华东理工有机化学电子课件

11有机化学OrganicChemistry22331.1有机化合物和有机化学

什么是有机化合物？

吃的粮食、肉类、蛋禽、蔬菜、水果，穿的棉、麻、丝、稠、毛等各种材质的衣服，日常生活使用的各种塑料制品等等，都属于有机化合物441.1有机化合物和有机化学

什么是有机化合物？含碳、氢及少量杂元素（氧、硫、氮、磷等）的化合物。

有机化学：研究有机化合物的结构、性质及其反应的科学天然有机化合物的利用可以追溯到人类诞生的早期，而人们认识和了解它们却只有几百年的历史。55有机化合物

Organiccompound有机化学这个名词是在1806年由瑞典化学家J.Berzelins首先提出来的。意思是指“有生机之物”想想：生机勃发生机盎然

661.人们认识到，有机物与从矿石、金属盐等物质在组成、结构上有很大的区别。2.当时人们对生命现象的本质没有认识，认为有机物只能在生物细胞中受一种特殊力量的作用才能产生出来，是“生命力”创造的。有机化合物

Organiccompound自测题1-1：下列物之中哪些不是有机化合物？

NaHCO3，葡萄糖，色拉油，食盐，柠檬汁

77

不含碳的有机物：SiH4（硅烷）

不含氢的有机物：CCl4（四氯化碳）现代有机化合物的含义：

碳氢化合及其衍生物derivative

有机化合物除含C、H两种元素外，有的还含有N、O、S、P等元素

有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学。

有机化合物

Organiccompound881.1.1有机化合物的特点

与无机化合物比较，有机化合物存在以下几个方面的显著特点。

①

结构复杂，种类繁多

无机化合物包含了元素周期表中绝大多数元素所组成的化合物，其总数只有几十万种；而有机化合物只包含C、H、O、S、N、P等几种元素，但由这些元素所组成的有机化合物却有六千多万种。

99年份已知化合物数量50年代200万种1985年600万种1990年1000万种2000年约2000万种截止到2012.5.14日21点CAS合计收录63,749,574，最大号为CAS1373490-50-6

随着社会的进步和科学技术的迅猛发展，科学家们对有机化合物结构、理论的研究更加快了有机化合物的合成10101111②

容易燃烧

有机化合物主要是碳、氢化合物，易燃烧。

如：甲烷（天然气）

乙醇（酒精）

汽油（C7~C9）

PVC（聚合物）③熔、沸点低

有机分子的聚集状态主要由较微弱的Vanderwaals力所决定；而无机物主要是较强的离子间静电引力作用。2009.2.10凌晨1点，央视新大楼配楼大火，10万平方米建筑焚毁1212④

难溶于水

化合物的溶解性与化合物分子的极性和所选择溶剂的性质有关。通常遵循“相似相溶”原则。有机化合物一般通常难溶于极性溶剂水中，而易溶于有机溶剂如：苯、醇、酯、醚中。但某些低分子量化合物如：甲醇、乙醇、醋酸等因与水形成分子内氢键而与水无限混溶。2011.7.6，康菲公司渤海漏油事故1313⑤

反应速度慢，副反应多

有机化合物发生反应通常要断裂键能较强的共价键，这需要较高的能量。此外，组成有机分子的原子较多，不同类型共价键的键能相差不大，反应的选择性不高，在一定条件下，副反应难以避免。想想石油、煤炭的形成何其漫长！14141.1.2有机化合物分类

国际分类机构：InternationalUnionofPureandAppliedChemistry,IUPAC国内习惯分类方法：北方分类法：根据碳链骨架分为开链化合物和环类化合物南方分类法：根据官能团functionalgroup分类1515按骨架分类：1616按官能团分类17171.2碳的sp3杂化以及成键方式

组成有机化合物的元素只有简单的碳、氢、氧、氮、磷、硫、卤素等有限几种，为什么有机化合物数量如此庞大呢？碳几乎可以与元素周期表中任何元素成键

Kekulé和Couper提出碳是四价的

van‘tHoff和LeBel提出碳四个键空间伸展成四面体形状楔线在纸前虚线在纸后18181.2碳的sp3杂化以及成键方式

C是第二周期IVA元素电子排布方式：1S22S22P2未成对的电子只有两个p电子，如何成四价的？1919

杂化:sp3

轨道与甲烷结构LinusCarlPauling

（1901-1994）

NobelPrizeforchemistryin1954NobelPrizeforpeacein1963.2020Hybridization杂交，杂化2121

p轨道，哑铃形状.

3个p轨道，两两垂直1.2碳的sp3杂化以及成键方式

2222

碳有四个价电子(2s22p2)CH4四个C–H键完全等同的

(四面体)1.2碳的sp3杂化以及成键方式

23231、sp3杂化以及甲烷结构24241、sp3杂化以及甲烷结构头对头σ键形成2525球棒模型突出化学键的空间伸展空间模型强调电子云ElectronDensity

1.2碳的sp3杂化以及成键方式

26261.2碳的sp2杂化以及成键方式sp2杂化轨道与2p轨道关系示意图27271.2碳的sp2杂化以及成键方式2828H与四个sp2

杂化轨道形成四个s

键，共平面

H–C–HandH–C–C键角为120°C–C双键比乙烷中单键键长缩短，更加牢固乙烯C=C键长为133pm(C–C154pm)1.2碳的sp2杂化以及成键方式29291.2碳的sp杂化以及成键方式sp杂化轨道与2p轨道关系示意图30301.2碳的sp杂化以及成键方式乙炔分子中两个π键相互垂直关系3131乙炔分子结构以及电子密度示意图电子密度图。橙色表示负电荷，蓝色表示正电荷，颜色深浅表示密度高低1.2碳的sp杂化以及成键方式3232三种不同杂化轨道形成的C-C键的键长与键强度3333C-CbondC=CbondC≡Cbond键长0.154nm0.133nm0.120nm键能347kJ/mol611kJ/mol837kJ/mol键角109.5°120°180°组成一个σ键一个σ键，一个π键一个σ键，二个π键杂化sp3sp2sp三种键的键长与键强度3434§1.2.3分子轨道理论molecularorbital

分子轨道理论：是以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为出发点的。

分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数ψ来描述。其基本要点是：

分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成；

组合前后的轨道数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分子轨道。

以乙烯为例：3535§1.2.3分子轨道理论molecularorbital3636§1.2.4共价键的属性：

介绍键长bondlengh、键角bondangle、键能bonddissociation重点强调：

（1）键能与键的离解能的差异：

双原子分子：键能即是键的离解能。

多原子分子：键能则泛指分子中几个同类型键的离解能的平值。3737

（2）键长与原子半径3838

偶极矩是向量，带有方向性，一般以“

”来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。

多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。

1.2.5

化学键的极性polarity键的极性：成键的原子电负性(electronegativity)不相等，正负电荷中心不重叠。键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值，与外界条件无关，是永久的性质键矩又称偶极矩(dipolemoment)来量度

3939

键的极化性，可极化度：共价键在外电场的作用下，使键的极性发生变化。键的极化性用键的极化度polarizability来度量，其大小除与成键原子的体积、电负性和键的种类有关外，还与外电场强度有关，是暂时的。

小结：

键长与键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。

键角反映了分子的空间形象。

键矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。

1.2.5化学键的极性polarity40401.2.6孤对电子Lone-pair和形式电荷Formalcharge4141分子中原子连接次序的化学式叫做构造式constitutionformula

无机化合物：一个分子式只代表一个化合物，如：H2SO4

只代表硫酸。

有机化合物：一个分子式可代表多个化合物，如：C2H5O即代表乙醇又代表甲醚。1.3

分子构造构造式表示方法

4242

有机化合物构造式的表示方法通常有：

较常用的为构造简式和键线式。如：1.3

分子构造构造式表示方法

43434444§1.4共振论简介1、共振式不等于分子的真实结构2、只能移动电子，不允许移动原子3、符合经典结构的共振式贡献大4545§1.5有机化合物中弱作用力1.5.1vanderWaalsforce

色散力为主，瞬间的偶极影响1.5.2hydrogenforce4646§1.6有机化合物中张力strainEnergy4747§1.7有机化学酸碱概念1.经典定义质子酸碱定义BrönstedJN

给出质子酸结合质子碱2.电子对理论Lewistheory

接受电子对酸给出电子对碱3．酸碱强弱和反应共轭(conjugate)酸碱的概念及性质

缺电子物质：亲电性(Electrophilic)试剂亲电反应给电子物质：亲核性(nuclearphilic)试剂亲核反应SoftHardAcidBase:电负性大，难以极化的酸碱是硬的酸碱硬硬结合，或者软软结合比较好4848路易斯酸4949路易斯碱5050§1.8电子效应、立体效应、主客效应电子效应1.诱导效应Inductiveeffect给电子+I

效应；吸电子的，-I效应；沿着键轴传递2.场效应fieldeffect3.共轭效应conjugationeffect5151

原子或基团的吸电子能力顺序如下：

吸电子诱导效应（-I）：

供电子诱导效应（+I）：5252共轭：conjugation535354545555立体效应stericeffect溶剂与溶剂效应：最常见的主客效应host-guesteffect溶剂质子性溶剂protonicsolvent(氢键）非质子性溶剂nonprotonicsolvent极性溶剂polarsolvent,dielectricconstant≥15溶剂效应solventeffect溶剂化solvation溶剂效应实例：HCl气体在水中与苯中的酸性强弱56561.9有机反应分类极性反应polarreaction,离子型反应自由基反应freeradicalreaction5757协同反应：新建的生成与旧键的断裂同时进行常见的反应类型：SubstitutionreactionAdditionreactionEliminationreactionRearrangementreactionOxidation/Reductionreaction58581.10常见的符号多步连续反应可逆反应等同于反应后构型反转一对电子转移一个电子转移59591.11有机化学的研究内容

1．重要的基础课医药、有机化工、精细化工、高分子材料、化学纤维、新材料、新能源、环保、食品、营养、国防、生物工程等等2．边缘科学、交叉科学生物化学、天然产物化学、金属有机化学、食品化