卫星站有机化学复习课件第01章绪论

1、有机化学Organic Chemistry 戚朝荣 博士/副教授 化学与化工学院课程说明课程说明课时课时 本课程共48学时。考试及成绩考试及成绩 平时成绩：20% 期末考试成绩：80%教材教材 有机化学，高鸿宾主编，第四版，高教出版社。怎样学好有机化学？怎样学好有机化学？多看、多写、多想、多问。多看、多写、多想、多问。第一章第一章 绪绪 论论1.1 有机化合物和有机化学有机化合物和有机化学 有机化合物的组成有机化合物的组成 基本元素：基本元素：C 其它元素：其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等等有机化合物：碳氢化合物及其衍生物有机化合物：碳氢化合物及其衍生物CH4Ph2PP

2、Ph2OOOOCOONHOOOOOCOONHO(n = 03)nn有机化学与人们生活密切相关有机化学与人们生活密切相关!有机化学是有机化学工业的理论基础。有机化学是有机化学工业的理论基础。有机化合物有机化合物 性质的变化规律性质的变化规律性质性质组成组成结构结构 有机化学：有机化学：研究研究 C 化合物的化学化合物的化学 合成具有优合成具有优 良性能和用良性能和用途的新型有途的新型有机化合物机化合物1.2 有机化合物的特性有机化合物的特性 共价键结合共价键结合 有机化合物数量庞大有机化合物数量庞大(600多万种多万种)，异构现象普遍，异构现象普遍 易燃烧易燃烧 熔点较低熔点较低 (一般低于一般

3、低于400 oC) 难溶于水，易溶于有机溶剂难溶于水，易溶于有机溶剂 反应速率一般较小反应速率一般较小 分子式分子式表示组成分子的原子种类和数目表示组成分子的原子种类和数目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇乙醇二甲醚二甲醚分子结构式分子结构式表示分子中原子连接的顺序表示分子中原子连接的顺序1.3 分子结构和结构式分子结构和结构式同分异构体同分异构体沸点沸点78.4 oC 沸点沸点-24.9 oC 分子结构一般表示方式分子结构一般表示方式 短线式短线式 缩简式缩简式 键线式键线式 1-丙醇丙醇环戊烷环戊烷CHCCHHOHHHHHCH3CH2CH2OHOHCCCCCHHHHHHHHHHH

4、2CH2CCH2CH2CH2HHCH3HCH3HCH3HHCH3HHHHCH3HCH3HCH3HHH3CHH对位交叉对位交叉 部分重叠部分重叠 邻位交叉邻位交叉 全重叠全重叠 CH3CH2CH2CH3具有不同的构象：具有不同的构象： 除了以上三种构造式除了以上三种构造式,还有表示空间结还有表示空间结构的构的构象及构型式：构象及构型式：CCH3CHHCH3CCH3CHHCH3顺顺2丁烯丁烯 反反2丁烯丁烯 CH3CH=CHCH3具有不同的构型：具有不同的构型：1.4 共价键共价键有机化合物中典型的化学键：共价键有机化合物中典型的化学键：共价键有机化合物的共同结构特征：共价键结合有机化合物的共同结

5、构特征：共价键结合1.4.1 共价键的形成共价键的形成共价键：共价键：由两个原子间共用一对电子产生的化学键由两个原子间共用一对电子产生的化学键H + H H:H 或写成或写成 HHLewis结构式结构式短线式短线式C4 H+CHHHHCHHHHLewis 结构式结构式惰性气体惰性气体构型构型最外层电子：最外层电子：H:类似于氦的类似于氦的2 电子电子稳定结构稳定结构C原子原子:类似于氖的类似于氖的8 电子构型，电子构型， 通称八隅体，八隅规则（八电子规则）通称八隅体，八隅规则（八电子规则）短线式短线式乙烯：乙烯：CHHCHHCCHHHH乙炔：乙炔：CHC HHCCH HH H : H氢气：氢气

6、：单键单键双键双键三键三键(1) 价键理论价键理论(valence bond theory)共价键的形成：是成键原子的原子轨道共价键的形成：是成键原子的原子轨道 (电子云电子云)相互相互 交盖的结果。交盖的结果。图图1.1 氢原子的氢原子的 s 轨道交盖形成氢分子轨道交盖形成氢分子+ =1s 1s 轨道交盖轨道交盖 氢分子氢分子 共价键具有共价键具有方向性、饱和性方向性、饱和性：xyspxpxypspx可以可以不可以不可以成键电子处于成键原子之间，是成键电子处于成键原子之间，是定域定域的。的。C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的电子构型：碳原子在基态时的电子构型：

7、但实际上，有机化合物的结构特征：但实际上，有机化合物的结构特征：C原子为原子为4价价按价键理论应该两价的？按价键理论应该两价的？WHY?基态基态2p2s1s激发态激发态2p2s1ssp3 杂化杂化1ssp3杂化杂化电子电子跃迁跃迁(2) 轨道杂化轨道杂化1ssp21ssp2p2psp2杂化杂化sp 杂化杂化1个个sp3sp3杂化杂化C原子原子一个一个sp2杂化轨道杂化轨道三个三个sp2杂化轨道杂化轨道sp2杂化杂化C原子原子1个个sp杂化轨道杂化轨道2个个sp杂化轨道杂化轨道sp杂化杂化C原子原子共价键共价键键长键长/nm共价键共价键键长键长/nmCCCHCNCO0.1540.1090.147

8、0.143CClCBrCCCC0.1770.1910.1340.120表表1.1 一些共价键的键长一些共价键的键长1.4.2 共价键的属性共价键的属性(1)键长键长(bond lengths) 成键原子的原子核间的平均距离成键原子的原子核间的平均距离键长、键能、键角、键的极性键长、键能、键角、键的极性(2)键能键能 (bond energy) 键能反映了共价键的强度，键能键能反映了共价键的强度，键能越大越大则键则键越牢固越牢固。表表1.2 一些共价键的键能一些共价键的键能共价键共价键键能键能/kJmol-1共价键共价键键能键能/kJmol-1CCCHCNCOCF347414305360485C

9、ClCBrCCCCCI339285218611837 形成共价键时体系释放的能量，或断裂共价键时体形成共价键时体系释放的能量，或断裂共价键时体系吸收的能量。系吸收的能量。键能：键能：甲烷甲烷C-HC-H键键能（键键能（414kJ.mol-1)414kJ.mol-1)是上述解离能的是上述解离能的平均值。平均值。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。多原子分子键能通常是键的解离能平均值。CH4CH3HEd(CH3H)= 423 kJ.mol-1CH3CH2HEd(CH2H)= 439 kJ.mol-1CH2CHHEd(CHH)= 448 kJ.mol-1CHCHEd(CH)= 347 kJ.mol

10、-1(3) 键角键角 两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。夹角。键角：键角： 键角反映了分子的空间结构键角反映了分子的空间结构CHHHH109.5CO121118HH甲烷甲烷 乙醚乙醚 甲醛甲醛OH2CH3CH2CCH3104(4) 键的极性和诱导效应键的极性和诱导效应非极性共价键：非极性共价键： 两个相同的原子成键两个相同的原子成键, 电子云对称分布在两个原子之间，这电子云对称分布在两个原子之间，这种共价键没有极性。种共价键没有极性。HHClCl极性共价键极性共价键: 不同的原子成键时，由于原子的电负性不同，使电负性不同的原子成键

11、时，由于原子的电负性不同，使电负性较强原子一端的电子云密度较大，具有部分负电荷，而另一较强原子一端的电子云密度较大，具有部分负电荷，而另一端则电子云密度较小，具有部分正电荷。端则电子云密度较小，具有部分正电荷。HCl共价键的极性大小是用偶极矩共价键的极性大小是用偶极矩()来度量：来度量：= q.dq: 电荷电荷d: 正负电荷之间的距离正负电荷之间的距离:单位为单位为Cm (库库仑仑米米) = 3.57 10-30 Cm HCl双原子分子双原子分子中，键的偶极矩即分子的偶极矩：中，键的偶极矩即分子的偶极矩：多原子分子多原子分子的偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和：的偶极矩是各个共价键偶极矩的矢量和

12、：=0 0（C.m)C.m)= =6.47x106.47x10-30-30（C.m)C.m)= =3.28x103.28x10-30-30（C.m)C.m)CClClHHCClHHHCClClClCl 偶极矩为零的分子是偶极矩为零的分子是非极性分子；非极性分子；偶极矩不为零的分偶极矩不为零的分子是子是极性分子；极性分子；偶极矩偶极矩越大，越大，分子极性分子极性越强。越强。诱导效应诱导效应(Inductive effect)：CH3CH2CH2CH2Cl1234 多原子分子中，当两个直接相连的原子的电负性不多原子分子中，当两个直接相连的原子的电负性不同，不仅引起这两个原子间电子云密度分布不均匀，

13、而同，不仅引起这两个原子间电子云密度分布不均匀，而且这种影响沿分子链键静电诱导地传递下去，这种电子且这种影响沿分子链键静电诱导地传递下去，这种电子效应效应诱导效应诱导效应(I)诱导效应随分子链的增长而迅速衰减。诱导效应随分子链的增长而迅速衰减。有机反应的本质：有机反应的本质：旧键的断裂和新键的生成旧键的断裂和新键的生成CC+ BrBrCCBr BrCCl41.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型共价键的断裂和有机反应的类型有机反应有机反应(organic reactions):共价键断裂的方式：共价键断裂的方式：B.异裂异裂C LC+ LC+ LA. 均裂均裂R LR + L自由基自由基碳正离

14、子碳正离子碳负离子碳负离子有机反应活性中间体：有机反应活性中间体：碳正离子、碳负离子、自由基碳正离子、碳负离子、自由基有机反应有机反应自由基反应自由基反应离子型反应离子型反应协同反应协同反应亲电反应亲电反应亲核反应亲核反应1.5 分子间相互作用力分子间相互作用力1.5.1 偶极偶极偶极相互作用偶极相互作用偶极偶极偶极相互作用：偶极相互作用： 一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分一个极性分子带有部分正电荷的一端与另一个分子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。子带有部分负电荷的一端之间的吸引作用。-HCl HCl -HCl ClH 极性分子之间的一种相互作用极性分子之间的一种相互作用CORR

15、CORR两个羰基化合物分子的偶极两个羰基化合物分子的偶极-偶极相互偶极相互作用力：作用力：-1.5.2 van der Waals (范德华范德华)力力 非极性分子之间存在的吸引力，如烷烃分子之非极性分子之间存在的吸引力，如烷烃分子之间的相互作用力。间的相互作用力。 瞬间偶极瞬间偶极和和诱导偶极诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引。之间相反电荷的区域彼此吸引。1.5.3 氢键氢键(hydrogen bonds)Y (Y: N,O,F等等原原子子) )HYY: 电负性很强，原子半径较小的原子电负性很强，原子半径较小的原子H3COHOCH3H两个甲醇分子之间形成的氢键：两个甲醇分子之间形成的氢键：分

16、子间作用力大小顺序为：分子间作用力大小顺序为： 氢键氢键 偶极偶极-偶极吸引力偶极吸引力 van der Waals力力 氢键具有氢键具有饱和性和饱和性和方向性方向性甲醇甲醇 65 oC乙烷乙烷 -88.6 oC沸点沸点1.6 酸碱的概念酸碱的概念1.6.1 Brnsted 酸碱理论酸碱理论 Brnsted 定义：定义：酸：酸：给出给出质子的分子或离子质子的分子或离子碱：碱：接受接受质子的分子或离子质子的分子或离子H2O +NH3OH+HNH3酸酸 碱碱 碱碱 酸酸 共轭碱共轭碱 共轭酸共轭酸 弱酸的共轭碱是强碱：弱酸的共轭碱是强碱：CH3COOHCH3COO + H+强酸的共轭碱是弱碱：强酸

17、的共轭碱是弱碱：H2SO4HSO4+ H+弱碱弱碱强酸强酸弱酸弱酸强碱强碱强酸强酸：容易给出质子的酸：容易给出质子的酸强碱强碱：容易接受质子的碱：容易接受质子的碱酸碱络合物酸碱络合物电子给予体电子给予体电电子子接接受受体体Lewis 碱碱： 能够给出电子对的分子或离子能够给出电子对的分子或离子H+OHHOHHHFBFF+OCH2CH3CH2CH3FBFFOCH2CH3CH2CH31.6.2 Lewis 酸碱理论酸碱理论Lewis 酸酸： 能够接受未共用电子对的分子或离子能够接受未共用电子对的分子或离子Lewis 碱：碱：具有未共用电子对原子的分子或负离子具有未共用电子对原子的分子或负离子H2O

18、 NH3 CH3NH2 CH3OH CH3OCH3XOHCNNH2RROLewis 酸：酸：具有空轨道原子的分子或正离子具有空轨道原子的分子或正离子 HClCH3COOHOHCH3CH2OHLi+ Mg2+ R+ Ag+AlCl3 BF3 TiCl4 SnCl2 FeCl3 ZnCl21.7 有机化合物的分类有机化合物的分类1.7.1 按碳架分类按碳架分类有有机机化化合合物物(1)开链化合物开链化合物(脂肪族化合物脂肪族化合物) C原子连接成链状原子连接成链状(2) 脂环脂环(族族)化合物化合物C原子连接成环状原子连接成环状(3) 芳香族化合物芳香族化合物含有芳环结构含有芳环结构(4) 杂环化合物杂环化合物含有由含有由C原子和其它原子原子和其它原子(如如 O, N, S)连接连接成环的化合物成环的化合物CH3CH3CH3CH2CHCH2CH3CCHCH3CH2OH乙烷乙烷 1丁烯丁烯 丙炔丙炔 乙醇乙醇开链化合物开链化合物：脂环化合物：脂环化合物：OH环己烷环