有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

學(xué)生考試、成績(jī)?cè)u(píng)定方法及作業(yè)答疑等

成績(jī)：課堂成績(jī)80%（期末80%+作業(yè)10%+考勤10%）+實(shí)驗(yàn)成績(jī)20%考試資格：點(diǎn)名三次（或以上）不到或交作業(yè)次數(shù)少于總次數(shù)的1/3，均取消考試資格。作業(yè)：每周交一次作業(yè)，紙要統(tǒng)一（A4），周二上課前為交作業(yè)時(shí)間，由課代表負(fù)責(zé)。作業(yè)不交沒(méi)成績(jī)，補(bǔ)交只得該次作業(yè)的50%。答疑地點(diǎn)：基礎(chǔ)樓332可以通過(guò)網(wǎng)上答疑，E-mail：occb@163.com

考試時(shí)間：待定教材：徐壽昌主編，《有機(jī)化學(xué)》，高等教育出版社參考書(shū):(1)邢其毅,徐瑞秋,周政《基礎(chǔ)有機(jī)化學(xué)》(上下),高等教育出版社，

(2)[美]R.T.莫里森,R.N.博伊德《有機(jī)化學(xué)》(上下),科學(xué)出版社(3)高鴻賓主編，《有機(jī)化學(xué)》，高等教育出版社(4)龔躍法等《有機(jī)化學(xué)習(xí)題詳解》,華中科技大學(xué)出版社1806年柏則里（Berzelius）首先提出(有機(jī)化學(xué))名詞有機(jī)化學(xué)奠基于18世紀(jì)中葉生命力學(xué)說(shuō)1828年魏勒（F.W?hler）在實(shí)驗(yàn)室由氰酸銨(NH4OCN)合成尿素(NH2CONH2),促進(jìn)了有機(jī)化合物的人工合成:第一章有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)1.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)一.有機(jī)化學(xué)的發(fā)展1845年Kolbe合成了醋酸；1854年，柏賽羅(M.berthelot)合成油脂類(lèi)化合物等。19世紀(jì)下半葉,有機(jī)合成得到了快速發(fā)展,20世紀(jì)初開(kāi)始建立了以煤焦油為原料合成染料、藥物和炸藥為主的有機(jī)化學(xué)工業(yè).20世紀(jì)40年代開(kāi)始發(fā)展了以石油為主要原料的有機(jī)化學(xué)工業(yè),特別是生產(chǎn)合成纖維、合成橡膠、合成樹(shù)脂和塑料為主的有機(jī)合成材料工業(yè).二.有機(jī)化學(xué)的定義

有機(jī)化學(xué)—就是研究含碳化合物的化學(xué).OrganicChemistryistheChemistryofCarbonCompounds

有機(jī)化合物的主要特征:都含有碳原子,即都是含碳化合物.

絕大多數(shù)有機(jī)化合物也都含有氫,從結(jié)構(gòu)上看,所有的有機(jī)化合物都可以看作碳?xì)浠衔镆约皬奶細(xì)浠衔镅苌玫幕衔铮ǚ饷鍯H）。

當(dāng)然,對(duì)CO、CO2、CO32-等簡(jiǎn)單化合物習(xí)慣上還是稱(chēng)作無(wú)機(jī)化合物.有機(jī)化學(xué)—就是研究碳?xì)浠衔锛捌溲苌锏幕瘜W(xué).

絕大多數(shù)有機(jī)物只是由碳，氫，氧，鹵素，硫和磷等少數(shù)元素組成,但種類(lèi)繁多。碳元素:核外電子排布1s22s22p2

碳原子相互結(jié)合能力很強(qiáng)（碳鏈和碳環(huán)）

碳的同素異形體（相同元素組成，不同形態(tài)的單質(zhì)）:(1)石墨(2)金剛石(3)足球烯（富勒烯）（C60/C70）1.2有機(jī)化合物組成和結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)石墨的晶體結(jié)構(gòu)(SP2)金剛石的晶體結(jié)構(gòu)(SP3)足球烯(富勒烯)(Footballene):單純由碳元素結(jié)合形成的穩(wěn)定分子，具有60個(gè)頂點(diǎn)和32個(gè)面，其中12個(gè)面為正五邊形，20個(gè)面為正六邊形，整個(gè)分子形似足球。具有芳香性。

C60/C70中的碳原子處于

(SP2-SP3)

中間過(guò)渡態(tài)。

分子式相同而結(jié)構(gòu)相異,因而其性質(zhì)也各異的不同化合物,稱(chēng)為同分異構(gòu)體,這種現(xiàn)象叫同分異構(gòu)現(xiàn)象.例1:乙醇和二甲醚

CH3CH2-OH,CH3-O-CH3例2:丁烷和異丁烷

CH3CH2CH2CH3

CH3CHCH3CH31.2.1有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)上的主要特點(diǎn):同分異構(gòu)現(xiàn)象一.同分異構(gòu)現(xiàn)象碳化合物含有的碳原子數(shù)和原子種類(lèi)越多,它的同分異構(gòu)體也越多.如:

C6H14的同分異構(gòu)體數(shù)？個(gè)（寫(xiě)出）

C7H16的同分異構(gòu)體數(shù)9個(gè).

C8H18的同分異構(gòu)體數(shù)可達(dá)18個(gè).

C10H22的同分異構(gòu)體數(shù)可達(dá)75個(gè).

象丁烷和異丁烷異構(gòu),只是分子中各原子間相互結(jié)合的順序不同而引起的,只是構(gòu)造不同而導(dǎo)致的異構(gòu)現(xiàn)象,又叫做構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象.此外,有機(jī)化合物還可由于構(gòu)型（順、反；Z、E；R、S）和構(gòu)象不同而造成異構(gòu)現(xiàn)象.

二.構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象三.化合物的結(jié)構(gòu)是指:分子中原子間的排列次序,原子相互間的立體位置,化學(xué)鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等各項(xiàng)內(nèi)容在內(nèi)的總稱(chēng).與無(wú)機(jī)物,無(wú)機(jī)鹽相比,有機(jī)化合物一般有以下特點(diǎn):(1)大多數(shù)有機(jī)化合物可以燃燒(如汽油).

(2)一般有機(jī)化合物熱穩(wěn)定性較差,易受熱分解.許多有機(jī)化合物在200~300℃時(shí)就逐漸分解.(3)許多有機(jī)化合物在常溫下為氣體、液體.常溫下為固體的有機(jī)化合物,其熔點(diǎn)一般也很低,一般很少超過(guò)300℃,因?yàn)橛袡C(jī)化合物晶體一般是由較弱的分子間力維持所致.1.2.2有機(jī)化合物性質(zhì)上的特點(diǎn)(4)一般有機(jī)化合物的極性較弱或沒(méi)有極性.水是極性強(qiáng),介電常數(shù)很大的液體,一般有機(jī)物難溶于水或不溶于水.而易溶于某些有機(jī)溶劑(苯、乙醚、丙酮、石油醚).但一些極性強(qiáng)的有機(jī)物,如低級(jí)醇、羧酸、磺酸等也溶于水.(5)有機(jī)物的反應(yīng)多數(shù)不是離子反應(yīng),而是分子間的反應(yīng).除自由基型反應(yīng)外,大多數(shù)反應(yīng)需要一定的時(shí)間.為加速反應(yīng),往往需要加熱、加催化劑或光照等手段來(lái)增加分子動(dòng)能、降低活化能或改變反應(yīng)歷程來(lái)縮短反應(yīng)時(shí)間.(6)有機(jī)反應(yīng)往往不是單一反應(yīng).(主反應(yīng)和副反應(yīng)).5-3-2多電子原子軌道的能級(jí)多電子原子軌道的能級(jí)6s5s4s3s2s1s6p5p4p3p2p5d4d3d4fPONMLK1s2p2s3p3s4p3d4s5p4d5s6p5d4f6s1.能級(jí)K<L<M<N<O<P2.同一電子層：

Ens<Enp<End<Enf近似能級(jí)圖5-３-1基態(tài)原子中電子分布原理基態(tài)原子中電子的分布原理泡利不相容原理——每一個(gè)原子軌道，最多只能容納兩個(gè)自旋方向相反的電子能量最低原理——原子為基態(tài)時(shí)，電子盡可能地分布在能級(jí)較低的軌道上，使原子處于能級(jí)最低狀態(tài)洪德規(guī)則——在同一亞層的等價(jià)軌道中電子盡可能地單獨(dú)分布在不同的軌道上,且自旋方向相同如6C1s22s22p21s2s2p?

碳元素:核外電子排布1S22S22P2,不易獲得或失去價(jià)電子,易形成共價(jià)鍵.(1)路易斯結(jié)構(gòu)式:用共用電子的點(diǎn)來(lái)表示共價(jià)鍵的結(jié)構(gòu)式.(2)凱庫(kù)勒結(jié)構(gòu)式:用一根短線(xiàn)代表一個(gè)共價(jià)鍵.路易斯結(jié)構(gòu)式凱庫(kù)勒結(jié)構(gòu)式1.3有機(jī)化合物中的共價(jià)鍵C+4HCHH????????H????H—C—HHHH分子結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式、短線(xiàn)式、蛛網(wǎng)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、縮簡(jiǎn)式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、縮簡(jiǎn)式鍵線(xiàn)式原子軌道—原子中每個(gè)電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)都可以用一個(gè)單電子的波函數(shù)（x，y，z）來(lái)描述.稱(chēng)為原子軌道,因此電子云的形狀也可以表達(dá)為軌道的形狀.（1）價(jià)鍵的形成可看作是原子軌道的重疊(交蓋)或電子(自旋相反)配對(duì)的結(jié)果。（2）共價(jià)鍵具有飽和性—一個(gè)未成對(duì)的電子既經(jīng)配對(duì)成鍵,就不能與其它未成對(duì)電子偶合.（3）共價(jià)鍵具有方向性(最大重疊原理):兩個(gè)電子的原子軌道的重疊部分越大,形成的共價(jià)鍵就越牢固.一、量子化學(xué)的價(jià)鍵理論:方向性——決定分子空間構(gòu)型，因而影響分子性質(zhì).共價(jià)鍵具有方向性(最大重疊原理):2p1syx1s2pyx（a）x軸方向結(jié)合成鍵（b）非x軸方向重疊較小不能形成鍵二、雜化軌道理論2p

———2s—1s—能量碳原子基態(tài)的電子構(gòu)型2p———2s—1s—一個(gè)2s電子激發(fā)至能量較高的2pz空軌道只需要402kJ/mol能量2p———2s—1s—————基態(tài)激發(fā)態(tài)sp3雜化態(tài)碳原子2s電子的激發(fā)和sp3雜化

C采取sp3雜化軌道與4個(gè)H原子的s原子軌道形成4個(gè)sp3-s型的C-H鍵(CH4)比形成CH2要穩(wěn)定的多.(414×4-402)kJ/mol。形成CH4

時(shí)仍有約1255kJ/mol能量釋放出。所以這個(gè)體系比形成兩個(gè)共價(jià)鍵的CH2穩(wěn)定的多。這四個(gè)sp3雜化軌道的能量是相等的,每一軌道相等于1/4s成分,3/4p成分.sp3雜化軌道的圖形(1)鍵長(zhǎng)——形成共價(jià)鍵的兩個(gè)原子的原子核之間的距離.(不同化合物中同一類(lèi)型的共價(jià)鍵也可能稍有不同,平均鍵長(zhǎng))(2)鍵角(方向性)——任何一個(gè)兩價(jià)以上的原子,與其它原子所形成的兩個(gè)共價(jià)鍵之間的夾角.(3)鍵能

——?dú)鈶B(tài)原子A和氣態(tài)原子B結(jié)合成A-B分子(氣態(tài))所放出的能量,也就是氣態(tài)分子A-B離解成A和B兩個(gè)原子(氣態(tài))時(shí)所吸收的能量.泛指多原子分子中幾個(gè)同類(lèi)型鍵的離解能的平均值.離解能——一個(gè)共價(jià)鍵離解所需的能量.指離解特定共價(jià)鍵的鍵能.1.4有機(jī)化合物中共價(jià)鍵的性質(zhì)(4)鍵的極性和元素的電負(fù)性——分子的偶極矩H—H，Cl—Cl，成鍵電子云對(duì)稱(chēng)分布于兩個(gè)原子之間，這樣的共價(jià)鍵沒(méi)有極性。下列化合物有極性：H(+)Cl(-)，H3C(+)

Cl(-)部分負(fù)電荷（-）部分正電荷（+）誘導(dǎo)效應(yīng)δ電負(fù)性——一個(gè)元素吸引電子的能力。偶極矩——正電中心或負(fù)電中心的電荷q與兩個(gè)電荷中心之間的距離d的乘積.(方向性:正到負(fù),一般用符號(hào)表示。qd(D,德拜)

在兩原子組成的分子中，鍵的極性就是分子的極性，鍵的偶極矩就是分子的偶極矩。在多原子組成的分子中，分子的偶極矩是分子中各個(gè)鍵的偶極矩的向量和。H—ClCH3—ClH—CC—Hμ=1.03Dμ=1.87Dμ=0(1)均裂:

A:BA·+B·甲烷和氯氣反應(yīng)

Cl:Cl

(光照)

Cl·+Cl·CH4+Cl·CH3·+H:Cl

定義:兩個(gè)原子之間的共用電子對(duì)均勻分裂,兩個(gè)原子各保留一個(gè)電子的斷裂方式.產(chǎn)生活潑的自由基(游離基).1.5共價(jià)鍵的斷裂--均裂與異裂(2)異裂:

A:BA++B-(CH3)3C:Cl

(CH3)3C++Cl-定義:共價(jià)鍵斷裂時(shí),兩原子間的共用電子對(duì)完全轉(zhuǎn)移到其中的一個(gè)原子上的斷裂方式.結(jié)果產(chǎn)生正、負(fù)離子.(3)協(xié)同反應(yīng)——有些有機(jī)反應(yīng)過(guò)程沒(méi)有明顯分步的共價(jià)鍵均裂或異裂,只是通過(guò)一個(gè)環(huán)狀的過(guò)渡態(tài),化學(xué)鍵的斷裂和新化學(xué)鍵的生成同時(shí)完成而得到產(chǎn)物.凡是能給出質(zhì)子的叫酸,凡是能與質(zhì)子結(jié)合的叫堿.在有機(jī)化學(xué)中的酸堿一般指此類(lèi).

HCl

Cl-(共軛酸堿)

HSO4-(既是酸,也是堿)1.6有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念1.6.1布倫斯特和路易斯酸堿定義(1)布倫斯特(B)酸堿

強(qiáng)酸的共軛堿必是弱堿（如：HCl和Cl-）

弱酸（CH3COOH）的共軛堿是強(qiáng)堿（CH3COO-）凡是能接受外來(lái)電子對(duì)的都叫做酸,凡是能給予電子對(duì)的都叫做堿.(2)路易斯(L)酸堿布倫斯特定義不是酸的卻是路易斯定義的酸，例如BF3(酸)+:

NH3(堿)

F3B-NH3

AlCl3(酸)+:

Cl-(堿)

Cl3Al-Cl=AlCl4-

路易斯(L)酸：能接受外來(lái)電子對(duì),具有親電性.在反應(yīng)時(shí),有親近另一分子的負(fù)電荷中心的傾向,又叫親電試劑.路易斯(L)

堿：能給予電子對(duì),具有親核性.在反應(yīng)時(shí),有親近另一分子的正電荷中心的傾向,又叫親核試劑(“核”作為正電荷的同義語(yǔ)).如：(3)親電性與親電試劑HO-+CH3—ICH3—OH+I-

??????δ+δ-(1)酸的強(qiáng)弱

HA+H2OH3O++A-（可逆反應(yīng)）

Keq=[H3O+][A-]/[HA][H2O]在稀水溶液中:

Ka=Keq[H2O]=[H3O+][A-]/[HA]Ka

為酸性常數(shù).一般以Ka

值的負(fù)對(duì)數(shù)

pKa

來(lái)表示酸的強(qiáng)弱.

pKa=-lgKapKa值越低酸性越強(qiáng).1.6.2酸堿的強(qiáng)弱和酸堿反應(yīng)在有機(jī)化學(xué)中關(guān)于酸堿的強(qiáng)弱一般也是指布倫斯特定義的酸堿.(2)堿的強(qiáng)弱同理堿強(qiáng)度以pKb表示,也常用其共軛酸的pKa

值來(lái)表示.共軛酸強(qiáng)則其共軛堿是個(gè)弱堿.1.6.2酸堿的強(qiáng)弱和酸堿反應(yīng)利用各化合物的pKa值來(lái)預(yù)測(cè)酸堿反應(yīng)的進(jìn)行,例:

CH3COOH+OH-CH3COO-+H-OH乙酸(pKa=4.72)