01 第1章 有机化学绪论.ppt

第1页：有机化学课程封面

《有机化学》（Organic Chemistry）课程封面。

第2页：第1章绪论章节导览

• 1.1 有机化合物和有机化学
• 1.2 共价键和有机化合物的结构
• 1.3 有机反应的类型
• 1.4 有机化合物的分类
• 1.5 有机化学的主要研究内容和方向

第3页：有机化合物与有机化学

有机化合物

主要特征是都含有碳原子，都是含碳化合物，主要是碳氢化合物及其衍生物。

第4页：有机化学的研究对象

有机化学

化学的重要分支，研究有机化合物的来源、制备、结构、性能、应用以及有关理论、变化规律和方法的科学，核心是分离、结构、反应和合成。

第5页：有机化学的建立与生命力学说

• 有机化学奠基于18世纪中叶。
• 1828年德国化学家武勒（F. Wöhler）用无机物氰酸氨（NH₄OCN）在实验室合成出有机化合物尿素（H₂NCONH₂）。
• 尿素原本只能从人体排泄物中取得，这一结果动摇了「生命力」学说。

第6页：有机化合物的特点

• 同分异构现象普遍：分子式相同而结构不同。
• 容易燃烧。
• 熔点低。
• 难溶于水，易溶于有机溶剂。
• 稳定性差，易分解。
• 反应慢，副产物多。

第7页：共价键与有机化合物结构

有机化合物分子中的化学键主要是共价键，以共价键结合是有机分子基本的、典型的结构特点；离子键则通过电子转移形成。

• 价键理论
• 杂化轨道理论
• 分子轨道理论

第8页：原子轨道

原子轨道

电子在原子核周围运动过程中出现几率最大的空间范围。按能级可分为 1s、2s、2p、3s、3p、3d 等，各有不同的形状和伸展方向。

第9页：s轨道形状

s 轨道呈球形对称，以原子核为中心向各方向等同伸展。

第10页：p轨道形状

p 轨道呈哑铃形，分别沿 x、y、z 三个互相垂直的方向伸展。

第11页：价键理论与成键要点

共价键的形成

价键的形成是原子轨道重叠或电子配对的结果；两个原子各有未成键电子且自旋方向相反，即可配对成键。

• 成键电子自旋方向相反；
• 共价键有饱和性；
• 共价键有方向性。

第12页：共价键的方向性

两原子轨道必须沿某一方向（即原子轨道对称轴的方向）相互重叠，重叠程度最大，形成的键最牢固。

第13页：共价键的饱和性

• 两个原子的未成对电子自旋反平行配对后，不能再与第三个电子配对。
• 成键电子只能在轨道重叠区域内运动，是定域的。
• 价键理论能解释成键本质、规则与能力，但不能解释空间构型。

第14页：杂化轨道理论

• Pauling 在总结大量分子结构后提出杂化轨道理论。
• 能量相近的轨道才能发生杂化。
• 碳原子可按不同键合形式分别以 sp³、sp²、sp 杂化轨道成键。

第15页：sp3杂化轨道的形成

成键时，2s 中的一个电子先激发到 2p_z 轨道，随后四个原子轨道重新组合（杂化），形成四个形状相同的 sp³ 杂化轨道。

第16页：sp2杂化轨道

• sp² 杂化由一个 s 轨道和两个 p 轨道参加。
• 三个 sp² 杂化轨道呈平面三角形，夹角 120°。
• 未参加杂化的 p 轨道垂直于 sp² 杂化轨道平面。

第17页：sp杂化轨道

• sp 杂化由一个 s 轨道和一个 p 轨道参加。
• sp 杂化轨道空间形状为直线形。
• 未参加杂化的两个 p 轨道彼此垂直，且都垂直于 sp 杂化轨道对称轴。

第18页：分子轨道理论

• 处理共价键和分子结构的另一种近似方法。
• 通常采用原子轨道的线性组合来处理共价键。
• 任何数目的原子轨道重叠，就形成同样数目的分子轨道。

第19页：成键轨道与反键轨道

两个原子轨道线性组合成两个分子轨道：由波函数符号相同的轨道相加得到能量较低的成键轨道；由符号不同的轨道相减得到能量较高的反键轨道。

第20页：N2、O2与F2分子轨道能级

图示 N₂、O₂、F₂ 的分子轨道能级与电子填充情况，三者电子总数分别为 14、16、18。

第21页：原子轨道成键三条件

• 只有对称性相同的原子轨道（对称匹配）才能有效成键。
• 只有能量相近的原子轨道才能有效成键；能量相差太大则不能形成稳定分子轨道。
• 原子轨道重叠程度越大（具有方向性），形成的键越牢固。

第22页：原子轨道的对称性匹配

将原子轨道绕键轴旋转 180°，正、负号都不变或都改变即为对称性相同（匹配）；若一个变、另一个不变即为不匹配。

第23页：σ键的形成

两个原子轨道沿对称轴方向相互叠加，即「头碰头」重叠，形成的键叫 σ 键；成键轨道用 σ 表示，反键轨道用 σ* 表示。

第24页：π键的形成与电子离域

两个原子轨道的对称轴相互平行相叠加，即「肩并肩」重叠，形成的键叫 π 键；成键轨道用 π 表示，反键轨道用 π* 表示。

成键电子不是定域在成键轨道中，而是在整个分子内运动，即是离域的，这是价键理论与分子轨道理论的根本区别。

第25页：σ键与π键的比较

σ 键与 π 键的比较：

第26页：共价键参数

• 键长
• 键角（共价键方向性的物理量）
• 键能（注意键能与离解能的区别）

第27页：键长

键长

成键原子的原子核之间的距离。同一类型共价键在不同化合物中也稍有不同，因为原子在分子中受其他原子影响。

第28页：键能与离解能

离解能

断裂单个特定共价键所吸收的能量。

键能

分子中全部同类共价键离解能的平均值，反映键的稳定性。

第29页：键角

键角

两个共价键之间的夹角。有机分子的键角与碳原子的杂化状态有关，也会因所连原子或基团的大小而变化。

原文该页「10.5℃9」为识别粘连，按标准值订正为键角约 109.5°。

第30页：共价键的极性

极性键

共价键正、负电荷中心不重合，存在偶极；成键原子电负性相差越大，键的极性越强。

非极性键

正、负电荷中心重合，无偶极，如两个相同原子之间的共价键。

杂化轨道电负性大小次序：s＞sp＞sp²＞sp³＞p。

第31页：偶极矩

偶极矩 μ

键的极性大小，μ＝q×d，q 为正、负电荷中心的电荷，d 为两个电荷中心之间的距离，单位为 D（德拜）。

示例：μ＝1.03 D、μ＝1.87 D、μ＝0 D。

第32页：分子偶极矩

• 偶极矩大小表示一个键或一个分子的极性大小。
• 双原子分子的键矩就是分子的偶极矩。
• 多原子分子的偶极矩是各键键矩的向量和，与键的极性和分子对称性有关。

第33页：诱导效应

诱导效应（Inductive effect，I）

由于原子电负性不同，使分子中电子云密度分布不均匀，且这种影响沿分子链传递下去的效应。

第34页：诱导效应的特点与正负判断

• 沿 σ 键分子链传递，渐远渐减；传到第三个碳已很小，到第五个碳完全消失。
• 属于静电作用，是永久性的电子效应。
• 取代基电负性比碳大、电子对偏向该基团（C→Y）为负诱导效应，用 －I 表示；反之为正诱导效应，用 ＋I 表示。

第35页：共价键的均裂

均裂

共价键断裂时，成键的一对电子平均分给成键的两个原子或基团，产生带未成对电子的自由基（游离基），通常进行自由基反应。

第36页：共价键的异裂

异裂

共价键断裂时，成键电子对完全属于一个原子或基团，产生正离子和负离子；成键原子为碳时分别称碳正离子与碳负离子，通常进行离子型反应。

自由基、碳正离子和碳负离子都是反应中产生的、只能瞬间存在的高活性粒子，称为活性中间体。

第37页：周环反应

周环反应

反应过程中旧键断裂和新键生成同时进行，无活性中间体生成的一类反应。

第38页：有机化合物按碳架分类

• 开链化合物：分子中的碳原子连接成链状。
• 碳环化合物：分子中的碳原子连接成环状。
• 杂环化合物：分子中含有由碳原子和 O、N、S 等杂原子组成的环。

第39页：碳环化合物

碳环化合物：分子中的碳原子连接成环状。

第40页：杂环化合物

杂环化合物：分子中含有由碳原子和其它原子（如 O、N、S 等，称为杂原子）组成的环状化合物。

第41页：按官能团分类

官能团

有机化合物分子中比较活泼、易发生反应的原子或原子团。化合物的性质主要由官能团决定，反应主要发生在官能团及其相关部位，具有相同官能团的化合物性质类似。

第42页：分子结构的表示方式

• 凯库勒结构式
• 结构简式
• 键线式

第43页：常用基团的英文简写

第44页：本章要点

• （1）价键理论；（2）分子轨道理论
• （3）共价键键长；（4）共价键键能；（5）共价键键角
• （6）共价键的极性；（7）分子偶极矩；（8）诱导效应
• （9）均裂；（10）异裂；（11）协同反应