天津大学有机化学第一节讲课课件.ppt

1、有机化学OrganicChemistry,一门博大精深，处于核心和主导地位的科学,第一章绪论,1.1有机化合物和有机化学1.2分子结构和结构式1.3共价键1.3.1共价键的形成1.3.2共价键的属性1.3.3共价键的断裂和有机反应的类型1.4分子间相互作用力1.4.1偶极-偶极相互作用1.4.2vanderWaals力1.4.3氢键1.5酸碱的概念1.5.1Brnsted酸碱理论1.5.2Lewis酸碱理论1.5.3硬软酸碱原理1.6有机化合物的分类1.6.1按碳架分类1.6.2按官能团分类,1.1有机化合物及有机化学,绝大多数有机化合物含有碳氢两种基本元素有机化合物：碳氢化合物及其衍生物,有

2、机物和无机物的区別,有机物和无机物的区別,有机物无机物,有机化学及研究内容,有机化学：是研究有机化合物结构、性质、相互转化与应用的一门科学,有机化学的重要性,衣：棉花、化纤、染料食：脂肪、碳水化合物、蛋白质、维生素、药物住：建材、油漆、涂料、清洁剂行：化妆品、汽油、纸、墨、网络、电脑、手机等,如何学好有机化学？1、培养兴趣：生动性、趣味性、丰富性、实用性2、别掉队:neverletyourselfgetbehind！环环相扣3、把握知识点：把知识点“网络化”4、及时独立作业：看懂真懂5、记录所学、所想：写机理、做合成,1.2分子结构与结构式,分子(molecules):由原子按一定排列顺序，相

3、互键合相互影响结合而成的整体。,这种排列顺序和相互作用关系称为分子结构(molecularstructures)。,分子性质不仅取决于组成分子的原子种类和数目（分子式），更重要取决于分子结构。,C2H6,分子的异构现象,分子式同为C2H6O两个化合物,乙醇,甲醚,分子式相同，结构不同的现象叫做同分异构。由原子之间键合次序不同而产生的异构现象叫构造异构，这在有机化学里非常普遍。随着组成分子的原子数目增加，构造异构体数目激增。例如：C4H10O就包含7种异构体。,分子结构的表示方式,短线式(dashformulas),缩简式(condensedformulas),键线式(bond-lineform

4、ulas),缩简式正规、键线式便捷,1.3共价键,共价键是有机化合物中典型的化学键。,1.3.1共价键的形成,离子键(ionicbonds)：成键电子完全归属于电负性大的原子。,共价键(covalentbonds)：由两个原子间共用一对或几对电子产生的化学键,(1)价键理论(valencebondtheory),共价键的形成：是成键原子的原子轨道(电子云)相互交盖的结果,交盖区域内的共用电子增加了其对成键原子核吸引，降低了体系能量。成键电子定域在两个原子核之间。,H,H,+,H,H,=,氢原子,氢原子的s轨道交盖形成氢分子,H2,轨道交盖,氢原子,氢分子,(2)轨道杂化,碳原子在基态时的价电子

5、构型：,(2)轨道杂化,碳原子在基态时的价电子构型：,碳原子的基态电子构型只能形成两个共价键，与实际上碳是四价的特征不符。,杂化轨道理论(hybridorbitaltheory),杂化：混合后再重新分配,原始的原子轨道(基态)激发态sp3杂化轨道,(a)sp3杂化,杂化轨道的形状,原始的原子轨道(基态)激发态sp3杂化轨道,杂化轨道,4个sp3杂化轨道指向四面体的顶点，夹角109.5o,(b)碳原子的sp2杂化,(b)碳原子的sp2杂化,府视图,(c)碳原子的sp杂化,(b)碳原子的sp杂化,(3)分子轨道理论(molecularorbitaltheory),分子轨道(MO)：由原子轨道线性组

6、合而成。,氢分子轨道形成示意图,成键电子在整个分子轨道中运动。,节面,反键轨道,成键轨道,氢原子形成氢分子的轨道能级图,分子轨道,原子轨道,原子轨道,原子轨道组成分子轨道的条件,能级相近交盖程度越大，形成的键越稳定对称性(位相)相同,原子轨道的交盖与对称性,+,+,-,x,y,x,y,+,-,+,1.3.2共价键的属性,(1)键长(bondlengths)：成键原子的原子核间的平均距离。同种共价键因受其它键的影响不同，长度并不一致。,(2)键能(bondenergy):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。,键能反映了共价键的强度，键能越大，则键越牢固。,BondLengt

7、hsandEnergies(kJ/mol)ofCommonlyChemicalBonds,BondLengthsandEnergies(kJ/mol)ofCommonlyChemicalBonds,(3)键角(Bondangles),键角：两价以上的原子在与其它原子成键时，键与键之间的夹角。,键角反映了分子的空间结构,(4)键的极性和诱导效应,共价键的类型：,两个相同的原子成键,电子云对称分布在两个原子之间，所形成的键叫做非极性共价键。,非极性共价键(nonpolarcovalentbonds)：,极性共价键(polarcovalentbonds):,电负性不同的原子成键时，电子云偏向电负性较

8、大原子一侧。,共价键的极性大小是用偶极矩()来度量的。,=q.d,q:电荷电量d:正负电荷之间的距离:单位为Cm(库仑米),=3.5710-30Cm,元素电负性(Electronegativity),分子偶极矩,双原子分子偶极矩共价键的偶极矩多原子分子偶极矩各个共价键偶极矩矢量和,0,每个CCl键的偶极矩,分子偶极矩,单个共价键的偶极矩,6.47x10-30C.m,3.28x10-30C.m,分子偶极矩,诱导效应(Inductiveeffect),由于分子内成键原子的电负性不同，而引起分子内电子云密度分布不均匀。这种影响沿分子链静电诱导地传递下去，这种分子内原子相互影响的电子效应诱导效应(I)

9、,诱导效应特点：沿饱和键链依次传递，沿不饱和键链交替传递诱导效应：随距离增加迅速衰减，超过4个化学键就可以忽略。,诱导效应(Inductiveeffect),诱导效应特点：沿饱和键链依次传递，沿不饱和键链交替传递诱导效应：随距离增加迅速衰减，超过4个化学键就可以忽略。,2.854.054.594.81,pKa:,1.3.3共价键的断裂和有机反应的类型,共价键断裂的方式：,有机反应的本质：旧键的断裂和新键的生成,均裂(homolyticbondcleavage),异裂(heterolyticbondcleavage),均裂(homolyticbondcleavage),自由基(radicals)

10、,自由基是有机反应活性中间体。经过自由基进行的反应叫做自由基反应。,异裂(heterolyticbondcleavage),碳正离子(carbocation),碳负离子(carbanion),碳正离子、碳负离子是有机反应活性中间体。；经过碳正离子、碳负离子进行的反应叫做离子型反应。,1.4分子间相互作用力,1.4.1偶极偶极相互作用,极性分子带部分正电荷的一端与另一个分子带部分负电荷的一端的静电吸引作用。,极性分子之间强的偶极作用导致其沸点较相近分子量的非极性分子高。例如：丙酮沸点58oC；丁烷：-0.5oC,1.4.2vanderWaals力,非极性分子之间存在的吸引力,vanderWaal

11、s(范德华)力：,瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引,1.4.3氢键(hydrogenbonds),Y:电负性很强，原子半径较小,两个甲醇分子之间形成的氢键：,分子间作用力大小顺序为：,氢键偶极-偶极吸引力vanderWaals力,1.5酸碱的概念,1.5.1Brnsted酸碱理论,Brnsted定义：,酸：给出质子的分子或离子碱：接受质子的分子或离子,共轭碱,共轭酸,(currency=proton),酸,碱,酸,碱,共轭酸与共轭碱,弱酸的共轭碱是强碱：,强酸的共轭碱是弱碱：,弱碱,强酸,弱酸,强碱,一些常见化合物的pKa值,一些常见化合物的pKa值续上表,1.5.2Lewis酸碱

12、理论,Lewis酸(Lewisacid)：能够接受未共用电子对的分子或离子,Lewis碱(Lewisbases)：能够给出电子对的分子或离子,(currency=electronpair),常见Lewis酸碱,Lewis碱：,Lewis酸：,酸碱复合物,1.5.3软硬酸碱原理,Pearson将Lewis酸碱分为：,硬酸：接受体的体积小，带正电荷多，价电子层没有未共用电子对.,软酸：接受体的原子体积大，带正电荷少，价电子层里有未共用电子对.,硬碱与软碱,硬碱：给予体的原子体积小，电负性高，可极化性低，不易被氧化,软碱：给予体的原子体积大，电负性低，可极化性高，易被氧化,软硬酸碱原理,硬酸硬碱,对

13、外层电子（价电子）束缚牢固,软酸软碱,对价电子束缚不牢,“硬”、“软”是用来描述酸碱抓电子的松紧程度。,“软亲软、硬亲硬”,H2SO4比H2SO3稳定,1.6有机化合物的分类,1.6.1按碳架分类,有机化合物,开链化合物(脂肪族化合物)(aliphaticcompounds),C原子连接成链状,(2)脂环(族)化合物(cycliccompounds),C原子连接成环状,(3)芳香族化合物(aromaticcompounds),含有芳环结构,(4)杂环化合物(heterocycliccompounds),含有由C原子和其它原子(如O,N,S)连接成环的化合物,1.6.1按碳架分类,开链化合物(脂

14、肪族化合物)(2)脂环(族)化合物(3)芳香族化合物(4)杂环化合物,乙烷,丁烯,丙炔,乙醇,1.6.1按碳架分类,开链化合物(脂肪族化合物)(2)脂环(族)化合物(3)芳香族化合物(4)杂环化合物,环己烷,环戊二烯,环辛烯,环己醇,1.6.1按碳架分类,开链化合物(脂肪族化合物)(2)脂环(族)化合物(3)芳香族化合物(4)杂环化合物,苯,萘,苯酚,氯苯,1.6.1按碳架分类,开链化合物(脂肪族化合物)(2)脂环(族)化合物(3)芳香族化合物(4)杂环化合物,噻吩,吡啶,糠醛,四氢呋喃,1.6.2按官能团分类,官能团(functionalgroups):容易发生反应的原子或基团,一些常见的重要官能团,化合物类型化合物官能团构造官能团名称,小结,1、了解有机化学重要性2、深刻理解电负性（诱导效应、氢键）、键长、键能电负性【决定反应类型与机理】，键能【决