1、有機化學(xué)電子教案第一章Preface上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7有機化合物的I第一節(jié) 有機化學(xué)和有機化合物有機化學(xué)（Organic Chemistry） 研究有機化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法學(xué)的科學(xué)。有機化合物 含碳的化合物HBCSiNPOSFClBr有機化合物中常見的元素上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7CC第二節(jié) 有機化合物的結(jié)構(gòu)一、Kekul等的結(jié)構(gòu)理論 有機分子中的化學(xué)鍵 共價鍵 碳是四價的飽和的碳原子是四面體結(jié)構(gòu) 碳與碳之間可以形成單鍵、雙鍵、三鍵，形成復(fù)雜化合物H HHH C HHHHC CHHH HH C C HH C C HH

2、 H凱庫勒結(jié)構(gòu)式上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7二、化學(xué)建（一）離子鍵和共價鍵八隅體 (Octet)：原子總是傾向獲得與惰性氣體相同的價電子排布 (價電子層達到8個電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu))離子鍵 (ionic bond)： 原子間通過電子轉(zhuǎn)移產(chǎn)生的正負(fù)離子相互結(jié)合而成鍵共價鍵 (covalent bond)：原子間通過共用電子對相互結(jié)合而成鍵（電子共享）上一內(nèi)容NaH+下一內(nèi)容ClH回主目錄Na+H H+返回Cl-2008-1-7碳原子的結(jié)構(gòu)C: 1s22s22p2最外層4個價電子中等電負(fù)性可通過與其它原子共享電子滿足八隅體（成共價鍵）單鍵 由一對共享電子形成的鍵雙鍵 由兩對共享電子形成的

3、鍵叁鍵 由三對共享電子形成的鍵上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7共價鍵的表示方法HHC + 4 H2 C + 6 HH C HHH HH C C HH HH C HHH HH C C HH HH HH C C HH HH C+ + - C HH HH HH C C HH HHCH3+ +HCH3-上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7-+-共價鍵的表示方法H CCHH C C HH CCHH CC- + H+H C C HH C C + H+H3C NO2HH C NHOO -H OH C N OH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）原子軌道與電子云1s 軌道1s

4、電子云-+-+-2pX 軌道2py 軌道2pz 軌道上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（三）價鍵法（1）自旋相反的成單電子相互接近時，核間電子云密度較大，可形成穩(wěn)定的化學(xué)鍵。H原子的s軌道s軌道的重疊鍵鍵軸軌道上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-72、價鍵法鏈接動畫（2）共價鍵有飽和性。元素原子的共價鍵數(shù)等于該原子的未成對電子數(shù)。（3）共價鍵有方向性。共價鍵盡可能沿著原子軌道最大重疊的方向（軌道的對稱軸）形成，稱著最大重疊原理。即重疊越多，電子在兩核間出現(xiàn)的機會越大，形成的共價鍵也就越穩(wěn)定。yzxyzx上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7鍵與鍵鍵：沿著軌道對稱軸方向的重

5、疊（頭碰頭）形成的共價鍵。鍵：沿著軌道對稱軸平行方向的重疊（肩并肩）形成的共價鍵2s2pNyN NyzzN2yzxxNNzy上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7共價鍵成鍵類型s-ss-pxpx-pxz zxxxz zpy-pyxpz-pzxy y上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-76 2 22（四）雜化軌道理論鏈接動畫C 1s 2s 2p2p2s1sHH C HH甲烷上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7sp31、碳原子sp3雜化軌道的形成及特點鏈接動畫2s2 2px12py12pz0基態(tài)激發(fā)2s1 2px12py12pz1激發(fā)態(tài)雜化109.5oE=s/4+3p/4上一內(nèi)

6、容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7甲烷的結(jié)構(gòu)C H 鍵H正四面體HHCH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-722、碳原子sp2雜化軌道的形成及特點激發(fā)雜化2s2px12py12pz02s1 2px12py12pz1sp22pz1基態(tài)激發(fā)態(tài)120oE=s/3+2p/3上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7乙烯的結(jié)構(gòu)平面型鏈接動畫上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7sp3、碳原子sp雜化軌道的形成及特點激發(fā)雜化鏈接動畫2s2 2px12py12pz0基態(tài)2s1 2px12py12pz1激發(fā)態(tài)2py12pz1180oE=s/2+p/2上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1

7、-7乙炔的結(jié)構(gòu)直線型上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-74、碳原子的雜化類型總結(jié)109o28/120o180oE = 0.25S + 0.75PE = 0.33S + 0.67PE = 0.5S + 0.5PS電子離核近，S成分比例越高，吸引電子能力越強所以：C原子電負(fù)性大?。篊sp Csp2 Csp3上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7第三節(jié) 共價鍵的重要參數(shù)和斷裂方式一、幾個重要參數(shù)（一）鍵長：兩個成鍵原子兩核心的平均距離（nm）（1）成鍵類型的影響CCCCCC154pm134pm120pm（2）碳原子的雜化方式的影響H3CHH2CCHHHCCHsp3-s110pmsp2-

8、s107pmsp-s106pm上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7Ho（二）鍵角分子中一個原子與另外兩個原子形成的共價鍵在空間所形成的夾角。HCHH 109.5HNH 107.3oHHOH104.5o上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（三）鍵能鍵能：由原子形成共價鍵所放出的能量，或共價鍵斷裂所吸收的能量。1molA-B（g） A（g）+ B（g）+ E離解能鍵能越小，共價鍵越易斷裂，越不穩(wěn)定。例如：鍵能Cl2Br2 I2溫度升高，有利于共價鍵的斷裂。共價鍵斷裂容易順序I2 Br2 Cl2上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（三）鍵能雙原子分子：鍵能=解離能多原子分子：

9、鍵能=同種共價鍵離解能的平均值解離能(kJ/mol)H3C HH2C HCH3 +CH2 +HH435.4443.8HC HC HCHC+HH443.8339.1平均解離能415.5上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（四）鍵的極性和可極化性1、鍵的極性：取決于成鍵原子電負(fù)性的差值。差值越大極性越大；差值為零，是非極性共價鍵。電負(fù)性：元素的原子在分子中吸引電子的能力。+-HHCClHFHClHBrHI上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7極性大小的表示方法偶極矩：等于正、負(fù)電荷間的距離（d）與正電荷重心或負(fù)電荷重心上的電量（ q）的乘積。=qd是矢量，方向由正到負(fù)，單位：Cm越大

10、，極性越強=0 無極性上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-72、分子的極性非極性分子：正、負(fù)電荷重心相重合的分子。極性分子：正、負(fù)電荷重心不相重合的分子。1、雙原子分子：分子的偶極矩等于鍵的偶極矩。H2、Cl2、O2分子中存在非極性鍵，為非極性分子。HF、 HCl、HBr、HI分子中存在極性鍵，為極性分子2、多原子分子：分子的偶極矩等于所有共價鍵的偶極矩的向量和。分子的極性則由鍵的極性和空間構(gòu)型決定。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-72、分子的極性例如：CO2O=C是極性鍵O=C=O分子呈現(xiàn)對稱構(gòu)型，整個分子為非極性分子。例如：CCl4C-Cl 是極性鍵，分子的空間構(gòu)型為正四面

11、體，為對稱構(gòu)型。分子為非極性分子。而CHCl3是極性分子。ClHClClCClClClCCl上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-73、可極化性（極化度）價鍵的電子云在外電場的作用下，發(fā)生變化的相對程度，從而引起鍵的極性變化現(xiàn)象稱為鍵的極化。+-鍵鍵H FH ClH BrH I上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7+二、共價鍵的斷裂方式共價鍵的斷裂方式：均裂與異裂CY均裂C+Y1個電子移動自由基2個電子移動CY異裂C+Y-CY異裂C- +Y+碳正離子碳負(fù)離子上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7自由基反應(yīng)（）有機反應(yīng)的類型均裂自由基反應(yīng)（A ：B A + B）親電加成親電反應(yīng)有

12、機反應(yīng)離子型反應(yīng)（A ：B A+ + B- ）異裂消去反應(yīng)親核反應(yīng)親電取代親核加成親核取代協(xié)同反應(yīng)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7第四節(jié) 有機化合物的分類和表示方法一、按碳架分類CH3（一）鏈狀化合物（二）碳環(huán)化合物1、脂環(huán)族化合物2、芳香族化合物3、雜環(huán)化合物CH3CHCH2CH3NOCH3CH2CH2CH2OHOH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）按官能團分類H3CHC CHCH3HCCCH3 H3CXH3COHH3COCH2CH3 H3CCNONO2OSO3HONH2H3CCHH3CCCH3H3CCOH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7三、表示有機化

13、合物構(gòu)造的化學(xué)式CH3CH3CHCH2CH3H3CCH3CH CH3CH2CCCCC不正確的表達方式CH2H2CCH2H2C CH2H2CCH2CH2H2COCH2OH2C C CH3HH3C C C CH3上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7四、表示有機化合物立體結(jié)構(gòu)的方式H109.5oH表示該鍵在紙面上表示該鍵在紙面的后方表示該鍵在紙面的前方CHH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7第五節(jié) 酸和堿用于有機化學(xué)中的酸堿理論有Arrhenius 電離理論、Brnsted酸堿理論和Lewis酸堿理論。Svante AugustArrhenius1859 - 1927Johann

14、Nicolaus Brnsted1879 - 1947Gilbert Newton Lewis1875-1946上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7一、 Arrhenius 的電離論+酸：在水中能電離出質(zhì)子（H ）的物質(zhì)。CH3COOHH2OCH3COO- + H+-堿：在水中能電離出氫氧負(fù)離子（HO ）的物質(zhì)。CH3CH2NH2H2OCH3CH2N+H3+ OH-上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7+二、 Brnsted的質(zhì)子酸堿理論酸：凡是能給出質(zhì)子 H+ 的分子或離子。堿：凡是能接收質(zhì)子 H+ 的分子或離子。酸H2PO4HAcAr-OH共軛酸堿 質(zhì)子HPO42 + H+A

15、c- + H+Ar-O- + H+H + 共軛堿共軛酸堿：彼此之間相差一個H上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7二、 Brnsted的質(zhì)子酸堿理論HCCH + NaOHHCCH + NaNH2HCCNa + NH3OOH3CH3CC OH + H2OOC OH + H2SO4H3CH3CC O- + H3O+OHC OH + HSO4-上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7有機酸上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7有機堿 有機堿： 含有孤對電子可以和H+成鍵的化合物 含氮的胺類化合物，是最普通的有機堿 含氧化合物可作為堿和強酸反應(yīng)，也可作為酸和強堿反應(yīng)上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主

16、目錄返回2008-1-7+-（二）酸堿強弱的表示酸的強度用Ka或pKa表示NH4NH3 + HpKa = 9.24NH3NH2+ H+pKa = 35化合物pKaRCH2OH1618HOH14RCOOH45酸性強度 RCH2OHHOHRCOOH堿性強度 RCH2OHORCOORCH2ONaNaOH上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）酸性強度和結(jié)構(gòu)的關(guān)系H AA-+H+其穩(wěn)定性決定HA的酸性強度酸性的強度取決于：與氫結(jié)合的原子種類（中心原子電負(fù)性、中心原子半徑大?。┫嗤行脑舆B接的取代基上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）酸性強度和結(jié)構(gòu)的關(guān)系1、中心原子的電負(fù)性同一

17、周期中，電負(fù)性越大，酸性越強。（離子容納電子能力大）中心原子電負(fù)性： C負(fù)離子的穩(wěn)定性： H3C-NH2N-OHO-FF-遞增遞增酸的強度堿的強度H-CH3-CH3H-NH2-NH2H-OH-OHH-F-F遞增遞減上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）酸性強度和結(jié)構(gòu)的關(guān)系2、中心原子的原子半徑同一主族中，原子半徑越大，酸性越大。（原子半徑越大、極化度）中心原子的半徑： OSSe遞增負(fù)離子的穩(wěn)定性酸的強度OH-H-OHSH-H-SHSeH-H-SeH遞增遞增酸的強度H-F H-Cl H-Br H-I上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7（二）酸性強度和結(jié)構(gòu)的關(guān)系3、取代基中心原

18、子相同時，中心原子所連接的取代基不同，酸性不同OH3C O HO HH3C C O HpKa取代基15.7甲基10苯基4.75乙酰基上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7例題：下列各組中哪個是較強的酸：（1）H3O+、H2O 、OH-（2）NH4+、NH3、NH2-（3）H2S、HS- 、S2-（4）電荷與酸性之間有何關(guān)系解： （1）H3O+（3）H2S（2）NH4+（4） 正電荷使酸性增強。上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7+（三）酸堿反應(yīng)較強的酸 + 較強的堿OH + OH-pKa 10較弱的堿 + 較弱的酸O- + H2OpKa 15.7H3CH2C OHpKa 15.9OH-H3CH2C O- +H2OpKa 15.7上一內(nèi)容下一內(nèi)容回主目錄返回2008-1-7三、Lewis電子論酸：能接受一對電子形成共價鍵的物