分子轨道理论ppt课件.ppt

第一章绪论 邢其毅等 基础有机化学 第二版 高等教育出版社莫里森等 美 有机化学 第二版 科学出版社胡宏纹等 有机化学 第二版 人民教学出版社荣国斌等 大学有机化学基础 华东理工大学出版社魏荣宝等 有机化学 天津大学出版社初玉霞等 有机化学 化学工业出版社 主要参考书 第一节有机化学的研究对象 一 有机化合物和有机化学 1 有机化学 有机化合物的定义有机化学 organicchemistry 是研究有机化合物的来源 制备 结构 性能 应用以及有关理论和方法学的科学 自从拉瓦锡 Lavoisier A L 和李比希 VonLiebig J F 创造有机化合物的分析方法之后 发现有机化合物均含有碳元素 绝大多数的含氢元素 此外 很多的有机化合物还含氧 硫 氮等元素 葛美林 Gmelin L 凯库勒 KeKule A 认为碳是有机化合物的基本元素 把 碳化合物称为有机化合物 有机化学定义为碳化合物的化学 肖莱马 Schorlemmer c 在此基础上发展了这个观点 认为碳的四个价键除自己相连之外 其余与氢结合 于是就形成了各种各样的碳氢化合物 烃 其他有机化合物都是由别的元素取代烃中的氢衍生出来的 把有机化学定义为研究烃及其衍生物的化学 2 有机化合物的特性 对热不稳定 容易燃烧 熔点较低 难溶于水 易溶于有机溶剂 反应速度比较慢 发生副反应 同分异构体的存在很普遍 二 有机化学的产生和发展 1773年首次由尿内取得纯的尿素 1805年由鸦片内取得第一个生物碱 吗啡 1828年 德国化学家 维勒 wohler F 首次人工用氰酸铵合成了尿素 从19世纪初至中期有机化学成为一门学科 建立了经典的有机结构理论 1857年凯库勒提出了碳是四价的学说 1858年 库帕 Couper A S 提出 有机化合物分子中碳原子都是四价的 而且互相结合成碳链 1861年 布特列洛夫提出了化学结构的观点 指出分子中各原子以一定化学力按照一定次序结合 这称为分子结构 一个有机化合物具有一定的结构 其结构决定了它的性质 分子中各原子之间存在着互相影响 1865年 凯库勒提出了苯的构造式 1874年 范特霍夫 VantHoff J H 和勒贝尔 LeBel J A 分别提出碳四面体构型学说 建立了分子的立体概念 说明了旋光异构现象 1885年 拜尔 VonBaeyer A 提出张力学说 20世纪建立了现代有机结构理论 1916年 路易斯 Lewis G N 提出了共价键电子理论 20世纪30年代 量子力学原理和方法引入化学领域以后 建立了量子化学 20世纪60年代 合成了维生素B12 发现了分子轨道守恒原理 20世纪90年代初 合成了海葵毒素 有机化学重要性 1 在有机合成方法学上 有可能出现我国独立发展的有价值的高选择性的新反应 在有机化学工业中特别是精细有机合成工业中出现我国发展的新流程 2 在天然产物研究和传统医学的基础上以及在对生化过程深入了解后合理设计的基础上 将会出现一批我国独立 或合作 发展的新医药 新农药 3 在生物催化体系 寡糖及其缀合物的分离 结构测定和合成 生物信息的识别和传递等方面将出现有意义的结果 4 有机功能材料 有机电子材料和分子器件等方面有可能得到有创见性的工作 三 有机化合物的来源 1 动 植物2 煤3 石油4 甲烷水合物 可燃冰 第二节研究有机化合物的一般步骤 1 分离提纯分离提纯的方法 重结晶 升华 蒸馏 层析法以及离子交换法等 2 纯度的检验纯的有机物有固定的物理常数 如 熔点 沸点 比重 折射率等 3 实验式和分子式的确定a 进行元素定性分析 找出分子中存在哪几种原子 b 进行元素定量分析 找出各种原子的相对数目 即决定经验式 实验式 c 测定分子量 确定各种原子的确实数目 给出分子式 4 结构式的确定根据红外光谱 紫外光谱 核磁共振谱 质谱等确定结构式 第三节共价键的一些基本概念及分子结构与其物理性质的关系 一 价键理论1 价键的形成可看作是原子轨道的重叠或电子配对的结果 2 共价键的饱和性3 共价键的方向性如 二 杂化轨道能量相近的原子轨道 可进行杂化 组成能量相等的杂化轨道 1 SP3杂化 为了使SP3轨道 彼此达到最大的距离及最小的干扰 以碳原子为中心 四个轨道分别指向正四面体的每一个顶点 所以碳原子的四个轨道都有一定的方向性 轨道彼此间保持一定的角度 按照计算 这个角度应该是109 5度 这样可以使每个轨道达到最低干扰的程度 如 甲烷 2 SP2杂化 一个S轨道与两个P轨道形成三个SP2轨道 三个SP2的轨道 对称地分布在碳原子的周围 处于同一个平面上 三者之间的夹角是120度 键的形成 3 SP杂化 一个S轨道和一个P轨道形成两个SP杂化轨道 如乙炔 1 分子轨道法中目前最广泛应用的是原子轨道线性组合法例如 两个原子轨道组成两个分子轨道 其中一个分子轨道是由两原子轨道的波函数相加组成 1 1 2另一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成 2 1 2 三 分子轨道理论 分子中电子的运动状态 即分子轨道 用波函数 来表示 分子轨道电子云密度分布 分子轨道电子填充 服从鲍里原理 能量最低原理 洪特规则 2 由原子轨道组成分子轨道时 必须符合三个条件 b 原子轨道重叠部分要最大 a 对称匹配 就是对称性相同 C 能量相近 3 轨道和 轨道 轨道 四 共价键的键参数 1 键长键长是共价键结合的两个原子核核心之间的矩离 2 键角两个共价键之间的夹角 3 键能当A和B两个原子 气态 结合生成A B分子 气态 时 所放出的能量称为键能 4 键矩正 或负 电荷中心的电荷值 e 与正负电荷中心之间的矩离 d 的乘积 键矩 e d 共价键的断裂有两种方式 均裂和异裂 五 共价键的断裂 均裂 A B A B 成键的一对电子平均分给两个原子或原子团 均裂生成的带单电子的原子或原子团 称为游离基 或自由基 经过均裂生成游离基的反应 称为游离基反应 或自由基反应 异裂 A B A B 成键的一对电子为某一原子或原子团所占有 经过异裂生成离子的反应称为离子型反应 分为亲电和亲核反应两种 六 分子间的作用力及其对熔点 沸点 溶解度的影响 1 分子间的作用力 偶极 偶极作用 取向力 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 一个分子的偶极矩正端与一个分子的偶极矩负端间有相互吸引作用 色散力瞬时偶极矩之间的相互作用 称色散力 这种分子间的作用力 只有在分子比较接近时才存在 其大小与分子的极化率和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 在非极性分子中也存在 对于大多数分子来说 这种作用力是主要的 氢键特殊的分子之间作用力 有方向性和饱和性 2 分子间的作用力对物质的某些物理性质的影响 对沸点和熔点的影响 沸点a 分子极性愈大 偶极 偶极作用愈大 沸点愈高 b 如果分子极性相同 则分子量愈大 色散力也愈大 故沸点随分子量升高而升高 c 如果分子极性相同 分子量也相同 则分子间接触面积大的 色散力大 沸点高 d 分子量接近 分子内OH键愈多 形成氢键愈多 沸点愈高 熔点分子对称性高 排列比较整齐 熔点较高 如 正戊烷熔点 17度 新戊烷熔点 160度 溶解度 相似的溶解相似的 七 电子效应 诱导效应 共轭效应和超共轭效应 1 诱导效应这种因某一原子或原子团的极性而引起电子沿着原子链向某一方向移动的效应 即 键的电子移动 称为诱导效应 电子的定域运动 如乙烯 键的两个P电子的运动范围局限在两个原子之间 这叫做定域的运动CH2 CH2 电子的离域现象 2 共轭效应 这种电子通过共轭体系的传递方式 叫做共轭效应 3 超共轭效应 这种 键与 键的共轭称为超共轭效应 第四节有机化合物的分类 一 按碳架