有機(jī)化學(xué) 第一章緒論

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1、第 一 章 緒 論Introduction 第 一 章 緒 論 -目 錄n 1.1 有 機(jī) 化 合 物n 1.2 有 機(jī) 化 學(xué) 發(fā) 展 及 研 究 內(nèi) 容n 1.3 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu)n 1.3.1 價(jià) 鍵 理 論n 1.3.2 分 子 軌 道 理 論n 1.3.3 非 共 價(jià) 鍵 作 用 對(duì) 有 機(jī) 物 性 質(zhì) 的 影 響n 1.4 有 機(jī) 化 合 物 構(gòu) 造 式 寫(xiě) 法n 1.5 有 機(jī) 化 合 物 的 分 類 n 1.6 有 機(jī) 化 學(xué) 中 酸 堿 概 念 第 一 章 重 點(diǎn) 問(wèn) 題n 1. 有 機(jī) 化 學(xué) 的 定 義 及 研 究 內(nèi) 容n 2. 價(jià) 鍵 理 論 n (1)價(jià)

2、鍵 形 成n (2)雜 化 軌 道 理 論n 3.共 價(jià) 鍵 鍵 參 數(shù)n 4. 有 機(jī) 化 合 物 構(gòu) 造 式 書(shū) 寫(xiě)n 5. 有 機(jī) 化 學(xué) 中 酸 堿 概 念 1.1 有 機(jī) 化 合 物 Organic Compounds1. 有 機(jī) 化 合 物 定 義 -碳 氫 化 合 物 及 其 衍 生 物例 : 烷 烴 、 醇 類 、 芳 香 烴 、 糖 、 脂 肪 、 蛋 白 質(zhì) .2. 來(lái) 源 : (1) 天 然 產(chǎn) 物 (2) 合 成 產(chǎn) 物 一 百 多 年 來(lái) ， 人 工 已 合 成 了 700多 萬(wàn) 種 有 機(jī) 化 合物 ;目 前 ， 已 得 到 了 1000多 萬(wàn) 種 有 機(jī) 化 合

3、物 建 立 了 一 套 系 統(tǒng) 地 鑒 定 和 測(cè) 定 有 機(jī) 化 合 物 的 方法 逐 步 建 立 和 完 善 了 有 機(jī) 化 學(xué) 的 理 論 體 系 3. 有 機(jī) 化 學(xué) -研 究 有 機(jī) 化 合 物 來(lái) 源 、 組成 、 結(jié) 構(gòu) 、 性 質(zhì) 、 反 應(yīng) 機(jī) 理 、 合 成 方 法 的理 論 與 應(yīng) 用 的 學(xué) 科維 生 素 C (Vitamin C)C O C CCHOHO OHCHOH CH2OH NHO2N H OHCl Cl OOHH 氯 霉 素C 11H12Cl2N2O5 自然界中碳的循環(huán) 4. 有 機(jī) 物 特 點(diǎn) (1). 數(shù) 量 多 . 已 知 的 化 合 物 有 一 千 多

4、 萬(wàn) 種 ,其 中 有 機(jī) 化 合 物 占 絕大 多 數(shù) ,而 其 余 九 十 幾 種 元 素 組 成 的 無(wú) 機(jī) 化 合 物 只有 幾 十 萬(wàn) 種 .而 且 每 年 還 要 新 合 成 和 發(fā) 現(xiàn) 幾 萬(wàn) 到 幾十 萬(wàn) 種 有 機(jī) 化 合 物 . 兩 個(gè) 原 因 : (一 )是 組 成 有 機(jī) 化 合 物 的 碳 原 子 可 以 是 一 個(gè) 碳 原 子 到幾 十 萬(wàn) 甚 至 幾 百 萬(wàn) 個(gè) 碳 原 子 ;(二 )有 機(jī) 化 合 物 普 遍 存 在 異 構(gòu) 現(xiàn) 象 使 其 數(shù) 量 大 大 增 加 . (雖 然 無(wú) 機(jī) 化 合 物 也 有 異 構(gòu) 現(xiàn) 象 ,但 是 沒(méi) 有 有 機(jī) 化 物 普遍

5、和 復(fù) 雜 .比 如 ,含 以 八 個(gè) 碳 原 子 為 主 的 汽 油 (C 8H18),已 經(jīng) 確 認(rèn) 的 碳 氫 化 合 物 就 有 二 百 種 以 上 .) C2H6O: CH3OCH3 CH3CH2OH C 3H6O: CH2=CHOCH3 CH2=CHCH2OH CH 3C(OH)=CH2 CH3CH=CHOH CH 3COCH3 CH3CH2CHO H3C H H HO H H CH3 HO OH O C C HOHHH 3C C C OHHHH 3C構(gòu) 造 構(gòu) 型 異 構(gòu) 體 4. 有 機(jī) 物 特 點(diǎn)(2). 易 燃 , 受 熱 , 易 碳 化 .大 多 數(shù) 有 機(jī) 化 合 物

6、易 燃 燒 ,也有 例 外 ,比 如 四 氯 化 碳 ,不 但 不 燃 ,而 且 可 以 滅 火 . (3). 熔 點(diǎn) ,沸 點(diǎn) 較 低 .大 多 數(shù) 有 機(jī) 化 合 物 熔 點(diǎn) 較 低 ,超 過(guò)300 以 上 很 少 .因 為 ,分 子 間 范 德 華 力 (8-42kJ/mol)小 于 無(wú) 機(jī) 物 分 子 間 靜 電 引 力 .(4).分 解 溫 度 較 低 ,很 少 超 過(guò) 400 . (5).反 應(yīng) 速 度 較 慢 ,常 伴 有 副 反 應(yīng) . 因 為 共 價(jià) 鍵 不易 解 離 ,分 子 不 同 部 位 可 發(fā) 生 反 應(yīng) .大 多 數(shù) 有 機(jī) 化 學(xué) 反應(yīng) 都 有 副 反 應(yīng) ,反

7、應(yīng) 不 是 定 量 進(jìn) 行 的 ,所 以 一 般 情 況 下有 機(jī) 化 學(xué) 反 應(yīng) 式 不 用 配 平 ,只 要 寫(xiě) 出 主 要 產(chǎn) 物 就 可 以 . (5) 反 應(yīng) 速 度 較 慢 ,常 伴 有 副 反 應(yīng)CH 3CH2OH濃H2SO4 1700C1400C CH2=CH2 + H2OCH3CH2OCH2CH3 ( b.p.=34.50C ) 例1例2 CH3 C CHCH3CH3CH3 OH 80%H3PO4加熱,脫水 CH3 C CH CH2 CH3CH3 CH3 C CCH3CH3CH 2 C CHCH3CH3 CH3 ( 3% )( 64% ) ( 33% )CH3 1.2 有 機(jī)

8、 化 學(xué) 發(fā) 展 及 研 究 內(nèi) 容n 1.2.1 發(fā) 展 歷 史 :n 1828， Friedrich Wohler (氰 酸 銨 加 熱 分 解 產(chǎn) 生 尿 素 ) NH4 OCN Heat NH2 NH2CO 22 44 NHCNHOCNNHClNHKOCN O 尿 素氰 酸 銨氯 化 銨氰 酸 鉀 . 1845年 ， 柯 爾 柏 (H. Kolber)合 成 了 醋 （ CH3COOH）n之 后 ， 不 斷 有 有 機(jī) 物 被 人 工 合 成 ， 如 石 蠟 烴 、 醇 、 脂肪 酸 、 甘 油 、 蘋(píng) 果 酸 、 甲 醛 糖 、 毒 芹 堿 和 尿 酸 等n特 別 是 在 1854年

9、 貝 特 羅 (M. Berthelot)合 成 了 脂 肪n這 一 發(fā) 現(xiàn) 引 起 巨 大 轟 動(dòng) ， 因 為 脂 肪 是 細(xì) 胞 組 織 內(nèi) 的 物質(zhì) .它 的 人 工 合 成 意 味 著 “ 生 命 力 論 ” 被 徹 底 推 翻n爾 后 ,布 特 列 洛 夫 合 成 了 糖 類 化 合 物 ;.n1857年 ,Kekule(德 )提 出 碳 原 子 的 四 價(jià) 學(xué) 說(shuō) .在 此 基 礎(chǔ)上 發(fā) 展 了 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu) 學(xué) 說(shuō) ,對(duì) 有 機(jī) 化 學(xué) 的 發(fā) 展 起 了很 大 推 動(dòng) 作 用 . n1874年 ,vantHoff(荷 )和 LeBel(法 )提 出 碳 的 四 面

10、 體 構(gòu)型 學(xué) 說(shuō) .建 立 了 分 子 的 立 體 概 念 ,開(kāi) 創(chuàng) 了 以 立 體 觀 點(diǎn) 來(lái)研 究 有 機(jī) 化 合 物 的 立 體 化 學(xué) (stereochemistry). n 1917年 ,Lewis(美 )用 電 子 對(duì) 來(lái) 說(shuō) 明 化 學(xué) 鍵 的 生 成 .n 1931年 .Huckel(德 )用 量 子 化 學(xué) 的 方 法 來(lái) 解 決 不 飽和 化 合 物 和 芳 烴 的 結(jié) 構(gòu) 問(wèn) 題 .n 1933年 ,Ingold(英 )用 化 學(xué) 動(dòng) 力 學(xué) 方 法 研 究 飽 和 碳 原子 上 親 核 取 代 反 應(yīng) 的 機(jī) 理 .n 60年 代 ,Hoffman.福 井 謙 一

11、(日 )發(fā) 現(xiàn) 分 子 軌 道 守 恒原 理 ,提 出 前 線 軌 道 理 論 .n 80-90年 代 ,Corey提 出 合 成 子 概 念 .并 合 成 出 許 多 復(fù)雜 結(jié) 構(gòu) 的 具 有 生 理 活 性 的 有 機(jī) 化 合 物 .發(fā) 展 (近 代 )： 有 機(jī) 化 合 物 分 類 系 統(tǒng) 的 建 立 有 機(jī) 合 成 的 發(fā) 展 (煤 焦 油 的 工 業(yè) 利 用 ) 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu) 理 論 的 建 立 1.2.2 有 機(jī) 化 學(xué) 是 一 門(mén) 迅 速 發(fā) 展 的 學(xué) 科19012003年 ， 諾 貝 爾 化 學(xué) 獎(jiǎng) 共 93項(xiàng) ， 其 中 有 機(jī) 化 學(xué) 方 面 的 化 學(xué)獎(jiǎng)

12、58項(xiàng) ， 占 化 學(xué) 獎(jiǎng) 63%當(dāng) 代 有 機(jī) 化 學(xué) 發(fā) 展 的 一 個(gè) 重 要 趨 勢(shì) :與 生 命 科 學(xué) 的 結(jié) 合 .1980年 (DNA)-1997年 (ATP)與 生 命 科 學(xué) 有 關(guān) 的 化 學(xué) 諾 貝爾 獎(jiǎng) 八 項(xiàng) . 1.2.3 有 機(jī) 化 學(xué) 研 究 內(nèi) 容n 四 項(xiàng) 內(nèi) 容 :分 離 ,結(jié) 構(gòu) ,反 應(yīng) 和 合 成 , 反 應(yīng) 機(jī) 理1. 分 離 ,提 取 : 從 自 然 界 或 反 應(yīng) 產(chǎn) 物 通 過(guò) 蒸 餾 ,結(jié) 晶 ,吸 附 ,萃 取 ,升 華 等 操 作 孤 立 出 單 一 純 凈 的 有 機(jī) 物 .4.反 應(yīng) 機(jī) 理 : 研 究 從 原 料 到 產(chǎn) 物 經(jīng)

13、 歷 的 中 間 過(guò) 程 ,可 合 理 改 變 反 應(yīng) 條 件 了 解 結(jié) 構(gòu) 與 活 性 關(guān) 系3.反 應(yīng) 和 合 成 : 從 某 些 有 機(jī) 化 合 物 (原 料 )經(jīng) 過(guò) 一系 列 反 應(yīng) 轉(zhuǎn) 化 成 已 知 的 或 新 的 有 機(jī) 化 合 物 (產(chǎn) 物 ).2. 結(jié) 構(gòu) 測(cè) 定 : 對(duì) 分 離 出 的 有 機(jī) 物 進(jìn) 行 化 學(xué) 和 物 理 行為 的 了 解 ,闡 明 其 結(jié) 構(gòu) 和 特 性 . 有 機(jī) 化 學(xué) 的 基 本 內(nèi) 容結(jié) 構(gòu) 命 名 制 備物 理 性 質(zhì) 化 學(xué) 性 質(zhì)官 能 團(tuán) 之 間 的 相 互 轉(zhuǎn) 化 應(yīng) 用在 此 基 礎(chǔ) 之 上 建 立 起 來(lái)的 規(guī) 律 和 理 論

14、 1.3 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu)1.3.1 有 機(jī) 物 化 學(xué) 鍵 類 型1.3.2 價(jià) 鍵 理 論1.3.3 雜 化 軌 道 理 論1.3.4 分 子 軌 道 理 論1.3.5 共 價(jià) 鍵 類 型1.3.6 共 價(jià) 鍵 鍵 參 數(shù)1.3.7 共 價(jià) 鍵 斷 裂 方 式 1.3.1 有 機(jī) 物 化 學(xué) 鍵 類 型1. 離 子 鍵 (Ionic bonds) -離 子 之 間 通 過(guò) 靜 電 引力 結(jié) 合 .2. 共 價(jià) 鍵 (Covalent bonds)-原 子 通 過(guò) 共 享 電子 對(duì) ,與 兩 個(gè) 成 鍵 原 子 的 原 子 核 相 互 吸 引 成鍵 .3. 配 價(jià) 鍵 -(一 種

15、特 殊 的 共 價(jià) 鍵 )共 用 電 子 對(duì)在 成 鍵 前 是 屬 于 一 個(gè) 原 子 的 (給 予 體 ),接 受電 子 的 原 子 為 接 受 體 . H-C=C-H O=C=NHH H CH3COO Na NH HHH + 1.3.2 價(jià) 鍵 理 論 (電 子 定 域 )1. 原 子 軌 道 -原 子 中 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài)用 波 函 數(shù) 表 示 。 表 示 方 法 ： 電 子 云 的 形 狀 和 疏 密 、 界 面 圖 的 大 小 s, p, d, f (形 狀 、 伸 展 方 向 ） 1s 軌道 2s 軌道 p 軌道 d 軌道 原 子 核 外 電 子 的 排 布 規(guī) 律 ：(

16、1)能 量 最 低 原 則 電 子 先 填 充 低 能 量 軌 道(2)Pauli不 相 容 原 理 -自 旋 相 反 的 兩 個(gè) 電 子 可 以填 充 在 同 一 軌 道(3)Hund規(guī) 則 -電 子 以 自 旋 相 同 的 狀 態(tài) 盡 可 能 填 充在 能 量 相 同 （ 伸 展 方 向 不 同 ） 的 軌 道 上CN1s 2s 2px 2py 2pz 2. 價(jià) 鍵 形 成 -不 同 原 子 軌 道 的 重 疊 或 電 子 配 對(duì)的 結(jié) 果 當(dāng) 兩 個(gè) 原 子 互 相 接 近 ， 生 成 共 價(jià) 鍵 時(shí) ， 它 們 的原 子 軌 道 相 互 重 疊 ， 自 旋 相 反 的 兩 個(gè) 電 子

17、在 原子 軌 道 重 疊 的 區(qū) 域 內(nèi) 為 兩 個(gè) 成 鍵 原 子 所 有 ， 重疊 程 度 越 大 ， 核 間 電 子 密 度 大 ， 價(jià) 鍵 越 強(qiáng) 。3. 共 價(jià) 鍵 的 飽 合 性 -原 子 中 未 成 鍵 電 子 與 另一 原 子 中 的 某 一 電 子 配 對(duì) 后 ， 不 能 再 與 第三 個(gè) 電 子 配 對(duì)4.共 價(jià) 鍵 的 方 向 性 原 子 軌 道 有 方 向 性 (p,d,f),形 成 共 價(jià) 鍵 時(shí) ,分 子 中 原 子 的 位 置 應(yīng) 能 使 原 子 軌間 最 大 限 度 的 重 疊 (分 子 的 立 體 結(jié) 構(gòu) ) 共 價(jià) 鍵 的 方 向 性y xy x 沿 x軸

18、方 向 最 大 重 疊成 鍵沿 y軸 方 向 重 疊 小不 成 鍵 價(jià) 鍵 理 論 要 點(diǎn) ：1. 共 價(jià) 鍵 是 兩 個(gè) 原 子 軌 道 相 互 重 疊 的 結(jié) 果2. 成 鍵 電 子 定 域 于 成 鍵 原 子 之 間3. 共 價(jià) 鍵 具 有 飽 和 性4. 共 價(jià) 鍵 具 有 方 向 性 1.3.3 雜 化 軌 道 理 論 Hybridizationn C 1s22s22p2 2s22px12py12pz0 n N 1s22s22p3 2s22px12py12pz1n O 1s22s22p4 2s22px22py12pz1 n如 果 C、 N、 O與 氫 成 鍵 使 用 原 子 軌 道

19、p 軌 道 ， 則 H-C-H、 H-N-H 和 H-O-H的 鍵 角 應(yīng) 該 是 900 雜 化 軌 道 理 論 Hybridizationn 事 實(shí) 上 ， 分 子 的 鍵 角 并 不 等 于 原 子 軌 道 間的 夾 角 因 此 提 出 了 雜 化 軌 道 理 論 ， 認(rèn) 為 C、 N、 O在與 氫 原 子 成 鍵 時(shí) 使 用 的 是 s 與 p 軌 道 的 雜 化軌 道本 課 程 主 要 采 用 雜 化 軌 道 理 論 來(lái) 解 釋 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu)和 性 質(zhì) 。 OH H104.5o 109.5oHH HH107.3oNH HH 軌 道 雜 化 同 一 原 子 的 能 量 相

20、 近 的 軌 道 可 進(jìn) 行 雜 化 ， 組 成 能 量 相 等 的 雜化 軌 道 ， 這 樣 使 成 鍵 能 力 更 強(qiáng) ， 體 系 能 量 降 低 ， 成 鍵 后 可 達(dá) 到最 穩(wěn) 定 的 分 子 狀 態(tài) 。 （ 雜 化 軌 道 數(shù) 目 等 于 參 與 雜 化 的 原 子 軌 道數(shù) 目 ）n sp雜 化 ： 如 BeCl2 直 線 型 分 子n sp2 雜 化 ： 如 BF3 平 面 型 分 子 n sp3 雜 化 ： 如 CH4 正 四 面 體 結(jié) 構(gòu) 碳 原 子 的 雜 化 雜 化 軌 道 理 論 （ H ybridization）n C 1s22s22p2 n 2s22px12py1

21、2pz0 2s12px12py12pz1 n 1s + 1px + 1py + 1pz 4 sp3 n 每 個(gè) 軌 道 有 一 個(gè) 電 子 HCH HH（ 1） sp3 Hybridizationpromotionhybridization雜 化 軌 道 -能 量 相 近 的 原 子 軌 道 經(jīng) 能 量 均 化的 過(guò) 程 所 形 成 的 能 量 相 等 的 軌 道 （ 1） sp3 Hybridization形 成 一 個(gè) 四 面 體 碳 甲 烷 中 化 學(xué) 鍵 H C HHH CH4 （ 1） sp3 Hybridization 乙 烷 中 鍵 C C HH H HH H CH3CH3C C

22、 鍵 ： s 鍵 （ sp3 - sp3）C H 鍵 ： s 鍵 （ 1s - sp3） （ 1） sp3 Hybridization n C 1s22s22p2 n 2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 n 1s + 1px + 1py + 1pz 3 sp2 + 1 pzn 每 個(gè) 軌 道 有 一 個(gè) 電 子promotionhybridization（ 2） sp2 Hybridization （ 2） sp2 Hybridization形 成 一 個(gè) 平 面 碳 原 子 乙 烯 中 共 價(jià) 鍵 C CHH HH CH2=CH2C=C 鍵 ： 1 s 鍵 （ s

23、p2 sp2） + 1 p 鍵 （ p p）C H 鍵 ： s 鍵 （ 1s sp2） n C 1s22s22p2 n 2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 n 1s + 1px + 1py + 1pz 2 sp + 1 py + 1pzn 每 個(gè) 軌 道 有 一 個(gè) 電 子 promotionhybridization（ 3） sp Hybridization （ 3） sp HybridizationTo form a linear carbon 乙 炔 中 共 價(jià) 鍵(Bonding in Ethyne) C C HHHC CHCC 鍵 ： 1 s 鍵 （ sp

24、2 sp2） + 2 p 鍵 （ p p）C H 鍵 ： s 鍵 （ 1s sp） 現(xiàn) 代 價(jià) 鍵 理 論 的 局 限 性 ：1. 只 能 用 于 解 釋 兩 個(gè) 原 子 相 互 作 用 而 形 成 的 共 價(jià) 鍵2. 不 能 解 釋 多 原 子 分 子 形 成 的 共 軛 雙 鍵1.3.4 分 子 軌 道 理 論(Molecular Orbital Theory) n 分 子 軌 道 :分 子 中 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) ,由 原 子 軌 道 線 性組 合 而 成 .電 子 從 原 子 軌 道 進(jìn) 入 成 鍵 的 分 子 軌 道 ,形成 化 學(xué) 鍵 ,從 而 使 體 系 能 量 降 低

25、,形 成 穩(wěn) 定 的 分 子 .n 原 子 軌 道 組 成 分 子 軌 道 時(shí) ,必 須 符 合 三 個(gè) 原 則 : n a) 對(duì) 稱 性 匹 配 原 則n b) 原 子 軌 道 重 疊 部 分 要 最 大 (方 向 性 )n c) 能 量 相 近 原 則 分 子 軌 道 理 論 是 從 分 子 的 整 體 出 發(fā) 去 研 究 分 子中 每 個(gè) 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) ,認(rèn) 為 形 成 化 學(xué) 鍵 的 電 子 是 在整 個(gè) 分 子 中 運(yùn) 動(dòng) 的 (電 子 可 以 離 域 ),該 理 論 認(rèn) 為 化 學(xué)鍵 是 原 子 軌 道 重 疊 產(chǎn) 生 的 ,任 何 數(shù) 目 的 原 子 軌 道 重 疊

26、可 以 形 成 同 樣 數(shù) 目 的 分 子 軌 道 . 分 子 軌 道 理 論 （ 電 子 離 域 論 ） 要 點(diǎn) ：1. 成 鍵 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 不 是 局 限 于 兩 個(gè) 成 鍵 原 子之 間 ， 而 是 在 整 個(gè) 分 子 的 區(qū) 域 內(nèi) ；2. 分 子 中 價(jià) 電 子 的 運(yùn) 動(dòng) 狀 態(tài) 用 分 子 軌 道 描 述3. 分 子 中 的 電 子 根 據(jù) 能 量 最 低 原 理 、 保 里 原理 和 洪 特 規(guī) 則 填 充 在 分 子 軌 道 上 ；4. 決 定 分 子 化 學(xué) 性 質(zhì) 的 主 要 是 原 子 的 價(jià) 電 子 氫 分 子 的 軌 道 和 軌 道 能 級(jí) 圖 + + 能

27、量 1s 1s 原 子 軌 道1s= a + b 成 鍵 軌 道1s* 1s 1.3.5 共 價(jià) 鍵 類 型 - 鍵 ， 鍵1. 鍵 -原 子 軌 道 （ 電 子 云 ） 沿 鍵 軸 方 向 最 大程 度 重 疊 ， 成 鍵 電 子 云 圍 繞 鍵 軸（ 1） 鍵 電 子 云 重 疊 程 度 大 ,鍵 能 大 ,不 易 斷 裂 ;（ 2） 鍵 可 自 由 旋 轉(zhuǎn) (成 鍵 原 子 繞 鍵 軸 的 相 對(duì)旋 轉(zhuǎn) 不 改 變 電 子 云 的 形 狀 ；（ 3） 兩 核 間 不 能 有 兩 個(gè) 或 兩 個(gè) 以 上 的 鍵 . n 鍵 可 自 由 旋 轉(zhuǎn) 產(chǎn) 生 構(gòu) 象 異 構(gòu) 體n (Conform

28、ation isomer ethane)乙 烷 C-C 之 間 : s s -兩 p軌 道 （ 電 子 云 ） 從 側(cè) 面 重 疊 ， 重 疊 程 度 較小 ， 不 能 旋 轉(zhuǎn) 。2. 鍵 1.3.6 共 價(jià) 鍵 的 鍵 參 數(shù)1. 鍵 長(zhǎng) (nm): 兩 原 子 核 間 的 距 離 . (形 成 共 價(jià) 鍵 的 兩 個(gè)原 子 之 間 吸 引 力 排 斥 力 達(dá) 到 平 衡 時(shí) 的 距 離 ， 一 般 為0.10.2nm). 一 定 的 共 價(jià) 鍵 的 鍵 長(zhǎng) 是 一 定 的 . H HH HC 109.5 HHHH C121.7 C HH C 180 C 2.鍵 角 :分 子 中 兩 個(gè) 共

29、 價(jià) 鍵 之 間 的 夾 角 .鍵 角 大 小 隨 分 子結(jié) 構(gòu) 不 同 而 改 變 ,它 反 映 了 分 子 的 空 間 結(jié) 構(gòu) . 3.鍵 能 (鍵 離 解 能 ):某 一 化 學(xué) 鍵 斷 裂 所 吸 收 的 能 量 . 雙 原 子 分 子 的 離 域 能 便 是 鍵 能 . A(氣 ) + B(氣 ) A-B(氣 ) + 鍵 能 鍵 能 愈 大 ,鍵 愈 牢 固 ,一 個(gè) 分 子 中 不 同 的 鍵 其 離 域能 是 不 同 的 ,對(duì) 多 原 子 分 子 而 言 ,其 共 價(jià) 鍵 的 鍵 能 指同 類 共 價(jià) 鍵 離 域 能 的 平 均 值 .例 :甲 烷 CH 4 CH4 CH3 HC

30、H3 CH2 HCH 2 CH HCH H + + + C + D(CH3-H)=423KJ.mol-1D(CH2-H)=439KJ.mol-1D(CH-H)=444.8KJ.mol-1D(C-H)=347KJ.mol-1甲 烷 C-H鍵 鍵 能 取 其 平 均 值 為 414KJ.mol-1多 原 子 分 子 的 鍵 能 等 于 各 鍵 離 解 能 的 平 均 值 電 負(fù) 性 (Electronegativity)n 元 素 的 原 子 在 化 合 物 中 把 電 子 吸 引 向 自 己的 本 領(lǐng) 為 電 負(fù) 性 .一 些 元 素 的 電 負(fù) 性n H 2.1n Li Be B C N O

31、F 1.0 1.50 2.00 2.50 3.00 3.50 4.0n Na Mg Al Si P S Cln 0.9 1.20 1.5 1.8 2.10 2.50 3.0 n K Brn 0.8 2.8 4. 偶 極 矩 (dipole moment)-鍵 的 極 性 由 于 分 子 中 各 原 子 電 負(fù) 性 不 同 ,使 共 價(jià) 鍵 中電 荷 分 布 不 均 勻 ,在 分 子 中 形 成 不 能 重 合 的 正 ,負(fù) 電 中 心 .正 電 中 心 (或 負(fù) 電 中 心 )上 的 電 荷 值q與 兩 個(gè) 電 荷 中 心 之 間 的 距 離 d的 乘 積 為 偶 極矩 . 分 子 的 偶 極

32、 距 是 各 鍵 的 鍵 距 向 量 和 : = q*d q: 中 心 電 荷 d:正 負(fù) 電 荷 中 心 的 距 離 單 位 : 德 拜 (Debye) 1D=3.335E(-30)C.m 分 子 的 極 性 ： 包 含 極 性 分 子 和 非 極 性 分 子 極 性 分 子 是 正 、 負(fù) 電 荷 重 心 不 重 合 的 分 子 ， 即具 有 偶 極 的 分 子 。 如 HCl 非 極 性 分 子 是 正 、 負(fù) 電 荷 重 心 重 合 的 分 子 ， 即不 具 有 偶 極 的 分 子 。 如 雙 原 子 分 子 Cl2。 分 子 的 極 性 是 由 鍵 的 極 性 決 定 ， 即 非 極

33、 性 鍵 組成 的 分 子 是 非 極 性 分 子 。 對(duì) 多 原 子 分 子 的 極 性 判 斷 除 要 看 鍵 的 極 性 ， 還要 考 慮 分 子 結(jié) 構(gòu) 的 對(duì) 稱 性 。如 H 2O 鍵 角 為 104 5 ， 為 極 性 分 子 CCl4 ， CO2 鍵 有 極 性 ， 但 同 時(shí) 分 子 又 是 對(duì) 稱 的 ，故 無(wú) 極 性 。 例 : Cl-Cl =0, H F CH3 O CH3 CH3 Cl CHH H Cl =1.94D 0 0 0 1.3 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu)1.3.1 有 機(jī) 物 化 學(xué) 鍵 類 型1.3.2 價(jià) 鍵 理 論1.3.3 雜 化 軌 道 理 論1.

34、3.4 分 子 軌 道 理 論1.3.5 共 價(jià) 鍵 類 型1.3.6 共 價(jià) 鍵 鍵 參 數(shù)1.3.7 共 價(jià) 鍵 斷 裂 方 式 1.3.7 共 價(jià) 鍵 斷 裂 方 式 -均 裂 ,異 裂 均 裂 自 由 基 型 反 應(yīng) （ A ： B A + B） 親 電 加 成 親 電 反 應(yīng)有 機(jī) 反 應(yīng) 親 電 取 代 離 子 型 反 應(yīng) 消 去 反 應(yīng) （ A ： B A + + B- ） 親 核 加 成 異 裂 親 核 反 應(yīng) 親 核 取 代 協(xié) 同 反 應(yīng) 1. 共 價(jià) 鍵 斷 裂 方 式 -均 裂 碳 -氫 鍵 鍵 能 較 高 ，其 斷 裂 一 般 是 通 過(guò) 游 離 基 反 應(yīng) （ A

35、： B A + B）均裂 自 由 基 反 應(yīng) Cl Cl Cl + ClhvA B A + BCH4 + Cl CH3 + HCl 2. 共 價(jià) 鍵 斷 裂 方 式 -異 裂但 是 對(duì) 于 極 性 共 價(jià) 鍵 ， 如 C-X， C-Ots等 ，反 應(yīng) 多 為 共 價(jià) 鍵 的 異 裂 。A B A B ClCH3CH3 CH3 ClCH3CH3 CH3+ + + -C C+ -異裂 離 子 型 反 應(yīng) 3.協(xié) 同 反 應(yīng) ： 反 應(yīng) 過(guò) 程 中 只 有 鍵 變 化 的 過(guò) 渡 態(tài) ， 成 鍵 和斷 鍵 同 時(shí) 發(fā) 生 ， 沒(méi) 有 活 性 中 間 體 生 成 。 （ 分子 型 反 應(yīng) ） 特 點(diǎn)

36、： 一 步 反 應(yīng) ， 有 一 個(gè) 環(huán) 狀 過(guò) 渡 態(tài) 。如 雙 烯 合 成 ： + 環(huán)狀過(guò)渡態(tài) 1.3.8 有 機(jī) 化 合 物 結(jié) 構(gòu) - 非 共 價(jià) 作 用 與 性 質(zhì) 的 關(guān) 系 n 分 子 間 非 共 價(jià) 力 包 括 ：一 、 氫 鍵 Hydrogen Bond二 、 范 德 華 作 用 力 (誘 導(dǎo) 力 ,色 散 力 ） 等n 作 用 于 分 子 間 和 分 子 內(nèi)n 影 響 化 合 物 的 物 理 性 質(zhì) 和 化 學(xué) 性 質(zhì)n 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 、 溶 解 性 能 n 酸 堿 性 、 反 應(yīng) 速 率 和 反 應(yīng) 方 向 分 子 間 作 用 力 范 德 華 力 氫 鍵 取 向 力（

37、 偶 極 之 間 ） 誘 導(dǎo) 力（ 誘 導(dǎo) 偶 極 ） 色 散 力（ 瞬 時(shí) 偶 極 ） 一 、 氫 鍵 : 當(dāng) 氫 原 子 與 氧 、 氮 、 氟 等 負(fù) 電 性 很 大 的 原子 成 鍵 時(shí) ， 由 于 電 子 云 向 負(fù) 電 性 大 的 原 子 作 很大 偏 移 ， 使 氫 原 子 核 暴 露 ， 于 是 氫 核 的 正 電 荷與 第 二 個(gè) 分 子 中 的 負(fù) 電 性 強(qiáng) 的 氟 、 氧 或 氮 原 子產(chǎn) 生 靜 電 引 力 ， 此 引 力 即 為 氫 鍵 。 它 是 一 種 特殊 的 偶 極 與 偶 極 間 的 作 用 力 ， 其 數(shù) 值 約 為21KJ/mol， 較 一 般 分 子

38、 間 力 10KJ/mol大 ， 但 只及 一 般 共 價(jià) 鍵 的 1/10-1/20。特 點(diǎn) ： 有 方 向 性 和 飽 和 性 ， 可 存 在 于 分 子 間 或 分 子內(nèi) 氫 鍵 的 飽 和 性 和 方 向 性n 飽 和 性 當(dāng) A H中 的 氫 原 子 與 一 個(gè) B原 子 結(jié) 合 形 成 氫 鍵 后 ， 另 一個(gè) 電 負(fù) 性 大 的 原 子 B則 難 以接 近 氫 原 子 了 ， 因 為 B、 A的 負(fù) 電 荷 將 排 斥 原 子 B靠 近 ，因 此 一 個(gè) 氫 原 子 只 能 與 一 個(gè)雜 原 子 形 成 氫 鍵 。 氫 鍵 -分 子 間 因 氫 原 子 ,由 于 靜 電 相 互

39、作 用 力 而 引起 的 鍵 . n 方 向 性 1. 只 有 當(dāng) A-HB在 同 一 直 線 上 時(shí) 最 強(qiáng) ； 2. 氫 鍵 的 方 向 和 未 共 用 電 子 對(duì) 的 對(duì) 稱 軸 一 致 ， 這樣 可 使 原 子 B中 負(fù) 電 荷 分 布 最 多 的 部 分 最 接 近 氫原 子 ， 這 樣 形 成 的 氫 鍵 最 穩(wěn) 定 。氫 鍵 的 強(qiáng) 弱 A、 B的 電 負(fù) 性 越 大 ， 氫 鍵 越 強(qiáng) ； B的 原 子 半 徑越 小 ， 氫 鍵 越 強(qiáng) 。 （ F-HF最 強(qiáng) ） 分 子 內(nèi) 氫 鍵 與 分 子 間 氫 鍵 分 子 間 氫 鍵 使 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 升 高 分 子 內(nèi) 氫 鍵

40、 使 熔 點(diǎn) 、 沸 點(diǎn) 下 降 分 子 間 氫 鍵 使 水 溶 性 增 加 NO OHO NO OHO NOOOH 鄰硝基苯酚 m.p.45 對(duì)硝基苯酚 m.p.114 n 天 然 化 合 物 中 的氫 鍵 舉 例n 蛋 白 質(zhì) 結(jié) 構(gòu) 中 的 氫鍵 NNN N ONsugar HH H N NNH H sugarO (Guanini)G C(Cytosine)(GC) NNN N Nsugar H N NO sugarO (Adenine)A:T(Thymine)(A=T) HH CH3 :. 核 酸 結(jié) 構(gòu) 中 堿 基 對(duì) 形 成 的 氫 鍵 DNA鳥(niǎo) 嘌 呤 （ G）胞 嘧 啶 （ C

41、）腺 嘌 呤 （ A）胸 腺 嘧 啶 （ T） 是 兩 條 多聚 核 苷 酸 鏈的 盤(pán) 繞 力 （ 1） 取 向 力 ： 存 在 于 偶 極 之 間 和 極 性 分 子 之間 。 如 ： H2O、 HCl等v 取 向 力 只 存 在 于 極 性 分 子 中 。二 、 范 德 華 力（ 2） 誘 導(dǎo) 力 ： 在 誘 導(dǎo) 偶 極 、 非 極 性 分 子 與 極性 分 子 間 。如 ： H2O、 溴 的 水 溶 液v誘 導(dǎo) 力 存 在 與 極 性 分 子 與 非 極 性 分 子 間 ， 也 存 在 與極 性 分 子 與 極 性 分 子 間 。（ 3） 色 散 力 ： 在 瞬 時(shí) 偶 極 、 非 極

42、性 分 子 間 1.4 有 機(jī) 化 合 物 構(gòu) 造 式 書(shū) 寫(xiě)1. Lewis式 (電 子 式 )-八 隅 體 (octet)穩(wěn) 定 構(gòu) 型 (3) CH3NH2 CH H NH H H H CHH O H NH H HH Cl (1) CH3OH (2) NH4Cl (4) CH 3COOH C CH H H O O H (5) CH3CN CH H NH CH H NH ( ) 第 三 周 期 的 元 素 可 形 成 4個(gè) 以 上 的 共 價(jià) 鍵 第 三 周 期 的 元 素 電 子 層 中 有 d 軌 道 ,可 以 提供 更 多 的 價(jià) 電 子 軌 道 . 1.4 有 機(jī) 化 合 物 構(gòu)

43、造 式 書(shū) 寫(xiě)2. Kekule式 (蛛 網(wǎng) 式 ) CH3CH=CHCH2CH2CH3 蛛 網(wǎng) 式縮 寫(xiě) 式 H CHH C=C C C C HH H HH H H H H CH3CH2CHCH2CH2CCH2CH3CH3CHCH3 CH2CH3CH3CH 3CH2CH2CH2COCH2CH3O CHH2CH2C CHCH3CH2CH CH3 CH3 OO 3. 鍵 線 式(1) CH3CHCH2CH2CHCH2CH2CH3CH3 CH3 O (2) CH3CHCH2CH2OCH2CH2CH2CHCH3CH3 CH3 O (4) CH3 CCH3CHCH2OH OH (3) CH2 CH2

44、CH2 CHCH2 CH2 CH2CH2COCH3 1.5 有 機(jī) 化 合 物 的 分 類n 有 機(jī) 化 合 物 數(shù) 量 巨 大 ,將 其 進(jìn) 行 分 類 ,有 利 于研 究 和 學(xué) 習(xí) .n 建 立 在 結(jié) 構(gòu) 基 礎(chǔ) 上 的 完 整 的 分 類 系 統(tǒng) ,有 助 于闡 明 有 機(jī) 物 的 結(jié) 構(gòu) ,性 質(zhì) ,以 及 它 們 之 間 的 相互 聯(lián) 系 .n對(duì) 有 機(jī) 化 合 物 的 分 類 有 兩 種 方 法 ,一 種 是 按碳 架 分 類 ,另 一 種 方 法 是 按 官 能 團(tuán) 分 類 . (一 ) 按 碳 架 分 類 : (二 ) 按 官 能 團(tuán) 分 類 : 一 、 按 碳 架 分 類

45、1.開(kāi) 鏈 化 合 物 脂 肪 族 化 合 物 ， 碳 原 子 連 成 鏈 狀 ,不 含 碳 環(huán) 。 脂 肪 具 有 這 樣 結(jié) 構(gòu) ,所 以 又 叫 脂 肪 族化 合 物 . 2.脂 環(huán) 族 化 合 物 -含 有 碳 環(huán) 結(jié) 構(gòu) ,但 是 性 質(zhì) 上 類 似脂 肪 族 化 合 物 .3.芳 香 族 化 合 物 -含 有 碳 環(huán) 結(jié) 構(gòu) ,但 是 具 有 芳 香 性 .4.雜 環(huán) 化 合 物 -為 有 機(jī) 環(huán) 狀 化 合 物 ,組 成 環(huán) 的 原 子除 碳 原 子 之 外 還 有 雜 原 子 ,所 謂 雜 原 子 是 指 氧 、 硫 、氮 等 . 有 機(jī) 分 子 的 基 本 骨 架 和 官 能

46、 團(tuán)n 基 本 骨 架 由 碳 -碳 鍵 和 碳 -氫 鍵 構(gòu) 成 (開(kāi)鏈)烷烴 (開(kāi)鏈)烯烴 (開(kāi)鏈)炔烴 (開(kāi)鏈)不飽和烴 環(huán)烷烴 環(huán)烯烴 環(huán)炔烴 芳香烴 O S N 雜 環(huán) 化 合 物 二 、 按 官 能 團(tuán) 分 類n 官 能 團(tuán) (Functional groups)-指 有 機(jī) 化 合 物分 子 中 比 較 活 潑 易 發(fā) 生 反 應(yīng) 的 原 子 或 原 子 團(tuán) . n 化 合 物 的 性 質(zhì) 主 要 由 官 能 團(tuán) 決 定 ,反 應(yīng) 主 要 發(fā)生 在 官 能 團(tuán) 及 其 相 關(guān) 部 位 ,具 有 相 同 的 官 能 團(tuán)的 化 合 物 具 有 類 似 性 質(zhì) .含 官 能 團(tuán) 的 有

47、 機(jī) 化 合 物 ： 可 看 作 是 碳 氫 化 合 物 中 氫 被各 種 不 同 官 能 團(tuán) 取 代 后 的 產(chǎn) 物 ， 即 烴 的 衍 生 物 。有 機(jī) 化 合 物 按 官 能 團(tuán) 分 為 ： 烯 烴 、 炔 烴 、 鹵 代 烴 、醇 /酚 、 醚 、 醛 /酮 、 羧 酸 及 其 衍 生 物 、 胺 、 腈 、硝 基 化 合 物 、 磺 酸 等 。 按 官 能 團(tuán) 分 類n 烯 烴 -C=C- n 炔 烴 -C C- n 鹵 代 烴 X(F,Cl,Br,I) 鹵 原 子 n 醚 （ Ethers） R-O-Rn 醇 （ Alcohols） R-OH n 酚 （ Phenols） Ar-O

48、Hn 醛 （ Aldehydes） R(H)C=O n 酮 （ Ketones） R2C=O 按 官 能 團(tuán) 分 類n 羧 酸 及 其 衍 生 物 （ Carboxylic Acids and their Derivatives）n RCOOH, RCOOR, RCONR2, Rn 硝 基 化 合 物 NO2 硝 基n 胺 NH2 氨 基 等n 磺 酸 SO3H 磺 酸 基 1.6 有 機(jī) 化 學(xué) 中 的 酸 堿 概 念1.6.1 Bronsted 酸 堿 理 論1.6.2 Lewis 酸 堿 理 論1.6.3 二 者 比 較 1.6.1 Bronsted(布 朗 斯 特 )酸 堿 理 論1.

49、定 義 : （ 質(zhì) 子 酸 堿 理 論 ）酸 - 反 應(yīng) 中 質(zhì) 子 的 (H+)給 予 體堿 -反 應(yīng) 中 質(zhì) 子 的 接 受 體2. 酸 堿 反 應(yīng) -質(zhì) 子 轉(zhuǎn) 移 (將 酸 中 的 H+轉(zhuǎn) 移 給堿 ) H OH H OH + - .例 ： H B H B+ - 3. 酸 堿 強(qiáng) 度 -酸 給 出 質(zhì) 子 ,堿 接 受 質(zhì) 子 的 傾 向(能 力 )大 小 的 量 度 . 在 水 溶 劑 中 ：HA + H2O A + H3O酸 堿 共 軛 堿 共 軛 酸 B + H2O BH + OH堿 酸 共 軛 酸 共 軛 堿 Ka= A H3OHA pKa=-lg KaK b= BH OHB

50、pKb=-lg Kb Ka Kb= A H3OHA pKa + pKb = 14 BH OHB = H3O OH= H OH =K w =10-14 酸 的 pKa與 其 共 軛 堿 的 pKb之 和 為 14 HA(酸） + B（堿） A(共軛堿）+ HB(共軛酸） HCl + H2O Cl + H3O CH3COOH + H2O CH3COO + H3OpKa -7 pKb 21pKa 4.76 pKb 9.24H 2O + CH3COO OH + H3O pKa 15.7 pKb -1.7 pKa +pKb | 14 C6H5OH + OH H2O + C6H5OHC CH + OH H

51、2O + HC C 酸堿概念是相對(duì)的 1.6.2 Lewis 酸 堿 理 論 （ 電 子 酸 堿 理 論 ）n 擴(kuò) 大 為 反 應(yīng) 中 電 子 的 得 失1.定 義 : 酸 - 接 受 外 來(lái) 電 子 (接 受 體 ) 堿 - 給 予 電 子 的 分 子 、 離 子 （ 給 予 體 ）2. 酸 堿 反 應(yīng) -電 子 轉(zhuǎn) 移 ， 酸 從 堿 接 受 一 對(duì) 電 子 ， 形成 配 價(jià) 鍵 ， 得 到 加 和 物3. Lewis 酸 堿 類 型 (擴(kuò) 大 酸 堿 范 圍 )Lewis 酸 -可 接 受 電 子 對(duì) 的 金 屬 離 子 ,正 離 子 ,分 子 ,極性 基 團(tuán)Lewis 堿 -具 有 未

52、 共 享 電 子 對(duì) 的 負(fù) 離 子 ,分 子 ,富 電 子基 團(tuán) 等 Lewis酸 能 接 受 外 來(lái) 電 子 對(duì) ， 當(dāng) 反 應(yīng) 時(shí) ， 它有 親 近 另 一 分 子 負(fù) 電 荷 中 心 的 傾 向 ， 故 稱 為親 電 性 。Lewis堿 能 供 給 電 子 ， 在 反 應(yīng) 時(shí) ， 有 親 近 另一 分 子 正 點(diǎn) 荷 中 心 的 傾 向 ， 故 稱 為 親 核 性 。Lewis酸 ： Li+， Cu2+， H+， Br+， NO2+， CH3CH2+， RC+O， BF3 ， FeCl3 , C=OLewis堿 ： Cl-， Br-， OH-， CH3O-， -CN, R-， RNH2

53、， ROH， ROR， C6H6 , C=C 1.6.3 布 朗 斯 特 與 路 易 斯 酸 堿 理 論 比 較路 易 斯 酸 堿 理 論 （ 電 子 酸 堿 理 論 ）酸 ： 是 具 有 空 軌 道 、 能 接 受 電 子 對(duì) 的 電 子 接 受 體 。堿 ： 是 具 有 孤 電 子 對(duì) 或 p電 子 的 供 給 體 。 布 朗 斯 特 酸 堿 理 論 （ 質(zhì) 子 酸 堿 理 論 ）酸 ： 是 反 應(yīng) 中 提 供 質(zhì) 子 的 物 質(zhì) 。堿 ： 是 反 應(yīng) 中 接 受 質(zhì) 子 的 物 質(zhì) 。 A + B A B 酸 堿 酸堿加合物 H + CH 3COO CH3COOH酸 堿 酸堿加合物 質(zhì) 子 堿 共 軛 酸BronstedLewis 有 機(jī) 化 學(xué) 主 要 分 類 ： 有機(jī)合成化學(xué)天然有機(jī)化學(xué) 生物有機(jī)化學(xué)金屬與元素有機(jī)化學(xué)物理有機(jī)化學(xué)有機(jī)分析化學(xué) 藥物化學(xué)香料化學(xué)農(nóng)藥化學(xué)有機(jī)新材料化學(xué) 等學(xué)科 生命科學(xué)材料科學(xué)環(huán)境科學(xué)化學(xué)生物學(xué)能源、工業(yè)、農(nóng)業(yè) 等方面. . 本 章 重 點(diǎn)n 1. 有 機(jī) 化 學(xué) 的 定 義 及 研 究 內(nèi) 容n 2. 價(jià) 鍵 理 論 n (1)價(jià) 鍵 形 成n (2)雜 化 軌 道 理 論n 3.共 價(jià) 鍵 鍵 參 數(shù)n 4. 有 機(jī) 化 合 物 構(gòu) 造 式 書(shū) 寫(xiě)n 5. 有 機(jī) 化 合 物 分 類n 6. 有 機(jī) 化 學(xué) 中 酸 堿 概 念