第二章有機化合物的分子結構與基本性質

1、1第二章第二章 有機化合物的分子結構與基本性質有機化合物的分子結構與基本性質 一有機化合物的一有機化合物的特點特點 二有機化合物的二有機化合物的結構結構 三三有機化學反應的有機化學反應的類型類型 四有機化學中的四有機化學中的酸堿理論酸堿理論 五五 研究有機物的研究有機物的方法方法 六六 有機化合物的有機化合物的分類分類2一、有機化合物的一般特點一、有機化合物的一般特點 1、有機物的組成、結構特點、有機物的組成、結構特點 （1）組成特點）組成特點 首先碳原子連接方式多樣，可以首先碳原子連接方式多樣，可以單鍵、雙鍵或單鍵、雙鍵或三鍵三鍵連接，連成直鏈、支鏈或環(huán)狀化合物。其次連接，連成直鏈、支鏈或環(huán)

2、狀化合物。其次有機物的有機物的同分異構現(xiàn)象普遍。同分異構現(xiàn)象普遍。 例如：分子式例如：分子式C5H12的的同分異構體有同分異構體有3種種, C2H6O的的同分異構體有同分異構體有2種。種。 3（2 2）結構特點）結構特點 有機化合物幾乎均以有機化合物幾乎均以共價鍵共價鍵相結合而形成共價相結合而形成共價化合物?；衔?。 碳原子的核外有六個電子，最外層為四個電子，碳原子的核外有六個電子，最外層為四個電子，它在元素周期表中處于既不容易得到電子，又不容易它在元素周期表中處于既不容易得到電子，又不容易失去電子的中間位置失去電子的中間位置。42 2有機物的性質特點有機物的性質特點（1 1）易于燃燒）易于燃

3、燒（2 2）熔點、沸點低，熱穩(wěn)定性差，易于分解）熔點、沸點低，熱穩(wěn)定性差，易于分解 無機化合物無機化合物多是以離子鍵結合而形成的離子化合多是以離子鍵結合而形成的離子化合物，其基本結構單元是陰、陽離子。熔點、沸點較高，物，其基本結構單元是陰、陽離子。熔點、沸點較高，熱穩(wěn)定性好，不易分解熱穩(wěn)定性好，不易分解。如如NaCl的熔點的熔點801 、沸點、沸點1413 。 有機化合物有機化合物是以共價鍵結合而是以共價鍵結合而形形成的共價化合物，成的共價化合物，其基本結構單元是分子。其基本結構單元是分子。熔點，沸點較低，熔點，沸點較低，熔點熔點一般一般在在300 以下，沸點在以下，沸點在400以下。以下。5

4、（3 3）不易溶解于水、易溶解于有機溶劑）不易溶解于水、易溶解于有機溶劑 有機化合物絕大多數是非極性或弱極性的化合物，有機化合物絕大多數是非極性或弱極性的化合物，而大多數無機化合物是極性化合物，根據相似相溶原而大多數無機化合物是極性化合物，根據相似相溶原理，理，可知有機化合物不溶或者難溶于水，易溶于有機可知有機化合物不溶或者難溶于水，易溶于有機溶劑。溶劑。 例如：花生油不溶于水而易溶于乙醚；例如：花生油不溶于水而易溶于乙醚；NaCl易易溶于水而不溶于乙醚。溶于水而不溶于乙醚。6（4）化學反應緩慢，副反應多，產物復雜）化學反應緩慢，副反應多，產物復雜 無機化學反應無機化學反應一般是離子間的反應，

5、瞬間即可完一般是離子間的反應，瞬間即可完成，沒有什么副反應。如：成，沒有什么副反應。如：Ag+ + Cl- =AgCl(白白) 有機化學反應有機化學反應是分子間的反應，能發(fā)生反應的化是分子間的反應，能發(fā)生反應的化學位置學位置通常不止一處通常不止一處，使其反應緩慢、副反應多、，使其反應緩慢、副反應多、產物多而復雜。產物多而復雜。7二二 有機物的結構有機物的結構1、原子軌道、原子軌道 原子軌道是波函數的圖像，是描述原子原子軌道是波函數的圖像，是描述原子核外電子運動狀態(tài)的數學函數式。原子核外電子運動狀態(tài)的數學函數式。原子軌道有軌道有s,p,d等不同形狀。與有機化合物等不同形狀。與有機化合物相關的原子

6、軌道有相關的原子軌道有s軌道和軌道和p軌道。軌道。XYZ球形的球形的S原子軌道原子軌道8PXPZPYP軌道呈啞鈴形軌道呈啞鈴形,有三個能量有三個能量相同軌道（簡并軌道）相同軌道（簡并軌道）, 三個三個P軌道的軸相互垂直。軌道的軸相互垂直。91）核外電子排布的規(guī)則：）核外電子排布的規(guī)則： 能量最低原理能量最低原理：電子盡可能占據能量最低的軌：電子盡可能占據能量最低的軌道。原子軌道離核越近，受核的靜電引力越大，能道。原子軌道離核越近，受核的靜電引力越大，能量越低，故軌道能級順序是量越低，故軌道能級順序是1s2s2p3s3p4s.。任何體系總是能量越低越穩(wěn)定。任何體系總是能量越低越穩(wěn)定。 保里不相容

7、原理：保里不相容原理：同一個原子軌道最多容納兩個同一個原子軌道最多容納兩個自旋方向相反自旋方向相反的電子。每一電子層中容納的最多電的電子。每一電子層中容納的最多電子數為子數為2n2 洪特規(guī)則洪特規(guī)則：有幾個等價軌道而又無足夠電子填充：有幾個等價軌道而又無足夠電子填充時，必須逐一各填一個自旋平行的電子后，才能容時，必須逐一各填一個自旋平行的電子后，才能容納第二個電子。納第二個電子。2 共價鍵共價鍵10C L 2S 2PX1SK核外電子排布式核外電子排布式 1S22S22P2“1S2”中中1代表第代表第1電子層，即電子層，即K層，層，2代表代表1S軌道上有軌道上有2個電子。個電子。2PY2PZ11

8、N原子原子 電子排布式電子排布式 : 1S2 22S22P3 或或 1S2 22S22Px12Py12Pz112O原子原子 電子排布式電子排布式 :1S2 22S22P4或或1S2 22S22Px22Py12Pz113F原子原子 電子排布式電子排布式 :1S2 22S22P5或或1S2 22S22Px22Py22Pz114Cl原子 電子排布式電子排布式 :1S2 22S22P63S23P515條件：一是兩原子要有成單電子，而且自旋方向相反。條件：一是兩原子要有成單電子，而且自旋方向相反。二是兩原子軌道要發(fā)生最大程度的重疊。二是兩原子軌道要發(fā)生最大程度的重疊。2）形成共價鍵的條件和特點形成共價鍵

9、的條件和特點16特點：特點：飽和性飽和性 因為因為 每個原子提供的軌道和成單電子數是一每個原子提供的軌道和成單電子數是一定，一個原子的未成對的成單電子與另一個未成對的定，一個原子的未成對的成單電子與另一個未成對的成單電子配對成鍵后，就不能再與其他未成對的成單成單電子配對成鍵后，就不能再與其他未成對的成單電子配對。電子配對。方向性方向性 原子軌道重疊時原子軌道重疊時遵守最大重疊原理遵守最大重疊原理，即原子，即原子軌道沿鍵軸方向重疊程度最大，形成共價鍵最牢固。軌道沿鍵軸方向重疊程度最大，形成共價鍵最牢固。一個原子與周圍原子形成共價鍵時，有一定的夾角。一個原子與周圍原子形成共價鍵時，有一定的夾角。1

10、718+大小無HCl193）共價鍵兩種類型）共價鍵兩種類型鍵和鍵和鍵鍵鍵：原子軌道沿著原子核聯(lián)線的方向以頭碰頭方式相鍵：原子軌道沿著原子核聯(lián)線的方向以頭碰頭方式相互重疊形成的共價鍵?；ブ丿B形成的共價鍵。 SSPXPX SPX20鍵：鍵：原子軌道沿著原子核聯(lián)線的方向以平行、肩原子軌道沿著原子核聯(lián)線的方向以平行、肩并肩方式相互重疊形成的共價鍵。如并肩方式相互重疊形成的共價鍵。如 中中3個個共價鍵，其中共價鍵，其中2個共價個共價鍵，鍵，1個是個是鍵）鍵） +NN21 與與的區(qū)別的區(qū)別 鍵鍵 鍵鍵自由度自由度能自由能自由旋轉旋轉不可不可自由自由旋轉旋轉形成方式形成方式肩并肩側肩并肩側面交蓋而面交蓋而成

11、成頭碰頭交頭碰頭交蓋而成蓋而成重疊程度重疊程度小，鍵能小，鍵能小，流動小，流動性大性大 大，鍵能大，大，鍵能大，流動性小流動性小結論結論鍵不穩(wěn)定，易破裂鍵不穩(wěn)定，易破裂鍵穩(wěn)定，不易破裂鍵穩(wěn)定，不易破裂22 H H 12O0 O H H H例：甲烷中：例：甲烷中：HCH為為10928丙烷中：丙烷中：CCC為為112環(huán)丙烷中：環(huán)丙烷中：CCC為為604）鍵參數）鍵參數 ：鍵長，鍵角，鍵能，鍵的極性：鍵長，鍵角，鍵能，鍵的極性鍵長：鍵長：形成共價鍵的兩個原子核間平均距離，單位形成共價鍵的兩個原子核間平均距離，單位nm。鍵角鍵角：兩個共價鍵之間的夾角。：兩個共價鍵之間的夾角。CH109.5023吸熱吸

12、熱鍵的離解能：鍵的離解能：1mol氣態(tài)雙原子分子中的共價鍵斷裂，離氣態(tài)雙原子分子中的共價鍵斷裂，離解為兩個氣態(tài)原子所需要的能量。解為兩個氣態(tài)原子所需要的能量。 AB（g） A（g） + B（g）鍵能鍵能 ：共價鍵斷裂或形成時，所吸收或放出的能量。雙共價鍵斷裂或形成時，所吸收或放出的能量。雙原子分子中，鍵的離解能與鍵能原子分子中，鍵的離解能與鍵能 相同。相同。24 鍵的離解能鍵的離解能=435. 1KJ/mol 鍵的離解能鍵的離解能=443.5KJ/mol 鍵的離解能鍵的離解能=443.5KJ/mol鍵的離解能鍵的離解能 =338.9 KJ/mol.CH 鍵能鍵能= （435. 1+443.5+

13、 443.5+ 338.9）/4 =415.3KJ/mol255）鍵的極性）鍵的極性 共價鍵的極性取決于鍵合原子的電負性。共價鍵的極性取決于鍵合原子的電負性。 元素電負性指該元素原子吸引電子的能力。元素電負性指該元素原子吸引電子的能力。 常見元素電負性常見元素電負性同一周期同一周期,從左到右從左到右,電負性增大電負性增大同一主族，從上到下同一主族，從上到下,電負性減小電負性減小 26 元素元素電負性電負性元素元素電負性電負性H2.1C2.5F4.0N3.0Cl3.0O3.5Br2.8F4.0I2.527兩個不同種類原子形成的共價鍵，電子云偏向較大的兩個不同種類原子形成的共價鍵，電子云偏向較大的

14、電負性的一方，使其帶負電荷電負性的一方，使其帶負電荷。鍵的極性用鍵的極性用偶極矩表示偶極矩表示C + Cl - H Cl =1.46D =1.03D 偶極矩偶極矩 =qd偶極長（偶極長（d）：正負電荷中心的距離。電量（：正負電荷中心的距離。電量（q）：正：正負電荷中心的電荷。負電荷中心的電荷。 28296）分子間的力）分子間的力 A 偶極偶極偶極作用力（也叫定向力）：產生偶極作用力（也叫定向力）：產生于具有于具有永久永久偶極的極性分子間。偶極的極性分子間。 + + HCl CH3IB 氫鍵氫鍵HOHFHN三三 有機反應的類型有機反應的類型 1）共價鍵斷裂的兩種共價鍵斷裂的兩種基本基本類型類型

15、C:Y C+Y C:- + Y+ C:Y C + :Y- 均裂均裂異裂異裂Cl :Cl Cl+Cl H=+2424KJ/MOL均裂均裂 2）自由基）自由基反應和離子型反應反應和離子型反應 自由基（游離基）反應:共價鍵均裂成自由基而引起的反應稱為自由基反應。 離子型反應：共價鍵異裂成離子而引起的反應稱為離子型反應。分為親核反應和親電反應。給給電體電體(親親核核試劑試劑）（）（ Nu- ) 進攻帶部份正電子的碳原子而進攻帶部份正電子的碳原子而發(fā)生的反應叫親核反應。發(fā)生的反應叫親核反應。親電體親電體（親電試劑如金屬離子和（親電試劑如金屬離子和H+ ） 進攻反應物帶部份進攻反應物帶部份負電荷的位置而產

16、生負電荷的位置而產生的反應叫親電反應。的反應叫親電反應。CH2CH2HClCH3CH2ClCH3ClH2ONaOHCH3OHNaCl 3）協(xié)同）協(xié)同反應反應 舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成在同一步完成。舊化學鍵的斷裂和新化學鍵的形成在同一步完成。 路易斯酸：凡是能接受外來電子對的都叫酸，具有親電性，路易斯酸：凡是能接受外來電子對的都叫酸，具有親電性，又叫親又叫親 電電 試劑。試劑。 路易斯堿：凡是能給予電子對的都叫堿，具有親核性，又路易斯堿：凡是能給予電子對的都叫堿，具有親核性，又叫親核試劑。叫親核試劑。 路易斯酸路易斯酸 路易斯堿路易斯堿 配合體配合體 AlCl3 + :Cl- Cl : A

17、lCl3 H+ + OH- H2O A + :B A :B 四四 路易斯（路易斯（G.N.Lewis）酸堿理論）酸堿理論33五、研究有機物的方法五、研究有機物的方法 1.分離提純。分離提純。 （重結晶法、升華法、蒸餾、色層分析）（重結晶法、升華法、蒸餾、色層分析） 2.純度的檢驗。純度的檢驗。 3.實驗式和分子式的確定。實驗式和分子式的確定。(有機元素自動分析儀有機元素自動分析儀,如如CE-440快速元素分析儀快速元素分析儀） 4.結構式的確定。（物理和化學方法）結構式的確定。（物理和化學方法） 物理方法：如四大譜，紅外、紫外、核磁共振、質譜。物理方法：如四大譜，紅外、紫外、核磁共振、質譜。 如紅外光譜：紅外吸收峰的位置與強度如紅外光譜：紅外吸收峰的位置與強度反映了分子結反映了分子結構上的特點構上的特點，可以用來鑒別未知，可以用來鑒別未知 物的結構組成或確定物的結構組成或確定其化學基團；而吸收譜帶的其化學基團；而吸收譜帶的吸收強度與化學基團的含吸收強度與化學基團的含量有關，量有關，可用于定量分析和純度鑒定?？捎糜诙糠治龊图兌辱b定。 CHHHH楔形式1 平面的表示法平面的表示法2立體立體的表示法的表示法35六六 有機化合物的分類有機化合物的分類 1.按按C的骨架的骨架 分類分類 開鏈化合物開鏈化合物 碳環(huán)化合