有机结构理论和有机反应方程式PPT课件

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1、1,1848年，A. Kekule 有机化合物 含碳化合物 有机化学 研究含碳化合物的化学,1874年，C. Schor-lemmer 有机化合物 碳氢化合物及其衍生物 有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学,2,1.1.1 有机化合物的特点,1.1.1有机化合物的特点 数目庞大,数目庞大 同分异构 分子组成相同而结构不同 结构式 分子中原子间连接的次序和方法,e.g. C4H10可能的结构式,正丁烷 异丁烷,P.1,苧烷,3,有机化合物的同分异构现象,4,可以燃烧 如：甲烷（天然气） 乙醇（酒精） 汽油（C7C9） PVC（聚合物） 熔点低 C18H38 分子量 254 m.p. 18.1

2、 NaCl 分子量 58.5 m.p. 800,有机分子的聚集状态主要由较微弱的Van der waals 力所决定；而无机物主要是较强的离子间静电引力作用。,结构复杂 可以燃烧 熔点低,结构复杂,5,化合物的溶解性与化合物分子的极性和所选择溶剂的性质有关。通常遵循“相似相溶”原则。 有机化合物一般属弱极性或无极性分子，通常难溶于极性溶剂水中，而易溶于有机溶剂如：苯、醇、酯、醚中。 但某些低分子量化合物如：甲醇、乙醇、醋酸等因与水形成分子内氢键而与水无限混溶。,不溶于水,不溶于水,6,反应慢、副反应多,组成有机分子的原子较多，不同类型共价键的键能相差不大， 反应的选择性不高。,反应慢、副反应多

3、,7,按碳架分类,1.1.2 有机化合物的分类和官能团按碳架分类,碳架 分子中碳原子的连接次序,开链化合物,脂肪族化合物,饱和,不饱和,碳环化合物,脂环族化合物,芳香族化合物,杂环化合物,1.1.2 有机化合物的分类和官能团,有机化合物,P.2,8,按官能团分类,按官能团分类,官能团(Functional Groups) 决定一类化合物典型性质的原子团,9,杂环化合物,杂环化合物,10,1.2 有机化合物的结构理论,1.2.1 原子轨道和八隅体,1.2有机化合物的结构理论 1.2.1 原子轨道和八隅体,P.4,11,s 轨道:, s轨道 p 轨道,p 轨道：,12, 原子外层具备八电子构型的称

4、为八隅体(octet) 具八隅体构型的原子是稳定的 C: 1s2 2s2 2p2,13,共价键理论（电子配对）,共价键的形成在于成键原子的原子轨道的相互交盖。,共价键具有方向性,共价键具有饱和性,1.2.2 共价键理论和杂化轨道 价键理论（电子配对）,P.5,1.2.2 共价键理论和杂化轨道,14,sp3杂化轨道和甲烷的结构,sp3杂化轨道和甲烷的结构,C: 2s2 2px1 2py1,P.5,15,E,sp2杂化轨道和乙烯的结构,sp2杂化轨道和乙烯的结构,16,17,18,乙烯的结构,乙烯的结构,19,sp杂化轨道和乙炔的结构,sp杂化轨道和乙炔的结构,20,21,直线型分子 桶型大键,

5、键的形成,22,1.2.3 分子轨道理论,电子在整个分子中的运动轨道称为分子轨道。 成键原子的原子轨道相互接近、相互作用，重新组合成分子 轨道。 组合时轨道数目不变，原子轨道数目等于分子轨道数目。,价键理论：“形成共价键的电子只处于形成共价键之两原子之间” 定域观点 分子轨道理论：“形成共价键的电子是分布在整个分子之中” 离域观点,1.2.3 分子轨道理论,P.7,原子轨道组合成分子轨道必备条件：能量相近、电子云最大 重叠、对称性相同。,23,24,25,26,1.2.4 键长、键角和键能,1.2.4 键长、键角和键能,键长成键原子的原子核之间的平均距离（nm）。,键角两个共价键之间的夹角。,

6、键能,键能 形成共价键过程中体系释放的能量 键离解能 断裂共价键过程中体系吸收的能量,分子中同一类共价键的离解能的平均值为键能,P.8,27,C-H键键能 = 415kJ/mol,键能反映共价键的强度，键能愈大则键愈稳定。,28,1.2.5 电负性、偶极距和极性、极化,1.2.5 电负性、偶极距和极性、极化,电负性 一个元素吸引电子的能力 书P.9 表1-4 几种常见元素的电负性值,非极性共价键 极性共价键 H-H Cl-Cl H-Cl,+ 部分正电荷 - 部分负电荷,H3C+ Cl-,H+ Cl-,P.9,极性共价键 由于电子云的不完全对称而呈现极性的共价键,29,偶极矩()有方向性,箭头由

7、正端指向负端、指向 电负性更大的原子。,净偶极矩指向,多原子分子的偶极矩是各个键偶极矩向量和。分子的偶极矩越大，表示分子的极性越大。,键的极性大小可由偶极矩表示。键偶极矩越大，表示键的极性越大。,30,1.2.6 孤对电子和形式电荷,1.2.6 孤对电子和形式电荷,P.10,31,32,1.2.7 有机化合物构造式的表示方法,1.2.7 有机化合物构造式的表示方法,构造分子中原子间的连接顺序或成键的顺序。,短线式（蛛网式）,缩略式（结构简式）,P.11,33,键线式,注意,1）C、H 原子不写，写出其他原子或基团；,2）线与线之间夹角120o 。,讨论,1）将短线式改写成键线式,2）将键线式改

8、写成缩略式,34,价键理论的要点：共价键是由两个自旋相反的电子配 对形成的, 价电子定域在两个原子之间 价键理论的缺陷：分子为共轭体系，有离域电子时其 结构无法用一个结构式表示，如 共振论：价键理论的延伸和发展,1.2.8 共振论(Resonance Theory),P.12,35,代表极限结构之间的共振， 即共同组成共振杂化体。,当一个分子、离子或自由基按价键理论可以写成两 个或以上的路易斯结构式时，其真实的结构就是这 些共振结构的杂化体。,36,书写共振(极限)结构式的规则,1) 共振式中原子的排列完全相同，不同的仅是电子排列。,书写共振(极限)结构式的规则,电子或未共用电子对移动,2)

9、共振式中成对电子数或未成对电子数应相等,37,共振结构对杂化体的影响,1) 具有相同稳定性的共振结构参与形成的共振杂化体特别稳定,3）中性分子可表示为电荷分离式，但电子的转移要与原子的电 负性一致。,讨论 指出下列各对化合物或离子是否互为极限结构。,共振结构对杂化体的影响,38,2) 参与共振的极限结构多，共振杂化体稳定,3) 越是稳定的共振结构，对杂化体贡献越大。,如何判断共振结构的稳定性？,1) 满足八隅体的共振结构比未满足的稳定,如何判断共振结构的稳定性？,39,2）没有正负电荷分离的共振式比电荷分离的稳定;两个异号电荷 相隔较远或两个同号相隔较近的共振结构稳定性差。,稳定性：(1) (

10、2)(5) (6) (7),3）共价键数目多的共振结构较稳定,40,4）在满足八隅体电子结构, 但有电荷分离的共振式中, 电负性 大的原子带负电荷, 电负性小的原子带正电荷的共振结构较 稳定。,共振杂化体能量比参与共振的任何一个极限结构能量都低 共振降低的能量称共振能 。共振能越大，体系越稳定。,41,1.3 有机化合物中比共价键弱的作用力 1.3.1 范氏力,一分子偶极正端对另一分子偶极负端的相互吸引作用。, 极性分子间的相互作用力,P.14,1.3 有机化合物中比共价键弱的作用力,1.3.1 范氏力(van der Waals force),42,1.3.2 氢键,1.3.2 氢键,原子半

11、径较小、电负性强、有未共用电子对的原子 可与氢形成氢键。,氢键用虚线表示：XH-Y X为极性较大的原子 Y、O、 N,氢键的键能与元素的电负性及原子半径有关。,元素的电负性越大、原子半径越小，形成的氢键越强。,分子间力的大小顺序：氢键 范氏力,43,思考题,解释下列物质的沸点为何不同？,44,键长张力 键角张力 扭转张力 范氏张力,1.4 有机分子内的张力,1.4 有机分子内的张力,P.15,45,P.16,1.5 有机化学中的酸和碱 1. 1.5.1 Brnsted质子理论,1.5 有机化学中的酸和碱,1.5.1 Brnsted质子理论,酸是质子的给予体，碱是质子的接受体,酸 碱,46,酸、

12、碱可以带正电荷或带负电荷或为中心分子, 在一个反应中 是酸，而在另一个反应中可以是碱。,平衡主要趋向形成更弱的酸和更弱的碱。,酸、碱强度表示：,酸或碱越强，其pK值越小（离解常数K值越大）。,47,如何判断化合物的酸性强弱？,主要取决于化合物离解出H+后的负离子稳定性。负离子越稳定 则原来的化合物酸性越强。,酸性越强，解离出质子后的共轭碱的碱性越弱。,48,1.5.2 lewis电子理论,负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、 与其相连的原子团的结构以及溶剂等因素有关。,1.5.2 lewis电子理论,酸是电子对的接受体，碱是电子对的给予体。,lewis酸、碱反应形成配位键，产生加

13、合物。,P.16,49,lewis酸具有亲电性，lewis碱具有亲核性。,常见的lewis碱:,常见的lewis酸：,50,1.6 电子效应,定义：由于原子的电负性不同而引起的极性效应，是通过静电诱 导到分子的其他部分，这种作用称为诱导效应(I)。 存在： sigma和pi键中 传递：沿化学键，限三个化学键内，不存在极性交替现象。 强度：与电负性有关（I、I），随传递距离增加而迅速减弱。,1.6 电子效应 1.6.1 诱导效应（ Inductive effect）和场效应,1.6.1 诱导效应（ Inductive effect）,P.18,51,-共轭体系分子结构特征 （1）单双键交替 （2

14、）形成共轭体系的所有原子在同一平面上，p轨道互相平行， 垂直于平面,1.6.2 共轭效应 -共轭体系的分子结构特征,1.6.2 共轭效应,P.18,52,-共轭体系举例：,53,p-共轭,p-共轭,54,1.6.3 超共轭效应（Hyperconjugated effects),1.6.3 超共轭效应（Hyperconjugated effects),键与p轨道的侧面交盖 键与键轨道的侧面交盖 不平行，交盖率低 不平行，交盖率低,交盖的结果： 电子偏离，倾向于p轨道， 电子偏离，倾向于轨道， 电子部分离域 电子部分离域,P.19,55,1.9 有机化合物的反应,1.9 有机化合物的反应,共价键的断裂方式:,异裂成键的一对电子完全为成键原子中的一个原子或基团 所有，形成正、负离子。,P.21,均裂成键的一对电子平均分给两个成键原子或基团形成 自由基（游离基）,56,按化学键的变化分类 按反应形式分类,有机反应的活性中间体: 自由基、碳正离子、碳负离子等,有机反应的分类,57,1.10 有机反应的表示方式和符号的应用,1.10 有机反应的表示方式和符号的应用,A + B C + D,无须配平 反应符号用“ ”，不用“=” 往往只写主要产物（或标明主次） 反应箭头上下标明反应条件 例：CH + O2 CO2 + H2O,P.23,58,