精编有机化学教程.ppt

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1、 1.无机化学无机化学 武汉大学主编武汉大学主编 2.有机化学有机化学 曾昭琼主编曾昭琼主编 3.基础有化学基础有化学 邢其毅主编邢其毅主编 4.有机化学有机化学 高鸿宾主编高鸿宾主编 第一节第一节 有机化学的发展及有机化合物的特点有机化学的发展及有机化合物的特点 第二节第二节 有机化合物的结构有机化合物的结构 第三节第三节 有机化合物的分类有机化合物的分类 第四节第四节 有机化学反应机理有机化学反应机理 第五节第五节 有机化学的学习目的与要求有机化学的学习目的与要求 18世纪初期科学家已能分离提取一些有机化学物，如：世纪初期科学家已能分离提取一些有机化学物，如：酒石酸，甘油等。但不能合成有机

2、物，也不能从无机物制酒石酸，甘油等。但不能合成有机物，也不能从无机物制备有机物。加上迷信思想的影响，人们认为只有生命物才备有机物。加上迷信思想的影响，人们认为只有生命物才能制造有机物，所以将这类物质叫有机物，即有生命的意能制造有机物，所以将这类物质叫有机物，即有生命的意思。思。 1828年年 韦勒加热无机物氰酸铵得到有机物尿素，动韦勒加热无机物氰酸铵得到有机物尿素，动摇了摇了“生命力生命力”学说。学说。 今天无机物和有机物之间可以相互转化了但依然沿用今天无机物和有机物之间可以相互转化了但依然沿用当初的概念：有机化学。当初的概念：有机化学。 有机化学：研究有机化合物的化学。有机化学：研究有机化合

3、物的化学。 有机化学物：含碳的化合物，但一氧化碳二氧化碳，碳酸有机化学物：含碳的化合物，但一氧化碳二氧化碳，碳酸盐，金属氰化物等除外。盐，金属氰化物等除外。 （1）有机化合物种类多）有机化合物种类多 同分异构：分子式相同，结构不相同的化合物称为同分同分异构：分子式相同，结构不相同的化合物称为同分异构体。异构体。 （2）大多数有机化学物易于燃烧）大多数有机化学物易于燃烧 CCl4能灭火，白磷能自然。能灭火，白磷能自然。 （3）大多数有机化合物的熔点较低）大多数有机化合物的熔点较低 （4）一般有机化合物难溶于水，易溶于有机溶剂）一般有机化合物难溶于水，易溶于有机溶剂 酒精，乙酸易溶于水。酒精，乙酸

4、易溶于水。 （5）反应速度慢且副反应多）反应速度慢且副反应多 三层含义：构造，构型，构象。三层含义：构造，构型，构象。 （1）构造：指分子中原子间相互连接的次序和方式，亦）构造：指分子中原子间相互连接的次序和方式，亦即分子中何种原子与何种原子直接相连，以及以何种方式即分子中何种原子与何种原子直接相连，以及以何种方式键合（单键，双键和三键）在一起。键合（单键，双键和三键）在一起。 （2）构型：指分子中原子在空间的（连接方式）分布，）构型：指分子中原子在空间的（连接方式）分布，即位置。即位置。 （3）构象：指有一定构造的分子通过单键的旋转，形成）构象：指有一定构造的分子通过单键的旋转，形成个原子或

5、原子团在空间的种种排布。个原子或原子团在空间的种种排布。 构造式：表示有机化合物构造的化学式。构造式：表示有机化合物构造的化学式。 表示：凯库勒式，键线式，路易斯式（电子式）。表示：凯库勒式，键线式，路易斯式（电子式）。名称名称凯库勒式凯库勒式键线式键线式路易斯式路易斯式展开式展开式缩写式缩写式丙烷丙烷 CH3CH2CH3丙烯丙烯 CH3CH=CH2 丙炔丙炔乙醇乙醇 CH3CH2OHCCCHHHHHHHHCHHHCCHHHCCCHHHHH3CCCHCCHHHHOHHOH.H C C C HHH HHH H.H C CC HHHHH.H C CC HHH.H C C O HHH HH 化学键是

6、指分子中直接相连的原子之间的作用力。有机物化学键是指分子中直接相连的原子之间的作用力。有机物分子中常见的化学键有共价键、配价键和离子键。分子中常见的化学键有共价键、配价键和离子键。 共价键是指分子中直接相连的原子之间通过共用电子对而共价键是指分子中直接相连的原子之间通过共用电子对而形成的化学键。例如甲烷形成的化学键。例如甲烷(CH4)、乙烯、乙烯(CH2=CH2)和乙和乙炔炔(HCCH)分子中的键都是共价键。共价键是有机物分分子中的键都是共价键。共价键是有机物分子的主要成键类型。子的主要成键类型。 配价键是一种特殊的共价键，是指共用电子对来自一个成配价键是一种特殊的共价键，是指共用电子对来自一

7、个成键原子的共价键。键原子的共价键。 如四甲基铵正离子如四甲基铵正离子(CH3)4N+中，四个碳氮键中有一个是中，四个碳氮键中有一个是配价键，其共用电子对出自氮原子。配价键，其共用电子对出自氮原子。 离子键是指最外层电子数达到稳定电子层结构的两个正负离子键是指最外层电子数达到稳定电子层结构的两个正负离子相互作用而成的化学键。离子相互作用而成的化学键。 如乙酸钠如乙酸钠(CH3COO Na+)分子中乙酸根与钠之间的化学分子中乙酸根与钠之间的化学键就是离子键。键就是离子键。 共价键是有机化合物分子中最普遍的一种典型键，共价键是有机化合物分子中最普遍的一种典型键， 价键理论认为共价键有饱和性和方向性

8、。价键理论认为共价键有饱和性和方向性。 （1） 共价键的饱和性共价键的饱和性 一个原子有几个单电子，便可和几个自旋相反的电子一个原子有几个单电子，便可和几个自旋相反的电子配对成键。例如：配对成键。例如：H原子的电子和另一原子的电子和另一H原子的自旋相反原子的自旋相反的电子配对后，形成的电子配对后，形成H2，H2则不能再与第三个原子配对则不能再与第三个原子配对了，所以不可能有了，所以不可能有H3生成。也就是说，未成对电子成对了，生成。也就是说，未成对电子成对了，就饱和了。就饱和了。 （2）共价键的方向性）共价键的方向性 原子轨道在空间是有一定取向的，除原子轨道在空间是有一定取向的，除s轨道成球形

9、对称之轨道成球形对称之外。其他外。其他p，d，f轨道都有着一定的空间伸展方向。因此，轨道都有着一定的空间伸展方向。因此，为了形成稳定的共价键，原子轨道的重叠只有沿着一定的为了形成稳定的共价键，原子轨道的重叠只有沿着一定的方向进行（方向进行（s轨道除外），才可能达到最大限度的重叠，轨道除外），才可能达到最大限度的重叠，使生成的分子的能量变得最低，形成稳定的分子。使生成的分子的能量变得最低，形成稳定的分子。 例例1（以甲烷为例）（以甲烷为例） 在甲烷分子中，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子在甲烷分子中，碳原子位于正四面体的中心，四个氢原子分别位于其四个角顶上，键角分别位于其四个角顶上，键角 H

10、CH为为10928。 而碳原子的电子构型为：而碳原子的电子构型为：1S22S22Px12Py1，如果以此状，如果以此状态与四个氢原子成键，则与甲烷的上述结构不相符合。态与四个氢原子成键，则与甲烷的上述结构不相符合。 价键法认为，通过激发将一个电子由价键法认为，通过激发将一个电子由2s跃迁到跃迁到2px轨道，轨道，然后使一个然后使一个2s轨道和三个轨道和三个2p轨道轨道“杂化杂化”，得到四个等，得到四个等同的、轨道对称轴彼此之间夹角为同的、轨道对称轴彼此之间夹角为10928 的的sp3杂化轨杂化轨道；四个道；四个sp3杂化轨道各与氢原子的杂化轨道各与氢原子的1s轨道重叠，形成四轨道重叠，形成四个

11、碳氢个碳氢 键。这就阐明了甲烷的分子结构（图键。这就阐明了甲烷的分子结构（图1-2）。）。图图1-2 甲烷分子的成键情况甲烷分子的成键情况 (a. sp3杂化轨道；杂化轨道；b. 甲烷中甲烷中CH 键键)图图1-3 烷烃分子中的烷烃分子中的 键键 (a. CH 键；键； b. CC 键键)在其他烷烃分子中，除碳氢在其他烷烃分子中，除碳氢 键外，还有碳碳键外，还有碳碳 键（图键（图1-3）(a) (b) 例例2（以乙烯为例）（以乙烯为例） 在乙烯分子中，两个碳原子和四个氢原子均在一个平面内，在乙烯分子中，两个碳原子和四个氢原子均在一个平面内，键角键角 HCH及及 HCC都是都是120 。 价键法

12、认为，通过电子的激发和跃迁，碳原子的电子构型价键法认为，通过电子的激发和跃迁，碳原子的电子构型可变成可变成1S22S12Px12Py12Pz1，然后一个，然后一个2s轨道和两个轨道和两个2p轨道（轨道（2px和和2py）杂化成三个等同的、轨道对称轴彼此之）杂化成三个等同的、轨道对称轴彼此之间夹角为间夹角为120 的的sp2杂化轨道；两个碳原子以杂化轨道；两个碳原子以sp2杂化轨道杂化轨道互相重叠形成一个碳碳互相重叠形成一个碳碳 键，并以键，并以sp2杂化轨道分别与氢原杂化轨道分别与氢原子的子的1s轨道重叠形成四个碳氢轨道重叠形成四个碳氢 键；两个碳原子各剩下的键；两个碳原子各剩下的一个垂直六原

13、子所在平面的一个垂直六原子所在平面的2pz轨道彼此肩并肩重叠，形轨道彼此肩并肩重叠，形成一个碳碳成一个碳碳 键（图键（图1-4）。）。 图图1-4 乙烯分子的成键情况乙烯分子的成键情况 (a. 五个五个 键；键； b. 一个一个 键键)（a） （b） 例例3（以乙炔为例）（以乙炔为例） 在乙炔分子中，两个碳原子和两个氢原子在一条直线上，在乙炔分子中，两个碳原子和两个氢原子在一条直线上，键角键角 HCC为为180 。 价键法认为，通过电子的激发和跃迁，碳原子的电子构型价键法认为，通过电子的激发和跃迁，碳原子的电子构型变成变成1S22S12Px12Py12Pz1，然后一个，然后一个2s轨道和一个轨

14、道和一个2px轨道杂化成两个等同的、轨道对称轴夹角为轨道杂化成两个等同的、轨道对称轴夹角为180的的sp杂杂化轨道；两个碳原子以化轨道；两个碳原子以sp杂化轨道互相重叠形成一个碳碳杂化轨道互相重叠形成一个碳碳 键，并以键，并以sp杂化轨道分别与氢原子的杂化轨道分别与氢原子的1s轨道重叠形成两轨道重叠形成两个碳氢个碳氢 键；两个碳原子各剩下的两个相互垂直，又都垂键；两个碳原子各剩下的两个相互垂直，又都垂直于分子所在直线的直于分子所在直线的2py和和2pz轨道，彼此肩并肩重叠，轨道，彼此肩并肩重叠，形成两个碳碳形成两个碳碳 键（图键（图1-5）：）： 图图1-5 乙炔分子的成键情况乙炔分子的成键情

15、况 (a. 三个三个 键；键； b. 两个两个 键键)（a） （b） 共价键的属性通常指键长、键角、键能和键的极性等。共价键的属性通常指键长、键角、键能和键的极性等。 （1）键长）键长 键长：是指成键两原子核之间的平衡距离，它与成键原子键长：是指成键两原子核之间的平衡距离，它与成键原子的半径有关的半径有关 。 同一类型的共价键的键长在不同的化合物可能稍有差别。同一类型的共价键的键长在不同的化合物可能稍有差别。 （2）键能（）键能（E） 键能：是指某一种共价键形成时所放出的能量，或断裂时键能：是指某一种共价键形成时所放出的能量，或断裂时所吸收的能量的平均值。所吸收的能量的平均值。 离解能（离解能

16、（D）是指使）是指使1molA-B双原子分子（气态）共价键双原子分子（气态）共价键断裂形成原子（气态）时所吸收的能量。断裂形成原子（气态）时所吸收的能量。 二者的含义有所不同：气态的双原子分子的键能等于键离二者的含义有所不同：气态的双原子分子的键能等于键离解能，而多原子分子的键能与键离解能则有差别。例如，解能，而多原子分子的键能与键离解能则有差别。例如，甲烷四个碳氢键的离解能为：甲烷四个碳氢键的离解能为： D(CH3-H)= 435kJmol1， D(CH2-H)=444kJmol1， （3）键角）键角 键角：指在含三个原子以上的分子中键与键之间的夹角。键角：指在含三个原子以上的分子中键与键之间的夹角。键角的大小不但与中心原子的电子构型及杂化状态有关，键角的大小不但与中心原子的电子构型及杂化状态有关，而且还与所连的两个原子或基团的而且还与所连的两个原子或基团的Van der Waals半径有半径有关。关。Van der Waals半径是原子核中心至原子外沿间的距半径是原子核中心至原子外沿间的距离，是一个原子没有成键时的半径。离，是一个原子没有成键时的半径。 D(CH-H)=444kJm