第01章結(jié)構(gòu)與性能

1、Chapter 1Chapter Chapter 1Chapter 1 Chapter 1主要講授內(nèi)容主要講授內(nèi)容Chapter 1Chapter 1 化化合合物物無無機(jī)機(jī)物物有有機(jī)機(jī)物物礦礦物物質(zhì)質(zhì)動動植植物物生生物物體體i in no or rg g. .c co om mp p. .o or rg g. .c co om mp p. .c co om mp po ou un nd ds sChapter 1Chapter 11845年，年，H. Kolbe： C, S, Cl2CH3COOHChapter 1C、H、O、N、X、S、P 等元素等元素Chapter 1 MCIVAX2s22

2、p22Chapter 1組成：組成： C、H、O、N、X、S、P數(shù)量：數(shù)量： 1000萬萬種種原因：原因： 有機(jī)物主體原子有機(jī)物主體原子碳原子相互結(jié)合的能力強(qiáng)碳原子相互結(jié)合的能力強(qiáng) 碳數(shù)：碳數(shù)： C Cn nH H2n+22n+2 n 100 n 100 鍵型：鍵型： CZ C=Z CCZ ( Z= C、X、O、N、S )CCCCCCCCChapter 1 同分異構(gòu)現(xiàn)象同分異構(gòu)現(xiàn)象 ( Isomerism ) HCHCHHHOHHCHOHCHHHB.P/78.5-23.6C2H6O :(isomer) n CnH2n+2 CnH2n Cn-1H2nO Cn-1H2n+1N 5 3 5 5 8

3、10 75 377 405 507Chapter 1RH+ O2flameCO2+ H2O +HCCombustion HeatChapter 1Chapter 1有機(jī)化學(xué)有機(jī)化學(xué)化學(xué)中的一章：化學(xué)中的一章： 研究有機(jī)化合物的化學(xué)研究有機(jī)化合物的化學(xué)研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、研究有機(jī)化合物的來源、制備、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法的科學(xué)。性能、應(yīng)用以及有關(guān)理論和方法的科學(xué)。Chapter 1建立有機(jī)化合物建立有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)理論結(jié)構(gòu)理論(19(19世紀(jì)世紀(jì)6060年代年代) ) 建立立體化學(xué)建立立體化學(xué)(19(19世紀(jì)世紀(jì)7070年代年代) ) 各分支學(xué)科的形成各分支學(xué)科的形成(1

4、9(19世紀(jì)以后世紀(jì)以后) )分離、分析分離、分析天然有機(jī)化合物天然有機(jī)化合物(18(18世紀(jì)末世紀(jì)末1919世紀(jì)初世紀(jì)初) )人工合成人工合成有機(jī)物有機(jī)物(19(19世紀(jì)初世紀(jì)初) ) 利用天然有機(jī)利用天然有機(jī)化合物化合物(18(18世紀(jì)前世紀(jì)前) )Chapter 1Chapter 1Chapter 1Chapter 1AtomsCovalent bondOrganic moleculeChapter 1HCHHCHHHCHHCCHHHCHHHHHCH3CHCH2CH3BrBr 用共享電子用共享電子對表示共價鍵對表示共價鍵 用短線表示用短線表示共價鍵共價鍵 端點(diǎn)和拐點(diǎn)端點(diǎn)和拐點(diǎn)表示碳原子表

5、示碳原子Chapter 1 Chapter 11s22s22px12py12pz0Chapter 1CH2CHH90預(yù)預(yù)言言實(shí)實(shí)際際碳碳原原子子 - - - - - 四四價價原原子子CH4CH2CH2CHCHCHHHHHHHHC CHH四四面面體體三三角角型型直直線線型型Chapter 1Chapter 1C402kJ/molCH4H CHHH+ 1254kJ/molrHm=414kJ/mol碳碳原原子子四四價價：熱熱力力學(xué)學(xué)有有利利Chapter 1正正四四面面體體構(gòu)構(gòu)型型Csp3 價電子排斥最小sp3 軌軌道道電電子子云云偏偏向向一一端端、重重疊疊程程度度大大10928甲烷的甲烷的 CH

6、鍵鍵 HCH109284Csp3 H1sC的四個的四個sp3軌道軌道Chapter 1Chapter 1Chapter 1Chapter 1pzpz軌道軌道: HCH 1 12 20 0Csp2 Csp24Csp2 H1sCp CpChapter 1C Csp雜雜化化碳的碳的sp、2py、2pz軌道軌道直直線線型型Chapter 1乙炔的兩個乙炔的兩個鍵鍵乙炔的乙炔的鍵鍵Chapter 1 C-C鍵鍵 C-C鍵鍵CC軸軸向向重重疊疊CC側(cè)側(cè)面面重重疊疊單單獨(dú)獨(dú)存存在在與與 鍵鍵共共存存兩兩原原子子間間：一一條條 鍵鍵一一或或二二條條 鍵鍵Chapter 1CC圓圓柱柱形形對對稱稱分分布布核核束

7、束縛縛力力大大CC分分子子平平面面的的上上、下下極極化化性性大大H H 大大小小繞繞鍵鍵軸軸自自由由旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)不不能能自自由由旋旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)Chapter 1Chapter 1 兩個碳原子的兩個碳原子的2p軌道波函數(shù)軌道波函數(shù)y yc 進(jìn)行線性組合得到進(jìn)行線性組合得到 鍵鍵分子軌道分子軌道y y1 和和y y2 : y y2= y yc1-y yc2 較高能量分子軌道較高能量分子軌道 反鍵軌道反鍵軌道 * y y1= y yc1+y yc2 較低能量分子軌道較低能量分子軌道 成鍵軌道成鍵軌道 y y1 稱作成鍵成鍵 軌道軌道y y2 稱作反鍵反鍵 *軌道軌道 p + p - p-* pChapter

8、1 CCCCCCCCy y y y y y y y 能量E節(jié)節(jié)點(diǎn)點(diǎn)數(shù)數(shù)0 01 12 23 3反鍵 *軌道成鍵 軌道Chapter 1 Chapter 1 d： a、b兩原子的鍵長兩原子的鍵長r1：b原子的范德華半徑原子的范德華半徑r2: b原子的共價半徑原子的共價半徑r3: a原子的共價半徑原子的共價半徑r4: a原子的范德華半徑原子的范德華半徑Chapter 1 共價鍵共價鍵 C CH CH CC CC CO CO CClCld / nm 0.109 0.154 0.143 0.177CH鍵鍵 CH3CH2H CH2=CHH CHHC CH H d / nm 0.109 0.108 0.1

9、06Chapter 1共價鍵共價鍵 CH3-CH3 CH2=CH2 CHCHHCH d / nm 0.154 0.133 0.120ABD鍵鍵角角二二價價以以上上原原子子Chapter 1CHHHHHHHHCCHH1 10 09 9. .5 5。1 12 21 1. .4 4。1 11 17 7. .3 3。1 18 80 0。正正四四面面體體平平面面三三角角形形直直線線型型Csp2雜雜化化Csp3雜雜化化Csp雜雜化化OHH105。OCH3CH3110。Osp3不不等等性性雜雜化化Chapter 1A(g)B(g)+AB (g) HAB (g)A(g)B(g)+Ed鍵鍵能能鍵鍵解解離離能能C

10、hapter 1Chapter 1Chapter 1H3CCH3電電子子云云對對稱稱分分布布非非極極性性共共價價鍵鍵Chapter 1H2CCl 電電負(fù)負(fù)性性：Cl C極極性性共共價價鍵鍵鍵鍵正正負(fù)負(fù)電電荷荷中中心心不不重重合合Chapter 1極性 OXA- XBO 1.7 離離子子鍵鍵Example:Chapter 1Csp3Csp2Csp2.482.753.29 Chapter 1 = q d正正負(fù)負(fù)電電荷荷中中心心距距離離：m正正或或負(fù)負(fù)電電荷荷中中心心電電荷荷量量： C（庫庫侖侖）向向量量H3CCl = 6.24 10-30C mChapter 1HCl = 3.6010-30C m

11、CCHH = 0Chapter 1 = 6.24 10-30C m = 0C mChapter 1CCHHHH 極極化化性性 Chapter 1鍵的鍵的極化性極化性的度量的度量: 極化度極化度 Chapter 1Chapter 1Chapter 1A+BC+D起起始始終終了了狀狀態(tài)態(tài)：Chapter 1CZCZ+自自由由基基(free radical)電電中中性性均均裂裂(homolysis)Chapter 1型反應(yīng)型反應(yīng)Chapter 1CZCZ+CZ+碳正離子碳負(fù)離子異異裂裂(heterolysis)(Carbocation)(Carbanion)Chapter 1Chapter 1+ 環(huán)

12、環(huán)狀狀過過渡渡態(tài)態(tài)Chapter 1碳正離子碳負(fù)離子(Carbocation)(Carbanion)CR1R2R3CR1R2R3CR1R2R3活活潑潑中中間間體體( (a ac ct ti iv ve e i in nt te er rm me ed di ia at te e) )(Free radical)Chapter 1CCH3ClH3CH3CCCH3H3CH3C+Cl碳正離子(Carbocation)CCH3H3CH3C120 空空p軌軌道道Csp2雜雜化化平平面面結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)Chapter 1（CH3)3C（CH3)2CHCH3CH2CH3321。碳負(fù)離子 (Carbanion)CRH

13、RR+B+BHCRRRChapter 1CHHCH3未未共共用用電電子子對對Csp3雜雜化化四四面面體體構(gòu)構(gòu)型型R穩(wěn)穩(wěn)定定性性CH鍵鍵極極性性CH3321。RCH2R2CHR3CCHCCH2CHCH3CH2Chapter 1CHHHH+ClCHHH+H Cl自由基(free radical)CHHH3CCsp2H1sCsp3Csp2Csp2雜雜化化平平面面結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)Chapter 1CFFFCsp3雜雜化化四四面面體體構(gòu)構(gòu)型型R穩(wěn)穩(wěn)定定性性CH鍵鍵解解離離能能1CH3RCH2R2CHCH2CHCH2CH2 R3CChapter 1有有機(jī)機(jī)反反應(yīng)應(yīng)自自由由基基反反應(yīng)應(yīng)離離子子反反應(yīng)應(yīng)自自由由基基試

14、試劑劑離離子子試試劑劑親親電電試試劑劑親親核核試試劑劑Chapter 1 。ClClhv or 2 Cl自自由由基基試試劑劑Chapter 1RNNR2 ROROORCH2CH2CCNBrOOCH2CH2CCNOO+BrChapter 1CH3Cl+AlCl3CH3AlCl4空空軌軌道道Lewis 堿堿Lewis 酸酸親親電電試試劑劑（electrophile）Chapter 1AlCl3 ,BF3 ,SnCl4 NO2HNO3OH2H2SO4+濃Chapter 1 CH3CH2Br+OHCH3CH2OH+Br親親核核試試劑劑（nucleophile）Chapter 1 - , - NH2,

15、- OH, - OR, - CN, - OOCR, -H NH3, NH2R, HOR, Na, Zn, SnCl2, LiAlH4 + + - -HCNCOHRCNCOR(R)H+ +- -+(R)HChapter 1Cl2均均裂裂異異裂裂2ClCl+ClHBrCH3COOHH+Br親親電電試試劑劑自自由由基基試試劑劑Br+ROHROORChapter 1Cl22ClCl+Clor hvCH3COOH親親電電試試劑劑自自由由基基試試劑劑ENu親親電電中中心心親親核核中中心心Cl ClClCl+能能量量高高活活性性大大親親電電試試劑劑八八隅隅體體Chapter 1H BrH+Br親親電電試試劑劑活活性性：親親電電中中心心 親親核核中中心心H CNH + CN反反應(yīng)應(yīng)能能力力：-CN H+親親核核試試劑劑Chapter 1 Chapter 1Chapt