華南理工大學本科生有機化學

1、1會計學華南理工大學本科生有機化學華南理工大學本科生有機化學 (4) 鍵的極性和誘導效應1.4.3 共價鍵的斷裂和有機反應的類型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 有機化合物的分類1.8 有機化合物的研究程序第1頁/共38頁1.1 有機化合物和有機化學 有機化合物的組成 基本元素：C 其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等有機化合物為碳氫化合物及其衍生物有機化學是研究 C 化合物的化學

2、 有機化合物 性質(zhì)的變化規(guī)律性質(zhì)有機反應結(jié)構(gòu)與反應性之間的關系 組成結(jié)構(gòu) 有機化學的研究內(nèi)容： 第2頁/共38頁1.3 分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式分子(molecules): 組成的原子 一定的排列順序 相互影響相互作用 結(jié)合的整體分子結(jié)構(gòu) 原子排列的順序和相互作用1.2 有機化合物的特性分子式 表示組成分子的原子種類和數(shù)目C2H6OCH3CH2OHCH3OCH3乙醇二甲醚第3頁/共38頁分子結(jié)構(gòu)式 表示分子中原子連接的順序表示方式：短線式縮簡式鍵線式CH3CH2CH2CH3CHHHHO第4頁/共38頁1.4 共價鍵 有機化合物中典型的化學鍵：共價鍵 有機化合物的共同結(jié)構(gòu)特征：共價鍵結(jié)合 1.4.1 共

3、價鍵的形成離子鍵的形成： 一個或更多的電子從一個原子轉(zhuǎn)移到另一個原子形成離子時產(chǎn)生的鍵。 它是帶有相反電荷的質(zhì)體間的吸引力。Na (氣氣)Na(氣氣) + eCl(氣氣) + eCl(氣氣)Na (氣氣)+ Cl(氣氣)Na Cl(氣氣)第5頁/共38頁 共價鍵的形成： 由兩個原子間共用一對電子產(chǎn)生的化學鍵C4 H+CHHHHCHHHH價鍵式Lewis 結(jié)構(gòu)式八隅體規(guī)則最外層電子： 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：CHHCHHC CHHHH乙炔：CHC HH C C H第6頁/共38頁(1) 價鍵理論 共價鍵的形成：是成鍵原子的原子軌道 (電子云)相互交蓋的結(jié)果 (2)

4、軌道雜化C :1s2 2s2 2px1 2py1 2pz0碳原子在基態(tài)時的電子構(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第7頁/共38頁雜化軌道理論: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(c) 碳原子軌道的sp雜化電子躍遷有機化合物的結(jié)構(gòu)特征：C原子為4價第8頁/共38頁共價鍵 鍵長/nm共價鍵鍵長/nmC CC HC NC O0.1540.1090.1470.143C C lC BrC CC C0.1770.1910.1340.120表

5、1.1 一些共價鍵的鍵長成鍵原子的原子核間的平均距離(3) 分子軌道理論1.4.2 共價鍵的屬性（1）鍵長第9頁/共38頁(2) 鍵能 鍵能反映了共價鍵的強度，鍵能越大則鍵越牢固。表1.2 一些共價鍵的鍵能共價鍵鍵能/kJmol-1共價鍵鍵能/kJmol-1C CC HC NC OC F347414305360485C ClC BrC CC CC I339285218611837形成共價鍵時體系釋放的能量,或斷裂共價鍵時體系吸收的能量。 鍵能： 第10頁/共38頁(3) 鍵角 鍵角：鍵與鍵之間的夾角。 CHHHH109.5O104C O121118HH甲烷 乙醚 甲醛鍵角反映了分子的空間結(jié)構(gòu)

6、(4) 鍵的極性和誘導效應共價鍵的類型： 非極性共價鍵： 兩個相同的原子成鍵, 電子云對稱分 布在兩個原子之間。 H HCl Cl第11頁/共38頁極性共價鍵: 不同的原子成鍵時，由于原子的電負性 不同，使電負性較強原子一端的電子云密度較大。H Cl共價鍵的極性大小是用偶極矩()來度量的。 = q.dq: 電荷d: 正負電荷之間的距離:單位為Cm (庫侖米) = 3.57 10-30 Cm H Cl第12頁/共38頁 誘導效應： 由于分子內(nèi)成鍵原子或基團的電負性不同而引起分子內(nèi)成鍵電子云向電負性較大(或電負性較小)的原子團方向偏移的電子效應，就稱為誘導效應( I )。 這種影響沿分子鏈靜電誘導

7、地傳遞下去：C H3CH2C H2C H2C l1234（-I） 誘導效應產(chǎn)生的原因成鍵原子的電負性不同。 誘導效應的傳遞逐漸減弱,傳遞不超過五個原子。 CH3 CH2 CH2 CH2 O（+I）第13頁/共38頁底物 試劑 產(chǎn)物 溶劑CCl4C C+ Br BrC CBr Br1.4.3 共價鍵的斷裂和有機反應的類型 有機反應：反應物第14頁/共38頁共價鍵斷裂的方式： 異裂： 均裂： R LR +L自由基 C LC+ LC + L碳正離子 碳負離子 有機反應活性中間體： 碳正離子、碳負離子、自由基 第15頁/共38頁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：

8、一個極性分子帶有部分正電荷的一端 與另一個分子帶有部分負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 第16頁/共38頁-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： 瞬間偶極和誘導偶極之間相反電荷的區(qū)域彼此吸引。1.5.3 氫鍵H Y(Y: N,O,F等等 原原 子子 ) )Y: 電負性很強，原子半徑較小第17頁/共38頁H3COHOCH3H 兩個甲醇分子之間形成的氫鍵： 分子間作用力大小順序為： 氫鍵 偶極-偶極吸引力 van der Waals力 第18頁/共38頁1.6 酸堿的

9、概念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。H2O+NH3.OHNH4+CH3COOHNH3.CH3COONH4OHNH2ONH3酸堿共軛酸共軛堿第19頁/共38頁有機酸特征含有活性氫官能團，官能團 中含有電負性大的O、N原子 與氫相連。如： CH3COOH、ArOH、ROH強酸的共軛堿是弱堿： H2SO4HSO4+ H+強酸 弱堿弱酸的共軛堿是強堿： CH3COOHCH3COO + H+弱酸 強堿第20頁/共38頁 勃朗斯臺特酸都是Lewis酸的一部分； 勃朗斯臺特堿就是Lewis堿。有機堿特征含有孤電子對飽和O、N

10、原子 官能團。如：+C H3C H2O C H2C H3+H IC H3C H2O C H2C H3 IHC H3C H2O HH2SO4C H3C H2O H2 H SO4C H3C H2N H2C H3C O O HC H3C O O N H3C H2C H3.ROH、RNH2、RC NH2O有些有機物既是酸也是堿：第21頁/共38頁1.6.2 Lewis酸堿電子酸堿理論 Lewis酸堿定義： 能接受電子對的分子或離子為酸。 能給出電子對的分子或離子為堿。Lewis酸堿特點： Lewis酸一定是含有空軌道原子的分子或 離子。如：AlCl3 。 Lewis堿一定是含有孤電子對原子的分子 或離

11、子。如：ROR 。+CH3CH2CH3CH2OAlCl3CH3CH2OCH3CH2.AlCl3第22頁/共38頁H+ Li+ Na+ K+ M g2+ Ca2+ Al3+BF3 AlCl3 SO3 CO2HX1.6.3 硬軟酸堿原理 硬酸接受電子的受體原子較小，帶正 電荷程度高，對外層電子抓得 緊；硬酸價電子層沒未共用電子 對。例如：+CH3CH2CH3CH2OCH3CH2OCH3CH2.BF3BF3ROH+ROH第23頁/共38頁軟酸接受電子的受體原子較大，帶正電 荷程度弱，對外層電子抓得松；軟 酸價電子層有未共用電子對。例：R X 、 Cu+ 、 Br+ 、 Br Br.硬堿給出電子的原子

12、電負性高，可極化 性小，對外層電子抓得緊。如：O H 、 F （ Br不 為 硬 堿 ） 、 N H3、 R O H軟堿給出電子的原子電負性低，可極化 性大，對外層電子抓得松。如：CN、 SH、 RSH第24頁/共38頁硬酸硬堿外層電子抓得緊 軟酸軟堿外層電子抓得松 “硬”、“軟” 是用來描述酸堿抓電子的松緊程度。第25頁/共38頁 酸堿結(jié)合成絡合物的穩(wěn)定規(guī)律： 硬親硬，軟親軟 都得穩(wěn)定化合物。Cu+CNCuCN軟酸 軟堿 （穩(wěn)定） H+OHH2O硬酸 硬堿 （穩(wěn)定） H+CNHCN硬酸 軟堿 （不穩(wěn)定） 第26頁/共38頁1.7 有機化合物的分類 1.7.1 按碳架分類有機化合物(1) 開鏈

13、化合物(脂肪族化合物) C原子連接成鏈狀 (2) 脂環(huán)(族)化合物 C原子連接成環(huán)狀 (3) 芳香族化合物 含有芳環(huán)結(jié)構(gòu) (4) 雜環(huán)化合物 含有由C原子和其它原子(如 O, N,S)連接成環(huán)的化合物第27頁/共38頁CH3CH3CH3CH2CH CH2CH3C CHCH3CH2OH開鏈化合物： 脂環(huán)化合物：OH環(huán)己烷 環(huán)戊二烯 環(huán)辛烯 環(huán)己醇 芳香族化合物： OHCl苯 萘 苯酚 氯苯 雜環(huán)化合物： 四氫呋喃 噻吩 吡啶 糠醛 SONOCHO第28頁/共38頁1.7.2 按官能團分類容易發(fā)生反應的原子或基團稱為官能團。 化合物類型 化合物 官能團構(gòu)造 官能團名稱烯烯 烴烴炔炔 烴烴鹵鹵 代代

14、 烴烴醇醇 和和 酚酚醚醚醛醛酮酮羧羧 酸酸腈腈胺胺硝硝 基基 化化 合合 物物硫硫 醇醇磺磺 酸酸H2C CH2HC CHCH3XC2H5OH,C6H5OHC2H5O C2H5CH3C HOCH3C CH3OCH3C OHOCH3C NCH3NH2CH3NO2C2H5SHC6H5SO3HC CC CXOHC O CC HOCOC OHOC NNH2NO2SHSO3H碳碳 碳碳 雙雙 鍵鍵碳碳 碳碳 三三 鍵鍵鹵鹵 基基 ( (鹵鹵 原原 子子 ) )羥羥 基基醚醚 鍵鍵醛醛 基基酮酮 基基 ( (羰羰 基基 ) )羧羧 基基氰氰 基基氨氨 基基硝硝 基基巰巰 基基磺磺 基基第29頁/共38頁

15、本章小結(jié)：1、碳原子不同雜化軌道的空間分布和電負性 SP3雜化軌道在空間分布是以碳原子為中 心，四個軌道指向正四面體四個頂點； SP2雜化軌道在空間分布是以碳原子為中 心，三個軌道共在一個平面，對稱 軸之 間的夾角為120。； SP雜化軌道在空間分布是以碳原子為中 心，兩個軌道對稱軸之間的夾角為180。 不同雜化碳原子的電負性（吸電子能力） 由大到小是：SP雜化碳SP2雜化碳SP3 雜化碳。第30頁/共38頁2、誘導效應： 給電子誘導效應（+I效應）分子內(nèi)成鍵 原子的電負性不同而引起分子中電子云向電子少 的原子偏移，并且沿分子鏈誘導傳遞的原子間 相互影響的電子效應。 吸電子誘導效應(-I效應)

16、分子內(nèi)成鍵原子 的電負性不同而引起分子中電子云向電負性大的 原子偏移，并且沿分子鏈誘導傳遞的原子間相互 影響的電子效應。 誘導效應產(chǎn)生的原因：成鍵原子的電負性不同。3、酸和堿的定義： Lewis酸能接受電子對的分子或離子。 Lewis堿能給出電子對的分子或離子。第31頁/共38頁(4) 鍵的極性和誘導效應1.4.3 共價鍵的斷裂和有機反應的類型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 有機化合物的分類1.8

17、有機化合物的研究程序第32頁/共38頁1.1 有機化合物和有機化學 有機化合物的組成 基本元素：C 其它元素： H, N, O, X, S, P, Si 等有機化合物為碳氫化合物及其衍生物有機化學是研究 C 化合物的化學 有機化合物 性質(zhì)的變化規(guī)律性質(zhì)有機反應結(jié)構(gòu)與反應性之間的關系 組成結(jié)構(gòu) 有機化學的研究內(nèi)容： 第33頁/共38頁雜化軌道理論: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(c) 碳原子軌道的sp雜化電子躍遷有機化合物的結(jié)構(gòu)特征：C原子為4價第34頁/共38頁共價鍵 鍵長/nm共價鍵鍵長/nmC CC HC NC O0.1540.1090.1470.143C C lC BrC CC C0.1770.1910.1340.120表1.1 一些共價鍵的鍵長成鍵原子的原子核間的平均距離(3) 分子軌道理論1.4.2 共價鍵的屬性（1）鍵長第35頁/共38頁 誘導效應： 由于分子內(nèi)成鍵原子或基團的電負性不同而引起分子內(nèi)成鍵電子云向電負性較大(或電負性較小)的原子團方向偏移的電子效應，就稱為誘導效應( I )。 這