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1、第1章 结构与性能概论,1、构造式的表达,3、有机化学的学习构架,2、有机化学反应方式分类,返回总目录,开始讲课,本课要点,总结,作业,第一章 结构与性能概论,一、有机化学的发展,人工合成有机物,分离提纯有机物,“有机”和“生命力”,来自动植物,来自矿物,有机物,无机物,明确是C化合物,碳氢化合物及其衍生物,有机化学碳化合物的化学,凭什么一个C就能成为一门独立学科？,1、与人类关系密切2、数量众多3、性质特点不同于无机物,为什么有机物的数量比无机物多这么多？,有机物上千万种无机物几百万种每年新增有机物几千种,有机物结构繁杂！,结构,易燃,熔、沸点低,难溶于水,反应速度慢,副反应多,二、有机物的
2、特点,以C为核心以共价键相结合,1、结构决定了性质2、由性质可以推测结构,组成有机物的元素不多(C、H、O、N、X、S、P)，但结构繁杂。,三、有机物结构基础,1、C在周期表中的位置决定,生成共价键；四价。,C,既不易得4个电子，也不易失4个电子。,2、有机物最常用的表示式构造式,表示无机物分子式组成(H2O),构造式分子中原子的连接方式和次序。,因为在有机物中普遍存在着,同分异构现象,同分异构分子组成相同，但结构、性质不同。,如：C2H6O,CH3CH2OH,CH3OCH3,乙醇(bp：78.3),甲醚(bp：-24.5),（1）路易斯式一对电子表示一个共价键,（2）凯库勒式一条短线表示一个
3、共价键,HCCH,标出外层电子,（3）构造简式省略CH键和(主链)中的单键,相同的部分可以用括号表示：,左端相同基团，写在连接C之前；其他写在连接C之后。,(CH3)2CH,CH2CH,(CH3),CHCH2,（4）骨架式省略凯库勒式中的H,CH3CH2CH2CH3,CH3(CH2)2CH3,(CH3)2CHCH3,CCCC,（5）键线式省略C、H原子，写出C之间的价键线，线的端点和交点代表一个C。,CH3CH2CH2CH2CH2CH3,先主后支,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6 7,3、共价键的形成和类型,两原子的原子轨道，相互交叠即形成共价键,键沿轨道轴平行方向成键。重叠大、
4、稳定、可沿键轴自由旋转。,键沿轨道轴垂直方向成键。重叠小、不稳定、不能沿键轴旋转。,头碰头,肩并肩,共价键的类型,交叠越大，成键越牢固最大重叠原理,轨道轴,键轴,例如：H2分子,键长,键角,离解能和键能,极性和极化性,4、共价键的基本属性,断裂或生成一个键所消耗或放出的能量,338.9kJ/mol-1,435.1kJ/mol-1,键的极性取决于成键原子的电负性。如CC、HCl,+-,分子的极性取决于键的极性、分子形状。如：CH4,键的极化性受外电场作用，极性的变化。,CC,CC,+-,-+,内因,外因,两核距离,两键夹角,四、有机反应,有机反应的本质旧键的断裂和新键的生成,1、根据反应形式：取
5、代、加成、聚合、消除,2、根据反应机理：协同反应和分步反应。,协同反应旧键的断裂和新键的生成同时完成,分步反应旧键的断裂和新键的生成分步完成,A B,A B,A+B,A+B-,均裂,异裂,自由基,正离子、负离子,由自由基引发的反应自由基反应由正、负离子引发的反应亲电、亲核反应,五、有机物的分类,1、根据C的骨架分类,（1）开链化合物(脂肪族化合物),（2）环状化合物,脂环烃,芳香烃,杂环,2、根据官能团分类,官能团决定一类有机物特性的基团,官能团是学习有机化学的切入点,CH3CH2CH2OH,官能团的排列顺序是系统命名中，官能团作母体的资格顺序。,有机物,烃,烃的衍生物,链烃,环烃,饱和烃,不
6、饱和烃,脂环烃,芳香烃,卤代烃,含氧化合物,含氮化合物,醇、酚、醚,醛、酮,羧酸和羧酸衍生物,杂环化合物,硝基化合物,胺,重氮和偶氮化合物,CH3CH3,CH3Br,CH3OH,CH3-O-CH3,CH3CHO,CH3COOH,CH3NO2,CH3NH2,CH2CH2,CH CH,六、有机物的研究程序,七、有机化学中的酸碱概念,2、质子理论：,3、电子理论：,1、解离理论：,八、有机化学学什么？怎么学？,化学性质,命名,结构,写出,写出,系统命名,平面结构和立体结构,说明,推测,反应历程,合成,鉴别,官能团,杂化轨道理论和有机物的基本价键结构,2、键和键的空间关系,1、sp杂化的三种类型,3、
7、弯曲键和环烷烃的稳定性,4、离域键和共轭体系,返回总目录,有机结构理论,因为结构决定性质。这是为了探讨、解释有机化学反应作好基础知识的铺垫。,2、有机结构理论好学吗？,1、为什么要讲有机结构理论？,3、有机结构理论所描述的过程，都是真实存在的吗？,不太好懂，是有机学习的难点之一。需要一点空间想象能力和抽象思维能力。,不完全是。它只是一种假设，一种能解释已知实验事实的假设。,一、杂化轨道理论与有机物的价键结构基础,（一）杂化轨道理论,杂化在成键过程中，能量相近的不同类型的原子轨道，重新组合成能量、形状完全等同的新轨道。,杂化类型sp杂化 dsp杂化,1、什么叫杂化轨道？,2、原子轨道为什么要杂化
8、？,原子轨道：s p d f,杂化是一种理论，是对电子配对法的补充和完善，依次可以更好地解释分子空间结构的事实。,3、sp杂化的三种类型,sp杂化1个s轨道+1个p轨道，生成2个sp杂化轨道。,sp2杂化1个s轨道+2个p轨道，生成3个sp2杂化轨道。,sp3杂化1个s轨道+3个p轨道，生成4个sp3杂化轨道。,杂化轨道的空间结构，是由于电子云之间的相互斥力达到平衡时，而形成的最稳定状态。,杂化轨道的空间结构,C,C,C,直线形轨道夹角1800,平面三角形轨道夹角1200,正四面体形轨道夹角109.50,1、sp3杂化甲烷、CC单键,（二）有机物的价键结构基础,（1）甲烷的结构,空间结构是正四
9、面体，HCH键角都是109.50；CH键长都是0.110nm；4个H的位置完全相同。,实验测定：,Cl,Cl,05-1甲烷球棒模型和比例模型,（2）CC单键的结构,其它烷烃：sp3杂化；CC键(sp3sp3)；键角近似于109.50,乙烷C2H6,正己烷C6H14,键特点头碰头式交叠，重叠大、牢固、可沿键轴自由旋转。,键线式,05-2乙烷,05-3正己烷(键线式和基团添加),键特点肩并肩式交叠，重叠小、不牢固、不能沿键轴旋转。,2、sp2杂化C=C双键和C=O双键的结构,杂化态,（1）C=C双键的结构,C,C,实验测定：,平面分子,键sp2sp2,键(sp2s),键和键的空间关系,1+1,（2
10、）C=O双键的结构,+-,1+1,610.9,347.3,键能(kJmol-1),0.133,0.154,键长(nm),C=C,CC,数据分析,键的键能=610.9-347.3=263.6,结构分析：电子分布在原子核的上下两端，受原子核束缚较小，易极化。,结论：键结合力弱、易极化、易发生反应。,C,3、sp杂化CC三键的结构,杂化态,实验测定：,直线分子,C,1s,1s,键(spsp),键(sps),1+2,三种sp杂化轨道的电负性：spsp2sp3,因为s轨道比p轨道控制电子的能力更强,4、弯曲键环烷烃的结构,环状结构有一定的几何角，如：三元环600,环烷烃的C是sp3杂化轨道夹角109.5
11、0,最稳定的成键方式是最大重叠原则,弯曲键,寻找结构矛盾的冲突点,弯曲键不如键稳定没有实现最大重叠。,600 900 1080 1200,除环丙烷外，其他环烷烃都不是平面结构,由于这种角度差而产生的复原力称作角张力,？,对环烷烃稳定性的解释拜尔张力学说(1885年),环烷烃的稳定性：,以正四面体角109.50成键，是最稳定的结构。,假设成环C原子共平面。那么，环的几何角和109.50相差越大，则环越不稳定。,要解释环烷烃结构的稳定性，应从构象进行分析，角张力只是影响因素之一。,5、离域键丁二烯和苯的结构,C,C,C,C,0.134,0.148,C=C 0.133nm,CC 0.154nm,（1
12、）丁二烯的结构,实验测定：平面分子,离域大键成键后，电子的运动区域，不是固定在两个原子之间。,丁二烯的键,-共轭体系,凡有离域键的体系共轭体系,CH2=CHCH=CH2,能准确表达？,（2）苯的结构,C,C,C,C,C,C,实验测定：平面分子，完全对称每一个键角：1200每一个CC键长：0.140nm,苯的键,闭合离域大键,凡共轭体系用传统的价键都无法准确表示。,-共轭体系,离域使分子内能降低，使体系趋于平均化，更稳定。,总结,sp,离域键,弯曲键,键,键,类型,1200,视几何形状,1800,1200,109.50,键角,丁二烯、苯,环丙烷,乙炔,乙烯,甲烷,物质举例,共轭体系,环烷烃,炔烃
13、,烯烃,烷烃,sp2,sp3,sp2,sp3,杂化,总结,1、掌握结构简式、骨架式和键线式的写法,2、熟悉有机反应的分类,3、了解有机化学的学习构架,以命名、结构、化学性质为重点，以官能团为切入点。,协同反应旧键的断裂和新键的生成一步完成,分步反应包括均裂和异裂两种方式,以凯库勒式为基础。结构简式省略单键符号；骨架式省略H；键线式省略C、H原子。,断裂共价键吸收能量，生成活泼中间体(自由基、正离子、负离子)。,作业写出下列三式对应的结构简式、键线式、骨架式,1、(CH3)3CCH2CH2CH(CH2CH3)2,要点复习,1、sp3、sp2、sp杂化是有机价键结构的基础。,2、键和键的结构特点，决定着相应有机物的性质特点。,3、环烷烃并非都是简单的几何平面。其结构的稳定性，应从构象进行分析。,4、凡有离域键的体系共轭体系。凡共轭体系用传统的价键都无法准确表示。,
