有机化学--第2章共价键与分子结构

第二章共价键与分子结构2.1有机化合物的分子结构和结构式结构（Structure）：分子中原子间排列次序、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，更取决于分子结构。“结构决定性质，性质反映结构”，这是有机化学教与学的主线。构造：分子中原子间相互连接的顺序叫做分子的构造。结构式的几种形式：路易斯式、短线式、缩简式、键线式。例1：2-甲基丙醇的表示方法：HCCCOHHHHHHCHHHCH3CHCH2OHCH3(CH3)2CHCH2OH或OH路易斯式书写麻烦短线式较麻烦缩简式较为常用键线式较为常用结构式的几种形式H-C-C-C-O-HHHHHHH-C-HH例2：苯的构造式CCCCCCHHHHHHCCCCCCHHHHHHCHCHCHCHCHCH或路易斯式短线式键线式缩简式2.2共价键概述共价键最基本特点是具有“饱和性”和“方向性”。在有机化合物中，所有的碳必须是4价！成键原子间必须沿着电子云密度最大的方向重叠成键。共价键的形成——LewisGN于1916年提出电子配对法（共价概念）。共价键理论（……)一、共价键的形成描述共价键的两种理论：价键理论：形象直观，定域的观点，常用于描述非共轭体系；分子轨道理论：离域的观点，常用于描述共轭体系。价键理论——价键法、轨道杂化理论激发杂化(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:2s2p22s轨道p轨道H2的形成——成键电子处于成键原子之间。(略)CH4、C2H4、C2H2的形成——杂化轨道的概念：1、sp3杂化甲烷分子中的碳原子采取sp3杂化。杂化的结果：①四个sp3杂化轨道完全相同，取最大的空间距离为正四面体构型，轨道夹角为109.5°。②四个H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因顶点方向电子云密度最大),形成4个σC—H键。sp32、sp2杂化乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化。杂化的结果：sp2轨道的s成份更大些未参与杂化的p轨道间肩并肩重叠形成π键120。C3个sp杂化轨道2取最大键角为120。未参加杂化的p轨道与3个sp杂化轨道2垂直sp3sp2HHHHCCHHHHCC3、sp杂化乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。杂化的结果：2个相互⊥的π键①sp杂化轨道的s成分更大，电子云离核更近!②两个sp杂化轨道取最大键角180°。乙炔分子中电子云的形状为对称于σC-C键的桶状。CCCHHHHCCsp杂化碳为直线构型乙炔分子的σ骨架讨论：不同杂化态碳原子的电负性不同，导致其与氢原子或其他原子形成的σ键的性质不同。电负性：sp杂化碳sp2杂化碳sp3杂化碳!杂化轨道可形成σ键，如C-H、C-C、C-X、C-O、C-N等。σ键是有机分子构成碳链或碳环的基础。未参与杂化的p轨道可形成π键，如C=C、C=O、C≡C、C≡N等。总结二、共价键的基本属性1、键长成键原子的平衡核间距。以nm(10-9m)表示。不同的共价键有不同的键长；例如：C—C键长0.154nm，C—H键长0.109nm，C=C键长0.133nm，C—O键长0.143nm。相同的共价键，处于不同的化学环境时，键长也稍有差异。一般地：键长越短，化学键越牢固，越不容易断开。2、键能：键的平均解离能。例如：.CH3CH4+HCH3...CH2+HCH2..CH...H+...CH...C.+HH=423KJ/molHH=439KJ/mol=347KJ/molH=448KJ/mol平均值：(423+439+448+347)÷4=414KJ/mol∴C—H的键能为414KJ/mol。化学键的键能越大，键越牢固。3、键角键与键之间的夹角。键角与成键中心原子的杂化态有关，也受分子中其他原子的影响。CHHHH在纸面前方在纸面后方在纸面上立体透视式的写法4、键的极性和分子的极性(1)、键的极性键的极性是由于成键原子的电负性不同而引起的。例如：HClCH3ClCH3OH，，一般地：成键原子电负性差大于1.7，形成离子键；成键原子电负性差为0.5～1.6，形成极性共价键。键的极性用偶极矩(键矩)来度量：μ＝q×d[μ的单位：C·m(库仑·米)]q——正、负电中心的电荷，d——电荷中心之间的距离例：H—ClCH3—Cl（2）分子的极性键的极性可引起分子的极性，分子的偶极矩等于键的偶极矩的矢量和。例如：分子的极性影响化合物的沸点、熔点和溶解度等。有极性有极性CHHHH无极性HOHOCO无极性ClCHHH小结：绝大多数有机物分子中都存在共价键。共价键的键能和键长反映了键的强度，即分子的热稳定性；键角反映了分子的空间形象；键的偶极矩和键的极化性反映了分子的化学反应活性和它们的物理性质。三、共价键的断裂方式发生均裂的反应条件是光照、辐射、加热或有过氧化物存在。均裂的结果是产生了具有不成对电子的原子或原子团－自由基。有自由基参与的反应叫做自由基反应或均裂反应。ABA+BCH3+HClHCH3+Cl1、均裂2、异裂ABA++B-(CH3)3CCl(CH3)3C++Cl-发生异裂的反应条件是有催化剂、极性试剂、极性溶剂存在。异裂的结果产生了带正电荷或负电荷的离子。发生共价键异裂的反应，叫做离子型反应或异裂反应。