有机化学第一章、第二章-绪论及烷烃课件.ppt

1、有 机 化 学教材教材:王积涛王积涛 主编主编 南开大学出版社南开大学出版社Organic Chemistry第一章第一章 绪论绪论一、有机化合物一、有机化合物有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有着有机化学是化学科学的一个分支，是与人类生活有着极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有机化合极其密切关系的一门学科，它的研究对象是有机化合物。其发展自物。其发展自19世纪初期至今已有世纪初期至今已有200多年历史。多年历史。什么是什么是有机化合物有机化合物呢？呢？C8H18、C15H32、C2H5OH、C6H12O6、CH3COOH涵义涵义：“有生命的物质有生命的物质”1.1 1.1 有机化

2、学的发展有机化学的发展有机有机“有生命的物质有生命的物质”ANIMALSMICROBES无机物无机物-非生物体或矿物质得到的物质。非生物体或矿物质得到的物质。有机物有机物-生物体（植物或动物）中获得的物质。生物体（植物或动物）中获得的物质。瑞典化学家瑞典化学家贝格曼贝格曼(T.D.T.D.Bergman)于于17771777年将化学分年将化学分为为“无机无机”和和“有机有机”两大类。两大类。从组成上看主要含有从组成上看主要含有C、H 还有还有 O、N、X、S、P 等。等。HCNOFPSClBrISiB有机化合物中常见的元素有机化合物中常见的元素神秘的神秘的“生命力生命力”！（生命力论）！（生命

3、力论）18741874年年肖莱马肖莱马（Schorlemmer.C.1834 183418921892）：）：将有机化合物定义为将有机化合物定义为“碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物”18511851年年葛美林葛美林（Gmelin.L.1788 178818531853）和和 凯库勒凯库勒（Kekule.A.1829 182918961896）等：等：“含碳的化合物称为有机化合物含碳的化合物称为有机化合物”但但CO、CO2、Na2CO3、KCN 等为无机化合物。等为无机化合物。所以含碳化合物不一定是所以含碳化合物不一定是有机化合物有机化合物，但有机化合，但有机化合物一定是物一定是含碳化合

4、物。含碳化合物。有机化学：研究有机化学：研究碳氢化合物及其衍生物碳氢化合物及其衍生物的化学分支。的化学分支。肖莱马肖莱马(Schorlemmer.C.1834183418921892德国有机化学家德国有机化学家)肖莱马肖莱马是一位共产主义战士，同时又是一位是一位共产主义战士，同时又是一位优秀的化学家。优秀的化学家。18341834年年9 9月月3030日出生于德国黑日出生于德国黑森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。森州的达姆施塔特的一个手工业家庭。18591859年进入吉森大学化学系，由于交不起学费，年进入吉森大学化学系，由于交不起学费，只读了一个学期中途缀学。只读了一个学期中途缀学。18591

5、859年到英国曼年到英国曼彻斯特担任欧文斯学院化学教授罗斯科的私彻斯特担任欧文斯学院化学教授罗斯科的私人助手，从此定居英国。人助手，从此定居英国。18611861年成为正式助年成为正式助手，在该院的化学实验室里工作，手，在该院的化学实验室里工作，18721872年开年开始发表论文，由于他致力于科学，始发表论文，由于他致力于科学，18711871年当年当选为英国皇家学会会员。选为英国皇家学会会员。18741874年任教授，为年任教授，为英国第一位有机化学教授。英国第一位有机化学教授。肖莱马肖莱马的化学研究是从脂肪烃作为起点。他的化学研究是从脂肪烃作为起点。他从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。

6、从石油中分离出戊烷、己烷、庚烷和辛烷。对丙烷和庚烷分别进行氯代得到对丙烷和庚烷分别进行氯代得到1-1-氯丙烷和氯丙烷和两种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。两种氯庚烷，从而水解得到相应的醇。肖莱肖莱马马测定烷烃的沸点，发现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构测定烷烃的沸点，发现直链烷烃比其异构体有较高的沸点，揭示了结构与性质的关系。与性质的关系。人类在很早时期就已经学会利用从生物体取得的物质。人类在很早时期就已经学会利用从生物体取得的物质。并对这些物质进行简单加工。并对这些物质进行简单加工。例如：例如：酿酒、制醋、造纸。酿酒、制醋、造纸。但对有机物纯物质的认识和制备，并发展成为化学领域但对有

7、机物纯物质的认识和制备，并发展成为化学领域的一个极其重要的学科的一个极其重要的学科有机化学，迄今不足有机化学，迄今不足200200年。年。古代（周朝）古代（周朝）懂得造纸、酿酒。懂得造纸、酿酒。1818世纪末期世纪末期开始制备分离开始制备分离 分离提纯阶段（第一阶段）。分离提纯阶段（第一阶段）。二、有机化学的起源与发展二、有机化学的起源与发展 17731773：从：从尿中尿中提取出了提取出了尿素。尿素。17691769：制得了许多：制得了许多有机酸有机酸:葡萄汁葡萄汁 酒石酸酒石酸 酸牛奶酸牛奶 乳乳 酸酸 柠檬汁柠檬汁 柠檬酸柠檬酸 但这一成就未能立即给但这一成就未能立即给“生命力生命力”以

8、致命的打击。由于以致命的打击。由于维维勒勒当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，当时所用的氰酸铵是依赖有机物制成的，“生命力生命力”维护者维护者争辩说：争辩说：“生命力生命力”即在韦勒所用的氰酸铵中。即在韦勒所用的氰酸铵中。18281828年，德国化学家年，德国化学家维勒维勒（Fwohler）由由氰酸铵氰酸铵（典（典型型 无机物）制成无机物）制成尿素尿素（典型有机物）。（典型有机物）。NH4OCN H2N-C-NH26060O 18061806年年斯图萘尔斯图萘尔（sertsertner)ner)首次从首次从鸦片鸦片中分离出第一个中分离出第一个生物碱生物碱-吗啡吗啡，直到直到19521952年才

9、确定了其结构，并为全合成年才确定了其结构，并为全合成所证实。所证实。这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段。但还未能用这对于认识有机化合物无疑是一个重要阶段。但还未能用人工方法合成出有机化合物。因当时的人工方法合成出有机化合物。因当时的“生命力论生命力论”，从而，从而阻碍了有机合成的发展。阻碍了有机合成的发展。维勒维勒是因首先在实验室里从无机物是因首先在实验室里从无机物合成了有机物合成了有机物-尿素而闻名于世。尿素而闻名于世。18001800年年7 7月月3131日生于德国法兰克福。日生于德国法兰克福。18201820年考入马尔堡大学医学院，年考入马尔堡大学医学院，18211821年开始年开始

10、对化学感兴趣，对化学感兴趣，18231823年他决定放弃医学，年他决定放弃医学，在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一在斯德哥尔摩跟贝采利乌斯一起工作一年。年。18251825年维勒回国，在柏林化学和矿年维勒回国，在柏林化学和矿物学校和卡塞尔技术学校教化学。物学校和卡塞尔技术学校教化学。18361836年维勒任格丁根大学化学教授。年维勒任格丁根大学化学教授。维勒维勒在大学时代便致力于氰基化合在大学时代便致力于氰基化合物的研究，确定了异氰酸的组成，和李物的研究，确定了异氰酸的组成，和李比希确定的雷酸结果一致，导致了对异比希确定的雷酸结果一致，导致了对异构体的认识。维勒还鉴定出氰酸银构体的认识。维勒还

11、鉴定出氰酸银,发现发现了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离了安息香基、扁桃苷和氢醌。最早分离出元素铍并命名。出元素铍并命名。18421842年他制备了碳化年他制备了碳化钙。钙。维勒维勒（Fwohler,1800,18001882,1882,德国化学家）德国化学家）1854 1854年年-1856-1856年，又合成了年，又合成了甲烷甲烷、甘油甘油、乙醇乙醇等许多典等许多典 型型有机化合物有机化合物。“生命力生命力”学说才宣告破产。学说才宣告破产。从此确信了人工合成从此确信了人工合成有机化合物有机化合物是完全可能的。这时是完全可能的。这时有机化学有机化学的发展进入了的发展进入了第二阶段（合成阶段）

12、。第二阶段（合成阶段）。同年同年柏赛罗柏赛罗（M.Berthelot）合成了油脂。合成了油脂。1845 1845年德国有机化学家年德国有机化学家科尔伯科尔伯（HKolbe）从无可争辩从无可争辩 的无机物制成了公认为有机物的的无机物制成了公认为有机物的醋酸醋酸：C+Cl2 CCl4 Cl3CCOOH CH3COOHS水，阳光水，阳光Na-Hg 我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水我国在天然有机化合物的合成领域处于世界领先水 平，平，19651965年合成了具有生理活性的蛋白质年合成了具有生理活性的蛋白质结晶结晶 牛胰岛素牛胰岛素（化学通报，（化学通报，1965.5 P257-285)；1

13、979 1979年完成了年完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸酵母丙氨酸转移核糖核酸的半合成，的半合成，1981 1981年完成了全合成（化学通报，年完成了全合成（化学通报，1982.12 P28）因此，有机化学中，有机合成占有独特的核心地位：因此，有机化学中，有机合成占有独特的核心地位：如：如：19731973年，年，WoodwardWoodward等近百人历时等近百人历时1111年完成的年完成的VBVB1212全合成全合成 （获诺贝尔化学奖）；（获诺贝尔化学奖）；19891989年美国年美国HarvardHarvard大学大学kishikishi教授等完成海葵毒素教授等完成海葵毒素 (palyto

14、xin)(palytoxin)的全合成。的全合成。C63H90N14PCo为了研究有机化合物的性质，需要进行分子结构为了研究有机化合物的性质，需要进行分子结构的研究：的研究：185 1856 6年德国化学家年德国化学家凯库勒凯库勒（FAKekule）和英国有机和英国有机 化学家化学家库帕库帕（ASCouper）分别提出了分别提出了“碳的四价概碳的四价概 念念”和和“碳碳可以相互结合成键碳碳可以相互结合成键”的学说。为有机的学说。为有机 化学结构理论的建立奠定了基础。化学结构理论的建立奠定了基础。1861 1861年俄国化学家年俄国化学家布特洛夫布特洛夫（AMButlerov）提出了提出了“化学

15、结构概念化学结构概念”。认为有机分子中的原子不是机械堆认为有机分子中的原子不是机械堆 积，而是按一定化学关系结合，化学结构决定化学性质。积，而是按一定化学关系结合，化学结构决定化学性质。三、有机分子结构理论及其发展三、有机分子结构理论及其发展 1874 1874年荷兰化学家年荷兰化学家范霍夫范霍夫（JHVant Hoff）和法国化和法国化学家学家勒贝尔勒贝尔（J A Lebel）同时同时提出提出了组成有机化合物分了组成有机化合物分子的子的“碳原子的四面体构型碳原子的四面体构型”学说，从此揭开了学说，从此揭开了立体化立体化学研究的序幕学研究的序幕，也阐明了，也阐明了旋光异构体旋光异构体现象。由于

16、现象。由于JHVant Hoff在立体化学方面的贡献，使他在立体化学方面的贡献，使他获得了获得了19011901年诺贝尔化年诺贝尔化学奖。学奖。1885 1885年德国化学家年德国化学家拜尔拜尔（A Baeyer）提出了环状化合提出了环状化合物的物的“张力学说张力学说”，至此建立了经典的有机化学结构理至此建立了经典的有机化学结构理论。论。到了到了19171917年，美国化学家路易斯（年，美国化学家路易斯（G.N.Lewis)G.N.Lewis)提出了提出了“价键理论价键理论”，它解释了共价键的饱和性，它解释了共价键的饱和性,却说明不却说明不了了“共价键的方向性共价键的方向性”。随后，随后，美国

17、化学家鲍林（美国化学家鲍林（L.Pauling)L.Pauling)提出了提出了“杂化轨道杂化轨道和共振论和共振论”的概念，进一步丰富和发展了价键理论。他因的概念，进一步丰富和发展了价键理论。他因此获得了此获得了19541954年的年的诺贝尔化学奖。诺贝尔化学奖。1901-19981901-1998年，诺贝尔化学奖共年，诺贝尔化学奖共9090项，其中有机化学方面项，其中有机化学方面的化学奖的化学奖5555项，占化学奖项，占化学奖61%61%。从从2020世纪世纪5050年代开始，随着现代物理方法介入到有年代开始，随着现代物理方法介入到有机化学，诞生了量子化学，产生了分子轨道理论，机化学，诞生了

18、量子化学，产生了分子轨道理论，使人们对共价键的本质有了更深层次的了解。用量使人们对共价键的本质有了更深层次的了解。用量子化学理论对反应机理的广泛深入研究，也使有机子化学理论对反应机理的广泛深入研究，也使有机化学进入了一个新的发展阶段。时至今日，有机化化学进入了一个新的发展阶段。时至今日，有机化学已深入到人类生活的每个角落，并不断的地显示学已深入到人类生活的每个角落，并不断的地显示出其强大的作用。出其强大的作用。生命科学（生物化学，分子生物学等）生命科学（生物化学，分子生物学等）医药学（药物化学，病理学，药理生化分析等）医药学（药物化学，病理学，药理生化分析等）农业（农业化学，农用化学品等）农业

19、（农业化学，农用化学品等）石油（石油化工等）石油（石油化工等）材料科学（高分子化学，功能材料等）材料科学（高分子化学，功能材料等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）食品（食品化学，营养学，添加剂等）日用化工（染料，涂料，化妆品等）日用化工（染料，涂料，化妆品等）四、有机化学是许多现代科学技术的基础四、有机化学是许多现代科学技术的基础 有机合成化学天然有机化学生物有机化学金属与元素有机化学物理有机化学有机分析化学药物化学香料化学农药化学有机新材料化学 等学科生命科学材料科学环境科学化学生物学能源、工业、农业 等方面.五、学习有机化学的重要性五、学习有机化学的重要性1、人体的组成成分除了水分子和无

20、机离、人体的组成成分除了水分子和无机离子外，几乎都是由有机分子组成。子外，几乎都是由有机分子组成。2、机体的代谢过程，同样遵循有机化学、机体的代谢过程，同样遵循有机化学反应的活性规律。反应的活性规律。3、95%以上的药物为有机化合物，药物以上的药物为有机化合物，药物的制备、质量控制、贮存、作用机制、代的制备、质量控制、贮存、作用机制、代谢都与有机化学相关。谢都与有机化学相关。杜马克杜马克(Gerhard Domagk)，这也是一位德国科学家。于，这也是一位德国科学家。于1935年发年发 明了人类第一种抑菌药物明了人类第一种抑菌药物-百浪多息百浪多息(磺胺类磺胺类)。他的第一例临床试验他的第一例

21、临床试验是在他的女儿身上进行的。他的女儿由于针刺引起链球菌感染，百浪是在他的女儿身上进行的。他的女儿由于针刺引起链球菌感染，百浪息多使她神奇的得到康复。后来巴黎巴斯德研究所的医学家发现百浪息多使她神奇的得到康复。后来巴黎巴斯德研究所的医学家发现百浪多息对链球菌的作用是通过其分子中的苯磺酰胺分发挥作用的，从而多息对链球菌的作用是通过其分子中的苯磺酰胺分发挥作用的，从而发明了磺胺类药物。发明了磺胺类药物。百浪多息百浪多息NSCH3CH3OCOOHHHRCONH青霉素的发现是一个更为广泛传颂的故事。弗来明（青霉素的发现是一个更为广泛传颂的故事。弗来明（Alexander Fleming）是英国伦敦圣

22、玛丽医院的细菌学家，他在是英国伦敦圣玛丽医院的细菌学家，他在1928年发现了青霉素，但他没有年发现了青霉素，但他没有方法把它提纯，所以，他也没有办法应用到临床中去。直到方法把它提纯，所以，他也没有办法应用到临床中去。直到20世纪世纪30年代，年代，一位英国科学家和一位澳大利亚科学家弗洛里和钱恩做了大量的工作，最一位英国科学家和一位澳大利亚科学家弗洛里和钱恩做了大量的工作，最后他们终于把青霉素提纯成晶体。到了后他们终于把青霉素提纯成晶体。到了1943年，青霉素正式用于临床。那年，青霉素正式用于临床。那时候正值第二次世界大战，青霉素的应用挽救了成千上万人的生命。时候正值第二次世界大战，青霉素的应用

23、挽救了成千上万人的生命。1945年，弗莱明、弗洛里和钱恩共获诺贝尔生理学及医学奖。青霉素的发现，年，弗莱明、弗洛里和钱恩共获诺贝尔生理学及医学奖。青霉素的发现，是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗是人类找到了一种具有强大杀菌作用的药物，结束了传染病几乎无法治疗的时代；从此出现了寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的新时的时代；从此出现了寻找抗菌素新药的高潮，人类进入了合成新药的新时代。代。HOCH3COOOHHOCOCH3HOOCOOOHCOCHOHCHNHCO紫杉醇（taxol)12345678910植物中含百万分之二 1992年底美国年底美国FDA批准上市，

24、临床用于治批准上市，临床用于治疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效较好疗卵巢癌、乳腺癌和肺癌疗效较好。1.2 化学键化学键一、一、化学键的形成及表示方法化学键的形成及表示方法1.化学键的形成化学键的形成-八隅体规律八隅体规律 八隅体规则八隅体规则(或称八电子规则或称八电子规则)是化学中一个简单的是化学中一个简单的规则，它指出各个原子趋向组合，令各电子的价层规则，它指出各个原子趋向组合，令各电子的价层都拥有八个电子，与惰性气体拥有相同的电子排列。都拥有八个电子，与惰性气体拥有相同的电子排列。主族元素，如碳、氮、氧、卤素族、钠、镁都依从主族元素，如碳、氮、氧、卤素族、钠、镁都依从这个规则。简单而言，当组成离

25、子或分子的组成原这个规则。简单而言，当组成离子或分子的组成原子的最外电子层有八个电子，它们便会趋向稳定。子的最外电子层有八个电子，它们便会趋向稳定。2.离子键离子键w电负性相差较大的原子相遇，其中电负性小的原子电负性相差较大的原子相遇，其中电负性小的原子的外层价电子强烈地偏向电负性大的原子，形成正的外层价电子强烈地偏向电负性大的原子，形成正负离子，两个离子之间通过电荷吸引力形成离子化负离子，两个离子之间通过电荷吸引力形成离子化合物，这种作用力就是离子键。合物，这种作用力就是离子键。碳元素碳元素:核外电子排布核外电子排布 1S22S22P2，不易获得或失，不易获得或失去价电子，易形成共价键。去价

26、电子，易形成共价键。(1)路易斯结构式路易斯结构式:用用共用电子的点共用电子的点来表示共价键来表示共价键的结构式。的结构式。2013/3/5 第一周第一周 星期二星期二 第一节第一节(2)凯库勒结构式凯库勒结构式:用用一根短线一根短线代表一个共价键代表一个共价键。路易斯结构式路易斯结构式凯库勒结构式凯库勒结构式3.共价键共价键 C +4H C HHHHCHHHH共价键成键类型共价键成键类型s-sxxs-pxxpx-pxxz zpz-pzxy ypy-pyzz 键与键与 键键键：沿着轨道对称轴方向的重叠（头碰头）形成的共价键。键：沿着轨道对称轴平行方向的重叠（肩并肩）形成的共价键。xzyxzyN

27、Nzzyy2s2pNN N N2w1.1.键长键长：在有机物分子中两个成键原子核间的在有机物分子中两个成键原子核间的平均平均距离距离称为键长，单位称为键长，单位nm或或pm(纳米、皮米纳米、皮米)(1 nm =10-9m，1pm=10-12m)。w有机物中最重要的几种共价键有：有机物中最重要的几种共价键有：C-H(100pm)；C-C(154pm)；C=C(134pm)；CC(120pm)w同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍同一类型的共价键的键长在不同的化合物中可能稍有有差别差别。二、共价键的属性二、共价键的属性2.键角键角(方向性方向性)：任何一个两价以上的原子，与其它原任何一个两

28、价以上的原子，与其它原子所形成的两个共价键之间的子所形成的两个共价键之间的夹角夹角。HCHHH109o28OHH105o3.键能与离解能：键能与离解能：键能：键能：成键的两个气态原子成键的两个气态原子结合结合生成气态分子时放出的能生成气态分子时放出的能量。用量。用E表示，单位：表示，单位：KJ/mol。离解能：离解能：将将1摩尔气态双原子分子摩尔气态双原子分子拆开拆开成气态原子时所需要成气态原子时所需要的能量称为离键能。的能量称为离键能。双原子分子：键能双原子分子：键能=离解能离解能 例如：例如：Cl2 Cl.+Cl.E=242KJ/mol。多原子分子：键能多原子分子：键能=平均离解能平均离解

29、能，例如，例如：1mol 分子(气体)原子（气）+D（离解能）1 大气压25对共价型多原子分子 D例 CH4CH3H+CH2H+CH3H+H+CH2CHCHCD=434.7 kJ/molD=443.1 kJ/molD=441.1 kJ/molD=338.6 kJ/molD=414.9 kJ/mol_三、共价键和分子的极性三、共价键和分子的极性w当两个相同的原子或原子团形成共价键时，由于其电负性相当两个相同的原子或原子团形成共价键时，由于其电负性相同，因此成键电子云对称地分布在两个原子周围，分子的正、同，因此成键电子云对称地分布在两个原子周围，分子的正、负电荷中心重合，这种键称为负电荷中心重合，

30、这种键称为非极性共价键非极性共价键。但是在大多数。但是在大多数情况下，形成共价键的两个原子的电负性并不相同，成键电情况下，形成共价键的两个原子的电负性并不相同，成键电子云分布不对称，在电负性大的原子周围电子云密度较高带子云分布不对称，在电负性大的原子周围电子云密度较高带部分部分负电荷，而电负性小的原子带负电荷，而电负性小的原子带部分部分正电荷，结果使键出正电荷，结果使键出现极性，这种类型的键称为现极性，这种类型的键称为极性共价键极性共价键。w若用若用 表示部分电荷，表示部分电荷，+、-分别表示部分分别表示部分正、负电荷正、负电荷，则，则 极性共价键和非极性共价键可分别表示如下：极性共价键和非极

31、性共价键可分别表示如下：HClHH非极性共价键非极性共价键 极性共价键极性共价键键的极性大小可定量的用键的极性大小可定量的用偶极矩偶极矩(dipole moment ）来表示，）来表示，偶极矩等于正、负电荷中心距离（偶极矩等于正、负电荷中心距离（d）与其所带电荷（）与其所带电荷（q）的）的乘积。乘积。=d q 偶极矩的单位为偶极矩的单位为德拜德拜（Debye,Debye.Peter 荷兰物理学家荷兰物理学家),简写为简写为D。1D=10-8cm 10-10静电单位。静电单位。分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可在外界电场分子的偶极矩可以是分子本身所固有的，也可在外界电场作用下产生，前者称为

32、分子的作用下产生，前者称为分子的永久性偶极矩永久性偶极矩，后者称为，后者称为诱导诱导偶极矩偶极矩。双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子的极性是双原子分子的极性就是其键的极性，多原子分子的极性是各个价键极性的各个价键极性的矢量和矢量和。偶极矩是矢量，具有方向性，可书。偶极矩是矢量，具有方向性，可书写如下：写如下：-+在多原子组成的分子中，分子的偶极矩是分子中各在多原子组成的分子中，分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的个键的偶极矩的矢量和矢量和。如果如果 =0=0，分子为非极性，分子为非极性分子，如果分子，如果 0 0，分子为极性分子。，分子为极性分子。HCl CH3Cl HC CH=1.0

33、3D=1.87D=0 物性物性:熔点、沸点、溶解度熔点、沸点、溶解度分子极性对分子极性对 都有影响。都有影响。化性化性:化学反应性化学反应性 极性与物质熔、沸点的关系极性与物质熔、沸点的关系 极性不同极性不同（分子量相等或接近）的有机分子，（分子量相等或接近）的有机分子，极性越大，熔沸极性越大，熔沸点越高点越高。例：。例：CH3CH2OHCH3CH2CH3M=46 b.p=-42 m.p=-187M=46 b.p=78.2 m.p=-115极性相同极性相同或相似的有机分子，或相似的有机分子，分子量越大，熔、沸点越高分子量越大，熔、沸点越高。CH4CH3CH3CH3CH2CH2CH3M=16 b

34、.p=-161.7 m.p=-182.6M=30 b.p=-88.6 m.p=-172.0M=58 b.p=-0.5 m.p=-135极性相同极性相同或相近的有机分子，当分子量相同时，其分子中的或相近的有机分子，当分子量相同时，其分子中的支链越多，沸点越低支链越多，沸点越低。极性极性与溶解度的关系与溶解度的关系根据根据相似相溶相似相溶原理，极性越大的有机分子在极性溶剂中溶解原理，极性越大的有机分子在极性溶剂中溶解度较大，而在非极性溶剂中溶解度较小。极性相同或相近度较大，而在非极性溶剂中溶解度较小。极性相同或相近的，在与其结构相似的溶剂中的溶解度较大。的，在与其结构相似的溶剂中的溶解度较大。CH

35、3CH2CH2CH2CH3CH3CH2CH CH3CH3CH3CCH3CH3CH3b.p 36 25 9w分子的极性大小在外电场的作用下可发生改变，甚至一些非分子的极性大小在外电场的作用下可发生改变，甚至一些非极性分子，当有外电场存在时，也可产生极性，外电场消失极性分子，当有外电场存在时，也可产生极性，外电场消失时，其极性也随之消失，这种情况下产生的偶极矩称为时，其极性也随之消失，这种情况下产生的偶极矩称为暂时暂时性偶极矩性偶极矩，共价键产生暂时性偶极矩的能力大小称为其，共价键产生暂时性偶极矩的能力大小称为其极化极化性。性。w键的极性用键的极性用来度量，它表示成键电子被成键原子核约来度量，它表

36、示成键电子被成键原子核约束的相对程度。极化性与成键原子的束的相对程度。极化性与成键原子的和和有关外，与有关外，与也有关系。也有关系。键的极性键的极性 C-FC-ClC-BrC-I 键的极化性键的极化性 C-FC-ClC-BrC-I极性是分子内在的性质，而极化性是在外电场作用下极性是分子内在的性质，而极化性是在外电场作用下产生的暂时现象。产生的暂时现象。w（1 1）价键的形成可看作是原子轨道的重叠价键的形成可看作是原子轨道的重叠(交盖交盖)或电子或电子(自自旋相反旋相反)配对的结果。每一对电子成为一个共价键。配对的结果。每一对电子成为一个共价键。例如：（例如：（H-F,N H-F,N N)N)，

37、H-O-H)H-O-H)w（2 2）共价键具有饱和性共价键具有饱和性一个未成对的电子既经配对成键，一个未成对的电子既经配对成键，就不能与其它未成对电子偶合。就不能与其它未成对电子偶合。(F-H-F(F-H-F)w（3 3）共价键具有方向性共价键具有方向性(最大重叠原理最大重叠原理):):两个电子的原子轨两个电子的原子轨道的重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。道的重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。四、价键理论四、价键理论 1.价键理论价键理论原子轨道原子轨道原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的原子中每个电子的运动状态都可以用一个单电子的波函数波函数（x x，y y，z z）来描述。）来

38、描述。称为原子轨道，因此电子云的称为原子轨道，因此电子云的形状也可以表达为轨道的形状。形状也可以表达为轨道的形状。共价键具有方向性共价键具有方向性(最大重叠原理最大重叠原理):):2p1syx1s2pyx（a a）x x轴方向结合成键轴方向结合成键 (最大重叠最大重叠)（b b）非非x x轴方向重叠较小轴方向重叠较小不能形成键不能形成键方向性方向性决定分子空间构型，因而影响分子性质决定分子空间构型，因而影响分子性质。2.分子轨道理论分子轨道理论原子轨道和电子云原子轨道和电子云：w(1)(1)当原子组成分子时，形成共价键的电子即运动于整个当原子组成分子时，形成共价键的电子即运动于整个分子区域；分

39、子区域；w(2)(2)分子中价电子的运动状态，即分子轨道，用波函数分子中价电子的运动状态，即分子轨道，用波函数 来描述；来描述；(薛定谔方程的解薛定谔方程的解)w(3)(3)分子轨道由原子轨道线性组合形成，形成的轨道数与分子轨道由原子轨道线性组合形成，形成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等。参与成键的原子轨道数相等。w 1 1=1 1+2 2 w(符号相同，即：波相相同符号相同，即：波相相同 成键轨道成键轨道)w 2 2=1 1-2 2 w(符号不同，即：波相相反符号不同，即：波相相反 反键轨道反键轨道)w(4)(4)每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子

40、(Pauli(Pauli不不相容定理相容定理)。(2013/3/5 星期星期二、二、第一第一周）周）w(5)5)电子总是首先进入能量低的分子轨道（电子总是首先进入能量低的分子轨道（HundHund规则）。规则）。反键轨道反键轨道 2=1-2 成键轨道成键轨道 1=1+2 2个氢原子轨道组成个氢原子轨道组成2个氢分子轨道个氢分子轨道 价键理论认为形成共价键的电子只处于化价键理论认为形成共价键的电子只处于化学键相连的两个原子之间的区域内的运动，学键相连的两个原子之间的区域内的运动，即即定域的观点定域的观点；分子轨道理论认为成键电；分子轨道理论认为成键电子遍布在整个分子的区域内运动，即子遍布在整个分

41、子的区域内运动，即离域离域的观点的观点。原子轨道组成分子轨道，必须符合的三个条件原子轨道组成分子轨道，必须符合的三个条件（1）对称性匹配对称性匹配(旋转和反映旋转和反映)；（2）原子轨道的重叠具有方向性原子轨道的重叠具有方向性(最大重叠）；最大重叠）；（3）原子轨道能量相近。）原子轨道能量相近。对称性匹配是最重要的对称性匹配是最重要的，不匹配的不会组合；对称性匹配的前，不匹配的不会组合；对称性匹配的前提下，能量越接近，组合效果越好；但能量差较大的并不是提下，能量越接近，组合效果越好；但能量差较大的并不是不可以组合，只是效果差而已；轨道最大重叠并不是必须的，不可以组合，只是效果差而已；轨道最大重

42、叠并不是必须的，只是稳定性最高的状态是最大重叠，但许多成键环境不允许只是稳定性最高的状态是最大重叠，但许多成键环境不允许最大重叠，但化学键却同样可以进行。最大重叠，但化学键却同样可以进行。能量相近的轨道，可以进行杂化，组成能量相等的杂能量相近的轨道，可以进行杂化，组成能量相等的杂 化轨道！化轨道！3.杂化轨道理论杂化轨道理论绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和磷等少数元素组成，但种类繁多。磷等少数元素组成，但种类繁多。碳元素：核外电子排布碳元素：核外电子排布 1s1s2 22s2s2 22p2p2 2 碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环）碳原子相

43、互结合能力很强（碳链和碳环）碳的同素异形体：碳的同素异形体：(1)(1)石墨石墨(2)(2)金刚石金刚石(3)(3)足球烯足球烯 （富勒烯）（富勒烯）（C C6060/C/C7070）石墨的晶体结构石墨的晶体结构(SP2)金刚石的晶体结构金刚石的晶体结构(SP3)足球烯足球烯(富勒烯富勒烯):单单纯由碳元素结合形成纯由碳元素结合形成的稳定分子，具有的稳定分子，具有6060个顶点和个顶点和3232个面，其个面，其中中1212个面为正五边形，个面为正五边形，2020个面为正六边形，个面为正六边形，整个分子形似足球。整个分子形似足球。具有芳香性。具有芳香性。C60/C70中的碳原子处于中的碳原子处于

44、 (SP2-SP3)中间过渡态中间过渡态w价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质，价键理论简明地阐明了共价键的形成过程和本质，成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一成功解释了共价键的方向性和饱和性，但在解释一些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如些分子的空间结构方面却遇到了困难。例如CHCH4 4分子分子的形成，按照价键理论，的形成，按照价键理论，C C原子只有两个未成对的原子只有两个未成对的电子，只能与两个电子，只能与两个H H原子形成两个共价键，而且键原子形成两个共价键，而且键角应该大约为角应该大约为9090。但这与实验事实不符，因为。但这与实验事实不符，因为C C与与H H可形

45、成可形成CHCH4 4分子，其空间构型为正四面体，分子，其空间构型为正四面体，HCH HCH=109.5=109.5。为了更好地解释多原子分子的实际空。为了更好地解释多原子分子的实际空间构型和性质，间构型和性质，19311931年鲍林提出了杂化轨道理年鲍林提出了杂化轨道理（hybridhybrid orbital theoryorbital theory），丰富和发展了现代价键理论。），丰富和发展了现代价键理论。杂化杂化轨道理论轨道理论 的提出的提出w杂化轨道理论从电子具有波动性、波可以叠加的观杂化轨道理论从电子具有波动性、波可以叠加的观点出发，认为一个原子和其他原子形成分子时，中点出发，认为

46、一个原子和其他原子形成分子时，中心原子所用的原子轨道（即波函数）不是原来纯粹心原子所用的原子轨道（即波函数）不是原来纯粹的的s s轨道或轨道或p p轨道，而是若干不同类型、能量相近的轨道，而是若干不同类型、能量相近的原子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整原子轨道经叠加混杂、重新分配轨道的能量和调整空间伸展方向，组成了同等数目的能量完全相同的空间伸展方向，组成了同等数目的能量完全相同的新的原子轨道新的原子轨道杂化轨道杂化轨道(hybrid orbital)(hybrid orbital)，以，以满足化学结合的需要。这一过程称为原子轨道的杂满足化学结合的需要。这一过程称为原子轨道的杂化（化（

47、hybridizationhybridization）。）。杂化杂化轨道理论轨道理论 的基本内容的基本内容w基态基态C C原子的外层电子构型为原子的外层电子构型为2s2s2 22px2px1 12py2py1 1。在与。在与H H原子结合时，原子结合时，2s2s上的一个电子被激发到上的一个电子被激发到2pz2pz轨道上，轨道上，C C原子以激发态原子以激发态2s2s2 2pxpx2 2pypy1 12pz2pz1 1参与化学结合。当然，电子从参与化学结合。当然，电子从2s2s激发到激发到2p2p上需上需要能量，但由于可多生成二个共价键，放出更多的能量而得要能量，但由于可多生成二个共价键，放出更

48、多的能量而得到补偿。到补偿。wspsp3 3杂化轨道在成键之前，激发态杂化轨道在成键之前，激发态C C原子的四个单电子分占的原子的四个单电子分占的轨道轨道2s2s、2px2px、2py2py、2pz2pz会互相会互相“混杂混杂”，线性组合成四个，线性组合成四个新的完全等价的杂化轨道。此杂化轨道由一个新的完全等价的杂化轨道。此杂化轨道由一个s s轨道和三个轨道和三个p p轨道杂化而成，故称为轨道杂化而成，故称为spsp3 3杂化轨道。经杂化后的轨道一头杂化轨道。经杂化后的轨道一头大，一头小，其方向指向正四面体的四个顶角，能量不同于大，一头小，其方向指向正四面体的四个顶角，能量不同于原来的原子轨道

49、原来的原子轨道 。碳原子杂化轨道碳原子杂化轨道spsp3 3的形成及特点的形成及特点（以（以CHCH4 4分子的形成为例分子的形成为例）w形成的四个形成的四个spsp3 3杂化轨道与四个杂化轨道与四个H H原子的原子的1s1s原原子轨道重叠，形成（子轨道重叠，形成（spsp3 3-s-s）键，生成键，生成CHCH4 4分子。分子。w杂化轨道成键时，同样要满足原子轨道最大杂化轨道成键时，同样要满足原子轨道最大重叠原理。由于杂化轨道的电子云分布更为重叠原理。由于杂化轨道的电子云分布更为集中，杂化轨道的成键能力比未杂化的各原集中，杂化轨道的成键能力比未杂化的各原子轨道的成键能力强，故形成子轨道的成键

50、能力强，故形成CHCH4 4分子后体系分子后体系能量降低，分子的稳定性增强。能量降低，分子的稳定性增强。碳原子杂化轨道碳原子杂化轨道spsp3 3的形成及特点的形成及特点（以（以CHCH4 4分子的形成为例分子的形成为例）CHCH4 4分子形成的整个杂化过程可示意如下：分子形成的整个杂化过程可示意如下：6C1s22s22p26C1s22s22p2spHHCHH甲烷E=s/4+3p/4 E=s/4+3p/4 夹角：109.50109.5oHHCHH2s22px12py12pz0基态2s12px12py12pz1激发态激发sp3杂化CHCH4 4分子形成的整个杂化过程可示意如下：分子形成的整个杂化