1、有机化合物的结构个性质.ppt

1、第一章 有机化合物的结构和性质,主讲人：赵宇 办公室：化学化工学院 1-302,有机化学 Organic Chemistry,教材:徐寿昌 主编 高等教育出版社,Organic_chemistry_密码：666666,1806年贝采利乌斯（Berzelius）首先提出(有机化学)名词 有机化学奠基于18世纪中叶 生命力学说 1828年维勒在实验室由氰酸铵(NH4OCN)合成尿素(NH2CONH2),促进了有机化合物的人工合成:,第一章 有机化合物的结构和性质,1.1 有机化合物和有机化学,一.有机化学的发展,1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏赛罗(M.berthelot) 合成油脂

2、类化合物等。,19世纪下半叶,有机化学工业时代,20世纪初开始建立了以煤焦油（P120）为原料合成染料、药物和炸药为主的有机化学工业. 20世纪40年代石油化工时代，以石油和天然气为主要原料的有机化学工业,特别是生产合成纤维 、合成橡胶 、合成树脂和塑料为主的有机合成材料工业. 乙烯、丙烯、丁烯、苯、甲苯、二甲苯、甲烷,二.有机化学的定义,有机化学就是研究含碳化合物的化学. 简单的碳化合物，如CO、CO2、CS2、HCN等通常被看做无机化合物, 绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和 磷等少数元素组成,但种类繁多。 碳元素:核外电子排布 1s22s22p2 碳的同素异形体: (1)石墨 (

3、2)金刚石 (3)足球烯 （富勒烯）（C60/C70）,1.2 有机化合物的特点,石墨的晶体结构 (SP2),金刚石的晶体结构( SP3),分子式相同而结构相异因而其性质也各异的不同化合物,称为同分异构体,这种现象叫同分异构现象. 例1:乙醇和二甲醚 CH3CH2-OH, CH3-O-CH3 例2:丁烷和异丁烷 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3 CH3,1.2.1 有机化合物结构上的主要特点:同分异构现象,一.同分异构现象, 碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多,它的同分异构体也越多.如: C7H16的同分异构体数 9 个. C8H18的同分异构体数可达18个. C10H22的同分异

4、构体数可达75个. 丁烷和异丁烷异构,只是分子中各原子间相互结合的顺序不同而引起的,只是构造不同而导致的异构现象,又叫做构造异构现象. 此外,有机化合物还可由于构型（顺、反；Z、E；R、S）和构象不同而造成异构现象.,二. 构造异构现象,与无机物,无机盐相比,有机化合物一般有以下特点: (1) 大多数有机化合物可以燃烧(如汽油). (2) 一般有机化合物热稳定性较差,易受热分解. 许多有机化合物在200300时就逐渐分解. (3) 许多有机化合物在常温下为气体 、液体. 常温下为固体的有机化合物,其熔点一般也很低,一 般很少超过300,因为有机化合物晶体一般是由较 弱的分子间力维持所致.,1.

5、2.2 有机化合物性质上的特点,(4) 一般有机化合物的极性较弱或没有极性. 水是极性强,介电常数很大的液体,一般有机物难溶于水或不溶于水.而易溶于某些有机溶剂(苯、乙醚、丙酮 、石油醚).但一些极性强的有机物,如低级醇 、羧酸 、磺酸等也溶于水. (5) 有机物的反应多数不是离子反应,而是分子间的反应.除自由基型反应外,大多数反应需要一定的时间. 为加速反应,往往需要加热、加催化剂或光照等手段来增加分子动能、降低活化能或改变反应历程来缩短反应时间. (6) 有机反应往往不是单一反应.(主反应和副反应)., 碳元素:核外电子排布 1S22S22P2,不易获得或失去价电子,易形成共价键.在有机化

6、合物中，所有的碳都是4价！ (1) 路易斯结构式: 用共用电子的点来表示共价键的结构式. (2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键.,路易斯结构式,凯库勒结构式,1.3 有机化合物中的共价键,C + 4H C H,H ,H,H,C,H,H,H,H,例2：苯的构造式,路易斯式,短线式,键线式,缩简式,（1）价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖)或电子(自旋相反)配对的结果。 （2）共价键具有饱和性一个未成对的电子既经配对成键,就不能与其它未成对电子偶合. （3）共价键具有方向性(最大重叠原理):两个电子的原子轨道的重叠部分越大,形成的共价键就越牢固.,1.4 共价键理论:,共价键具有方

7、向性(最大重叠原理):,2p,1s,y,x,1s,2p,y,x,（a）x轴方向结合成键,（b）非x轴方向重叠较小不能形成键,1.4.1 共价键的形成,描述共价键的两种理论： 价键理论：定域的观点，形象直观，常用于描述非共轭体系。（成键电子处于成键原子之间） 分子轨道理论：离域的观点，常用于描述共轭体系。（分子轨道理论主要用来处理p电子或电子 ） 将价键理论和分子轨道理论结合起来，可以较好地说明有机分子的结构。,H2的形成成键电子处于成键原子之间。,CH4、C2H4、C2H2的形成杂化轨道的概念：,1.4.2 杂化轨道理论,碳原子基态的电子构型,2p 2s 1s ,一个2s电子激发至能量较高的2

8、pz空轨道只需要402 kJ/mol,能 量,2p 2s 1s , ,基态,激发态,sp3杂化态,碳原子2s电子的激发和sp3杂化,这四个sp3杂化轨道的能量是相等的,每一轨道相等于 1/4 s成分,3/4 p成分.,sp3杂化轨道的图形,(1)键长形成共价键的两个原子的原子核之间的距离. (不同化合物中同一类型的共价键也可能稍有不同,平均键长) (2)键角(方向性)任何一个两价以上的原子,与其它原子所形成的两个共价键之间的夹角. (3)键能 气态原子A和气态原子B结合成A-B分子(气态)所放出的能量,也就是气态分子A-B理解成A和B两个原子(气态)时所吸收的能量. 泛指多原子分子中几个同类型

9、键的离解能的平均值. 离解能一个共价键离解所需的能量.指离解特定共价键的键能.,1.4.3 有机化合物中共价键的性质,键的极性和极化性 电负性一个元素吸引电子的能力。,键的极性 键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的，例如：,一般地： 成键原子电负性差大于1.7，形成离子键； 成键原子电负性差为0.51.6，形成极性共价键。,(4)键的极性和元素的电负性,部分负电荷（-）,部分正电荷（+）,诱导效应,偶极矩正电中心或负电中心的电荷与两个电荷中心之间的距离d的乘积. (方向性:正到负,一般用符号 表示。 qd (D,德拜) 在两原子组成的分子中，键的极性就是分子的极性，键的偶极矩就是分子的偶

10、极矩。,HCl CH3Cl HCCH,=1.03D,=1.87D,=0,分子的极性,键的极性可引起分子的极性，分子的偶极矩等于键的偶极矩的矢量和。例如：,分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。,发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。 均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团自由基。 有自由基参与的反应叫做自由基反应或均裂反应。,均 裂,断键方式与反应类型,1.5 共价键的断裂-均裂与异裂,异裂,发生异裂的反应条件是有催化剂、酸、碱、强的极性介质存在。 异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子。 发生共价键异裂的反应，叫做离子型反应或异裂反应。,协同反应：,反应经环状过

11、渡态，旧键的断裂和新键的生成同时进行。,例：,凡是能给出质子的叫酸,凡是能与质子结合的叫碱.在有机化学中的酸碱一般指此类. HCl Cl- (共轭酸碱) HSO4- (既是酸,也是碱),1.6 有机化学中的酸碱概念,1.6.1 布伦斯特和路易斯酸碱定义,(1) 布伦斯特(B)酸碱,强酸的共轭碱必是弱碱（如：HCl和Cl-） 弱酸（CH3COOH）的共轭碱是强碱（CH3COO -） 酸碱的概念是相对的：如HSO4-,凡是能接受外来电子对的都叫做酸,凡是能给予电子对的都叫做碱.,(2)路易斯(L)酸碱,亲电试剂,常见的亲电试剂： H+、Cl+、Br+、SO3、BF3、AlCl3、+NO2等 亲电试

12、剂的特点：有正电荷或空轨道。 亲电试剂在进行化学反应时，进攻反应对象的负电中心。 由亲电试剂首先进攻的反应称为亲电反应。,对电子有亲合力的试剂是亲电试剂。例如：,亲核试剂,对碳原子核有亲合力的试剂是亲核试剂。例如：,常见的亲核试剂： OH-、NH2-、CN-、CH3COO-、H2O、NH3等。 亲核试剂的特点： 有负电荷或孤对电子。 亲核试剂在进行化学反应时进攻反应对象的正电中心。 由亲核试剂首先进攻的反应称为亲核反应。,(1) 酸的强弱 HA + H2O H3O+ + A- Keq = H3O+ A-/HAH2O 在稀水溶液中: Ka=KeqH2O=H3O+ A-/HA Ka 为酸性常数. 一般以 Ka 值的负对数 pKa 来表示酸的强弱. pKa = -lgKa pKa值越低酸性越强.,1.6.2 酸碱的强弱和酸碱反应,在有机化学中关于酸碱的强弱一般也是指布伦斯特 定义的酸碱.,(1) 开链族化合物(脂肪族化合物): 正丁烷, 异丁烷 (2) 碳环族化合物 A:脂环族化合物: 环戊烷, 环己烷 B:芳香族化合物: 苯, 萘 (3)