汪小兰有机化学课件(第四版)1

有机化学(第四版)汪小兰教材有机化学徐寿昌参考书有机化学学习有机化学的方法☆掌握有机化合物的结构特点和一般规律；☆掌握有机反应机理；☆根据反应机理来记忆有机反应；☆记住一些特殊反应；☆认真听课，独立完成作业。第一章绪论1-1有机化学研究对象及有机化合物的特点1-2有机化合物的结构和共价键电子理论1-3共价键的键参数键长、键角、键能、键的极性。1-4分子间作用力1-5有机反应的基本类型1-6有机化合物的分类•有机化合物的定义：1806年，柏则里（J.Berzelius)提出。酒石酸(1769)、尿素(1773)、乳酸(1780)、柠檬酸等来源于有生命的有机体。1-1有机化学的研究对象及有机化合物的特点一、有机化学的研究对象•研究对象：有机化合物•研究范围：有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律•1848年，凯库勒（A.Kekule）等：含碳的化合物。（都含有碳元素）NH2-NH2肼CO2CO•肖莱马（K.Schorlemmer）等：碳氢化合物及其衍生物。有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的科学。C、H、（O、N、S、P、X……）CO2COH2CO3……无机物二、有机化合物的特点1.分子结构复杂。维生素B12，分子式为：C63H88N14O14Co。5.反应速度慢，副产物多。反应条件：加热回流、催化剂等。CH3CH2OHCH2＝CH2+CH3CH2－O－CH2CH3H+/△4.难溶于水，易溶于有机溶剂。2.容易燃烧。酒精、汽油(烷烃的混合物)、液化气(甲烷为主)等都可作燃料碳氢化合物燃烧CO2+H20+热量3.熔点低。一般不超过400℃。1-2有机化合物的结构和共价键理论一、有机化合物的结构概念1：•化学结构（构造）：分子中原子相互结合的顺序和方式。CHHCHH乙烯COHHCHHHH乙醇COCHHHHHH甲醚CCCCCCCCCCCCCCCC直链状支链状环状正丁烷CH3－CH2－CH2－CH3或CH3CH2CH2CH3CCCCHHHHHHHHHHCCCCCHHHHHHHHHH环戊烷异丁烷CHHCCCHHHHHHHHCH3CHCH3CH3CH3CHCH3CH3•同分异构现象：分子式相同而结构式不同的现象。•同分异构体：分子式相同而结构式不同的化合物。C2H6OCOHHCHHHHCOCHHHHHH乙醇（b.p.=78.3℃）甲醚（b.p.=-23.6℃概念2：•同分异构现象和同分异构体•有机化合物中普遍存在的化学键是共价键。•共价键:原子通过共用电子对形成的化学键。A+BABxxC：1S22S22P2。凯库勒平面结构式CHHHH路易斯结构式4H+CCHHHHCHHHHCHHHHPHHHPHHH甲烷二、共价键的电子理论1、原子轨道描述原子核外电子的运动状态，用波函数φ表示。1s；2s，2p；3s，3p，3d；4s，4p，4d，4f；……s轨道：1个；p轨道：3个；d轨道：5个；f轨道：7个。轨道能级：1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s＜3d1s轨道xyz•在有机化学中参与成键的主要是s轨道和p轨道。•正负号是代数符号，只代表位相的不同，与电荷无关。•只有位相相同的原子轨道重叠才能有效的成键。p轨道原子核外电子排布规律：1、鲍里不相容原理：每个轨道最多只能容纳两个电子，且自旋相反配对。2、能量最低原理：电子尽可能占据能量最低的轨道。1s＜2s＜2p＜3s＜3p＜4s3、洪特规则：有几个简并轨道而无足够的电子填充时，必须在几个简并轨道逐一地各填充一个自旋平行的电子后，才能容纳第二个电子。C、N、O、F核外电子排布？2、价键理论•共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子偶合配对的结果。（电子配对法）•两个电子的配合成对也就是两个原子轨道相互重叠，重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。•共价键具有饱和性：未成对电子已配对成键后不能再与其它原子的未成对电子配对成键。·A·+2B·→B∶A∶BB-A-B2·A·→A∶∶AA=A共价键有：单键C-CC-H双键C=CC=O叁键C≡CC≡N•共价键具有方向性：两成键轨道的电子云必须最大程度的重叠，键才牢固、稳定。•共价键的类型:σ键π键.“头碰头”键“肩并肩”键3.分子轨道理论•形成化学键的电子是在整个分子中运动。•分子轨道：描述分子中电子运动状态，用波函数表示。•波函数ψ可用原子轨道线性组合法近似求得。例如氢分子轨道波函数ψ可用下式表示：=φ1±φ2分子轨道数目与原子轨道数目相等。n个原子轨道组合产生n个分子轨道。++-++++反键轨道成键轨道能量成键轨道1=φ1+φ2φ1反键轨道2=φ1-φ2φ2氢原子形成氢分子的轨道能级图+氢分子轨道的形成（σ分子轨道）↑↓+--+CC+-+-CC+--+CC+-CC成键轨道反键轨道分子轨道的形成能量•成键轨道：分子轨道能量低于原子轨道能量。•反键轨道：分子轨道能量高于原子轨道能量。•非键轨道：分子轨道能量等于原子轨道能量。1-3共价键的键参数•决定共价键性质的重要键参数有：键长、键能、键角、键的极性一、键长：•形成共价键的两原子核间的距离。单位：pm、nm(1pm=10-3nm)•键长与原子半径（共价半径）有关；与共价键的类型有关；与原子所连接的基团也有一定的关系。一些共价键的键长（pm）键键长键键长C－H109O－H96C－O143C－C154C＝C134C≡C120H3C－CH3154H3C－CH＝CH2150H3C－C≡CH146H2C＝CH－CH＝CH2148CHHHH109.5。CCH3HCH3H112。CH2CH2H2C60。甲烷丙烷环丙烷二、键角：•两个共价键之间的夹角。•键角反映了分子的空间结构。键角的大小与成键的中心原子有关。与所连接的原子或基团有关。化合物的键角OHH105o水OCH3CH3111o甲醚三、键能•共价键形成时会放出能量，而共价键断裂时会吸收能量。•键的离解能：在标况下(101325Pa,298K),1mol气态A-B分子完全离解为气态的A、B原子所吸收的能量。•双原子分子：键能等于键的离解能。H·+·H△H=+435kj/molCl·+·Cl△H=+244kj/molCl2H2C-H键键能：(435+443+443+340)÷4=415kj/mol•多原子分子：共价键的键能为同类键的离解能的平均值。注意：离解能指的是离解特定共价键的键能。键能则指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。CH4CH3+HD(CH3-H)=+435kj/mol·CH3CH2+HD(CH2-H)=+443kj/mol·CH2CH+HD(CH-H)=+443kj/mol·CHC+HD(C-H)=+340kj/mol·················•常见共价键的平均键能可查表得到。•共价键的键能越大，共价键越牢固，不易断裂。•利用平均键能可以计算反应热。H2+Cl2→2HCl反应前：1个H－H键（436kj/mol）；1个Cl－Cl键（243kj/mol）。反应后：2个H－Cl键（431kj/mol）。△H＝反应物分子中键能的总和－产物分子中键能的总和＝436＋243－2×431＝－183kj/mol△H：负值，放热反应；正值，吸热反应。没有考虑分子内其它原子对化学键键能的影响，结果是粗略的。四、键的极性•以偶极距（μ）表示，单位：库仑.米（C.m），德拜（D）•1D=3.33564×1030库仑.米ClHδ+δ-μ=1.03DHHμ=0ClClμ=0偶极矩()是一个向量，有方向性：箭头由正端指向负端，即指向电负性大的原子。电负性：量度原子对成键电子吸引能力的相对大小。也可看作是原子形成负离子倾向相对大小的量度。•当A和B两种原子结合成双原子分子AB时，若A的电负性大，则生成分子的极性是Aδ-Bδ+，即A原子带有较多的负电荷，B原子带有较多的正电荷。•分子的极性愈大，离子键成分愈高。常见元素的电负性（鲍林）：FOClNBrISCPHBSi3.983.443.163.042.962.662.582.552.192.102.041.90•多原子分子的偶极距是各个键的偶极距的向量和。•偶极距的大小反映了有机分子极性的强弱。•分子的极性对熔点、沸点和溶解度等物理性质有较大影响。•键的极性对化学反应起决定性作用。1-4分子间作用力•范德华力偶极力（偶极-偶极作用力）极性-极性分子间诱导力极性-极性、非极性分子间色散力所有分子间（由于电子运动产生瞬时偶极）•氢键力•分子间作用力是影响物理性质的主要因素。分子形成氢键必备的两个条件:1.H原子与电负性很大的原子相连，形成裸露的质子；2.具有电负性较大、原子半径较小、含孤电子对的原子(F、O、N)。+--++-+-F——H------F●*●●●●H1-5有机反应的基本类型一、游离基反应（自由基反应）：通过游离基历程而进行的反应。均裂：A∶B→A·+·B游离基或自由基一般在热、光或引发剂存在下进行。二、离子型反应：通过离子型中间体进行的反应。(正碳离子、负碳离子)异裂：A∶B→A++:B-正、负离子在酸、碱、极性溶剂中进行。三、协同反应：不生成自由基或离子，键的断裂和生成同时发生。1-6有机化合物的分类一、按碳架分类1.开链化合物（脂肪族化合物）CH3CH2CH2CH3CH3CHCHCH32.碳环化合物（1）脂环族化合物（2）芳香族化合物（3）杂环化合物OHSONO二、按官能团分类•官能团：分子中比较活泼而容易发生反应的原子或原子团。一些重要官能团CCCCCOHCO-X卤素-OH羟基C-O-C醚键双键叁键醛基酮基OHCO羧基-CN氰基-NO2硝基-NH2氨基-SO3H磺酸基官能团名称官能团官能团第一章作业：5，7，8