有机化学 课件 第一章14-02-18

第一章

有机化合物分子结构基础StructuralFoundationsforOrganicMolecules

121.1价键理论Atom----nucleus+electronsElectrons----movingaroundthenucleusenergylevelofatomicorbitals：1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s<4f<5d<6p<7s<5f

八隅律(octetrule):anatomismoststableifithasafilledshelloranoutershellof8electronsandnoelectronsofhigherenergy.He1s2Ne1s22s22p6

3根据元素原子核外电子排布可以确定：碳4价，氮3价，氧2价，氢1价1.1价键理论表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布

IAIIAIIIAIVAVAVIAVIIA0H1s1He1s2Li1s22s1Be1s22s2B1s22s22p1C1s22s22p2N1s22s22p3O1s22s22p4F1s22s22p5Ne1s22s22p6Na1s22s22p63s1Mg1s22s22p63s2Al1s22s22p63s23p1Si1s22s22p63s23p2P1s22s22p63s23p3S1s22s22p63s23p4Cl1s22s22p63s23p5Ar1s22s22p63s23p645根据元素原子核外电子排布可以确定：碳4价，氮3价，氧2价，氢1价67IntroductionofMolecularTheoryOrbitalsareconserved----thenumberofatomicorbitalscombinedmustequalthenumberofmolecularorbitalsformed4分子轨道理论(MolecularTheory)8The1satomicorbitalscancombineinoneoftwoways+++wavereinforceeachother,resultinginbonding++nodewavecanceleachotherandnobondforms--IntroductionofMolecularTheory9IntroductionofMolecularTheoryThe1satomicorbitalscombineinawaythatenhanceeachother,similartotwolightwavesortwosoundwavesthatreinforceeachother.Itisasigmabondingmolecularorbital

（σ成键轨道）The1satomicorbitalscanalsocombineinawaythatcanceleachother,producinganodebetweenthenuclei.Itisasigmaantibondingmolecularorbital

（σ*反键轨道）10IntroductionofMolecularTheoryTherearetwoelectronsinthebondingmolecularorbital,buttheantibondingmolecularorbitalcontainsnoelectron11分子轨道理论认为：

1、原子在相互结合形成共价键时，由原子轨道组成分子轨道，分子轨道属于整个分子。

2、与原子轨道类似，分子轨道描述了分子中的电子云分布情况，分子轨道也有特定的尺寸、形状和能量

3、电子进入分子轨道同样符合能量最低原则、Pauli不相容原理和Hund规则。IntroductionofMolecularTheory12IntroductionofMolecularTheorySimilarasp-orbitalcombinestoσbondandσ*bond13IntroductionofMolecularTheorySide-to-sideoverlappingofin-phase

porbitalsproducesabondingp-molecularorbital

π键

Side-to-sideoverlappingofout-of-phase

porbitalsproducinganantibondingp-molecularorbital

π*键

14IntroductionofMolecularTheory分子轨道理论常用于处理p键体系问题155杂化轨道理论HybridizationC1s22s22p2——2s22px12py12pz0

N1s22s22p3——2s22px12py12pz1O1s22s22p4——2s22px22py12pz1

如果C、N、O与H成键使用原子轨道p轨道，则H-C-H、H-N-H和H-O-H的键角应该是90°165杂化轨道理论Hybridization事实上，分子的键角并不等于原子轨道间的夹角杂化轨道理论175杂化轨道理论Hybridization杂化轨道理论：有机分子中的C、O、N等原子在与其他原子形成共价键时，是通过杂化轨道参与成键的。杂化轨道(hybridorbital)：能量相近的原子轨道经能量均化的过程所形成的能量相等的轨道。18C1s22s22p2

2s22px12py12pz02s12px12py12pz1

1s

+

1px+

1py

+

1pz

4

sp3eachorbitalhasoneelectron(1)

sp3Hybridizationpromotionhybridization19(1)

sp3HybridizationToformTetrahedronCarbon20(1)

sp3HybridizationBondinginMethaneC—H键:

s键（1s-sp3）21RepresentingMoleculesMolecularformulaCH422DoNOTwritetetrahedralstructureofmethaneas:Thecorrectrepresentationofatetrahedroncarbonas:RepresentingMolecules2324(1)

sp3HybridizationBondinginEthaneC—C键:s

键（sp3-sp3）C—H键:

s

键（1s-sp3）2526272829(2)

sp2HybridizationC1s22s22p22s22px12py12pz02s12px12py12pz1

1s+1px

+1py+1pz

3

sp2+1pzeachorbitalhasoneelectronpromotionhybridization30(2)

sp2HybridizationToformaplanercarbon31(2)

sp2HybridizationBondinginEtheneC=C键：1s

键(sp2–sp2)+1p

键（p–p）C-H键：

s

键（1s–sp2）3233Cis-Trans-343536(3)

spHybridizationC1s22s22p2

2s22px12py12pz02s12px12py12pz1

1s

+

1px+1py+1pz

2

sp+1py+

1pzeachorbitalhasoneelectronpromotionhybridization37(3)

spHybridizationToformalinearcarbon38(3)

spHybridizationBondinginEthyneC≡C键：1s

键(sp–sp)+2

p

键(p–p)C-H键：

s

键(1s–sp)39405.杂化轨道理论

不同杂化碳原子形成的C—C键、C—H键的键参数分子杂化态键角C－C键键长/pmC－C键键能/kJ•mol-1C－H键键长/pmC－H键键能/kJ•mol-1乙烷sp3109.5º154368110423乙烯sp2120º133636108448乙炔sp180º120837106548C-H键：键长sp3>sp2>sp;键能

sp3<sp2<spC-C键：键能s键>p键4142表示共价键的极性，等于分子呈现的正电荷或副电荷与正副电荷中心间的距离乘积。43447有机分子的基本骨架和官能团有机分子的基本骨架有机分子基本骨架

由碳—碳键（单、双、三键）和碳—氢键构成。碳氢化合物

——由碳和氢两种元素形成的有机化合物的总称，又称烃（hydrocarbon）.开链烃

环烃

饱和烃

——烷烃，环烷烃

不饱和烃

烯烃，环烯烃芳香烃炔烃，环炔烃45有机分子的基本骨架467有机分子的基本骨架和官能团有机分子的官能团官能团：有机分子中具有一定性质的部分原子的集合。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取代后的产物，即烃的衍生物。有机化合物按官能团分为：烯烃、炔烃、卤代烃、醇/酚、醚、醛/酮、羧酸及其衍生物、胺、腈、硝基化合物、磺酸等（参见教材）。47（1）FunctionalGroupsContainingHalogen卤代烃AlkylHalides

ð+R-Xð-R++X-StructuralFeaturesX:ns2np5halogen-----electronegativityisbiggerthancarbonPolarCovalentBond48（2）FunctionalGroupsContainingOxygen

醚（Ethers）

R-O-R

醇（Alcohols）

R-OH

酚（Phenols）

Ar-OH

醛（Aldehydes）

R(H)C=O

酮（Ketones）

R2

C=O

羧酸及其衍生物（Carboxylicacidsandtheirderivatives）

RCOOH,RCOOR’,RCONR’2,RCOX49（2）FunctionalGroupsContainingOxygenThestructureFeaturesO:(1s2)2s22p4

sp3,sp2hybridization

C-Osingle,doublebond4orbitals,but6electronsinanatoms,thereistwolonepairsofelectrons50（2）FunctionalGroupsContainingOxygenThestructureFeaturesPolarCovalentBond——

electronegativity

Hydrogen-Bond

——

electronegativity51(3)FunctionalGr