华南理工大学本科生有机化学

1、1会计学华南理工大学本科生有机化学华南理工大学本科生有机化学 (4) 键的极性和诱导效应1.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型1.5 分子间相互作用力1.5.1 偶极-偶极相互作用1.5.2 van der Waals 力1.5.3 氢键1.6 酸碱的概念1.6.1 Brnsted 酸碱理论1.6.2 Lewis 酸碱理论1.6.3 硬软酸碱原理1.7 有机化合物的分类1.8 有机化合物的研究程序第1页/共38页1.1 有机化合物和有机化学 有机化合物的组成 基本元素：C 其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等有机化合物为碳氢化合物及其衍生物有机化学是研究 C 化合物的化学

2、 有机化合物 性质的变化规律性质有机反应结构与反应性之间的关系 组成结构 有机化学的研究内容： 第2页/共38页1.3 分子结构和结构式分子(molecules): 组成的原子 一定的排列顺序 相互影响相互作用 结合的整体分子结构 原子排列的顺序和相互作用1.2 有机化合物的特性分子式 表示组成分子的原子种类和数目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇二甲醚第3页/共38页分子结构式 表示分子中原子连接的顺序表示方式：短线式缩简式键线式CH3CH2CH2CH3CHHHHO第4页/共38页1.4 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 1.4.1 共

3、价键的形成离子键的形成： 一个或更多的电子从一个原子转移到另一个原子形成离子时产生的键。 它是带有相反电荷的质体间的吸引力。Na (气气)Na(气气) + eCl(气气) + eCl(气气)Na (气气)+ Cl(气气)Na Cl(气气)第5页/共38页 共价键的形成： 由两个原子间共用一对电子产生的化学键C4 H+CHHHHCHHHH价键式Lewis 结构式八隅体规则最外层电子： H 2 电子其它原子 8 电子类似于氖的稳定结构乙烯：CHHCHHC CHHHH乙炔：CHC HH C C H第6页/共38页(1) 价键理论 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 (2)

4、轨道杂化C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基态时的电子构型：HH+HH=氢原子 轨道交盖 氢分子图1.1 氢原子的 s 轨道交盖形成氢分子第7页/共38页杂化轨道理论:基态2p2s1s激发态2p2s1ssp3 杂化态1ssp3杂化杂化：混合后再重新分配能量相等(a) 碳原子轨道的sp3杂化(b) 碳原子轨道的sp2杂化(c) 碳原子轨道的sp杂化电子跃迁有机化合物的结构特征：C原子为4价第8页/共38页共价键 键长/nm共价键键长/nmC CC HC NC O0.1540.1090.1470.143C C lC BrC CC C0.1770.1910.1340.120表

5、1.1 一些共价键的键长成键原子的原子核间的平均距离(3) 分子轨道理论1.4.2 共价键的属性（1）键长第9页/共38页(2) 键能 键能反映了共价键的强度，键能越大则键越牢固。表1.2 一些共价键的键能共价键键能/kJmol-1共价键键能/kJmol-1C CC HC NC OC F347414305360485C ClC BrC CC CC I339285218611837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： 第10页/共38页(3) 键角 键角：键与键之间的夹角。 CHHHH109.5O104C O121118HH甲烷 乙醚 甲醛键角反映了分子的空间结构

6、(4) 键的极性和诱导效应共价键的类型： 非极性共价键： 两个相同的原子成键, 电子云对称分 布在两个原子之间。 H HCl Cl第11页/共38页极性共价键: 不同的原子成键时，由于原子的电负性 不同，使电负性较强原子一端的电子云密度较大。H Cl共价键的极性大小是用偶极矩()来度量的。 = q.dq: 电荷d: 正负电荷之间的距离:单位为Cm (库仑米) = 3.57 10-30 Cm H Cl第12页/共38页 诱导效应： 由于分子内成键原子或基团的电负性不同而引起分子内成键电子云向电负性较大(或电负性较小)的原子团方向偏移的电子效应，就称为诱导效应( I )。 这种影响沿分子链静电诱导

7、地传递下去：C H3CH2C H2C H2C l1234（-I） 诱导效应产生的原因成键原子的电负性不同。 诱导效应的传递逐渐减弱,传递不超过五个原子。 CH3 CH2 CH2 CH2 O（+I）第13页/共38页底物 试剂 产物 溶剂CCl4C C+ Br BrC CBr Br1.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型 有机反应：反应物第14页/共38页共价键断裂的方式： 异裂： 均裂： R LR +L自由基 C LC+ LC + L碳正离子 碳负离子 有机反应活性中间体： 碳正离子、碳负离子、自由基 第15页/共38页1.5 分子间相互作用力 1.5.1 偶极偶极相互作用偶极偶极相互作用：

8、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。-HCl HCl -HCl ClH 极性分子之间的一种相互作用 第16页/共38页-1.5.2 van der Waals 力非极性分子之间存在的吸引力van der Waals (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。1.5.3 氢键H Y(Y: N,O,F等等 原原 子子 ) )Y: 电负性很强，原子半径较小第17页/共38页H3COHOCH3H 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 van der Waals力 第18页/共38页1.6 酸碱的

9、概念1.6.1 Brnsted 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。H2O+NH3.OHNH4+CH3COOHNH3.CH3COONH4OHNH2ONH3酸碱共轭酸共轭碱第19页/共38页有机酸特征含有活性氢官能团，官能团 中含有电负性大的O、N原子 与氢相连。如： CH3COOH、ArOH、ROH强酸的共轭碱是弱碱： H2SO4HSO4+ H+强酸 弱碱弱酸的共轭碱是强碱： CH3COOHCH3COO + H+弱酸 强碱第20页/共38页 勃朗斯台特酸都是Lewis酸的一部分； 勃朗斯台特碱就是Lewis碱。有机碱特征含有孤电子对饱和O、N

10、原子 官能团。如：+C H3C H2O C H2C H3+H IC H3C H2O C H2C H3 IHC H3C H2O HH2SO4C H3C H2O H2 H SO4C H3C H2N H2C H3C O O HC H3C O O N H3C H2C H3.ROH、RNH2、RC NH2O有些有机物既是酸也是碱：第21页/共38页1.6.2 Lewis酸碱电子酸碱理论 Lewis酸碱定义： 能接受电子对的分子或离子为酸。 能给出电子对的分子或离子为碱。Lewis酸碱特点： Lewis酸一定是含有空轨道原子的分子或 离子。如：AlCl3 。 Lewis碱一定是含有孤电子对原子的分子 或离

11、子。如：ROR 。+CH3CH2CH3CH2OAlCl3CH3CH2OCH3CH2.AlCl3第22页/共38页H+ Li+ Na+ K+ M g2+ Ca2+ Al3+BF3 AlCl3 SO3 CO2HX1.6.3 硬软酸碱原理 硬酸接受电子的受体原子较小，带正 电荷程度高，对外层电子抓得 紧；硬酸价电子层没未共用电子 对。例如：+CH3CH2CH3CH2OCH3CH2OCH3CH2.BF3BF3ROH+ROH第23页/共38页软酸接受电子的受体原子较大，带正电 荷程度弱，对外层电子抓得松；软 酸价电子层有未共用电子对。例：R X 、 Cu+ 、 Br+ 、 Br Br.硬碱给出电子的原子

12、电负性高，可极化 性小，对外层电子抓得紧。如：O H 、 F （ Br不 为 硬 碱 ） 、 N H3、 R O H软碱给出电子的原子电负性低，可极化 性大，对外层电子抓得松。如：CN、 SH、 RSH第24页/共38页硬酸硬碱外层电子抓得紧 软酸软碱外层电子抓得松 “硬”、“软” 是用来描述酸碱抓电子的松紧程度。第25页/共38页 酸碱结合成络合物的稳定规律： 硬亲硬，软亲软 都得稳定化合物。Cu+CNCuCN软酸 软碱 （稳定） H+OHH2O硬酸 硬碱 （稳定） H+CNHCN硬酸 软碱 （不稳定） 第26页/共38页1.7 有机化合物的分类 1.7.1 按碳架分类有机化合物(1) 开链

13、化合物(脂肪族化合物) C原子连接成链状 (2) 脂环(族)化合物 C原子连接成环状 (3) 芳香族化合物 含有芳环结构 (4) 杂环化合物 含有由C原子和其它原子(如 O, N,S)连接成环的化合物第27页/共38页CH3CH3CH3CH2CH CH2CH3C CHCH3CH2OH开链化合物： 脂环化合物：OH环己烷 环戊二烯 环辛烯 环己醇 芳香族化合物： OHCl苯 萘 苯酚 氯苯 杂环化合物： 四氢呋喃 噻吩 吡啶 糠醛 SONOCHO第28页/共38页1.7.2 按官能团分类容易发生反应的原子或基团称为官能团。 化合物类型 化合物 官能团构造 官能团名称烯烯 烃烃炔炔 烃烃卤卤 代代

14、 烃烃醇醇 和和 酚酚醚醚醛醛酮酮羧羧 酸酸腈腈胺胺硝硝 基基 化化 合合 物物硫硫 醇醇磺磺 酸酸H2C CH2HC CHCH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5O C2H5CH3C HOCH3C CH3OCH3C OHOCH3C NCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HC CC CXOHC O CC HOCOC OHOC NNH2NO2SHSO3H碳碳 碳碳 双双 键键碳碳 碳碳 三三 键键卤卤 基基 ( (卤卤 原原 子子 ) )羟羟 基基醚醚 键键醛醛 基基酮酮 基基 ( (羰羰 基基 ) )羧羧 基基氰氰 基基氨氨 基基硝硝 基基巯巯 基基磺磺 基基第29页/共38页

15、本章小结：1、碳原子不同杂化轨道的空间分布和电负性 SP3杂化轨道在空间分布是以碳原子为中 心，四个轨道指向正四面体四个顶点； SP2杂化轨道在空间分布是以碳原子为中 心，三个轨道共在一个平面，对称 轴之 间的夹角为120。； SP杂化轨道在空间分布是以碳原子为中 心，两个轨道对称轴之间的夹角为180。 不同杂化碳原子的电负性（吸电子能力） 由大到小是：SP杂化碳SP2杂化碳SP3 杂化碳。第30页/共38页2、诱导效应： 给电子诱导效应（+I效应）分子内成键 原子的电负性不同而引起分子中电子云向电子少 的原子偏移，并且沿分子链诱导传递的原子间 相互影响的电子效应。 吸电子诱导效应(-I效应)

16、分子内成键原子 的电负性不同而引起分子中电子云向电负性大的 原子偏移，并且沿分子链诱导传递的原子间相互 影响的电子效应。 诱导效应产生的原因：成键原子的电负性不同。3、酸和碱的定义： Lewis酸能接受电子对的分子或离子。 Lewis碱能给出电子对的分子或离子。第31页/共38页(4) 键的极性和诱导效应1.4.3 共价键的断裂和有机反应的类型1.5 分子间相互作用力1.5.1 偶极-偶极相互作用1.5.2 van der Waals 力1.5.3 氢键1.6 酸碱的概念1.6.1 Brnsted 酸碱理论1.6.2 Lewis 酸碱理论1.6.3 硬软酸碱原理1.7 有机化合物的分类1.8

17、有机化合物的研究程序第32页/共38页1.1 有机化合物和有机化学 有机化合物的组成 基本元素：C 其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等有机化合物为碳氢化合物及其衍生物有机化学是研究 C 化合物的化学 有机化合物 性质的变化规律性质有机反应结构与反应性之间的关系 组成结构 有机化学的研究内容： 第33页/共38页杂化轨道理论:基态2p2s1s激发态2p2s1ssp3 杂化态1ssp3杂化杂化：混合后再重新分配能量相等(a) 碳原子轨道的sp3杂化(b) 碳原子轨道的sp2杂化(c) 碳原子轨道的sp杂化电子跃迁有机化合物的结构特征：C原子为4价第34页/共38页共价键 键长/nm共价键键长/nmC CC HC NC O0.1540.1090.1470.143C C lC BrC CC C0.1770.1910.1340.120表1.1 一些共价键的键长成键原子的原子核间的平均距离(3) 分子轨道理论1.4.2 共价键的属性（1）键长第35页/共38页 诱导效应： 由于分子内成键原子或基团的电负性不同而引起分子内成键电子云向电负性较大(或电负性较小)的原子团方向偏移的电子效应，就称为诱导效应( I )。 这