附件2 粒大浮 教 案 2002~~2003学年第Ⅰ学期 院(系、所、部)化学与环境学院有机化学研究所 教研室有机化学 课程名称有机化学 授课对象化学教育 授课教师杨定乔 职称职务教授 教材名称有机化学 2002年09月01日
附件 2 教 案 2002~~ 2003 学年 第 I 学期 院（系、所、部）化学与环境学院有机化学研究所 教 研 室 有机化学 课 程 名 称 有机化学 授 课 对 象 化学教育 授 课 教 师 杨定乔 职 称 职 务 教授 教 材 名 称 有机化学 2002 年 09 月 01 日
有机化学课程教案 目(教学章节或主题):第一章。绪论 授课类型理论课 授课时间第1周第1-2节 标或要求:了解基本有机价键理论以及杂化轨道理论。 容(包括基本内容、重点、难点) 键理论(VB, valence bond theory) 价键理论的三个要点 定域性:自旋反平行的两个电子绕核做高速运动,属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大 2.饱和性:每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子中的成单电子数决定成键总数 方向性:原子轨道有一定的方向性(s,p,d),与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此,一个原子与周围 共价键有一定的角度 原子轨道重叠情况示意图
有机化学 课程教案 授课题目（教学章节或主题）：第一章。绪论 授课类型 理论课 授课时间 第 1 周第 1-2 节 教学目标或要求：了解基本有机价键理论以及杂化轨道理论。 教学内容（包括基本内容、重点、难点）： 一、价键理论（VB，valence bond theory） 价键理论的三个要点： 1. 定域性：自旋反平行的两个电子绕核做高速运动，属于成键原子共同所有。电子对在两核之间出现的几率最大； 2. 饱和性：每个原子成键的总数或以单键连接的原子数目是一定的。原子中的成单电子数决定成键总数； 3. 方向性：原子轨道有一定的方向性（s，p，d），与相连原子轨道重叠成键要满足最大重叠条件。因此，一个原子与周围原子形 成共价键有一定的角度 原子轨道重叠情况示意图
重叠最大,稳定结合 十 H(1s) C1(p) 重叠较小,不稳定结合 不结合 成键方向对分子结构的影响 H20 Co2 NH3 二、杂化轨道理论( hybrid orbital theory) 1931年,鲍林( Pauling L)提出原子轨道杂化理论
成键方向对分子结构的影响 二、杂化轨道理论（hybrid orbital theory） 1931 年，鲍林（Pauling L）提出原子轨道杂化理论
碳原子轨道的这种转化过程成为碳原子的杂化 1.杂化与杂化轨道:杂化是指在形成分子时,由于原子间的相互影响,若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来, 重新组合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。 2.孤立的原子不可能发生杂化,只有在形成分子的过程中才会发生。 3.在杂化前后,原子轨道的数目保持不变 4.条件不同,杂化轨道类型可能不同 5.碳原子的杂化 (1).sp3杂化 原子轨道在杂化过程中经过一个激发态 这是用一个2s轨道和三个2p轨道进行的杂化,故称为sp3杂化。与基态轨道相比,杂化轨道具有以下特点: ).能量相等,成分相同(1/4s轨道和3/4p轨道): b).杂化轨道的电子云分布更集中,可使成键轨道间的重叠部分增大,成键能力增强
碳原子轨道的这种转化过程成为碳原子的杂化。 1. 杂化与杂化轨道：杂化是指在形成分子时，由于原子间的相互影响，若干不同类型而能量相近的原子轨道混合起来， 重新组合成一组新轨道的过程。所形成的新轨道称为杂化轨道。 2. 孤立的原子不可能发生杂化，只有在形成分子的过程中才会发生。 3. 在杂化前后，原子轨道的数目保持不变。 4. 条件不同，杂化轨道类型可能不同。 5. 碳原子的杂化： (1). sp3 杂化： 原子轨道在杂化过程中经过一个激发态 这是用一个 2s 轨道和三个 2p 轨道进行的杂化，故称为 sp3 杂化。与基态轨道相比，杂化轨道具有以下特点： a). 能量相等，成分相同（1/4s 轨道和 3/4p 轨道）； b). 杂化轨道的电子云分布更集中，可使成键轨道间的重叠部分增大，成键能力增强；
s轨道 p轨道 sp3杂化轨道 相对成 键能力 1.73 c).sp3杂化轨道在空间尽量伸展,呈最稳定正四面体型,轨道夹角109°28′。sp3杂化又称为正四面体杂化 (2).sp2杂化 由2s轨道核两个2p轨道杂化,形成三个等同的sp2杂化轨道。另有一个2p轨道不参与杂化 a).杂化轨道成分:1/3s轨道和2/3p轨道: b).成键能力较sp3杂化轨道弱,但较未杂化轨道强: c).杂化轨道呈平面三角形,夹角120°。未杂化2p轨道垂直于这一平面
c). sp3 杂化轨道在空间尽量伸展，呈最稳定正四面体型，轨道夹角 109°28′。 sp3 杂化又称为正四面体杂化。 (2). sp2 杂化： 由 2s 轨道核两个 2p 轨道杂化，形成三个等同的 sp2 杂化轨道。另有一个 2p 轨道不参与杂化。 a). 杂化轨道成分：1/3s 轨道和 2/3p 轨道； b). 成键能力较 sp3 杂化轨道弱，但较未杂化轨道强； c). 杂化轨道呈平面三角形，夹角 120°。未杂化 2p 轨道垂直于这一平面
(3).sp杂化: 由2s轨道核一个2p轨道杂化,形成两个等同的sp杂化轨道。另有两个2p轨道不参与杂化。 a).杂化轨道成分:1/2s轨道和1/2p轨道 b).成键能力较sp2杂化轨道弱,但较未杂化轨道强 c).杂化轨道呈直线型,夹角180°。另两个未杂化2p轨道与这一直线两两垂直。 0键和丌 共价键具有方向性。按照成键的方向不同,分为σ键和π键。键和π键是两类重要的共价键 在甲烷分子中,存在四个等同的C-H键,碳原子采取sp3杂化。取一个杂化轨道进行分析 当氢原子的ls轨道沿着对称轴的方向与碳原子sp3杂化轨道重叠时,原子轨道重叠程度最大,形成的共价键 最牢固。由原子轨道是立体对称的,原子轨道绕轴的旋转不影响成键,因而,形成的键是可以自由旋转的。这种沿着对 称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做σ键。构成σ键的电子称为σ电子。一个σ键包括两个0
(3). sp 杂化： 由 2s 轨道核一个 2p 轨道杂化，形成两个等同的 sp 杂化轨道。另有两个 2p 轨道不参与杂化。 a). 杂化轨道成分：1/2s 轨道和 1/2p 轨道； b). 成键能力较 sp2 杂化轨道弱，但较未杂化轨道强； c). 杂化轨道呈直线型，夹角 180°。另两个未杂化 2p 轨道与这一直线两两垂直。 三、σ 键和 π 共价键具有方向性。按照成键的方向不同，分为 σ 键和 π 键。 σ 键和 π 键是两类重要的共价键。 1. σ 键： 在甲烷分子中，存在四个等同的 C-H 键，碳原子采取 sp3 杂化。取一个杂化轨道进行分析 当氢原子的 1s 轨道沿着对称轴的方向与碳原子 sp3 杂化轨道重叠时，原子轨道重叠程度最大，形成的共价键 最牢固。由原子轨道是立体对称的，原子轨道绕轴的旋转不影响成键，因而，形成的键是可以自由旋转的。这种沿着对 称轴的方向以“头碰头”的方式相互重叠形成的键叫做 σ 键。构成 σ 键的电子称为 σ 电子。一个 σ 键包括两个 σ
电子 甲烷分子中,四个σ键夹角为109°28′,分子构型为正四面体型。 乙烷分子中,除σC-H外,还存在σC-C键(CH3-CH3) 0键的成键特点 1).“头碰头”成键,电子云近似圆柱形分布 2).0键可以旋转; 3).0键较稳定,存在于一切共价键中 因而,只含有σ键的化合物性质是比较稳定的(烷烃)。 2.π键: 在乙烯分子中,碳原子采取sp2杂化。另有一个p轨道不参与杂化,而形成另一类型的共价键π键 未杂化的p轨道可以“肩并肩”平行重叠成键,形成π键。构成π键的电子叫做π电子。 π键的成键特点 1).“肩并肩”成键
电子。 甲烷分子中，四个 σ 键夹角为 109°28′，分子构型为正四面体型。 乙烷分子中，除 σC- H 外，还存在 σC- C 键（CH3-CH3 ） σ 键的成键特点： 1). “头碰头”成键，电子云近似圆柱形分布； 2). σ 键可以旋转； 3). σ 键较稳定，存在于一切共价键中。 因而，只含有 σ 键的化合物性质是比较稳定的（烷烃）。 2. π 键： 在乙烯分子中，碳原子采取 sp2 杂化。另有一个 p 轨道不参与杂化，而形成另一类型的共价键 π 键。 未杂化的 p 轨道可以“肩并肩”平行重叠成键，形成 π 键。构成 π 键的电子叫做 π 电子。 π 键的成键特点： 1). “肩并肩”成键；
2).电子云重叠程度不及σ键,较活泼 3).π键必须与0键共存; 4).π键不能自由旋转。 因而,具有π键的化合物性质较活泼(烯烃、炔烃等)。 3.键参数:表征化学键性质的物理量统称为键参数 键长( bond length) 键能( bond energy):键长越短,键能越大,化学键越牢固,分子越稳定。 键角( bond angle):反映分子空间结构的重要因素(如:甲烷、乙烯、乙炔等等)。 键的极性( bond polarity):非极性键构成非极性分子:极性键可构成非极性分子(甲烷、二氧化碳等),也可构成 极性分子(水,硫化氢等) 4.共价键的均裂和异裂( homolytic cleavage& heterolytic cleavage) 化学反应的发生实际上就是旧键的断裂和新键的生成。共价键的断裂有两种方式 均裂:均等断裂: A:BA+-B(自由基) 异裂:不均等断裂 A∴B A+B(正、负离子) 小结杂化轨道理论 p3杂化:正四面体型杂化,四个杂化轨道,能形成四个σ键,σ键稳定,可自由旋转 sp2杂化:三个杂化轨道共平面,能形成三个σ键,未杂化p轨道可形成π键,形成π键后,双键均不能自由旋转 sp杂化:两个杂化轨道共直线,能形成两个σ键,未杂化p轨道可形成π键,形成形成π键后,三键均不能自由旋 转
2). 电子云重叠程度不及 σ 键，较活泼； 3). π 键必须与 σ 键共存； 4). π 键不能自由旋转。 因而，具有 π 键的化合物性质较活泼（烯烃、炔烃等）。 3. 键参数：表征化学键性质的物理量统称为键参数。 键长（bond length）： 键能（bond energy）：键长越短，键能越大，化学键越牢固，分子越稳定。 键角（bond angle）：反映分子空间结构的重要因素（如：甲烷、乙烯、乙炔等等）。 键的极性（bond polarity）：非极性键构成非极性分子；极性键可构成非极性分子（甲烷、二氧化碳等），也可构成 极性分子（水，硫化氢等）。 4. 共价键的均裂和异裂(homolytic cleavage & heterolytic cleavage)： 化学反应的发生实际上就是旧键的断裂和新键的生成。共价键的断裂有两种方式： 均裂：均等断裂： 异裂：不均等断裂： 小结杂化轨道理论： sp3 杂化：正四面体型杂化，四个杂化轨道，能形成四个 σ 键， σ 键稳定，可自由旋转； sp2 杂化：三个杂化轨道共平面，能形成三个 σ 键，未杂化 p 轨道可形成 π 键，形成 π 键后，双键均不能自由旋转； sp 杂化：两个杂化轨道共直线，能形成两个 σ 键，未杂化 p 轨道可形成 π 键，形成形成 π 键后，三键均不能自由旋 转
HC=三N 段与方法:课堂讲授 讨论题、作业:(作业第13面;1,2,3,4题)
教学手段与方法：课堂讲授 思考题、讨论题、作业：（作业:第 13 面；1，2，3，4 题）
料(含参考书、文献等): mons, Organic Chemistry, fifth adition ford; Organic Chemistr 京大学,有机化学 京大学,有机化学,(上,下) 其毅,有机化学,(上,下) 注:1、每项页面大小可自行添减;2一次课为一个教案;3、“重点”、“难点”、“教学手段 与方法”部分要尽量具体;4、授课类型指:理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题
参考资料（含参考书、文献等）： 1. Solomons, Organic Chemistry, fifth adition 2. Oxford; Organic Chemistry 3. 北京大学， 有机化学 4．南京大学， 有机化学，（上，下） 5．邢其毅，有机化学， （上，下） 注：1、每项页面大小可自行添减；2 一次课为一个教案；3、“重点”、“难点”、“教学手段 与方法”部分要尽量具体；4、授课类型指：理论课、讨论课、实验或实习课、练习或习题 课等