汪小兰有机化学课件(第四版)1

,2、有机化学 刑其毅,有机化学 (第四版) 汪小兰,教 材:,1、有机化学 徐寿昌,参考书:,有 机 化 学,缺席3次以不及格记。,有机化学学习方法浅谈,课前预习，课后复习。学会听课 ，及时发问，提高学习效率。必要的记忆：如命名原则、某些重要的反应等。通过必要的记忆，可以熟悉反应，发现规律，活跃思维，提高兴趣。提纲挈领，把握主线结构与性能的关系。学会鸟瞰，及时总结，按时独立完成作业。,学好有机化学的关键是要走进有机化学，喜欢有机化学。喜欢有机化学的过程： 认识好感 追求 热爱以下的技术性措施仅供参考：,第一章 绪论1-1 有机化学研究对象及有机化合物的特点1-2 有机化合物的结构和共价键电子理论1-3 共价键的键参数 键长、键角、键能、键的极性。1-4 分子间作用力1-5 有机反应的基本类型1-6 有机化合物的分类,有机化合物的定义： 1806年，柏则里（J.Berzelius)提出。 酒石酸(1769)、尿素(1773)、乳酸(1780)、柠檬酸等 来源于有生命的有机体。,1-1 有机化学的研究对象及有机化合物的特点一、有机化学的研究对象 研究对象：有机化合物 研究范围：有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律,1848年，凯库勒（A.Kekule）等：含碳的化合物。 （都含有碳元素） NH2-NH2 肼 CO2 CO,肖莱马（K.Schorlemmer）等：碳氢化合物及其衍生物。有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学。C、H、（O、N、S、P、X ） CO2 CO H2CO3 无机物,二、有机化合物的特点,1. 分子结构复杂。 维生素B12，分子式为：C63H88N14O14Co。,4. 难溶于水，易溶于有机溶剂。,2. 容易燃烧。酒精 、汽油(烷烃的混合物) 、液化气(甲烷为主)等都可作燃料 碳氢化合物 燃烧 CO2 + H20 +热量,3. 熔点低。 一般不超过400。,1-2 有机化合物的结构和共价键理论,概念1:,乙烯,乙醇,甲醚,正丁烷CH3CH2CH2CH3或 CH3CH2CH2CH3,环戊烷,异丁烷,同分异构现象：分子式相同而结构式不同的现象。 同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。,概念2：同分异构现象和同分异构体,二、共价键的电子理论,1、原子轨道 描述原子核外电子的运动状态，用波函数表示。,1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s，4p，4d，4f；s轨道：1个；p轨道：3个；d轨道：5个；f轨道：7个。轨道能级：1s2s2p3s3p4s3d,在有机化学中参与成键的主要是s轨道和p轨道。,正负号是代数符号，只代表位相的不同，与电荷无关。 只有位相相同的原子轨道重叠才能有效的成键。,p轨道,原子核外电子排布规律：1、鲍里不相容原理： 每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。2、能量最低原理： 电子尽可能占据能量最低的轨道。 1s2s2p3s3p4s3、洪特规则： 有几个简并轨道而无足够的电子填充时，必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后，才能容纳第二个电子。,C、N、O、F 核外电子排布？,2、价键理论 共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶 合配对的结果。（电子配对法） 两个电子的配合成对也就是两个原 子轨道相互重叠， 重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。,共价键具有饱和性：未成对电子已配对成键后不能再与其它原子的未成对电子配对成键。 A + 2 B BAB B-A-B 2 A AA A=A,共价键有： 单键 C-C C-H 双键 C=C C=O 叁键 CC CN,共价键具有方向性：,两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠，键才牢固、稳定。,“肩并肩” 键,补充：轨道杂化,1931年，Pauling L and Slater J C 提出了杂化轨道理论,有机化合物中碳原子成键轨道有三种杂化方式：SP3杂化 、SP2杂化、SP杂化 。,(a) 碳原子轨道的SP3杂化,碳原子在与其它原子形成烷烃分子时，由一个2S轨道和三个2P轨道进行杂化，形成四个能量相等的杂化轨道，这种轨道叫SP3杂化轨道。SP3杂化轨道的形状与单纯的S轨道、P轨道不同，四个SP3杂化轨道的对称轴分别指向正四面体的四个顶点，对称轴彼此间的夹角为10928。,Sp3杂化轨道,(动画),甲烷分子中碳原子的sp3杂化,sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。 四个sp3杂化轨道完全相同，取最大的空间距离为正四面体构型，轨道夹角为109.5。 构型 -原子在空间的排列方式。 四个H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因顶点方向电子云密度最大),形成4个CH键。 (动画),sp3杂化碳,返回幻灯片 17,甲烷分子模型,返回幻灯片 18,(b) 碳原子轨道的SP2杂化,乙烯分子中的碳原子在成键时，由一个2S轨道和两个2P轨道进行杂化，形成三个能量相等的SP2杂化轨道。三个SP2杂化轨道的对称轴分别指向等边三角形的三个顶点，对称轴间的夹角为120，因此在空间取向上三个SP2杂化轨道呈现一个平面三角形。而未参与杂化的一个P轨道与此平面处于垂直取向。插入超链接sp2杂化碳,sp2杂化轨道,sp2杂化碳幻灯片 19,乙烯分子模型幻灯片 20,(c) 碳原子轨道的SP杂化,sp杂化轨道sp杂化碳,乙炔分子中的碳原子在成键时，由一个2S轨道和一个2P轨道进行杂化，形成两个能量相等的SP杂化轨道。两个SP杂化轨道的对称轴间的夹角为180因此在空间取向上两个SP杂化轨道呈现一条直线。而未参与杂化的两个P轨道互相垂直，并且垂直于SP杂化轨道。, sp杂化轨道的s成分更大，电子云离核更近!两个sp杂化轨道取最大键角180。所以：,sp杂化的结果：,sp杂化碳幻灯片 21,乙炔结构模型幻灯片 22,1-3 共价键的键参数 决定共价键性质的重要键参数有： 键长、键能、键角、键的极性,一、键长： 形成共价键的两原子核间的距离。单位：pm、nm(1pm=10-3nm) 键长与原子半径（共价半径）有关； 与共价键的类型有关； 与原子所连接的基团也有 一定的关系。,一些共价键的键长（pm）,二、键角： 两个共价键之间的夹角。 键角反映了分子的空间结构。 键角的大小与成键的中心原子有关。 与所连接的原子或基团有关。,化合物的键角,三、键能 共价键形成时会放出能量，而共价键断裂时会吸收能量。 键的离解能：在标况下(101325Pa,298K), 1mol气态A-B分子完全离解为气态的A、B原子所吸收的能量。,C-H键键能： (435+443+443+340)4=415kj/mol,多原子分子：共价键的键能为同类键的离解能的平均值。,注意：离解能指的是离解特定共价键的键能。键能则指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。,常见共价键的平均键能可查表得到。 共价键的键能越大，共价键越牢固，不易断裂。,利用平均键能可以计算反应热。 H2 + Cl2 2HCl反应前：1个HH键（436kj/mol）；1个ClCl键（243kj/mol）。反应后：2个HCl键（431kj/mol）。H 反应物分子中键能的总和 产物分子中键能的总和 4362432431183kj/molH：负值，放热反应；正值，吸热反应。没有考虑分子内其它原子对化学键键能的影响，结果是粗略的。,四、键的极性 以偶极距（）表示， 单位：库仑.米（C.m），德拜（D） 1D=3.335641030库仑.米,=0,=0,偶极矩()是一个向量，有方向性： 箭头由正端指向负端，即指向电负性大的原子。,电负性：量度原子对成键电子吸引能力的相对大小。 也可看作是原子形成负离子倾向相对大小的量度。 当A和B两种原子结合成双原子分子AB时，若A的电负性大，则生成分子的极性是A-B+ ，即A原子带有较多的负电荷，B原子带有较多的正电荷。 分子的极性愈大，离子键成分愈高。,常见元素的电负性（鲍林）： F O Cl N Br I S C P H B Si 3.98 3.44 3.16 3.04 2.96 2.66 2.58 2.55 2.19 2.10 2.04 1.90,多原子分子的偶极距是各个键的偶极距的向量和。,偶极距的大小反映了有机分子极性的强弱。 分子的极性对熔点、沸点和溶解度等物理性质有较 大影响。 键的极性对化学反应起决定性作用。,1-4 分子间作用力,氢键力,分子间作用力是影响物理性质的主要因素。,分子形成氢键必备的两个条件:1. H原子与电负性很大的原子相连，形成裸露的质子；2. 具有电负性较大、原子半径较小、含孤电子对的原子 (F、O、N) 。,1-5 有机反应的基本类型一、游离基反应（自由基反应）： 通过游离基历程而进行的反应。 均裂：AB A + B 游离基或自由基 一般在热、 光或引发剂存在下进行。,二、离子型反应： 通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、