1、第一章 緒 論1.1 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)1.2 有機(jī)化合物的特性1.3 分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式1.4 共價(jià)鍵1.4.1 共價(jià)鍵的形成 價(jià)鍵理論(2) 軌道雜化 分子軌道理論1.4.2 共價(jià)鍵的屬性 鍵長(zhǎng)(2) 鍵能(3) 鍵角(4) 鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng)1.4.3 共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類型1.5 分子間相互作用力1.5.1 偶極-偶極相互作用1.5.2 van der Waals 力1.5.3 氫鍵1.6 酸堿的概念1.6.1 Brnsted 酸堿理論1.6.2 Lewis 酸堿理論1.6.3 硬軟酸堿原理1.7 有機(jī)化合物的分類1.7.1 按碳架分類1.7.2 按官能團(tuán)分類1.8 有機(jī)化合物的

2、研究程序1.1 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué) 有機(jī)化合物的組成 基本元素：C 其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等有機(jī)化合物為碳?xì)浠衔锛捌溲苌镉袡C(jī)化學(xué)是研究 C 化合物的化學(xué)有機(jī)化合物 性質(zhì)的變化規(guī)律性質(zhì)有機(jī)反應(yīng)結(jié)構(gòu)與反應(yīng)性之間的關(guān)系 組成結(jié)構(gòu) 有機(jī)化學(xué)的研究?jī)?nèi)容： 1.2 有機(jī)化合物的特性 共價(jià)鍵結(jié)合 有機(jī)化合物數(shù)量龐大，異構(gòu)現(xiàn)象普遍 易燃燒 熔點(diǎn)較低 難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑 反應(yīng)速率一般較小 1.3 分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式分子(molecules): 組成的原子按一定的排列順序，相互影響相互作用而結(jié)合在一起的整體分子結(jié)構(gòu)(molecular structures): 原子排列的

3、順序和相互關(guān)系分子式(molecular formulas ):表示組成分子的原子種類和數(shù)目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇二甲醚分子結(jié)構(gòu)式(molecular structural formulas):表示分子中原子連接的順序表示方式：短線式(dash formulas):縮簡(jiǎn)式(condensed formulas):鍵線式(bond-line formulas): CH3CH2CH2CH31.4 共價(jià)鍵有機(jī)化合物中典型的化學(xué)鍵：共價(jià)鍵有機(jī)化合物的共同結(jié)構(gòu)特征：共價(jià)鍵結(jié)合1.4.1 共價(jià)鍵的形成離子鍵(ionic bonds)： 一個(gè)或更多的電子從一個(gè)原子轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子形成離

4、子時(shí)產(chǎn)生的鍵。 它是帶有相反電荷的質(zhì)體(species)間的吸引力。共價(jià)鍵(covalent bonds)：由兩個(gè)原子間共用一對(duì)電子產(chǎn)生的化學(xué)鍵Kecul 價(jià)鍵式Lewis 結(jié)構(gòu)式惰性氣體構(gòu)型八隅體規(guī)則(octet rule)最外層電子：H: 2 電子其它原子: 8 電子類似于氖的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)乙烯：乙炔：(1) 價(jià)鍵理論(valence bond theory)共價(jià)鍵的形成：是成鍵原子的原子軌道 (電子云)相互交蓋的結(jié)果(2) 軌道雜化C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基態(tài)時(shí)的電子構(gòu)型：HH+HH=氫原子 軌道交蓋 氫分子圖1.1 氫原子的 s 軌道交蓋形成氫分子雜化軌道理

5、論(hybrid orbital theory) :基態(tài)2p2s1s激發(fā)態(tài)2p2s1ssp3 雜化態(tài)1ssp3雜化雜化：混合后再重新分配能量相等(a) 碳原子軌道的sp3雜化(b) 碳原子軌道的sp2雜化(見(jiàn)第三章)(c) 碳原子軌道的sp雜化(見(jiàn)第三章)電子躍遷有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)特征：C原子為4價(jià)(3) 分子軌道理論(molecular orbital theory) 分子軌道(MO)：電子在整個(gè)分子中運(yùn)動(dòng)的 狀態(tài)函數(shù)()成鍵軌道反鍵軌道+-節(jié)面*+圖1.2 氫分子軌道形成示意圖121 2線性組合 1* 2分子軌道原子軌道原子軌道能量圖 1.3 氫原子形成氫分子的軌道能級(jí)圖 原子軌道組成分子軌

6、道必須滿足的條件： 能級(jí)相近 交蓋程度越大，形成的鍵越穩(wěn)定 對(duì)稱性(位相)相同+-xyxy+-+圖 1.4 原子軌道的交蓋與對(duì)稱性共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm共價(jià)鍵鍵長(zhǎng)/nm表1.1 一些共價(jià)鍵的鍵長(zhǎng)1.4.2 共價(jià)鍵的屬性鍵長(zhǎng)(bond lengths)鍵長(zhǎng)： 成鍵原子的原子核間的平均距離鍵能 (bond energy) 鍵能反映了共價(jià)鍵的強(qiáng)度，鍵能越大則鍵越牢固。表1.2 一些共價(jià)鍵的鍵能共價(jià)鍵鍵能/kJmol-1共價(jià)鍵鍵能/kJmol-1形成共價(jià)鍵時(shí)體系釋放的能量,或斷裂共價(jià)鍵時(shí)體系吸收的能量。鍵能：(3) 鍵角(Bond angles) 兩價(jià)以上的原子在與其它原子成鍵時(shí)，鍵與鍵之間的夾角。鍵角：甲

7、烷 乙醚 甲醛鍵角反映了分子的空間結(jié)構(gòu)(4) 鍵的極性和誘導(dǎo)效應(yīng)共價(jià)鍵的類型：非極性共價(jià)鍵(nonpolar covalent bonds)： 兩個(gè)相同的原子成鍵, 電子云對(duì)稱分布在兩個(gè)原子之間。 極性共價(jià)鍵(polar covalent bonds): 不同的原子成鍵時(shí)，由于原子的電負(fù)性不同，使電負(fù)性較強(qiáng)原子一端的電子云密度較大。共價(jià)鍵的極性大小是用偶極矩()來(lái)度量的。= q.dq: 電荷d: 正負(fù)電荷之間的距離:單位為Cm (庫(kù)侖米) = 3.57 10-30 Cm 誘導(dǎo)效應(yīng)(Inductive effect)：1234詳見(jiàn)第十二章 12.6.1 由于分子內(nèi)成鍵原子的電負(fù)性不同，而引起分子

8、內(nèi)電子云密度分布不均勻。這種影響沿分子鏈鍵靜電誘導(dǎo)地傳遞下去，這種分子內(nèi)原子間相互影響的電子效應(yīng)誘導(dǎo)效應(yīng)(I)產(chǎn)物(product)溶劑底物(substrate)試劑(reagent) 有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)： 舊鍵的斷裂和新鍵的生成反應(yīng)物(reactants) CCl41.4.3 共價(jià)鍵的斷裂和有機(jī)反應(yīng)的類型有機(jī)反應(yīng)(organic reactions):共價(jià)鍵斷裂的方式：異裂(heterolytic bond cleavage):均裂(homolytic bond cleavage):自由基(radicals)碳正離子(carbocation)碳負(fù)離子(carbanion)有機(jī)反應(yīng)活性中間體： 碳

9、正離子、碳負(fù)離子、自由基1.5 分子間相互作用力1.5.1 偶極偶極相互作用偶極偶極相互作用： 一個(gè)極性分子帶有部分正電荷的一端與另一個(gè)分子帶有部分負(fù)電荷的一端之間的吸引作用。-HCl HCl -HCl ClH 極性分子之間的一種相互作用-1.5.2 van der Waals 力非極性分子之間存在的吸引力van der Waals (范德華)力： 瞬間偶極和誘導(dǎo)偶極之間相反電荷的區(qū)域彼此吸引。1.5.3 氫鍵(hydrogen bonds)Y: 電負(fù)性很強(qiáng)，原子半徑較小兩個(gè)甲醇分子之間形成的氫鍵：分子間作用力大小順序?yàn)椋簹滏I 偶極-偶極吸引力 van der Waals力 1.6 酸堿的概念

10、1.6.1 Brnsted 酸堿理論 Brnsted 定義：酸：給出質(zhì)子的分子或離子堿：接受質(zhì)子的分子或離子酸 堿 堿 酸共軛堿 共軛酸 弱酸的共軛堿是強(qiáng)堿：強(qiáng)酸的共軛堿是弱堿：弱堿強(qiáng)酸弱酸強(qiáng)堿1.6.2 Lewis 酸堿理論Lewis 定義：Lewis 酸(Lewis acids)： 能夠接受未共用電子對(duì)的分子或離子酸堿絡(luò)合物電子給予體電子接受體Lewis 堿(Lewis bases)： 能夠給出電子對(duì)的分子或離子Lewis 酸：具有空軌道原子的分子或離子Lewis 堿：具有未共用電子對(duì)原子的分子 或離子1.6.3 硬軟酸堿原理影響酸堿反應(yīng)難易程度的因素：離子的大小 電荷的多少 電負(fù)性Pea

11、rson 將 Lewis 酸堿分為：硬酸：接受體的原子小，帶正電荷多， 價(jià)電子層沒(méi)有未共用電子對(duì)軟酸：接受體的原子大，帶正電荷少， 價(jià)電子層里有未共用電子對(duì)硬堿：給予體的原子電負(fù)性高，可極化性低， 不易被氧化軟堿：給予體的原子電負(fù)性低，可極化性高， 易被氧化硬酸硬堿外層電子抓得緊軟酸軟堿外層電子抓得松 “硬”、“軟” 是用來(lái)描述酸堿抓電子的松緊程度。1.7 有機(jī)化合物的分類1.7.1 按碳架分類有機(jī)化合物開(kāi)鏈化合物(脂肪族化合物) (aliphatic compounds)C原子連接成鏈狀(2) 脂環(huán)(族)化合物(cyclic compounds)C原子連接成環(huán)狀(3) 芳香族化合物(aromatic compounds)含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)(4) 雜環(huán)化合物(heterocyclic compounds)含有由C原子和其它原子(如 O,N,S)連接成環(huán)的化合物乙烷 1丁烯 丙炔 乙醇開(kāi)鏈化合物：脂環(huán)化合物：環(huán)己烷 環(huán)戊二烯 環(huán)辛烯 環(huán)己醇芳香族化合物：苯 萘 苯酚 氯苯雜環(huán)化合物：四氫呋喃 噻吩 吡啶 糠醛 1.7.2 按官能團(tuán)分類官能團(tuán)(functional groups):容易發(fā)生反應(yīng)的原子或基團(tuán)表1.3 一些常見(jiàn)的重要官能團(tuán)化合物類型 化合物 官能團(tuán)構(gòu)造 官能團(tuán)名稱參考書(shū)(Reference):Francis A.