第2节有机化合物的结构特点

1、激发杂化(线性组合)4个sp 杂化轨道33个sp2p轨道2个spp轨道(sp 杂化)3(sp 杂化)(sp杂化)2C:2s 2p22s轨道p轨道一、有机化合物中碳原子的成键特点一、有机化合物中碳原子的成键特点碳原子基态时的外层电子的分布：碳原子基态时的外层电子的分布：C：2S2 2Px1 2py1 2pz杂化：杂化：SP3、SP2、SP（1 1）SPSP3 3：S S轨道成分占四分之一，轨道成分占四分之一，P P轨道成分占轨道成分占四分之三。为四面体构型，键角为四分之三。为四面体构型，键角为1091092828/ /基 态激 发2S22P2SP3杂 化2S2P激 发 态SP3杂 化 轨 道基

2、态激 发2 S22 P2S P3杂 化2 S2 P激 发 态S P3杂 化 轨 道sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。甲烷及烷烃等甲烷及烷烃等饱和碳原子饱和碳原子构型构型原子在空间的排列方式。原子在空间的排列方式。（2）SP2：S轨道成分占三分之一，轨道成分占三分之一，P轨道成分占三轨道成分占三分之二。形状为平面三角形，键角分之二。形状为平面三角形，键角120基 态激 发2 S22 P2S P2杂 化S P2杂 化 轨 道P 轨 道2 S2 P激 发 态基 态激 发2 S22 P2S P2杂 化S P2杂 化 轨 道P 轨 道2 S2 P激 发 态

3、乙烯、烯烃、苯及芳香烃等双键碳原子乙烯、烯烃、苯及芳香烃等双键碳原子（3）SP：S、P轨道成分各占二分之一。为一直线轨道成分各占二分之一。为一直线形分子。键角形分子。键角180基 态激 发2S22P22S2P激 发 态S P 杂 化S P 杂 化 轨 道P 轨 道基 态激 发2 S22 P22 S2 P激 发 态S P 杂 化S P 杂 化 轨 道P 轨 道乙炔及炔烃等三键碳原子乙炔及炔烃等三键碳原子键：可以沿键轴旋转。键：可以沿键轴旋转。 电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。电子云沿键轴近似于圆柱形对称分布。 成键的两个成键的两个原子可以围绕键轴旋转，而不影响电子云的分布。原子可以围绕键轴旋转

4、，而不影响电子云的分布。键：不能沿键轴旋转。键：不能沿键轴旋转。 电子云分布在电子云分布在 键所在平面的上下两方，呈块键所在平面的上下两方，呈块 状状分布分布资料卡片资料卡片结构结构分子中原子间的排列次序，原子相互间分子中原子间的排列次序，原子相互间的立体位置、化学键的结合状态以及分子中电子的立体位置、化学键的结合状态以及分子中电子的分布状况等各项内容的总和。的分布状况等各项内容的总和。分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。子的结构。“结构决定性质，性质反映结构结构决定性质，性质反映结构”。构造（结构）构造（结构）分子中原子间分子中原子间

5、相互连接的顺序相互连接的顺序叫叫做分子的构造。做分子的构造。 分子式：只能反映分子中原子的种类和个数。分子式：只能反映分子中原子的种类和个数。电子式：比较直观，但书写比较麻烦。电子式：比较直观，但书写比较麻烦。结构式：把电子式中的一对共用电子对用一条结构式：把电子式中的一对共用电子对用一条“-”来来表示。表示。结构简式：把碳原子上所连接的相同原子进行合并，结构简式：把碳原子上所连接的相同原子进行合并，合并以后的个数写在该原子的右下方；省略单键。合并以后的个数写在该原子的右下方；省略单键。苯的构造式苯的构造式 CCCCCCHHHHHHCCCCCCHHHHHHCHCHCHCHCHCH或路易斯式路易

6、斯式结构式结构式键线式键线式结构简式结构简式2-甲基丙醇的表示方法：甲基丙醇的表示方法： H C C C O HH H HHH C HHHH-C-C-C-O-HHH HHHH-C-HHCH3CHCH2OHCH3(CH3)2CHCH2OH或OH路易斯式书写麻烦路易斯式书写麻烦结构式较麻烦结构式较麻烦结构简式较为常用结构简式较为常用键线式较为常用键线式较为常用分子式相同分子式相同, 结构不同的化合物称为同分异构体结构不同的化合物称为同分异构体, 也叫结构也叫结构异构体。异构体。二、有机化合物的同分异构现象二、有机化合物的同分异构现象同分 异构构造 异构碳链 （碳架） 异构官能 团位置异 构官能 团

7、异构互变 异构立体 异构构型 异构构象 异构顺反 异构光学 异构1、异构体的分类、异构体的分类包括：碳架异构、位置异构、官能团异构包括：碳架异构、位置异构、官能团异构戊烷有三种同分异构体戊烷有三种同分异构体烷烃的分子形状烷烃的分子形状正戊烷 异戊烷 新戊烷沸点(b.p) 36.127.99.5支链烷烃支链烷烃:相同相同C原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。原子的烷烃，支链愈多沸点愈低。 2、构造异构、构造异构(同分异构同分异构)：是指具有相同的分子式，：是指具有相同的分子式，但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。但由于分子中原子结合的顺序不同而产生的异构。3、同分异构体的种类及其书写规律、同分

8、异构体的种类及其书写规律: 碳链异构碳链异构: 指碳原子的连接次序不同引起的异构，指碳原子的连接次序不同引起的异构， 如如: 位置异构位置异构: 官能团的位置不同引起的异构官能团的位置不同引起的异构: 官能团异构官能团异构: 官能团不同引起的异构官能团不同引起的异构, 如如: 烯烃和环烷烃烯烃和环烷烃 书写方法书写方法: 碳链异构碳链异构位置异构位置异构官能团异构官能团异构COOH键线式：键线式：结构简式：结构简式：CH3CHCHCH2CH2CHCOOH CH3CH3CH3骨架式：骨架式：CCCCCCCOOH CCC练习练习例例1、写出化学式、写出化学式C4H10O的所有可能物质的结构的所有可

9、能物质的结构简式简式 C4H10O 类别异构类别异构 位置异构位置异构位置异构位置异构醇醇醚醚 碳链异构碳链异构碳链异构碳链异构 例题例题2: C11H16 的苯的同系物中的苯的同系物中, 只含有一个支链只含有一个支链, 且支链上且支链上含有两个含有两个“CH3”的结构有四种的结构有四种, 写出其结构简式写出其结构简式.伯碳：伯碳：与一个与一个C原子直接原子直接相连。相连。 仲碳：仲碳：与二个与二个C原子直接原子直接相连相连。 叔碳：叔碳：与三个与三个C原子直接相原子直接相连。连。 季碳：季碳： 与四个与四个C原子直接原子直接相连。相连。CH3CH2CH2CH2CH31。2。1。2。2。CH3

10、CCH3CH3CHCH3CH33。4。1。1。1。1。1。1、碳原子分类、碳原子分类知识回顾知识回顾同一碳原子上的氢原子是等效的。同一碳原子上的氢原子是等效的。同一碳原子上所连接甲基上的氢原子是等效的。同一碳原子上所连接甲基上的氢原子是等效的。处于同一面对称位置上的氢原子是等效的处于同一面对称位置上的氢原子是等效的。2、确定一元取代物的同分异构体的基本方法与技巧、确定一元取代物的同分异构体的基本方法与技巧(1)等同氢等同氢常见一元取代物只有一种的10个碳原子以内的烷烃CH3CH3CH4 CH3CH3-C-CH3 CH3例如：对称轴例如：对称轴CH3CH2CH2CH2CH3 CH3-CH2-CH

11、-CH2-CH3 CH2 CH3 CH3CH3 C CH2- CH3 CH3 aabbbbaa（2）对称技巧）对称技巧例例3、进行一氯取代后，只能生成进行一氯取代后，只能生成3种沸点不同的产种沸点不同的产物的烷烃是物的烷烃是-（ ）A、（、（CH3）2CHCH2CH2CH3 B、(CH3CH2)2CHCH3C、（、（CH3）2CHCH（CH3）2D、（、（CH3）3CCH2CH3A、 C CCCC C D、 C CCCC C D（3）转换技巧）转换技巧例例4、已知化学式为已知化学式为C12H12的物质的物质A的结构简式为的结构简式为 A苯环上的二溴代物有苯环上的二溴代物有9种同分异种同分异 构

12、体，以此推断构体，以此推断A苯环上的四溴代苯环上的四溴代 物的异构体数目有物的异构体数目有 -（ ） A.9种种 B. 10种种 C. 11种种 D. 12种种CH3CH3A例例5、式量为、式量为43的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原的烷基取代甲苯苯环上的一个氢原子，所得芳香烃产物的数目为子，所得芳香烃产物的数目为 （ ） A.3 B.4 C.5 D.6CH3 CHCH3D CH2 CH2CH3 C3H7 CH3 C3H7科学史话科学史话1874年荷兰化学家范特霍夫年荷兰化学家范特霍夫（J.H.vant Hoff，18521911）和法国化学家列别尔（和法国化学家列别尔（J.A.Le Bel，18

13、471930）分别独立地提出了碳）分别独立地提出了碳价四面体学说，即碳原子占据四面体的价四面体学说，即碳原子占据四面体的中心，它的中心，它的4个价键指向四面体的个价键指向四面体的4个顶个顶点。这一学说揭示了有机物旋光异构现点。这一学说揭示了有机物旋光异构现象的原因，也奠定了有机立体化学的基象的原因，也奠定了有机立体化学的基础，推动了有机化学的发展。础，推动了有机化学的发展。1901年诺贝尔化学奖获得者：雅可比年诺贝尔化学奖获得者：雅可比亨利克亨利克范范特霍夫特霍夫 送鲜奶的范特霍夫和化学家范特霍夫被人们合并送鲜奶的范特霍夫和化学家范特霍夫被人们合并传成了传成了“牧场化学家牧场化学家”。 范特霍

14、夫的父亲从这件事中得知儿子很喜欢化学，就从家里范特霍夫的父亲从这件事中得知儿子很喜欢化学，就从家里让出一间房子作为工作室，专门供儿子做化学实验。从此，让出一间房子作为工作室，专门供儿子做化学实验。从此，范特霍夫就开始范特霍夫就开始“经营经营”自己的小实验室。他把父母给的零自己的小实验室。他把父母给的零用钱和从其他亲友那里得用钱和从其他亲友那里得 到的到的“赞助赞助”积累起来购买了各种积累起来购买了各种实验器具和药品，课作时间从事自己的化学实验。立志当一实验器具和药品，课作时间从事自己的化学实验。立志当一名化学家，名化学家，1869年，范特霍夫从鹿特丹五年制中学毕业了。年，范特霍夫从鹿特丹五年制

15、中学毕业了。选择什么样的职业呢选择什么样的职业呢?在当时，化学作为一在当时，化学作为一 门学问已有很多人门学问已有很多人进行了研究，但是人们普遍认为化学不是一种职业，从事化进行了研究，但是人们普遍认为化学不是一种职业，从事化学的人，还要兼做其他工作才能够维持自己的生活。父亲为学的人，还要兼做其他工作才能够维持自己的生活。父亲为了让他多增加一些知识，才支持他做化学实验。要把化学做了让他多增加一些知识，才支持他做化学实验。要把化学做为一种职业，做一个化学家，父亲就难以同意了。因为这样为一种职业，做一个化学家，父亲就难以同意了。因为这样做恐怕连自己的生活都维持不了。为此，父子俩争辨了多次，做恐怕连自

16、己的生活都维持不了。为此，父子俩争辨了多次，但是必须有一个结论才行呀。一天晚饭过后，父子俩又开但是必须有一个结论才行呀。一天晚饭过后，父子俩又开始讨论这个老话题了。始讨论这个老话题了。“中学毕业了，你打算上哪个学校中学毕业了，你打算上哪个学校?”父亲心平气和地问道。当然，选择学校也就是选择职业了。父亲心平气和地问道。当然，选择学校也就是选择职业了。“学习化学对我比较合适，爸爸，你说对吗学习化学对我比较合适，爸爸，你说对吗?”儿子说出了儿子说出了心里话。父母并不想让他成为一个化学家，而想把他培养成心里话。父母并不想让他成为一个化学家，而想把他培养成一名工程师。几经周折，范特霍夫进入了一名工程师。

17、几经周折，范特霍夫进入了 荷兰的台夫特工业荷兰的台夫特工业专科学校学习。这个学校虽然是专门学习工艺技术的，但讲专科学校学习。这个学校虽然是专门学习工艺技术的，但讲授化学课的奥德曼却是一个很有水平的教授。他推理清晰，授化学课的奥德曼却是一个很有水平的教授。他推理清晰，论述有序，很能激发起人们对化学的兴趣。范特霍夫在奥德论述有序，很能激发起人们对化学的兴趣。范特霍夫在奥德曼教授的指导下进步很快。由于范特霍夫的努力，仅用了曼教授的指导下进步很快。由于范特霍夫的努力，仅用了2年时间就学完了一般人年时间就学完了一般人3年才能学完的课程。年才能学完的课程。1871年，范特年，范特霍夫毕业了，他终于说服了父

18、母，可以全力进行化学研究了。霍夫毕业了，他终于说服了父母，可以全力进行化学研究了。为了打好基础，找准研究的方向，必须拜师求教。范特霍夫为了打好基础，找准研究的方向，必须拜师求教。范特霍夫只身来到德国的波恩，拜当时世只身来到德国的波恩，拜当时世 界著名的有机化学家佛莱界著名的有机化学家佛莱德德凯库勒为师。佛莱德凯库勒为师。佛莱德凯库勒是个传奇的化学家，他在梦凯库勒是个传奇的化学家，他在梦中见蛇在狂舞，首尾相接，从而解决了苯环的结构。在波恩中见蛇在狂舞，首尾相接，从而解决了苯环的结构。在波恩期间，范特霍夫在有机化学方面受到了良好的训练。随后，期间，范特霍夫在有机化学方面受到了良好的训练。随后，他又

19、前往法国巴黎向医学化学家武兹请教。他又前往法国巴黎向医学化学家武兹请教。1874年，回到荷年，回到荷兰，在乌特勒支大学获得博士学位。从此他就开始了更深入兰，在乌特勒支大学获得博士学位。从此他就开始了更深入的研究工作。的研究工作。范特霍夫首先提出了碳的四面体结构学说。过去的有机结构范特霍夫首先提出了碳的四面体结构学说。过去的有机结构理论认为有机分子中的原子都处理论认为有机分子中的原子都处 在一个平面内，这与很多现象在一个平面内，这与很多现象是矛盾的。范特霍夫的理论纠正了过去的错误。但是这一新的是矛盾的。范特霍夫的理论纠正了过去的错误。但是这一新的理论却遭到了一些权威人士的反对，当时德国有机化学家

20、哈理论却遭到了一些权威人士的反对，当时德国有机化学家哈曼曼柯尔比就是其中一个。这位老科学家倚老卖老，根本不愿学柯尔比就是其中一个。这位老科学家倚老卖老，根本不愿学习新的东西。在没有认真研究的情况下，就毫无根据地把范特习新的东西。在没有认真研究的情况下，就毫无根据地把范特霍夫斥责了一顿。范特霍夫对这位才先生的高论嗤之以鼻，不霍夫斥责了一顿。范特霍夫对这位才先生的高论嗤之以鼻，不与其辩论。这一下可气坏了老柯尔比，他跳着脚非要与范特霍与其辩论。这一下可气坏了老柯尔比，他跳着脚非要与范特霍夫一比高低。范特霍夫本来就想与这些化学界的权威们争一高夫一比高低。范特霍夫本来就想与这些化学界的权威们争一高低，因

21、为事实是迟早会说话的。既然柯尔比低，因为事实是迟早会说话的。既然柯尔比 不远千里从德国来不远千里从德国来到荷兰，那也只好以礼相见了。毕竟范特霍夫是晚辈，当柯尔到荷兰，那也只好以礼相见了。毕竟范特霍夫是晚辈，当柯尔比气势汹汹地冲进范特霍夫的办公室时，范特霍夫已经恭恭敬比气势汹汹地冲进范特霍夫的办公室时，范特霍夫已经恭恭敬敬地等候他了。待柯尔比的火气稍稍减退之后，范特霍夫平心敬地等候他了。待柯尔比的火气稍稍减退之后，范特霍夫平心静气地向他陈述了自己的观点，并请柯尔比用事实来批评自己静气地向他陈述了自己的观点，并请柯尔比用事实来批评自己的理论。这位老权威暗暗地吃了一惊，眼前的年轻人非同小的理论。这位老权威暗暗地吃了一惊，眼前的年轻人非同小可，讲述观点时条理清楚，论证有据，不可，讲述观点时条理清楚，论证有据，不 可不服呀。柯尔比毕可不服呀。柯尔比毕竟还是要讲道理、讲事实的。竟还是要讲道理、讲事实的。平心而论，范特霍夫的理论是正确的，他刚来时的火气完全平心而论，范特霍夫的理论是正确的，他刚来时的火气完全消失了，并邀请范特霍夫去普鲁士科学院工作。消失了，并邀请范特霍夫去普鲁士科学院工作。 范特霍夫实事求是、谦虚谨慎的态度使很多人