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1、第一章,绪 论,本 章 教 学 提 纲,一、有机化学的产生及其发展,四、共价键理论,六、有机化学反应的基本类型和反应中间体,七、研究有机化合物的一般步骤,八、有机化学中的酸碱概念,五、共价键的属性,二、有机化学与其他学科的关系,本 章 教 学 提 纲,一、有机化学的产生及其发展,四、共价键理论,六、有机化学反应的基本类型和反应中间体,七、研究有机化合物的一般步骤,八、有机化学中的酸碱概念,五、共价键的属性,二、有机化学与其他学科的关系,本 章 教 学 提 纲,一、有机化学的产生及其发展,四、共价键理论,六、有机化学反应的基本类型和反应中间体,七、研究有机化合物的一般步骤,八、有机化学中的酸碱概
2、念,五、共价键的属性,二、有机化学与其他学科的关系,有机化合物又称为烃及其衍生物。烃：简称碳氢化合物，含有其它元素的烃称为烃的衍生物。,有机化合物中的主要元素是碳和氢，除碳和氢外，绝大多数有机物还含有氧、氮、硫、磷和卤素等。碳原子之间可以单键、双键或叁键相连，可以形成链状结构或环状结构。有机物的结构特点造成了有机物的同分异构现象十分普遍，如乙醇和甲醚，丙醛和丙酮、1-丁炔和1，3-丁二烯、1-丁烯和2-丁烯、正丁烷和异丁烷、1-丁烯和环丁烷等都互为同分异构体。,有机物的同分异构现象使有机物的数量非常庞大。,有机物的一般特性如下：1、能燃烧2、熔点比较低3、一般为非极性或极性较弱的化合物4、化学
3、反应速度慢，产物复杂,有机物中的碳原子之间、碳原子与其它原子之间是通过电子对的共享，即以共价键结合在一起的，而无机物中各原子之间的化学键一般为离子键。有机物的共价键特点决定了有机物具有许多与无机物不同的特点。,按碳架分类,开链形化合物,环形化合物,碳环化合物,杂环化合物,芳香族化合物,脂环族化合物,脂杂环化合物,芳杂环化合物,开链形化合物，它包括烷烃、烯烃、炔烃。因为脂肪中的主要成分是这类化合物，所以开链形化合物又称为脂肪族化合物。如,芳香族化合物,2-甲基丁烷,1-丁烯,1-丁炔,组成环系的原子全部是碳原子的环状化合物称为碳环化合物。它包括两类：一类是由开链形化合物成环得到。此类碳环化合物由
4、于性质和脂肪族化合物相似，所以被称为脂环族化合物。环烷烃、环烯烃、环炔烃等都属于脂环族化合物。如：,芳香族化合物,另一类碳环化合物是具特殊环状结构并具有一定特性的被称为芳香族化合物。这类碳环化合物中一般含有苯环或者是稠合苯环。如：,组成环系的原子除碳原子外还含有其它原子的环形化合物称为杂环化合物。它包括两类：一类是性质与脂肪族化合物相似的杂环化合物，被称为脂杂环。如：,还有一类杂环化合物是环系比较稳定且具有一定芳香性的被称为芳杂环。如：,环氧乙烷,四氢吡咯,第一章绪 论,官能团是决定有机化合物主要性质的原子或原子团。例如：卤代烃的官能团是卤原子（X），如CH3Cl,CH3CH2Br,C6H5C
5、l。醇的官能团是羟基（OH），如CH3OH，CH3CH2OH,（一）构造和构造式：,分子中原子间的连接顺序和方式称为分子的构造，表示分子构造的化学式称为构造式。,有机分子的构造式主要有电子式、价键式、结构简式键线式四种表示方式。其中结构简式和键线式较为常用，尤其结构简式最常用。,表示1-戊烯-4-炔构造的电子式、价键式、结构简式和键线式如下：,结构简式,电子式,键线式,价键式,结构简式,键线式,电子式,价键式,2戊醇的电子式、价键式、结构简式和键线式如下：,键线式的始端、末端、折角均表示碳原子，假若碳和其他原子或基团相连，则必须写出。,练习：把下列结构简式改写成键线式,（二）构型和透视式：,绝
6、大多数有机分子在空间的排布具有立体的形状，只有少数有机分子在空间的排布是线形的或者是平面形的。而有机分子的构造式只能反映分子中原子间的连接顺序和方式，不能体现分子中的原子在空间的排布情况。为了了解有机分子中的原子在空间的排布情况，我们还需要进一步地用立体结构来表示有机分子。,有机分子的立体结构又称为构型。,有机分子的立体结构我们可以用透视式来表示。所谓透视式是按照有机分子的实际形状把它画下来的“图像”。,我们常常借助于分子的模型来了解有机分子的立体结构。分子的模型实际上是把我们用肉眼看不见的微小的分子经放大上亿倍数后得到的分子形状。,常见的分子模型有Staurt模型和Kekul模型两种。如甲烷
7、的Staurt模型和Kekul模型如下：,Staurt模型（比例模型）,Kekul模型（球棒形）,从甲烷的Kekul模型得到甲烷的透视式如下：,透视式中的细实线表示在纸平面上，实锲形线表示在纸平面前方，虚锲形线表示在纸平面后方。,有机分子的立体结构除用透视式表示外还可用其它一些化学式来表示，详细内容我们将在第五章中进一步学习。,本 章 教 学 提 纲,一、有机化学的产生及其发展,四、共价键理论,六、有机化学反应的基本类型和反应中间体,七、研究有机化合物的一般步骤,八、有机化学中的酸碱概念,五、共价键的属性,二、有机化学与其他学科的关系,即 H-F,即,（一）价键理论（或电子配对法）,原子间的共
8、价键满足“八隅规则”。外层具两电子的惰性气体氦的电子构型和具有八电子氖的惰性气体的电子构型，通称“八隅规则”。,价键理论认为：共价键是成键的两个原子通过共享电子对而形成的。原子之间形成共价键后，可以引起原子轨道的电子云重叠，使整个体系的能量降低。,按照价键理论，一个原子的化合价一般是它外层所含有的单个电子数，如H（1S1）和F（2S)2(2Px)2(2Py)2(2Pz)1的外层所含有的单个电子数是1，所以它们的化合价分别是+1和-1。但它不能解释为什么有机物中的碳原子（2S)2(2Px)1(2Py)1通常显示4价，而不是2价，也不能解释甲烷具有正四面体的构型。为此，提出了杂化轨道理论。,（二）
9、杂化轨道理论,经激发后，碳原子外层原子轨道（2S)2中的一个电子跃迁到(2Pz）轨道中，这样碳原子的原子轨道变成（2S)1(2Px)1(2Py)1(2PZ)1,外层单个电子数由原来的2个变成了4个,所以有机物中的碳原子通常显示4价。,（2S)2(2Px)1(2Py)1,为此，杂化轨道理论提出：电子跃迁后形成的四个轨道进行杂化，重新组合形成新的轨道。这种重新组合的过程称“杂化”，形成的新轨道称“杂化轨道”。,但S轨道和P轨道无论从能量上还是方向上都不一样，为什么甲烷具有正四面体的构型？,碳原子用一个S轨道和三个P轨道杂化，得到四个等同的sp3杂化轨道。,碳原子除采用sp3杂化外，还可以有sp2
10、和sp杂化。碳原子用一个S轨道和二个P轨道杂化，得到三个等同的sp2杂化，还留下一个2p轨道未经杂化。,碳原子用一个S轨道和一个P轨道杂化，得到二个等同的sp杂化，留下二个2p轨道未经杂化。,(sp2杂化),(sp杂化),(sp3杂化）,三种杂化轨道的立体形状,sp杂化,sp2 杂化,sp3杂化,S、P、杂化轨道形状,S,P,杂化,碳原子可以采用不同的杂化轨道与其它原子成键，因此可得到具有不同立体形状的分子。例如，碳原子用四个sp3杂化轨道分别与其它原子成键，可得到四面体构型的分子，如一氯甲烷、二氯甲烷等，在甲烷中，碳原子用四个sp3杂化轨道分别与四个氢原子成键，则得到正四面体构型的甲烷；碳原
11、子采用sp2杂化轨道与其它原子成键可得到具平面构型的分子，如乙烯等；碳原子采用sp杂化轨道与其它原子成键可得到线型分子，如乙炔等；有关详细内容见后续章节进一步讨论。,杂化轨道理论为有机分子的结构提供了有力的理论依据我们可以运用杂化轨道理论来了解和研究有机分子的结构和性质之间的必然联系。,五、共价键的属性,（一）键长（二）键角（三）键能（四）键的极性和极化,两个原子的核之间的距离称为键长。,键长（nm）,键,0.154,0.134,0.120,一个原子，与其他两个原子所形成的两个共价键之间的夹角称为键角。,气态时,原子A和原子B结合成AB（气态）所放出的能量；也就是AB（气态）离解为A和B两原子
12、（气态）时所需要吸收的能量。这个能量 就称为键能。,注意：由双原子组成的气态分子分解为气态原子所需要的能量称为键能，也称为该键的离解能。但在由多原子组成的分子中，键能和键离解能并不一致。,因此，多原子分子的共价键的键能是断裂分子中全部同类共价键所需要离解能的平均值。,例如，甲烷中四个C-H键的平均键能为16621/4=415.5(KJ.mol-1),但每个C-H键逐个断裂所需要的离解能是不同的,极性共价键：成键电子云不完全对称而呈现极性的共价键。由两个不相同的原子所组成的共价键是极性共价键。例如,非极性共价键：成键电子云均匀地分布在两核之间的共价键。由两个相同的原子所组成的共价键是非极性共价键
13、。例如HH。,在H-Cl中，由于氯的电负性比氢大，所以氯和氢之间 的电子云偏向于氯，氯原子上的电子云比较多，氢原子上的电子云比较少，故氯原子上带有部分负电荷，用-表示，氢原子上带有部分正电荷，用+表示。,原子的电负性数值越大，表示该原子的电负性越大。原子的电负性越大，吸电能力越强，反之则越弱。,键的极性或分子的极性大小，通常用偶极矩表示。键的偶极矩越大，表示共价键的极性越大。对于双原子分子来说，分子中只有一根共价键，所以双原子分子的偶极矩越大，分子的极性也越大。但是对于多原子分子，分子中含有一根以上的共价键，所以，对于多原子分子来说，分子的偶极矩是各键偶极矩的向量和。因为偶极矩不但有大小而且还
14、有方向性。,练习：下列有机化合物的偶极矩如何？,偶极矩用箭头加一直线来表示，箭头指向带负电荷的一端,键的极性（永久）：决定于两个成键原子的电负性。,键的极化（暂时）：是受外界电场影响而产生的,键的极化：不论是非极性分子还是极性分子，当它们处于外界电场中（如溶剂、试剂、极性容器的影响等）时，由于电场的影响，分子中正负电荷中心将发生移动，偶极矩发生变化，即相连两原子间电子云密度发生重新分布，键的极性发生了改变，这种在外界电场影响下发生键的极性改变的现象，称为键的极化。,键的极性与两个成键原子的电负性有关，原子间的电负性相差越大，则键的极性越大。例如对于 CX来说，随着X原子（F，Cl，Br，I）的
15、电负性减小，CX的极性降低。所以，CX键的极性大小顺序为：CF CCl CBr CI,而键的极化难易与两个成键原子的原子核对最外层电子云吸引能力有关，当原子核对最外层电子云吸引能力愈强时，键的极化越困难；反之，则键的极化越容易。极化的难易程度称为极化度。例如对于 CX键来说，随着卤原子（F，Cl，Br，I）的半径增大，卤原子最外层电子云受原子核的束缚力降低，则CX键的极化度增大。所以CX的极化度大小顺序为：CICBrCClCF,在一定的条件下，有机物分子中的原有的键断裂，成键电子发生重新分布，形成新的键，从而使原有的分子中原子间的组合发生了变化，新的分子产生。这种变化过程称为有机反应。有机反应
16、进行的全过程叫做反应历程或反应机理。,按反应时化学键断裂和生成的方式，有机反应分为自由基型反应、离子型反应和协同反应。,六、有机化学反应的基本类型,（一）自由基反应（共价键均裂）,（二）离子型反应（共价键异裂）,（三）协同反应,化学键断裂时成键的一对电子平均分给两个原子或基团，这种断裂方式称为均裂，均裂时生成的原子或基团带有一个孤单电子，用黑点表示，带有孤电子的原子或原子团称为自由基，它是电中性的。自由基多数只有瞬间寿命，是活性中间体中的一种。这种由于分子经过均裂产生自由基而引发的反应称为自由基型反应。,化学键断裂时原来的一对成键电子为某一原子或基团所占有，这种断裂方式称为异裂。异裂产生正离子
17、和负离子。有机反应中的碳正离子和碳负离子只有瞬间寿命，也是活性中间体的一种。这种经过异裂生成离子而引发的反应称为离子型反应。,离子型反应根据反应试剂的类型不同，又可分为亲电反应与亲核反应两类：,对电子有显著亲和力，容易与被反应的化合物中能提供电子的部位发生反应的试剂称为亲电试剂。由亲电试剂进攻而发生的反应称为亲电反应。,对正电荷有显著亲和力，容易与被反应的化合物中缺电子的部分或带正电荷的部位发生反应的试剂称为亲核试剂。由亲核试剂进攻而发生的反应称为亲核反应。,在表述反应机理时，必须指出电子的流向，并规定用弯箭头表示一对电子的转移。习惯上，在有机反应过程中，常把起进攻作用的反应物称作进攻试剂，遭
18、到进攻的反应物称作被作用物或底物。,反应是按照离子型反应历程进行还是按照自由基反应历程进行主要取决于反应物的分子结构和反应条件。,在光、热或自由基的引发剂（如过氧化物）作用下，反应主要按自由基历程进行；在酸、碱或极性物质的作用下，反应主要按离子型反应历程进行。,在反应过程中，旧键的断裂和新键的形成都相互协调地在同一步骤中完成的反应称为协同反应。协同反应往往有一个环状过渡态,按反应物和生成物的结构关系，有机反应还可分为酸碱反应、取代反应、加成反应、消除反应等。,有时还需要将两种分类方法结合起来对反应进行更细的分类。如：有机化合物分子中的某个原子或基团被其它原子或基团所置换的反应称为取代反应。若取
19、代反应是按共价键均裂的方式进行的，则称其为自由基取代反应。若取代反应是按共价键异裂的方式进行的，则称其为离子型取代反应。然后再根据反应试剂的类型进一步分为亲电取代反应和亲核取代反应。,碳正离子,碳负离子,甲基自由基,有机反应中活性中间体的构型,碳正离子、碳负离子和自由基等都是反应进程中的活性中间体。,八、有机化学中的酸碱理论,（一）布朗斯特酸碱质子理论,（二）路易斯酸碱电子理论,传统的酸碱理论 在水中电离出氢离子的为酸 在水中电离出氢氧根离子的为碱,酸,碱,共轭碱,共轭酸,（一）布朗斯特酸碱质子理论（）,给出质子的为酸，接受质子的为碱,酸失去质子，剩余的基团就是这个酸的共轭碱；碱得到质子生成的
20、物质就是这个碱的共轭酸。,共轭酸碱中，酸的酸性愈强，其共轭碱的碱性就愈弱；碱的碱性越强，其共轭酸的酸性就越弱。,碱,酸,酸碱加合物,（二）路易斯酸碱电子理论（Lewis）,路易斯（Lewis）酸碱电子理论认为：能接受电子对的为酸，能给出电子对的为碱。因此，路易斯酸是能接受外来电子对的电子接受体；路易斯碱是能给出电子对的电子给予体。例如：,对于路易斯酸来说，它至少有一个原子具有空轨道，具有接受电子对的能力,如BF3，AlCl3，SnCl2，ZnCl2，R+，RCO+，Br+，NO2+等;对于路易斯碱来说，它至少含有一对未共用电子对，具有给予电子对的能力,如 NH3，RNH2，ROH，ROR，RSH；X-，OH-，RO-，R-等。,第一章作业 1，2（4）（6）（7）（8）（16）（17），3，4，5，6 a)、b),另外，第2题名词解释中补充：路易斯酸、路易斯碱,
