合物 称为同分异构体 这种现象叫同分异构现象 例1:乙醇和二甲醚 乙醇和二甲醚 乙醇 例2:丁烷和异丁烷 丁
有机化学 Organic Chemistry
高鸿宾 主编 高等教育出版社
高鸿宾 主编 高等教育出版社
主讲:杜慷慨 副教授 制作:杜慷慨 副教授
华侨大学材料科学与工程学院 华侨大学材料科学与工程学院
第一章
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绪论
1.1 有机化合物和有机化学
一.有机化学的发展 有机化学的发展 1806年柏则里(Berzelius)首先提出 有机化学 名词 年柏则里( 有机化学)名词 年柏则里 )首先提出(有机化学 有机化学奠基于18世纪中叶 有机化学奠基于 世纪中叶 生命力学说 1828年F.Wöhler在实验室由氰酸铵 在实验室由氰酸铵(NH4OCN)合成 年 在实验室由氰酸铵 合成 尿素(NH2CONH2),促进了有机化合物的人工合成 促进了有机化合物的人工合成: 尿素 促进了有机化合物的人工合成
自 然 界 中 碳 的 循 环
1.2 有机化合物的特点
绝大多数有机物只是由C, , , , , , 等 绝大多数有机物只是由 ,H,O,X,N,S, P等 少数元素组成, 但种类繁多。 少数元素组成 但种类繁多。
● ● ●
碳元素:核外电子排布 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) 碳原子相互结合能力很强(碳链和碳环) 碳的同素异形体: 碳的同素异形体
二 、分子轨道理论
(1)当原子组成分子时, (1)当原子组成分子时,形成共价键的电子即运动 当原子组成分子时 于整个分子区域;
(2) 分子中价电子的运动状态 即分子轨道 用波函数ψ 来 分子中价电子的运动状态,即分子轨道 用波函数ψ 即分子轨道,用波函数 描述;(薛定谔方程的解 薛定谔方程的解) 描述 薛定谔方程的解 (3) 分子轨道由原子轨道线性组合形成 分子轨道由原子轨道线性组合形成(LCAO) ,形 形 成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等. ψ1=φ1 + φ2 φ ψ2=φ1 - φ2 φ (符号相同 即:波相相同 成键轨道 符号相同,即 波相相同 成键轨道) 波相相同.成键轨道 符号相同 (符号不同 即:波相相反 反键轨道 符号不同,即 波相相反 反键轨道) 波相相反.反键轨道 符号不同
C60 / C70中的碳原子处于 (SP2- SP3) 中间过渡态 过渡态。 中间过渡态。
●含碳化合物的转化
CH4 → CH3Cl → ... → CCl4 → C金刚石
四面体结构的CCl4 减少…… 减少
+Na
C四面体结构
● 不同化合物之间的转化(官能团)、碳链的增加和 不同化合物之间的转化(官能团)、 )、碳链的增加和

(1)石墨 石墨 (2)金刚石 金刚石 (3)足球烯 (富勒烯)( 60/C70/C50) 足球烯 富勒烯)( )(C
石墨的晶体结构 (SP2)
金刚石的晶体结构( SP3)
足球烯(富勒烯 足球烯 富勒烯)(Footballene):单纯 富勒烯 单纯 由碳元素结合形成的稳定分子, 由碳元素结合形成的稳定分子 , 具 个顶点和32个面 有 60个顶点和 个面 , 其中 个面 个顶点和 个面,其中12个面 个面为正六边形, 为正五边形, 个面为正六边形 为正五边形 , 20个面为正六边形, 整个分子形似足球。具有芳香性 芳香性。 整个分子形似足球。具有芳香性。
共价键具有方向性(最大重叠原理 共价键具有方向性 最大重叠原理): 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
三 、杂化轨道理论 能 量 2p — 2s — 1s —
碳原子基态的电子构型
— —
能 量
2p — — — 2s — 1s —
基态
2p — — — 2s — 1s —
激发态 sp3杂化态
————
碳原子2s电子的激发和 3杂化 碳原子 电子的激发和sp 电子的激发和 一个2s电子激发至能量较高的 一个 电子激发至能量较高的2pz空轨道只需要 电子激发至能量较高的 402 kJ/mol
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 这四个 杂化轨道的能量是相等的,每一轨道相等于 1/4 s成分 成分,3/4 p成分 成分. 成分 成分 • C采取 3 杂化轨道与 个 H原子的 原子轨道形成 个 采取sp 原子的s原子轨道形成 采取 杂化轨道与4个 原子的 原子轨道形成4个 sp3-s型的 型的C-H键 (CH4)比 形成 稳定的多.(414×4型的 键 比 形成CH2 要 稳定的多 × 402)kJ/mol。形成 时仍有约1255 kJ/mol能量释放出。 能量释放出 。形成CH4 时仍有约 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。 稳定的多 的多。 所以这个体系比形成两个共价键的
交盖)或电 (1)价键的形成可看作是原子轨道的重叠 交盖 或电 )价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖 自旋相反)配对的结果 子(自旋相反 配对的结果。 自旋相反 配对的结果。 (2)共价键具有饱和性—一个未成对的电子既经配 ) 一个未成对的电子既经配 对成键,就不能与其它未成对电子偶合 就不能与其它未成对电子偶合. 对成键 就不能与其它未成对电子偶合 最大重叠原理):两个电子的 (3)共价键具有方向性(最大重叠原理 两个电子的 ) 最大重叠原理 原子轨道的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固 原子轨道的重叠部分越大 形成的共价键就越牢固. 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. 决定分子空间构型, 方向性
Organic Chemistry is the Chemistry of Carbon Compounds
绝大多数有机化合物也都含有氢,从结构上看 所有 绝大多数有机化合物也都含有氢 从结构上看,所有 从结构上看 的有机化合物都可以看作碳氢化合物以及从碳氢化合 物衍生而得的化合物。 物衍生而得的化合物。 就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学. 碳氢化合物及其衍生物的化学 有机化学 — 就是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 当然 对 、 是称作无机化合物. 是称作无机化合物
(4) 一般有机化合物的极性较弱或没有极性. 水是极性强,介电常数很大的液体 介电常数很大的液体,一般有机物难溶于水 水是极性强 介电常数很大的液体 一般有机物难溶于水 或不溶于水.而易溶于某些有机溶剂 而易溶于某些有机溶剂(苯 乙醚、 或不溶于水 而易溶于某些有机溶剂 苯、乙醚、丙酮 、石 油醚).但一些极性强的有机物 但一些极性强的有机物,如低级醇 油醚 但一些极性强的有机物 如低级醇 、羧酸 、磺酸等 也溶于水. 也溶于水 (5) 有机物的反应多数不是离子反应,而是分子间的 有机物的反应多数不是离子反应,
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