大连理工大学有机化学——1 绪论

第1章 有机化学概念
Chapter 1
1.1 1.2 1.3
有机化合物和有机化学 有机化合物的结构特征 有机反应类型和试剂
1.4
1.5 1.6
Chapter 1
两类控制反应
有机化合物酸碱的概念 溶剂的分类及溶剂化作用
1.1
有机化合物和有机化学
有机化合物 有机化学 学习有机化学的方法
1.1.1 1.1.2 1.1.3
四个sp3轨道互成109.5°的角， 指向四面体的四个顶角。
sp3杂化轨道形状 Chapter 1
C的四个sp3轨道
氢原子沿sp3轨道的对称轴方向接近 C，H的1s轨道与sp3轨道的电子云能最 大限度的重叠，形成四个稳定的、彼此 夹角为109.5°的C-H σ 键，即为甲烷 CH4分子。
注：杂化与成键同时完成
C-C π 键的形成：
两个sp2杂化的C原子沿着各自sp2轨道轴接近形 成C-C的 σ 键的同时两个2pz轨道也接近,从p轨道的 侧面互相重叠，形成C-C π 键，即C=C重键同时形 成。
pzpz—>π轨道:
Chapter 1
乙烯分子的形成：
剩下的sp2轨道与四个氢原子的1s轨道重叠，
形成四个C-H σ 键，即乙烯分子。
建立有机化合 物结构理论 (19世纪60年代) Chapter 1 分离天然有机化合物 (18世纪末)
人工合成有机物 (19世纪初)
各分支学科 的形成 (19世纪以后)
建立立体化学 (19世纪70年 代)
3. 有机化学展望
有机化学学科已经形成多种分支学科
Chapter 1
1.1.3 学习有机化学的方法
1.2
1.2.1
有机化合物的结构特征
共价键的形成
1.2.2
1.2.3 1.2.4 1.2.5
共价键的基本属性
共振论 有机化合物构造式的表示法 键的极性在链上的传递——诱导效应
Chapter 1
1.2.1
共价键的形成
1. 关于有机化合物分子中共价键形成的两种理论
⑴ 价键理论
从形成共价键的电子只处于形成共价键两原 子之间的定域观点出发，解决分子中原子间互相 连接（成键）问题的理论是价键理论。杂化轨道 理论是它的发展，这种方法处理的结果，对分子
的空间形象描述得直观、清楚、容易理解，是常
用的方法。 Chapter 1
⑵ 分子轨道理论
以“形成共价键的电子是分布在整个分子
之中”的离域观点为基础处理分子中原子相互
连接问题的方法称为分子轨道理论。这种方法
对电子离域体系描述的更为确切。多用于处理
具有明显离域现象的有机分子结构，如芳环、1，
3-丁二烯等共轭体系。 Chapter 1
d：a、b两原子的键长 r1：b原子的范德华半径 r2: b原子的共价半径 r3: a原子的共价半径 r4: a原子的范德华半径 Chapter 1
⑵ 影响键长的因素：
常见共价键的键长
① 不同原子成键，键长与原子半径有关。 ② 相同原子成键键长：单键>双键>三键。
Chapter 1
③ 无论C-C还是C-H，键长都与C的杂化状态有关。
成两个原子所吸收的能量称为该键的键能。后者又
称键的解离能。键能的单位：kJ/mol。 例1. H2(g)——>2H· 吸收436.0 kJ/mol能量，即 H-H 键的键能，也称为 H-H的解离能（Ed=436.0 kJ/mol表示）。 Chapter 1
例2.
甲烷分子中有四个C-H键，其解离能如下：
σ键的特点：
成键两原子可以绕键轴旋转，旋转的结果改
变了原子空间排列。 Chapter 1
⑶ sp2杂化 碳原子的 2s 轨道与二个 2p 轨道杂化，形成
三个能量相等、形状相同的sp2轨道：
三个sp2轨道互成120°，在一个平面上，与未杂化的 2pz轨道垂直。
碳的sp2和pz轨道： Chapter 1
学好有机化学的重要方法是：勤记忆、认真做 习题（作业）、善于归纳总结、动手做实验、遇 到问题及时解决。 有机化学是实践性非常强的学科，除了要做有 机化学实验外，还需要到化工厂参观、实践，了 解工业上如何制备、利用有机化合物。建议学生 在《有机化学》学习的不同阶段到就近的化工厂 参观实践。 Chapter 1
乙炔的σ键 在乙炔分子的C≡C三重键中，一个σ键，两个互 相垂直的π键，价电子形成筒状分布。 乙炔三重键电子云: Chapter 1
⑸ sp3、sp2、sp轨道的比sp轨道可以自身和相互间形成
C-C σ键，形成饱和的、不饱和的碳链或 碳环如：
⑵ sp3杂化：C的电子组态：1s2 2s2 2px1 2py12pz，其中2s2
2px1 2py1 2pz为价轨道，其中的电子为价电子。
Chapter 1
C在形成化学键时，2s轨道与三个2p轨道杂化形成四个 能级相等、形状相同的sp3杂化轨道，每个轨道中一个电子。
杂化轨道能量处 于2S和2P轨道 能量之间
甲烷的C-H键
Chapter 1
C的sp3轨道与另一个C的sp3轨道沿着各自的对 称轴成键，就形成C-Cσ键：
这是C能形成碳链和碳环的化学键的基础
Chapter 1
C的sp3轨道也可以与卤原子的 p 轨道重叠，形 成C-X σ键：
因此氯甲烷的分子形状应与甲烷形状相似。 同样C的sp3轨道还可以与 O、N 等原子的杂化轨 道形成 C-O、C-N 等σ键。 Chapter 1
乙烯的分子结构
π 键的特征： π 键强度小，是面对称，π 键的对称面垂直 于 C-C 和四个 C-H 键所在的平面。 Chapter 1
⑷ sp杂化：
碳原子的2s轨道与一个2p轨道杂化，形成两个能量相等、 形状相同的sp轨道。
两个sp杂化轨道互成180°，在一 条直线上的两个sp轨道与未杂化的
2py、2pz轨道所在的平面垂直。
Chapter 1
1.1.1 有机化合物
1. 概念
碳氢化合物 分子中只含碳和氢两种元素的 化合物，又称为烃。碳氢化合 物是有机化合物的母体。 碳氢化合物中的氢原子被其它 原子或基团替代后的化合物。 含碳的化合物，或者碳氢化合 物及其衍生物。可含C、H、O、 N、P、S等元素。
碳氢化合物 的衍生物 有机化合物 Chapter 1
2.
有机化合物的特点
1) 液体化合物的挥发性大。
2) 固体化合物的熔点低，很少超过400℃。
3) 通常不溶于水。
4) 容易燃烧，CO2和H2O是主要燃烧产物。
5) 转化速率慢，副产物多，反应物转化率和产物 的选择性很少达到100%。 6) 有机化合物分子中原子间一般以共价键相连。 Chapter 1
两个电负性不同的原子形成共价键，成键的两电子 的电子云非均匀分布在两原子的周围，电负性大的原子 周围有较多的电子云，电负性小的原子周围有较少的电 子云，即键的两端出现微小正、负电荷，常用δ+和δ-表 示，这种现象称为键的极性，这种键称为极性共价键。
例如：
如果形成共价键的两原子电负性相同，成键电子均匀 分布在两原子周围，这种键无极性，称为非极性共价键。 例：H-H，Cl-Cl，CH3-CH3等。
1.1.2
有机化学
1. 定义
有机化学
研究有机化合物的化学，即研 究有机化合物的来源、制备、 结构、性能、应用以及有关理 论和方法学的科学。
Chapter 1
2 . 有机化学发展历史
有机化学的发展大体上分如下几个阶段： 利用天然有机 化合物 (18世纪前) 分析天然有机化合物 (18世纪末19世纪初)
原子的杂化状态及分子中其它键对键长的影响
Chapter 1
3. 键角 同一个原子至少与两个原子成键时，中心原子 的键与键之间的夹角称为键角。 键角的大小与成键原子特别是成键的中心原子 的杂化状态有关，也受分子中的其它原子的影响。
Chapter 1
4. 键能 ⑴ 概念 由原子形成共价键所放出的能量，或共价键裂
Chapter 1
四个成键电子离域分布在四个碳原子的周围。
3. 用杂化轨道法处理碳原子形成的共价键 ⑴ 基本思路：在形成化学键时，原子的不同能级的价轨
道进行“混合”，即“杂化”，形成新的价轨道，价电
子的排布也随之改变，利用杂化轨道与其它原子形成共 价键。 轨道的“杂化”、“成键”等过程是同时完成的。
每一种C-H键的解离能Ed不相等。 在甲烷中C-H的键能是各C-H键解离能的平均值：
（423+439+448+347）/4=414 kJ/mol
化合物的键能数据可从手册中查到。 Chapter 1
常见共价键的键能(单位：kJ/mol, 25oC, 气相）
Chapter 1
⑵ 键能的用途 可用键能数据估计化学反应的焓变
Chapter 1
碳的sp、2py、2pz轨道
C-C三重键的形成：
两个sp杂化的C原子沿着各自sp轨道轴接近， 形成C-Cσ 键的同时，两个2py和两个2pz轨道也互 相接近，从p轨道的侧面重叠，形成两个C-C π 键, 即C≡C三重键同时形成。
乙炔的两个π键:
Chapter 1
乙炔分子的形成： 两个sp轨道与两个H的1s轨道形成两个C-H σ键, 即乙炔分子形成。
Chapter 1
1.2.2 共价键的基本属性 1. 共价键性质的重要性
有机化合物中原子主要是共价键连接的， 共价键决定了有机化合物的性质，因此要研究 共价键的性质。 共价键的基本性质包括键长、键角、键能和
键的极性。
Chapter 1
2. 键长 ⑴ 键长（又称键距）：形成共价键的两个原 子核之间的距离称为键长。
C
C
C
C
C
sp
sp3 sp2 sp2 sp