有机化学-课件chapter1.2运用Lewis结构式和Kekule表示化合物

第一(StructuralFoundationsforOrganic11第一章教学价键运用Lewis结构式和Kekule结构式表示有机化合物杂化轨道理论，碳、氮、氧原子的三种杂化方式 s s有机分子的 结构及其准确表 分子轨道元素电负性与键的极性的关系，键的极性与分子的极性的关系，有机分子常见键的极性特征以及分子有机分子的基键的断裂方式以及反应活 的基本结2原子结原子—movingaroundthe原子轨道（atomic3344碳的原子结碳原子6个电子可占据5个原

C 2px2py的 EEElectronicconfigurationfor碳的原子轨道的能级与电子5总的原子轨道能1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<<6s<4f<5d<6p<7s<核外电子排布三原则能量最低原则(aufbauprinciple)：电子优先进入能量较低的原子轨道。泡利不相容原理(Pauliexclusionrincile：每个轨道 规则(Hund’srule)：当电子数目少于能量相同的轨道（即简并轨道）数时,则以电子占据越多的轨道越稳6表1-1表1-1有机化合物主要组成元素及相关周期或主族元素原子的核外电子排0HBCNOFPS(ttHe Ne Ar7：八隅律(octetrule):除惰性元素外的其他元素的原子均有通：：H：：HC：

HN

：：HO：：

：：HCC：：

HC：：：H：：：：甲 ：

乙——（用来阐明共价键的本质而采用的近似方法常用的有两——价键法和分子轨道法8价键理论（valencebond距离时两个原子轨道核间较大密度的电吸引+ 轨道交 氢分共价键由成键原子的原子轨道的形成9价键理论的内形成共价键的两个电子必须自旋相反共价键的饱和性.已经配对的电子不能再与其他未对的电子配对 愈多,形成的共价键愈强.(最 原理 y

π1s-

2py-能量相近的原子轨道可重新组合成能量相等的子轨道------杂化轨道(hybridizedorbital).杂化轨道方向性更强,.C：C：2S22P1xy12pz2S12P12P1xy（3个

（１个

sp3杂化轨(４个价键理论的局限性

４个sp3杂化轨只能用来表示.不能解释共轭体系的特 有机化合物结构的表示Lewis结构式（用共价结合的价电子表示的电子结构式：：以电子点/对表示化学键的：：：：： ：：：

H ：：：H C：：：

HCN H：：：：：

N H

HCOH

HCCC：： ：： 氢 Lewis结构简略式（用短线表示成键电子对,用黑点表示孤对子/未成对电子H

H

H

HC HCO

HOH H 具有形式电荷的分子或离子的Lewis结构形式电荷formalchares问形式电荷原子的价电子数（孤对电12成键电子） =6–(2+3)=+1在w形式电荷未必代表电荷的实际分 形式电荷：：1、质子化水的Lewis结构 2、硝酸的Lewis结O：：

3、重氮甲烷的Lewis：： 形式电荷的应用：预测分子结构；估计稳解释CO的偶极方向；理解配位预测分子结构：分子中各原子的形式电荷越小，结构越稳定。各原子的式电荷都为零的Lewis结构最稳定估计稳定性：O3和O2是氧的同素异形体，在O3分子中，出现形式电荷离，与O2相比，其稳定性较解释的偶极方向：通常认为，由于的电负性较大，应该上带部分C分子的w结构中（C和间是三键），-形式电荷出现理解配位行为：-和O是配位化学中所遇到的两个最强的单齿配体，二形式电荷都在碳原子上，因此碳原子上的孤对电子更易填充到过原子上的形式电荷还原到零，形成的配合物稳定性较强。试写出以下分子或离子的Lewis1、- 2、N 3、3N 4、 OHCC

Kekulé结构式（短线表示成键电子对,非键电子省略 C

NO

CH

甲 氢 亚硝 甲酸甲 甲酸Lewis结构简略O C

NO

H CH

H Kekulé缩写式(略去Kekulé结构式中的短线，并用下标表示连同一个原子上的相同原子或基团的数目 键线式书写Kekulé 原子不写,写出其每个终端表示一个甲基,每个顶点代表一个碳原子叁键两边的碳用直线表•N1s22s22p3——2s22p12ps22s22p2——2s22p12p12pxyO1s22s22p4——

z112p 如果C、N、O与氢成键使用原子p轨道，则H-C-H、H-N-HH-O-H的键角应该是900H

、s与psp3杂 C

2s22p12p12p

2s12p12p12p 1s+1px+1py+

4EOriginalatomicsp3hybridized每个SP3杂化轨有1/4S轨道成分和3/4P轨道成分杂化轨道的能量高于原来的S轨道而低于原来的P轨道4每个SP3杂化轨道上各排布一个自旋量子数相同的电sp3BondingBondinginHHHCHBondingin

H HCCC键（sp3CH键（1sHH

Hσ键(σbond)：两个轨道沿着对称轴方 σ键的特点：(1)比较牢固；(2)能够绕对称轴自甲烷分子CH4四面体形位于纸面上的伸向纸面后伸位于纸面上的伸向纸面后伸向纸面前 四个C-HσHHHHCC乙烷分子 6个C-HσHHHHCCH1C-CσH氮原子的sp3杂 N:(1s2HHsp3hybridization HHC-NsinglexyzEsp3激胺（Amines）:

季铵盐

N+X- N

R''O:(1s2 sp3C-Osingle

E 激OH

..

sp22s22p12p12p

2px2py1s+1px+1py+ hybridization3sp2+1EOriginalatomicsp2hybridizedsp2杂化产生三角形结构,夹角120°3个sp2轨道分别指向三角形的三个顶角,平面型sp2杂化产生平面型未参与杂化的p轨道垂直3个sp2.HCHH.HCHH键的特点:(1)容易断裂(比键弱(2)不能绕轴自由旋两个p轨道侧面C=C键键C=C键键（sp2 1键（pCH键（1s

H H

HHanotherkindofstereo-isomer—ConfigurationIsomerization--cis,氮原子的sp2杂化（亚胺基N:(1s2sp2 C=Ndouble E亚胺（Imines）:-C=NH,-

cis-trans 氧原子的sp2杂化（羰基C=O化合物O:(1s2 sp2 double E Y=H, 醛、 YOH,X,OR', 羧酸及其衍spC2s22p12p z

12p 1s+1px+1py+

2sp+1py+2pyEOriginalatomicsphybridized2py轨道和2pz轨道互成直角;每个sp 有1/2s1/2p轨道成分以2个sp轨道成键的分子呈直线sp杂化产生直线型Bondingin

C≡C键1键（C≡C键1键（sp 2键（pCH键（1s

C E2pyE2pyN:(1s2 spC 碳原子不同杂化轨表1-2乙烷、乙烯、乙炔中C－C键、C－H键的键参数分子/kJ•mol-C－HC－H/kJ•mol-乙烷º从º杂化轨道中s轨道成分键长：形成共价键的两原子核之间的距离。pmor键长和参与形成键的碳原子的杂化方式 sS,sp3-2

sp3 sp3- 键角:两个共价键之间的夹角HHCo HHHHH3O HHHHCCo7HC HHoHo键角反映分子的/(105.9原子间的键能随键长缩短而增ClClO2C2OHCN 下列化合物中A~H原子的杂化状态A:sp2C:sp3D:sp2G:sp

B:E:H:

F:AOCBCDEGNNHC H C F分子轨道分子轨1、原子相互结合形成共价键，由原子轨道组2和能量3、电子进入分子轨道同样符合能量最低原Pauli不相容原理和Hund，。发生，到一定距离，，。The1satomicorbitalscancombineinoneoftwowayswavereinforceeachother, resulting wavecanceleachother andno

分子分子中电子围绕整个分子在多核体系内运动分子中电不于某个特定的原而是在分子范围两个波函数符号相同(两个波函数相加，两轨道同位加)组成的分子轨道,其能量低于两个原子轨1+1+2=成键轨+(键+两个波函数符号相反(叠加),1 2= 反键轨+-(*键+ 两个氢原子组合成两个氢分子轨道，电子都填量较低的分子轨道上antibondingmolecular 1s

H:bondingmolecular

1satomi组合形成的分子轨道数目与组合前的原子轨道数目相分子中电子根据能量最低原理、Pauli原理、Hund规则所有的原子轨道都可以组合成分子轨道吗原子轨道组合成分子轨道的条件1原子轨道能级相原子轨道最大交盖原子轨道对称性匹配(位相相同预测下列轨道能否有效形成分子轨道s轨道与px轨道沿x轴方向相互作s轨道与py轨道沿x轴方向相互作yyy.zzxx.形成共价键的电子分布在整个分子之中，即delocalization ——分子轨道理两个p轨道的成键“头对头”的方式——σ分子轨道（σ键）和σ*分子轨道（σ*键） pi-molecular 2p

2p pi-molecular分子轨道理论常用于处理键体系问题电负性(electronegativityandthepolarityof 密度分布- 键的极性（或者说分子的 密度分布——直接取决于成键原子的电负性高 极性共价键(Polarcovalentbond——成键原子电负性差差值愈大，键极非极性共价 极性共价

δ：部分电 共价键的极性可以用偶极矩偶极矩(dipolemoment) =e· 单位箭头由正端指向负偶极矩具有方键的偶极矩与分子的偶

指向电负性更大的原子多原子分子的偶极矩，是各键偶极矩的分子偶极矩为0：O=C=O不同杂化的碳原子具有不从sp→sp2

试用“+”和“-”表示下列键的 有机分子的基本骨架和官基本骨架——由碳-碳键和碳-氢键构(开链)烷 (开链)烯 (开链)炔 (开链)不饱和 环烯 环炔 芳香官能团（FunctionalGroups）：有机分子含官能团的有机化合物：可看作是碳氢化合物（）中氢被各种不同官能团esf）。烷烃（alkanes）、烯烃（alkenes）、炔烃芳香烃（aromatic卤代烃（alkyl醇（acohols）/酚（phenols）、醚醛（aldehydes）/酮羧酸及其衍生物（carboxylicacidsandtheir胺（amines）、腈硝基化合物（nitro磺酸（sulfonicacid）（1）FunctionalGroupsContainingStructuralX:

ð+R-X +halogen-----electronegativityisbiggerthancarbon（2）FunctionalGroupsContaining醚醇酚

醛（Aldehydes）酮 R2羧酸及（CarboxylicAcidsandtheirRCOOH,RCOOR’,RCONR’2,（2）FunctionalGroupsContainingPolarCovalentBond——

O O

O O Hydrogen-Bond—— HFunctionalGroupsContaining胺（Amines）: 季铵 （R4N+X-亚胺（Imines）:-C=NH,-腈（Nitrile）RCN(-CN,cyanogroup(3)FunctionalGroupsContainingPolarCovalentBond——

+

Hdroen-Bond——electroneR H R化合物的结构是理解其性Pl vlnB + + 缺电部分（亲电试剂 （亲核试剂Hydrogen-Bond——影响化合其他非1.8键的断裂方式与反应活 的基本结均A 自由基异A

正离

负离（cations）单单箭 表示一个电子转碳自由基C极性共价键主要发生异裂的碳自由基C极性共价键主要发生异裂的离子一般来说，由电负性较大的原子形成负离子，而小的原子形成正N―H、O―H、 N-、O-、和 +C―O、C―N、 N-、O-、和 +碳正离+有机化卤素负离子