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1、有 机 化 学,Organic Chemistry,第一章 绪论,有机化合物：Organnic Compound,碳氢化合物及碳氢化合物衍生而得的化合物。,有机化学： Organnic Chemistry,研究有机化合物的组成、结构、性质及变化规律的科学。,1.2有机化合物的特性 1.2.1有机化合物的种类繁多,结构复杂 同分异构体： 两种或多种有相同的分子式，但结构不同的化合物。 如： 1.2.2 有机化合物性质上的特点 (1) 容易燃烧 (2) 熔点、沸点低 (3) 难溶于水 (4) 反应速率比较慢,反应复杂、副反应多,1-丙醇 环戊烷,短线式 缩简式 键线式,脂肪族化合物常用缩简式、环状
2、化合物常用键线式！,1.3分子结构和结构式,1.4 共价键 1.4.1共价键的形成 （1）共价键的概念 1916美国化学家G. N. Lewis (18751946) 提出共价键概念。共价即电子对共用（或说电子配对）。,分子中原子之间可以通过共享电子对而使每一个原子具有稳定的稀有气体电子结构，这样构成的分子称为共价分子，原子通过共用电子对而形成的化学键称为共价键。,Lewis电子结构式,（2）价键理论,价键理论认为，共价键的本质是由于原子相互接近时，轨道重叠，两原子轨道中自旋相反的两个电子在轨道交盖区域内为两个原子所共有，增加了对成键两原子原子核的吸引力，而减少了两原子核之间的排斥力，故降低了
3、体系的能量而成键。,相当于Lewis结 构中的一个单 键,共价键的饱和性：原子的价键数等于其未成对电子数。比如O两价、H一价 共价键的方向性：原子中p, d, f等原子轨道在空间有一定的取向(s轨道例外)。形成共价键时，各原子轨道总是尽可能沿着电子出现几率最大的方向重叠成键，以尽量降低体系能量。这样，一个原子与周围原子形成的共价键就有一定的方向(或角度),（3）轨道杂化理论,为了解释分子的空间结构(键长、键角)，Pauling提出了杂化 轨道(hybridization)的概念，丰富和发展了价键理论。从电子具有波动性、波可以叠加的量子力学观点出发，他认为：在同一个原子中能量相近的不同类型(s,
4、 p, d, )的几个原子轨道波函数可以相互叠加而组成同等数目的能量完全相同的杂化原子轨道。,109.5,CH4分子,每一个sp3杂化轨道含有1/4个s轨道和3/4个p轨道的成分,呈四面体空间结构。,每一个sp2杂化轨道含有1/3个s轨道和2/3个p轨道的成分,乙烯分子,每一个sp杂化轨道含有1/2个s轨道和1/2个p轨道的成分,乙炔分子,问题1.1 NH3中H-N-H键角均为107，问氨分子中的氮原子用什么类型的原子轨道与氢原子形成三个等价的单键？,（4）分子轨道理论,价键理论的局限性在于它只能用来表示两个原子相互作用而形成的共价键,即分子中的价电子,是被定域在一定的化学键的两个原子核区域内
5、运动(电子定域),因此对单键,双键交替出现的多原子分子形成的共价键(共轭双键)就无法形象地表示,出现的现象也无法解释。,实验测得苯分子中6个C-C键的键长都为0.140 nm，各键角都等于120o。,分子轨道理论把分子看作一个整体，其中电子不再从属于某一个原子而是在整个分子势场范围内运动。,1.4.2共价键的属性 (1) 键长：成键原子的原子核之间的平均距离。,(2) 键能：形成共价键的过程中体系释放出的能量或共价键断裂过程中体系所吸收的能量。,键能愈大，键愈牢固。,(3) 键角：两个共价键之间的夹角。 共键价的方向性决定键角的形成。CH4中HCH为109.5,(4)共价键的极性,当成键原子电
6、负性不同时，电负性大的原子带部分负电荷（-）；电负性小的原子带有部分正电荷（+）。,键的极性强弱用偶极矩（）来衡量，它是电荷与正负电荷中心之间距离的乘积： =q.d（C.m)，双原子分子中键的偶极矩即是分子的偶极矩,=3.57x10-30（C.m),多原子分子偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和,=0（C.m),=6.47x10-30（C.m),=3.28x10-30（C.m),偶极矩为零的分子是非极性分子；偶极矩不为零的分子是极性分子；偶极矩越大，分子极性越强。,诱导效应：由于成键原子电负性不同，引起分子内电子云分布不均匀，这种影响沿分子链静电诱导的传递下去；这种分子内原子间相互影响的电子效应，
7、称为诱导效应（inductive effect），用 I 表示。,+ + + -,诱导效应随分子链的增长而迅速衰减。,1.4.3共价键的断裂和有机反应的类型,自由基反应 离子型反应：亲电反应、亲核反应,1.5 分子间作用力,指极性分子和极性分子之间的作用力。极性分子是一种偶极子。这种固有偶极子与偶极子之间的静电引力叫做取向力或偶极力。,2 诱导力：发生在极性分子和非极性分子之间的作用力。,1、偶极-偶极相互作用（偶极力、取向力）,(2) 色散力：非极性分子之间的作用力。,3、氢键,所谓氢键是指分子中与高电负性原子X以共价键相连的H原子和另一分子中一个高电负性原子Y之间所形成的一种弱键。,分子间
8、作用力的大小顺序：氢键偶极力色散力,问题1.2 下列化合物的沸点一次递增，为什么？ CH4 （bp-165)Cl2（ bp-34 ） CH3Cl（ bp-24 ）,1.6 酸碱的概念,1.6.1 Brnsted酸碱理论,凡是能给出质子的叫做酸，凡能与质子结合的叫作碱。,共轭酸 共轭碱,酸碱强度,有机化合物能给出质子的是酸：通常含有与电负性较大原子（如O、N）等原子相连的氢原子,有机化合物中能接受质子的是碱：通常含有O、N等原子的分子或含有负电荷的离子,有的既是酸又是碱,1.6.2 Lewis酸碱电子理论,凡是能给出电子对的分子、离子或原子团都叫作碱,凡是能接受电子对的分子、离子或原子团都叫作酸
9、,Lewis酸的结构特征是具有空轨道原子的分子或正离子,Lewis碱的结构特征是具有未共用电子对原子的分子或负离子,BF3 , AlCl3 ,FeCl3 ,SnCl4 , H+ , R+ , Ag+等,H2O, NH3, CH3NH2, CH3OCH3, X- ,OH-, RO- , R-等,Lewis酸的概念扩大了酸的范围,酸碱反应不再是质子的转移而是电子的转移，是碱性物质提供电子对与酸性物质生成配位共价键的反应。故Lewis酸碱概念又称为酸碱电子论。,1.6.3 硬软酸碱原理,1963年，Pearson在Lewis酸碱理论基础上，提出软硬酸碱理论。根据Lewis酸碱抓电子的松紧程度，将酸分
10、为软、硬酸，碱分为软、硬碱，以体现各酸碱的特性。,硬酸：接受体的原子小，带正电荷多，价电子层没有未共用电子对，电负性高，可极化性低，外层电子抓得紧,软酸：接受体的原子大，带正电荷少，价电子层有未共用电子对（p或d），电负性低，可极化性高，外层电子抓得松,硬碱：给与体的原子电负性高，可极化性低，不易被氧化，即外层电子抓得紧,软碱：给与体的原子电负性低，可极化性高，易被氧化，即外层电子抓得松，易失去。,酸碱结合倾向的规律是：“硬酸优先和硬碱结合，软酸优先和软碱结合”，即反应倾向于生成硬硬、软软化合物。,1.4 有机化合物的分类 1.4.1 按分子中碳原子的骨架分类 (1)开链化合物（脂肪族）：碳原子相互连接成链状骨架的化合物。 丙烷、丙烯、丙炔，有支链的化合物也属于开链化合物。 (2) 碳环化合物：完全由碳原子组成的碳环结构的化合物 A：脂环族化合物：性质与脂肪族化合物相似。 B：芳香族化合物：同平面环闭共轭体系。 (3)杂环化合物：碳原子和其它原子(O、S、N)组成环。,1.4.2 按官能团分类 官能团：有机分子中易起化学反应的原子或原子团。,
