中南大學有機化學-緒論課件

——有機物及有機反應

使用教材《有機化學簡明教程（第二版）》齊欣、高鴻賓主編天津大學出版社，2011年8月推薦參考書目1、《有機化學（第四版）》高鴻賓主編，高等教育出版社，2006年2、《工科大學化學》張平民主編湖南教育出版社，2002年3、《簡明有機化學學習指南》高鴻賓主編，天津大學出版社2003講授學時：32

第一章緒論第七章醇、酚、醚第二章飽和烴第八章醛和酮第三章不飽和烴第九章羧酸及衍生物第四章芳烴第十章有機含氮化合物第六章鹵代烴

第十四章紅外光譜與核磁共振譜第一章

緒論TheSummarization

ofOrganicCompounds重點：有機化合物與有機化學的概念；有機化合物的結構特點;共價鍵的極性與分子的極性；共價鍵的屬性；價鍵理論及有機化合物的分類。難點：共價鍵的斷裂方式與有機反應類型。一、有機化學的研究對象1、有機化合物：含碳化合物、碳氫化合物及其衍生物。天然氣的主要成分是甲烷CH4

。2、有機化學：研究含碳化合物的化學結構、組成、性質、合成方法及相互轉化規(guī)律的科學。已成為一門獨立的科學，是化學的一個分支。二、有機化學的任務1．發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象（新的有機物，有機物的新的來源、新的合成方法、合成技巧，新的有機反應等）2、研究新的規(guī)律（結構與性質的關系，反應機理等）3、提供新材料（提供新的高科技材料，推動國民經(jīng)濟和科學技術的發(fā)展）4．探索生命的奧秘（生命與有機化學的結合）。m.p.=-139.3℃;b.p.=3.5℃;d420=0.621m.p.=-105.5℃;b.p.=0.9℃;d420=0.6042、化學鍵離子鍵：通過電子轉移達到穩(wěn)定的電子層結構而形成離子，離子間通過靜電相互吸引而成鍵。共價鍵：通過電子對共用，彼此都達到穩(wěn)定的電子層結構，同時共用電子對與兩個成鍵原子的原子核相互吸引而成鍵。3、價鍵理論

從“形成共價鍵的電子只處于形成共價鍵的兩原子之間”的定域觀點出發(fā)的。

共價鍵的形成是由于成鍵原子的原子軌道相互交蓋的結果。兩個原子軌道中自旋反平行的兩個電子，在軌道交蓋區(qū)域內(nèi)為兩個原子所共有，增加了對成鍵兩原子的原子核的吸引力，降低了體系的能量而成鍵。共價鍵的方向性共價鍵的形成是由于成鍵原子的原子軌道（電子云）相互交蓋的結果；電子云的交蓋使成鍵兩原子之間的電子云出現(xiàn)的幾率增加；電子云密度的增大，增加了成鍵兩原子原子核的吸引力，減小了兩核之間的排斥力，因而降低了體系的能量而結合成鍵；電子云交蓋程度越大，成鍵兩原子之間的電子云密度也越大，形成的共價鍵越牢固。C：1S22S22P2——→2S12Px12Py12Pz1

——→4個SP3雜化軌道

一個C原子可以形成四個SP3雜化軌道，其形狀為鈁錘形：C原子與H原子成鍵時，總是沿著電子云密度最大的方向重疊成鍵，這樣重疊區(qū)域大，穩(wěn)定性大，這就是共價鍵的方向性。共價鍵的定域性價鍵理論認為，成鍵電子處于以共價鍵相連原子的區(qū)域內(nèi)，即成鍵電子處于成鍵原子之間，是定域的。②鍵能和鍵的離解能形成共價鍵的過程中體系釋放出的能量，或斷裂共價鍵體系所吸收的能量。鍵能反映了共價鍵的強度，鍵能愈大鍵愈牢固。離解能：是指分子中某一個給定的共價鍵斷裂生成原子或自由基時所吸收的能量。氣態(tài)雙原子分子的鍵能也就是鍵的解離能；多原子分子的鍵能與鍵的離解能并不完全一致。以甲烷為例：分解為四個H原子和一個C原子吸收的熱量為：1661kJ/mol,4種C-H鍵解離能的平均值為415kJ/mol。各鍵的離解能為：③鍵角鍵角反映了分子的空間結構，鍵角的大小與成鍵的中心原子有關，并隨著分子結構不同而改變，因為分子中各原子或基團是相互影響的。鍵的極性以偶極矩來衡量，μ=e·d,e是電荷，庫侖（C）；d是正負電荷中心之間的距離，米（m）；單位是C·m(庫侖·米)。偶極矩是矢量，具有方向性，一般用→箭頭表示由正端指向負端。例如：μ=3.57*10-30C·m構成共價鍵的兩個不同原子，其電負性差值越大，鍵的極性越強。在雙原子分子中，鍵的偶極矩即是分子的偶極矩。但多原子分子的偶極矩，則是整個分子中各個共價鍵偶極矩的矢量和。μ=0μ=6.47*10-30C·mμ=3.28*10-30C·m偶極矩為零的分子是非極性分子，偶極矩不等于零的分子為極性分子。偶極矩越大，分子的極性越強。

在外界電場（極性試劑或極性溶劑）作用下，共價鍵的極性發(fā)生改變的現(xiàn)象，稱為鍵的極化。

鍵的極化難易程度簡稱為極化度。鍵的極化度主要決定于成鍵電子云的流動性大小。C—X鍵的極化度順序是：C—I＞C—Br＞C—Cl＞C—F碳碳共價鍵中，π鍵比σ鍵容易極化。

鍵的極性和極化度是共價鍵的重要性質之一。鍵的極性是固有的。鍵的極化是暫時的。誘導效應方向的判斷

以C-H鍵中的H作為比較標準，若X是一個電負性大于H的基團，當X取代H后C-X鍵的電子云偏向X，X稱為吸電子基團，引起-I誘導效應。若Y是一個電負性小于H的基團，當Y取代H后C-Y鍵的電子云偏向C，Y稱為給(斥)電子基團，引起+I誘導效應。誘導效應的相對強度：一般以電負性的大小作比較對+I:具有+I效應的原子團主要是烷基，其相對強度如下：(CH3)3C–>(CH3)2CH–>CH3CH2–>CH3–

對-I同族元素來說F>Cl>Br>I同周期元素來說-F>-OR>-NR2不同雜化狀態(tài)的碳原子來說–C≡CR>–CR=CR2>-CR2-CR3

誘導效應是有機化合物中普遍存在的一種電子效應，它影響著有機化合物的性質。例如醛、酮a-H的酸性，取代羧酸酸性等等。1.5分子結構和結構式的表示法分子結構：分子內(nèi)原子間相互結合的順序和方式。結構式：表示分子結構的化學式。一種分子只有一種結構式。結構決定性質，性質反映結構。6、碳的三種雜化軌道（雜化態(tài)）SP2Pz2Py（雜化態(tài)）2PzSP

2（基態(tài)）2S2Py2Pz2Px激發(fā)（激發(fā)態(tài)）2Px2Py2Pz2S雜化（雜化態(tài)）SP3雜化軌道雜化軌道：在共價鍵形成過程中，由于原子間的相互影響，同一個原子中參與成鍵的幾個能量相近的原子軌道可以重新組合，重新分配能量和空間方向，組成數(shù)目相等的，成鍵能力更強的新的原子軌道。pi(p)bonds

sigma(s)bonds

σ鍵和π鍵的主要特點

σ鍵可單獨存在。成鍵軌道“頭碰頭”重疊，鍵較穩(wěn)定電子云呈圓柱狀，極化度小。成鍵兩原子可沿鍵軸“自由”旋轉。

π鍵不能單獨存在。成鍵軌道“肩并肩”重疊，鍵不穩(wěn)定。電子云呈塊狀，極化度大。成鍵原子不能沿鍵軸“自由”旋轉雜化軌道小結

類型S成分形狀立體構型鍵角

sp3

1/4

葫蘆

正四面體

109.5。

sp2

1/3

稍胖葫蘆

平面三角

120。

sp

1/2

胖葫蘆

直線

180。

雜化軌道和雜化軌道重疊形成σ鍵。雜化軌道與s軌道或p軌道重疊也形成σ鍵。上述三種雜化軌道的碳原子分別能形成多少個σ鍵和π鍵？四、共價鍵的斷裂和有機反應類型1、自由基反應

均裂：成鍵的一對電子平均分給兩個成鍵原子或基團，共價鍵的這種斷裂方式稱為均裂。產(chǎn)生的未成對電子的原子或基團，叫自由基。

自由基反應：共價鍵均裂生成自由基活性中間體而引起的反應。

2、離子型反應

異裂：成鍵的一對電子完全為成鍵原子中的一個原子或基團所占有，形成正、負離子，共價鍵的這種斷裂方式稱為異裂。離子型反應：共價鍵異裂生成C+、C-活性中間體進行的反應。五、有機化合物的分類根據(jù)組成有機化合物的碳架和其分子結構中的官能團來分。

（一）按碳的骨架分類1、開鏈化合物由于它們最早是從含長鏈結構的脂肪酸和脂肪中分離出來的。所以開鏈化合物又稱為脂肪族化合物。

分子中的碳連接成環(huán)狀，根據(jù)碳環(huán)的特點又可分為以下兩類：2、碳環(huán)化合物

（1）脂環(huán)族化合物

（2）芳香族化合物

3、雜環(huán)化合物

分子中含有由碳原子和其它原子如氧、氮、硫等組成的環(huán)狀結構。環(huán)上的非碳原子稱為雜原子。

（二）按官能團分類

能決定化合物基本化學性質的原子或原子團叫官能團（functionalgroup）。

含有相同官能團的化合物的化學性質基本相似，所以可以把官能團作為主要標準對有機化合物進行分類。

有機化合物的常見官能團類型官能團實例英文名稱后綴

烷烴

無

CH4-ane

烯烴

C=CCH2=CH2-ene

炔烴

CCH-CC-H-yne鹵代烴

-XCH3CH2Clchloro-

醇

-OHCH3CH2OH-ol

醚

R-O-RCH3-O-CH3ether

醛

-CHOCH3CHO-al

酮