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1、有 机 化 学,授课教师：,Organic chemistry,Chapter 1,EXTRODIUMS,绪 论,【本章重点】,共价键的形成及共价键的属性、分子的极性和分子间的作用力、有机酸碱理论、有机反应类型及中间体。,【必须掌握的内容】,1.有机化合物构造式的表示方法。,2.共价键的形成价键法（sp3、sp2、sp杂化、键与键）,3.共价键的基本属性。,4.共价键的断键方式及有机反应中间体。,5.有机化合物的酸碱概念。,1 有机化合物和有机化学,一、有机化合物（organic compund）,1806年瑞典化学家 Bezelius 提出了有机化学的概念，认为有机化合物必须来源于有生命的机
2、体，这就是“生命力”学说。,早期有机物的概念,动物物质植物物质,矿物物质,有机化合物现代定义,1828年，德国化学家 Whler在合成氰酸铵时，得到了尿素。,1848年，Gmelin提出，有机化合物（organic compound)即含碳的化合物。,1874年，德国化学家Schrlemmer提出，碳氢化合物及其衍生物，叫做有机化合物,这表明有机物还可以人工合成.,现代定义：有机化合物（organic compounds)就是含碳化合物。,强调:(1)少数含碳化合物没有通常有机物的共性,属于无机物,例如:CO、CO2、H2CO3、碳酸盐（RCO3）、(CN)2、HCN、HCNO、氢氰酸盐（RC
3、N）、氰酸盐（RCNO）、二硫化碳、碳化钙等等.,有机物共性:难溶于水、熔点低、受热易分解、容易燃烧、不易导电等。,(2)不含碳的有机物：SiH4（硅烷）;不含氢的有机物：CCl4（四氯化碳）。,二、有机化学（organic Chemistry）,研究有机化合物的结构、性质、合成、反应机理及相互转化规律的一门科学。,三、有机化学与医药学的关系。,合成药物.生物大分子.,2007年8月6日,美国FDA批准新的抗逆转录病毒药物Maraviroc,2 共 价 键,一、路易斯共价键理论,离子键：原子间通过电子转移产生正、负离子两者相 互吸引所形成的化学键。,19141917年间，美国物理学家Lewis
4、等人提出著名的“八隅体学说（octet rule）”。,共价键：成键原子间通过共用电子对而相互结合的 化学键。,配位键：成键原子间共用的电子对由其中一个原子提 供而相互结合的一类特殊共价键。,二现代的共价键理论基本要点,1927年W.H.Heiter和F.W.London首次完成了氢分子中电子对键的量子力学近似处理，这是近代价键理论的基础。L.C.Pauling等加以发展，引入杂化轨道概念，综合成价键理论(valence-bond theory)，成功地应用于双原子分子和多原子分子的结构。,基本要点,(1）可配原理,（2）原子轨道最大重叠原理,共价键的特性：,（1）共价键的饱和性：价键数=单电
5、子数,（2）共价键的方向性：,（）有两种成键类型,键和键的比较,三、碳的杂化轨道,碳原子的核外电子排布为：1s22s22p2,根据电子配对法,碳原子只有2个单电子,只能形成2个共价键,且键角应为90度左右.事实上,有机化合物中的碳能形成4个共价键.,其成健电子在轨道上的具体的排布为：,价电子层：,1931年，美国化学家Pauling 提出“杂化轨道理论”(hybrid orbital theory)。,能量相近的不同原子轨道，在化学反应中,能量互相混合，重新组合成新的原子轨道的过程，叫做轨道的杂化。,重新组合成的新的原子轨道，叫做杂化轨道。,能量不符合要求。,1、sp3 杂化轨道,Energy
6、 of the hybrid orbital,The model of the methane molecule,2、sp2杂化轨道,3、sp杂化轨道,基态：,小 结,电负性：S SP sp2 sp3 P,四、共价键的属性,1、键长,两个成键原子的核间距离键长。单位用pm表示。键长的大小,主要取决于两个原子成键类型和杂化方式。,2、键角,在有机化合物分子中，两个共价键之间的夹角键角。,3、键能,键长和键角决定分子空间构型,离解能或平均离解能。决定化学键强度,4、共价键的极性,1、非极性共价键（电子对均等分配）HH。,、极性共价键（电子对不平均分配，形成两极。,共价键的极性取决于成键的两原子的电
7、负性之差。,电负性之差：大于1.7 为离子键；小于1.7 为共价键；在0.7-1.6 之间为极性共价键（人为划定）。,共价键在外界电场（试剂、溶剂、极性容器）的影响下，键的极性发生改变(出现偶极)的现象叫键的极化性,过程叫键的极化。,在极性共价键中，是由于成键原子电负性不同引起的，因此是永久性的。而诱导键矩则是在外界电场的影响下产生的，是一种暂时的现象。它随着外界电场的消失而消失，所以叫瞬间偶极。,5、键的极化,正常情况下BrBr键没有极性，0，但当外电场E+接近时，由于E+的诱导，引起正负电荷中心分离，出现了键矩：,不同的共价键，对外界电场的影响有不同的感受能力，这种感受能力通常叫做可极化性
8、。共价键的可极化性越大，就愈容易受外界电场的影响而发生极化。键的可极化性与成键电子的流动性有关，亦即与成键原子的电负性及原子半径有关。成键原子的电负性愈大，原子半径愈小，则对外层电子束缚力愈大，电子流动性愈小，共价键的可极化性就小；反之，可极化性就大。键的可极化性对分子的反应性能起重要作用。例如：CX键的极性：CF CCl CBr CICX键的可极化性：CI CBr CCl CFCX键的化学活性：CI CBr CCl CF,键的极性和可极化性与化学活性有密切关系,五、有机化合物结构的表示方法,分子结构是指分子中各原子相互结合关系、结合方式以及原子在空间排布的状况，它包括分子的构造、构型和构象。
9、,有机化合物中各原子主要是由共价键连接而成,所以有机化合物结构的表示的核心就是共价键的表示.,电子式：用电子对表示共价键,比较直观，但书写比较麻烦。价键式：蛛网式。把电子式中的一对共用电子对用一条“-”来表示。结构简式：缩写式。把碳原子上所连接的相同原子进行合并，合并以后的个数写在该原子的右下方；省略单键。骨(碳)架式:键线式。把碳原子用短横线连接起来,平面结构式的表示方法,楔形式（透视式）伞形式 锯架式 Newmann投影式 Fischer投影式,立体结构式的表示方法,一、分子的极性,3 分子的极性及分子间的作用力,习惯上仍多用 D(Debye,德拜）,1D=3.33610-30Cm,当一个
10、分子的正电荷中心和负电荷中心不能重合，即构成了一个偶极,这种分子为极性分子。分子的极性，通常用偶极矩来表示。键的偶极常用 表示，箭头所指方向从部分正电荷到部分负电荷。分子中正电荷中心或负电荷中心的电荷值（e）与正负电荷中心间的距离（d）的乘积，叫做分子的偶极矩（dipole moment）用 来表示：=e d 偶极矩的单位为库仑 米。,偶极矩的大小，标志着不同分子的极性强弱。具有偶极矩的分子，叫做偶极分子，又叫极性分子。偶极矩为零的分子，叫做非极性分子。在两个以上原子组成的分子中，分子的极性是分子中每个键的极性的向量和。,二、分子间作用力,分子与分子之间的作用力包括：偶极偶极力(取向力)、氢键
11、、诱导力,色散力。它们重点影响化合物的物理性质，如:熔点、沸点、溶解度等，同时对化学性质也有一定的影响。,偶极偶极作用力或取向力,氢键(特强的偶极偶极作用力),较小原子半径、电负性强、有未共用电子对的原子可与氢原子形成氢键。常见的原子O,N,F,色散力(瞬时偶极之间的力),4 有机化合物的官能团和反应类型,一、功能基,决定有机化合物的种类和特性的原子或原子团，叫做官能团 或功能基(functional group)。,有机化合物的数量很多,在学习化合物的性质时,掌握某种官能团的性质,就掌握了具有这种官能团的所有化合物的共同性质,所以我们先掌握一类化合物的物理化学性质,然后再应用到典型化合物就可
12、以了.,此书以官能团为基础,二、反应类型,自由基反应,离子型反应,亲电反应,亲核反应,分类,协同反应,本教材只讨论自由基反应和离子型反应。,1、自由基型反应,在共价键断裂时，构成共价键的两个电子，被每个碎片（原子或基团）各分享一个的断裂方式称均裂（homolysis)。这种带有单电子的原子或基团，叫自由基或游离基（free redical）。,游离基(自由基),均裂,自由基是反应中的一种活泼中间体，通过自由基进行的反应，叫做自由基反应（reaction of free redical type)。,2、离子型反应,正碳离子（碳正离子）carbonium ion,负碳离子（碳负离子）carban
13、ium ion,在共价键断裂时，构成共价键的两个电子，被一个碎片（原子或基团）所占有的断裂方式称异裂（heterolysis)。,正碳离子能与负离子或Lewis碱进行反应，这种由亲核试剂进攻正碳离子的反应称亲核反应（nuclophilic reaction)。负碳离子能与正离子或Lewis酸进行反应，这种由亲电试剂进攻负碳离子的反应称亲电反应（eletrophilic reaction)。,成键的两个原子异裂之后，变成一个带正电荷，另一个带负电荷的两种离子。这种由于异裂生成正负离子的反应，叫做离子型反应(reaction of ionic type)。,正碳离子、负碳离子、游离基都是非常不稳定
14、的中间体。,5 有机酸碱概念,一、Brnsted酸碱质子理论,在有机反应中，应用最多的是 Brnsted的酸碱质子理论和 Lewis的酸碱电子理论。,1、酸碱的定义：凡是能给出质子（H+）的物质都是酸；凡是能获得质子的物质都是碱。也就是说，酸是质子的给予体；碱是质子的接受体。,酸碱质子理论，体现了酸和碱相互转化和相互依存的关系：酸给出质子后，产生的酸根为原来酸的共轭碱。酸越强，其共轭碱越弱；同理，碱越强，其共轭酸越弱。,如何判断化合物的酸性强弱？,主要取决于化合物离解出H+后的负离子稳定性。负离子越稳定则原来的化合物酸性越强。,负离子的稳定性与中心原子的电负性、原子半径的大小、与其相连的原子团
15、的结构以及溶剂等因素有关。,3、质子理论的优缺点：优点：扩大了酸碱的范围，将酸碱性质与溶剂性质联 系起来。缺点：把酸碱只限于质子的放出和接受，故物质必有 氢，对无氢的物质不能解释。,二、Lewis酸碱电子理论,1、酸碱的定义：凡能获得电子对的物质，叫做酸。凡能提供电子对的物质，叫做碱。也就是说，酸是电子对的接受体；碱是电子对的给予体。,常见的lewis酸：,常见的lewis碱:,质子酸：H+、HCl、H2SO4具有可以接受电子对的空轨道的分子：BF3、AlCl3、SnCl4、ZnCl2、FeCl3正离子：Na+、Ca2+、Fe3+,3、电子理论的优缺点：优点：扩大了酸碱的范围，将酸碱性质与原子中电子 性质联系起来。缺点：把酸碱进行了扩大电子的给出和接受，故必须 对原子的电子排布和电子的给出和接受能力十 分熟悉，方能判断。,1.有机化合物与有机化学的定义2.共价键 碳的杂化轨道;键长,键角,键能,键的极性3.分子的极性 分子中所有化学键极性的向量和4.分子间作用力 范德华力;偶极-偶极力;氢键5.有机物的分类 按碳骨架分类;按功能基分类6.有机反应类型 均裂:游离基反应;异裂:离子型反应7.有机酸碱概念 酸碱质子理论;酸碱电子理论,本 章 要 点,
