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1、第二章 有机化合物的化学键,（一）共价键： （1）共价键的形成 （2）共价键的属性 （二）决定共价键中电子分布的因素： （1）电子效应 ：诱导效应和共扼效应 （2）立体效应,（三）共振论,第一节 共价键,（一）共价键的形成：（1）价键理论： 共价键的定义：由原子各提供的电子形成电子对，共享而成得化学键叫共价键,价键理论： （分子轨道理论，略）a.价键理论认为一个原子如果有几个未成对电子，就可以与几个自旋相反的电子配对成键。例如：甲烷b.一个电子与另一个自旋相反的电子配对以后，就不能再与第三个电子配对，称为共价键的饱和性例如：H2c.共价键具有方向性 电子配对也就是原子轨道的重叠 例如：HCl,
2、（a）碳原子轨道的sp3杂化,每个sp3杂化轨道含1/4 s 成分和 3/4 p成分,sp3杂化轨道形状,碳原子的sp3杂化轨道,键角为 109.5,(2）杂化轨道理论,原子轨道沿键轴相互交盖，形成对键轴呈圆柱形对称的轨道称为 轨道。轨道构成的共价键称为键。 例如：甲烷分子中有四个CH键。 相类似，乙烷分子中有六个CH键和一个 CC键。,甲烷,乙烷,键的形成及其特性,（b）碳原子轨道的sp2杂化,1个 杂化轨道 = 1/3 s + 2/3 p,键角120,平面三角形,余下一个未参与杂化的p轨道,垂直于三个杂化轨道对称轴所在的平面。,以乙烯分子为例：,乙烯分子中的键,乙烯分子中的键,C=C 键：
3、1 s 键 （ sp2 sp2） + 1 p 键（p p）,（c）碳原子轨道的 sp 杂化,1个sp 杂化轨道 = 1/2 s + 1/2p,一个sp 杂化轨道 二个sp 杂化轨道,未参与杂化的两个p轨道的对称轴互相垂直且都垂直于sp杂化轨道对称轴所在直线。,乙炔分子的键,乙炔分子中键的形成,CC 键：1 s 键 （ sp2 sp2） + 2 p 键 （p p）,（1）键长： 指成键原子核之间的距离,一些共价键的键长,（二）共价键的属性,（2）键角：,乙醚,戊烷,甲烷,指键与键之间的夹角。,甲醛,丙烷,氨分子,甲烷C-H键键能（414kJ.mol-1)是上述解离能的平均值。键能越大化学键越牢固
4、,（3）键能 指成键时体系放出的能量或断键时体系吸收的能量。双原子分子键能就是其离解能 多原子分子键能通常是键的离解能平均值。,一些共价键的键能,化学环境不同的相同共价键的键能是有差异的！,当成键原子电负性不同时， 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，它是正电中心或负电中心上的电荷值与两电荷中心之间的距离的乘积： =qd,（4）键的极性：,双原子分子，键的极性就是分子的极性。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
5、；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。,(5)分子的极性,（6）极化性 键的极性是分子本身所固有的，而键的极化性是指共价键在外电场的影响下，引起键内电子云密度的重新分布，从而改变了键的极性，称这种现象为键的极化性。,+ -,诱导偶极矩或瞬间偶极矩,=0,0,E+,不同的共价键，对外界电场的影响有不同的感受能力，这种感受能力叫做可极化性。键的可极化性对分子的反应性能起着重要作用。,例如：C-X键的极性： C-F C-Cl C-Br C-I C-X键的可极化性： C-I C- Br C-Cl C-F C-X键的化学活性：C-I C- Br C-Cl C-F,第二节 决定共价键中
6、电子分布的因素,电子效应 立体效应（1）共用电子对沿共价键移动，通过键的极性传递所表现的分子中原子之间的相互影响称为电子效应。它主要包括诱导效应和共轭效应。（2） 立体效应说明了分子中原子或原子团在空间的分布(空间位阻)对分子性质产生的影响。,（一）诱导效应诱导效应: 由于成键原子电负性不同，而使整个分子中电子云沿碳链向某一方向传递的现象，称为诱导效应（inductive effect），用 I 表示。 这属于分子内原子间相互影响的电子效应,特征：诱导效应随分子链的增长而迅速减弱,强度：取决于分子中原子电负性的大小， 影响：物质酸碱度的大小 例如：ClCH2COOH的酸性强于CH3COOH,表
7、示方法： 用“ ”表示电子移动的方向，,+ + + -,一些常见原子或基团的诱导效应次序为： F Cl Br I OCH3 OH C6H5 H(吸电子基) (CH3)3C (CH3)2CH CH3CH2 CH3 H(斥电子基）,反之,一个原子或基团吸引电子的能力比氢弱，叫斥电子基，由斥电子基团引起的诱导效应为正诱导效应，用+I表示。,以碳氢化合物的氢原子作为标准，一个原子或基团吸引电子的能力比氢强叫吸电子基。由吸电子基引起的诱导效应为负诱导效应,用 I表示；,由未起反应的分子所表现出来的诱导效应叫做静态诱导效应 有外界电场引起的诱导极化效应叫动态诱导效应,同族元素，随原子序数增大吸电子能力减小
8、 F Cl Br I同周期元素，随原子序数增大吸电子能力增大 F-OR-NR2不同杂化状态的碳原子，s成分多，吸电子能力强,(二)共轭效应(conjugative effect)：,由于共轭体系的存在，发生原子间的相互影响而引起电子平均化的效应叫共轭效应，(1) ,-共轭：以1，3 丁二烯为例,1,3-丁二烯的结构：,1,3-丁二烯分子中,碳碳单键键长0.147nm,比乙烷碳碳单键键长0.154nm短,碳碳双键键长0.137nm.比乙烯碳碳双键键长0.134nm长，由此可见 1,3-丁二烯分子中碳碳之间的键长趋于平均化了。,1,3,5-己三烯,1-丁烯-3-炔,丙烯腈,如果共轭链原子电负性不同
9、时，电子云定向移动呈现正负偶极交替现象,+,-,-,+,定域电子：被限制在两个原子核区域内运动的电子。离域电子：不局限于两个原子核区域内运动的电子。这种电子的离域作用我们也称之为共轭作用。,-共轭效应：由电子离域所体现的共轭效应。,这个能量差值是共轭效应的具体表现，通称离域能或共轭能。,254kJ/mol - 226kJ/mol = 28kJ/mol,动态共轭效应：,-,-,+,+,（2） 共轭：,p轨道与重键间隔单键的结构体系，叫 共轭以氯乙烯为例,C-Cl键长:氯乙烯氯乙烷氯乙烯中的氯原子不活泼,（3）超共轭效应,丙烯分子中的超共轭效应,这种涉及到轨道与轨道参与的电子离域作用称为, 超共轭
10、效应。超共轭效应比,-共轭效应弱得多。,许多碳正离子和自由基也存在 超共轭效应,被称为,碳正离子的结构,碳正离子的超共轭效应,P-超共轭,碳正离子的稳定性由大到小的顺序：,与碳正离子相似，许多自由基中也存在着超共轭效应。,自由基的稳定顺序同样是：,共轭效应产生的条件：,（1）构成共轭体系的原子必须在同一平面内。（2）存在p轨道，且其对称轴垂直于共轭体系的 原子所在平面。 共轭体系的特点：（1）电子的离域范围增加，（2）键长、电子云密度平均化。（3）共轭效应在共轭链上产生电荷正负交替现象。（4）分子内能降低，形成较稳定的体系。,共轭效应与诱导效应的区别： （1） 共轭效应只存在于共轭体系内，通过
11、电子 的离域所体现。诱导效应是由于原子电负性 通过静电诱导传递所体现的。 （2） 共轭效应在共轭链上产生电荷正负交替现 象。 （3） 共轭效应的传递不因共轭链的增长而明显减弱。 （4）表示方法不同，分别用“ ”和“ ”来表示。,(三)场效应 场效应：分子中相互作用的两部分，通 过空间传递而产生的一种诱导效应；,+,-,场效应,(一） 共振论：共振论是美国化学家 L.PauLing在十九世纪三十年代初提出来的一 种分子结构理论，他认为分子的真实结构是由两 种或两种以上的经典价键结构式共振而成的。,第三节 共振论,（二）共振论表述法,（1）共振论的基本概念 共振论：即离域体系可以用几个经典结构的叠
12、加来描述。,1,3-丁二烯的共振杂化体,(2) 极限结构对共振杂化体的贡献原则：,(a)共价键数目相等，贡献相同,共价键多的极限结构稳定，对杂化体贡献大。,(b)违反电负性原则的极限结构式对杂化体的贡献极小，忽略。,贡献极小,忽略,贡献大,贡献较小,(c)相邻原子成键，能量低,贡献大,能量低, 结构相同或相似的极限式，贡献最大。,贡献小,(d)每个原子都有完整的八隅体，能量低,能量低,能量高,(d)相邻原子电荷相同，能量高，贡献小,（3）书写极限结构式的基本原则：,极限结构式要符合价键理论和Lewis结 构理论。,中心氮原子为 sp2 杂化，由于键长平均化，硝基中的两个氧原子是等价的，两个氮氧
13、键的键长都是0.122nm,RNO2,(c) 同一化合物的不同极限结构的成单电子数目必须相同。,同一化合物的不同极限结构只是电子排布的变化，原子核位置不变。,第四节 分子间的作用力,原子间可以形成化学键离子键与共价键，键能约为1002000 KJmol，靠这种能量使原子形成分子。-化学变化 分子间亦有相互作用力，只有1-10KJmol，这种作用力虽然不大，但是可以使气体凝成液体、固体。 -物理变化,第四节 分子间的作用力,一、氢键（hydrogen bond）,当氢原子与电负性很强，原子半径很小，负电荷比较集中的原子，如F、N、O相连时，所结合成的一种弱的化学键，叫做氢键。,如：甲醚与HF，
14、乙醇液,氢键对化合物的性质如b.p、m.p溶解度及酸碱性，有着重要的影响。,a. 分子间氢键的形成，使 b.p.、m.p.升高，而分子内氢键，则使b.p.、m.p.降低（破坏分子间的氢键需要能量）。b. 如果氢键发生在溶质和溶剂之间，则溶质的溶解度增大。乙醇、乙醚与水任意混溶。c. 有时氢键的形成，可使原物质的酸性增加。如：,二、偶极-偶极作用 （dipole-dipole),.,.,.,极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，称为偶极-偶极作用。一个分子的偶极正端与另一分子的偶极负端间有相互吸引作用 。只存在于极性分子中 。,三、色散力(dispersion force),.,.,.,当非极性分子在一起时，非极性分子的偶极矩虽然为零，但是在分子中电荷的分配不是很均匀的，在运动中可以产生瞬时偶极矩，瞬时偶极矩之间的相互作用，称色散力。 只有在分子比较接近时才存在，其大小分子的接触表面的大小有关； 这种作用力没有饱和性和方向性，在非极性分子中存在，在极性分子中也存在，对大多数分子来说，这种作用力是主要的。,+ - +- +-,-+ -+ -+,
