第1章 結(jié)構(gòu)與性能概論.ppt

1、第1章 結(jié)構(gòu)與性能概論,1、構(gòu)造式的表達(dá),3、有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)構(gòu)架,2、有機(jī)化學(xué)反應(yīng)方式分類,返回總目錄,開(kāi)始講課,本課要點(diǎn),總結(jié),作業(yè),第一章 結(jié)構(gòu)與性能概論,一、有機(jī)化學(xué)的發(fā)展,人工合成有機(jī)物,分離提純有機(jī)物,“有機(jī)”和“生命力”,來(lái)自 動(dòng)植物,來(lái)自 礦物,有機(jī)物,無(wú)機(jī)物,明確是C化合物,碳?xì)浠衔锛捌溲苌?有機(jī)化學(xué)碳化合物的化學(xué),憑什么一個(gè)C就能成為一門(mén)獨(dú)立學(xué)科？,1、與人類關(guān)系密切 2、數(shù)量眾多 3、性質(zhì)特點(diǎn)不同于無(wú)機(jī)物,為什么有機(jī)物的數(shù)量比無(wú)機(jī)物多這么多？,有機(jī)物上千萬(wàn)種 無(wú)機(jī)物幾百萬(wàn)種 每年新增有機(jī)物幾千種,有機(jī)物結(jié)構(gòu)繁雜！,結(jié)構(gòu),易燃,熔、沸點(diǎn)低,難溶于水,反應(yīng)速度慢,副反應(yīng)多,

2、二、有機(jī)物的特點(diǎn),以C為核心 以共價(jià)鍵相結(jié)合,1、結(jié)構(gòu)決定了性質(zhì) 2、由性質(zhì)可以推測(cè)結(jié)構(gòu),組成有機(jī)物的元素不多(C、H、O、N、X、S、P)，但結(jié)構(gòu)繁雜。,三、有機(jī)物結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),1、C在周期表中的位置決定,生成共價(jià)鍵；四價(jià)。,C,既不易得4個(gè)電子，也不易失4個(gè)電子。,2、有機(jī)物最常用的表示式構(gòu)造式,表示無(wú)機(jī)物分子式組成(H2O),構(gòu)造式分子中原子的連接方式和次序。,因?yàn)樵谟袡C(jī)物中普遍存在著,同分異構(gòu)現(xiàn)象,同分異構(gòu)分子組成相同，但結(jié)構(gòu)、性質(zhì)不同。,如：C2H6O,CH3CH2OH,CH3OCH3,乙醇(bp：78.3),甲醚(bp：-24.5),（1）路易斯式一對(duì)電子表示一個(gè)共價(jià)鍵,（2）凱庫(kù)勒式

3、一條短線表示一個(gè)共價(jià)鍵,HCCH,標(biāo)出外層電子,（3）構(gòu)造簡(jiǎn)式省略CH鍵和(主鏈)中的單鍵,相同的部分可以用括號(hào)表示：,左端相同基團(tuán)，寫(xiě)在連接C之前；其他寫(xiě)在連接C之后。,(CH3)2CH,CH2CH,(CH3),CHCH2,（4）骨架式省略凱庫(kù)勒式中的H,CH3CH2CH2CH3,CH3(CH2)2CH3,(CH3)2CHCH3,CCCC,（5）鍵線式省略C、H原子，寫(xiě)出C之間的價(jià)鍵線，線的端點(diǎn)和交點(diǎn)代表一個(gè)C。,CH3CH2CH2CH2CH2CH3,先主后支,1 2 3 4 5 6,1 2 3 4 5 6 7,3、共價(jià)鍵的形成和類型,兩原子的原子軌道，相互交疊即形成共價(jià)鍵,鍵沿軌道軸平行方

4、向成鍵。重疊大、穩(wěn)定、可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。,鍵沿軌道軸垂直方向成鍵。重疊小、不穩(wěn)定、不能沿鍵軸旋轉(zhuǎn)。,頭碰頭,肩并肩,共價(jià)鍵的類型,交疊越大，成鍵越牢固最大重疊原理,軌道軸,鍵軸,例如：H2分子,鍵長(zhǎng),鍵角,離解能和鍵能,極性和極化性,4、共價(jià)鍵的基本屬性,斷裂或生成一個(gè)鍵所消耗或放出的能量,338.9kJ/mol-1,435.1kJ/mol-1,鍵的極性取決于成鍵原子的電負(fù)性。如CC、HCl,+ -,分子的極性取決于鍵的極性、分子形狀。如：CH4,鍵的極化性受外電場(chǎng)作用，極性的變化。,CC,CC,+ -,- +,內(nèi)因,外因,兩核距離,兩鍵夾角,四、有機(jī)反應(yīng),有機(jī)反應(yīng)的本質(zhì)舊鍵的斷裂和新鍵的生成

5、,1、根據(jù)反應(yīng)形式： 取代、加成、聚合、消除,2、根據(jù)反應(yīng)機(jī)理： 協(xié)同反應(yīng)和分步反應(yīng)。,協(xié)同反應(yīng)舊鍵的斷裂和新鍵的生成同時(shí)完成,分步反應(yīng)舊鍵的斷裂和新鍵的生成分步完成,A B,A B,A + B,A+ + B-,均裂,異裂,自由基,正離子、負(fù)離子,由自由基引發(fā)的反應(yīng)自由基反應(yīng) 由正、負(fù)離子引發(fā)的反應(yīng)親電、親核反應(yīng),五、有機(jī)物的分類,1、根據(jù)C的骨架分類,（1）開(kāi)鏈化合物(脂肪族化合物),（2）環(huán)狀化合物,脂環(huán)烴,芳香烴,雜環(huán),2、根據(jù)官能團(tuán)分類,官能團(tuán)決定一類有機(jī)物特性的基團(tuán),官能團(tuán)是學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的切入點(diǎn),CH3CH2CH2OH,官能團(tuán)的排列順序是系統(tǒng)命名中，官能團(tuán)作母體的資格順序。,有 機(jī)

6、物,烴,烴的衍生物,鏈烴,環(huán)烴,飽和烴,不飽和烴,脂環(huán)烴,芳香烴,鹵代烴,含氧化合物,含氮化合物,醇、酚、醚,醛、酮,羧酸和羧酸衍生物,雜環(huán)化合物,硝基化合物,胺,重氮和偶氮化合物,CH3CH3,CH3Br,CH3OH,CH3-O-CH3,CH3CHO,CH3COOH,CH3NO2,CH3NH2,CH2CH2,CH CH,六、有機(jī)物的研究程序,七、有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念,2、質(zhì)子理論：,3、電子理論：,1、解離理論：,八、有機(jī)化學(xué)學(xué)什么？怎么學(xué)？,化學(xué)性質(zhì),命名,結(jié)構(gòu),寫(xiě)出,寫(xiě)出,系統(tǒng)命名,平面結(jié)構(gòu)和立體結(jié)構(gòu),說(shuō)明,推測(cè),反應(yīng)歷程,合成,鑒別,官能團(tuán),雜化軌道理論 和有機(jī)物的基本價(jià)鍵結(jié)構(gòu),2、鍵

7、和鍵的空間關(guān)系,1、sp雜化的三種類型,3、彎曲鍵和環(huán)烷烴的穩(wěn)定性,4、離域鍵和共軛體系,返回總目錄,有機(jī)結(jié)構(gòu)理論,因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。這是為了探討、解釋有機(jī)化學(xué)反應(yīng)作好基礎(chǔ)知識(shí)的鋪墊。,2、有機(jī)結(jié)構(gòu)理論好學(xué)嗎？,1、為什么要講有機(jī)結(jié)構(gòu)理論？,3、有機(jī)結(jié)構(gòu)理論所描述的過(guò)程，都是真實(shí)存在的嗎？,不太好懂，是有機(jī)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)之一。需要一點(diǎn)空間想象能力和抽象思維能力。,不完全是。它只是一種假設(shè)，一種能解釋已知實(shí)驗(yàn)事實(shí)的假設(shè)。,一、雜化軌道理論與有機(jī)物的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),（一）雜化軌道理論,雜化在成鍵過(guò)程中，能量相近的不同類型的原子軌道，重新組合成能量、形狀完全等同的新軌道。,雜化類型sp雜化 dsp雜化,1

8、、什么叫雜化軌道？,2、原子軌道為什么要雜化？,原子軌道：s p d f,雜化是一種理論，是對(duì)電子配對(duì)法的補(bǔ)充和完善，依次可以更好地解釋分子空間結(jié)構(gòu)的事實(shí)。,3、sp雜化的三種類型,sp雜化1個(gè)s軌道+1個(gè)p軌道，生成2個(gè)sp雜化軌道。,sp2雜化1個(gè)s軌道+2個(gè)p軌道，生成3個(gè)sp2雜化軌道。,sp3雜化1個(gè)s軌道+3個(gè)p軌道，生成4個(gè)sp3雜化軌道。,雜化軌道的空間結(jié)構(gòu)，是由于電子云之間的相互斥力達(dá)到平衡時(shí)，而形成的最穩(wěn)定狀態(tài)。,雜化軌道的空間結(jié)構(gòu),C,C,C,直線形 軌道夾角1800,平面三角形 軌道夾角1200,正四面體形 軌道夾角109.50,1、sp3雜化甲烷、CC單鍵,（二）有機(jī)

9、物的價(jià)鍵結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),（1）甲烷的結(jié)構(gòu),空間結(jié)構(gòu)是正四面體， HCH鍵角都是109.50； CH鍵長(zhǎng)都是0.110nm ；4個(gè)H的位置完全相同。,實(shí)驗(yàn)測(cè)定：,Cl,Cl,05-1 甲烷球棒模型和比例模型,（2）CC單鍵的結(jié)構(gòu),其它烷烴：sp3雜化； CC鍵(sp3sp3)； 鍵角近似于109.50,乙烷 C2H6,正己烷 C6H14,鍵特點(diǎn)頭碰頭式交疊，重疊大、牢固、可沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。,鍵線式,05-2 乙烷,05-3 正己烷(鍵線式和基團(tuán)添加),鍵特點(diǎn)肩并肩式交疊，重疊小、不牢固、不能沿鍵軸旋轉(zhuǎn)。,2、sp2雜化C=C雙鍵和C=O雙鍵的結(jié)構(gòu),雜化態(tài),（1） C=C雙鍵的結(jié)構(gòu),C,C,實(shí)驗(yàn)測(cè)定：,

10、平面分子,鍵 sp2sp2,鍵(sp2s),鍵和鍵的 空間關(guān)系,1+1,（2）C=O雙鍵的結(jié)構(gòu),+ -,1+1,610.9,347.3,鍵能(kJmol-1),0.133,0.154,鍵長(zhǎng)(nm),C=C,CC,數(shù)據(jù)分析,鍵的鍵能=610.9-347.3=263.6,結(jié)構(gòu)分析： 電子分布在原子核的上下兩端，受原子核束縛較小，易極化。,結(jié)論：鍵結(jié)合力弱、易極化、易發(fā)生反應(yīng)。,C,3、sp雜化CC三鍵的結(jié)構(gòu),雜化態(tài),實(shí)驗(yàn)測(cè)定：,直線分子,C,1s,1s,鍵(spsp),鍵(sps),1+2,三種sp雜化軌道的電負(fù)性：spsp2sp3,因?yàn)閟軌道比p軌道控制電子的能力更強(qiáng),4、彎曲鍵環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu),環(huán)

11、狀結(jié)構(gòu)有一定的幾何角，如：三元環(huán)600,環(huán)烷烴的C是sp3雜化軌道夾角109.50,最穩(wěn)定的成鍵方式是最大重疊原則,彎曲鍵,尋找結(jié)構(gòu)矛盾的沖突點(diǎn),彎曲鍵不如鍵穩(wěn)定沒(méi)有實(shí)現(xiàn)最大重疊。,600 900 1080 1200,除環(huán)丙烷外，其他環(huán)烷烴都不是平面結(jié)構(gòu),由于這種角度差而產(chǎn)生的復(fù)原力稱作角張力,？,對(duì)環(huán)烷烴穩(wěn)定性的解釋拜爾張力學(xué)說(shuō)(1885年),環(huán)烷烴的穩(wěn)定性：, 以正四面體角109.50成鍵，是最穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。,假設(shè)成環(huán)C原子共平面。那么，環(huán)的幾何角和109.50相差越大，則環(huán)越不穩(wěn)定。,要解釋環(huán)烷烴結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，應(yīng)從構(gòu)象進(jìn)行分析，角張力只是影響因素之一。,5、離域鍵丁二烯和苯的結(jié)構(gòu),C,C,

12、C,C,0.134,0.148,C=C 0.133nm,CC 0.154nm,（1）丁二烯的結(jié)構(gòu),實(shí)驗(yàn)測(cè)定：平面分子,離域大鍵 成鍵后，電子的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，不是固定在兩個(gè)原子之間。,丁二烯的鍵,- 共軛體系,凡有離域鍵的體系 共軛體系,CH2=CHCH=CH2,能準(zhǔn)確表達(dá)？,（2）苯的結(jié)構(gòu),C,C,C,C,C,C,實(shí)驗(yàn)測(cè)定：平面分子，完全對(duì)稱 每一個(gè)鍵角：1200 每一個(gè)CC鍵長(zhǎng)：0.140nm,苯的鍵,閉合離域大鍵,凡共軛體系用傳統(tǒng)的價(jià)鍵都無(wú)法準(zhǔn)確表示。,- 共軛體系,離域使分子內(nèi)能降低，使體系趨于平均化，更穩(wěn)定。,總結(jié),sp,離域鍵,彎曲鍵,鍵,鍵,類型,1200,視幾何形狀,1800,1200,109.50,鍵角,丁二烯、苯,環(huán)丙烷,乙炔,乙烯,甲烷,物質(zhì) 舉例,共軛體系,環(huán)烷烴,炔烴,烯烴,烷烴,sp2,sp3,sp2,sp3,雜化,總結(jié),1、掌握結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、骨架式和鍵線式的寫(xiě)法,2、熟悉有機(jī)反應(yīng)的分類,3、了解有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)構(gòu)架,以命名、結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)為重點(diǎn)，以官能團(tuán)為切入點(diǎn)。,協(xié)同反應(yīng)舊鍵的斷裂和新鍵的生成一步完成,分步反應(yīng)包括均裂和異裂兩種方式,以凱庫(kù)勒式為基礎(chǔ)。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式省略單鍵符號(hào)；骨架式省略H；鍵線式省略C、H原子。,斷裂共價(jià)鍵吸收能量，生成活潑