有机化学 游志军 2004年1月
游志军 2004年1月
第1章绪论 11有机化合物和有机化学 1.有机化合物简称有机物)的定义 (organic compound 含碳化合物或碳氢化合物(简称烃)及其衍生物 母体) H被其它原子或基团取代) 组成元素:C、H、O、N、S、P、X(卤素)等 Organ:器官;“有机”的原意:具有生命力 (受当时生命力学说的影响) 有机物和无机物遵循着同样的化学规律,二者之间没有 不可逾越的鸿沟 ●CO、CO2、H2CO3及其盐类的性质更接近于无机物 放在无机化学中学习
1. 有机化合物(简称有机物)的定义 (organic compound) 含碳化合物或碳氢化合物(简称烃)及其衍生物. (母体) (H被其它原子或基团取代) l 组成元素: C、H、O、N、S、P、X(卤素)等. l Organ : 器官; “有机”的原意: 具有生命力 (受当时生命力学说的影响) l 有机物和无机物遵循着同样的化学规律,二者之间没有 不可逾越的鸿沟. l CO、CO2、 H2CO3及其盐类的性质更接近于无机物, 放在无机化学中学习
2.有机化学的课程内容和特点 内窒:包括有机物的结构、命名、制备、物理性质与化 学性质、官能团之间的相互转化,以及在此基础之上建 立起来的规律和理论 特点:基础课 3.教学安排和成绩评定 教学安推:授课内容分两大部分 上半部分:1至8章(第4章选讲)期中考试 下半部分:9至14章、19章期末考试 成绩评定期末考试占50%,平时成绩占50%(含期中 考试40%平时作业、考勤10%)
2. 有机化学的课程内容和特点 l 内容: 包括有机物的结构、命名、制备、物理性质与化 学性质、官能团之间的相互转化, 以及在此基础之上建 立起来的规律和理论. l 特点: 基础课 3. 教学安排和成绩评定 教学安排: 授课内容分两大部分: 上半部分: 1至8章(第4章选讲) 期中考试 下半部分: 9至14章、19章 期末考试 成绩评定: 期末考试占50﹪, 平时成绩占50﹪ (含期中 考试 40﹪ 平时作业、考勤 10﹪)
4.学习方法和要求 (1)以课件为纲,紧扣教材内容既要注意保持学科知识的 完整性、连贯性和系统性,又要结合专业特点有所侧重 (2)坚持听课,课后自觉复习按时独立完成作业 (3)注意对相关知识的归纳和总结,在理解的基础上记忆 (4)不耻下问,注意与老师和同学的沟通和交流
4. 学习方法和要求 (1)以课件为纲, 紧扣教材内容, 既要注意保持学科知识的 完整性、连贯性和系统性, 又要结合专业特点有所侧重. (2)坚持听课, 课后自觉复习, 按时独立完成作业. (3)注意对相关知识的归纳和总结, 在理解的基础上记忆. (4)不耻下问, 注意与老师和同学的沟通和交流
12有机化学与生命科学的互动和融合 有机化学广泛地渗透到生命科学的各个领域:生物化学 分子生物学、医学、药学、农学,并为生命科学的研究 提供理论基础和实验基础.生命科学则为有机化学的发 展充实了丰富的内容 有机化学和生命科学之间的交叉和融合,导致了许多新 的科学发现,并将不断推动两门学科的发展. 学习并掌握有机化学的基本知识和理论,有利于深刻认 识生命现象的化学本质,在分子水平上深入认识和研究 探索生命的奧秘
l 有机化学广泛地渗透到生命科学的各个领域: 生物化学、 分子生物学、医学、药学、农学, 并为生命科学的研究 提供理论基础和实验基础. 生命科学则为有机化学的发 展充实了丰富的内容. l 有机化学和生命科学之间的交叉和融合, 导致了许多新 的科学发现, 并将不断推动两门学科的发展. l 学习并掌握有机化学的基本知识和理论, 有利于深刻认 识生命现象的化学本质, 在分子水平上深入认识和研究 探索生命的奥秘
13有机化合物中的分子结构 13.1有机化合物的化学键共价键 °共价键( covalent bond)的定义 原子之间以共用电子对的方式形成的化学键 °按成键方式,共价键分为两种基本类型:a键和π键 ●阐述共价键的形成和本性的基本理论 ①价键理论(简称ⅤB法)②轨道杂化理论③共振论 ④分子轨道理论(简称MO法) 其中,轨道杂化理论和共振论是价键理论的发展和延伸
1.3.1 有机化合物的化学键 —— 共价键 • 共价键(covalent bond)的定义: 原子之间以共用电子对的方式形成的化学键. • 按成键方式, 共价键分为两种基本类型: σ 键 和 π 键 • 阐述共价键的形成和本性的基本理论: ①价键理论(简称V.B法) ②轨道杂化理论 ③共振论 ④分子轨道理论(简称M.O法) 其中, 轨道杂化理论和共振论是价键理论的发展和延伸
°表征共价键基本性质(属性)的物理量 ①键长 ②键角反映了有机物分子的空间构型 ③键能(E)和键离解能(①)衡量共价键强度的物理量 对于多原子分子,键能是同类共价键的键离解能的 平均值.例如甲烷中的CH键 ④键的极性 由于成键原子的电负性不同而引起的. 成键原子的电负性差值越大,键的极性越强 偶极矩是衡量共价键极性大小的物理量,用μ表示 u=q·d偶极矩μ的单位是C·m即库仑米 偶极矩是一个矢量,其方向用 表示 分子的偶极矩是分子中各个键偶极矩的矢量和
• 表征共价键基本性质(属性)的物理量: ① 键长 ② 键角 反映了有机物分子的空间构型. ③ 键能(E) 和 键离解能(D) 衡量共价键强度的物理量. 对于多原子分子,键能是同类共价键的键离解能的 平均值. 例如 甲烷中的C–H 键. ④ 键的极性 由于成键原子的电负性不同而引起的. 成键原子的电负性差值越大, 键的极性越强. 偶极矩是衡量共价键极性大小的物理量, 用µ表示. µ = q . d 偶极矩µ的单位是 C . m 即 库仑.米 偶极矩是一个矢量, 其方向用 + 表示. 分子的偶极矩是分子中各个键偶极矩的矢量和
补充]共价键理论: 1.价键理论1927年(德) Heitler and London提出 利用量子力学中的 Schrodinger,方程近似处理氢分子 结果的推广 (薛定锷方程) 成键电子的运动定域于成键原子之间.一个原子有几 个未成对电子就可与几个自旋相反的电子配对其原子 轨道相互重叠成键.重叠的部分越大体系能量降低越多 所形成的共价键越牢固.一个原子的化合价就是这个原 子的未成对电子数 共价键的饱和性 共价键的方向性:只有两个原子轨道以某一方向接近, 相互间有最大重叠时,才能形成稳定的共价键 (各原子轨道形状:S球形P反八字形)
[补充] 共价键理论: 1. 价键理论 1927年 (德)Heitler and London 提出 利用量子力学中的SchrÖdinger方程近似处理氢分子 结果的推广. (薛定锷方程) 成键电子的运动定域于成键原子之间. 一个原子有几 个未成对电子, 就可与几个自旋相反的电子配对,其原子 轨道相互重叠成键. 重叠的部分越大,体系能量降低越多, 所形成的共价键越牢固. 一个原子的化合价就是这个原 子的未成对电子数. 共价键的饱和性 共价键的方向性 : 只有两个原子轨道以某一方向接近, 相互间有最大重叠时,才能形成稳定的共价键. (各原子轨道形状: S:球形 P:反八字形)
2.分子轨道理论1932年(美)密立根和(德)洪特提出 成键电子的运动并不局限于成键原子之间而是在 整个分子的区域内即在整个分子体系的三维空间内都 有一定的分布概率(V2),成键电子的运动是离域的 分子轨道包括:成键轨道、反键轨道 (能量由低到高) 分子轨道理论的电子离域观点,对价电子在分子中 运动形态的描述更为确切,并能很好地解释共轭分子的 特性但除共轭分子外,其它分子中电子离域的程度很小, 仍可以方便地采用价键理论(包括轨道杂化理论和共振 论)解释有机物的结构
2. 分子轨道理论 1932年 (美)密立根和(德)洪特提出 成键电子的运动并不局限于成键原子之间,而是在 整个分子的区域内,即在整个分子体系的三维空间内,都 有一定的分布概率(ψ2) ，成键电子的运动是离域的. 分子轨道包括: 成键轨道、反键轨道 (能量由低到高) 分子轨道理论的电子离域观点,对价电子在分子中 运动形态的描述更为确切,并能很好地解释共轭分子的 特性,但除共轭分子外,其它分子中电子离域的程度很小, 仍可以方便地采用价键理论(包括轨道杂化理论和共振 论)解释有机物的结构
3轨道杂化理论1931年 Pauling和 Slater提出 碳原子的外层电子构型为2s2pk2p,未成对电子数为2, 在有机物中碳原子的化合价为什么不是2价而是4价? 轨道杂化理论认为,在形成分子的瞬间,碳原子首先从基 态吸收能量,经电子跃迁到激发态 跃迁 2px 2py 2p x 2p 2p 基态碳原子 激发态碳原子 此激发态碳原子还要进一步发生轨道杂化—混合再平均 分配,也就是由激发态的2s轨道和2p轨道以不同的组合方式 相互作用形成杂化轨道 有机碳原子的杂化轨道通常有以下三种
3.轨道杂化理论 1931年 Pauling 和 Slater 提出 碳原子的外层电子构型为 2s 2 2px 2py , 未成对电子数为2, 在有机物中碳原子的化合价为什么不是2价而是4价? 轨道杂化理论认为, 在形成分子的瞬间, 碳原子首先从基 态吸收能量, 经电子跃迁到激发态: 跃迁 2px 2py 2pz 2px 2py 2pz 2s 2s 基态碳原子 激发态碳原子 此激发态碳原子还要进一步发生轨道杂化—混合再平均 分配,也就是由激发态的2s轨道和2p轨道以不同的组合方式 相互作用形成杂化轨道. 有机碳原子的杂化轨道,通常有以下三种: 1 1