有机化学
Organic Chemistry
主讲：王红梅
有机化学绪论
一、有机化合物和有机化学
二、共价键
三、酸碱理论 四、有机化合物的分类 五、有机化合物构造式的表达方式 六、有机化合物共价键的断裂方式和反应类型
有机化合物命名 同分异构现象 各类化合物结构（杂化形式） 有机化合物性质（特别是化学性质） 各类化合物的制备方法 各类有机化合物之间的转化 立体化学概念 有机反应的机理
实际上碳原子并不直接以激发态的原子轨道参与形成共价键, 而是先杂化，再成键。形成烷烃时，碳原子取 sp3 杂化。
z
四面体结构, 轨道间夹角 为 109.5o.
x
sp3杂化
y
激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1
1s22(sp3)12(sp3)12 (sp3)12(sp3)1
杂化轨道电子排布
1931年，鲍林（Pauling L）提出原子 轨道杂化理论。
C： 1s22s22px12py1
相互影响、相互混合 2px 2s 2py 2pz
C:1s22s22px12py1
碳原子轨道的这种转化过程成为碳原子的杂化。
杂化轨道(hybrid orbital)：
在成键的过程中，由于原子间的相互影响，
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sp3杂化
乙烷 (CH3CH3)
σ键: 旋转不影响轨道重叠程度, 即σ 键可沿键轴“自由”转动; 重叠程度 大, 稳定性高; 键的极化度小.
头碰头重叠形成 C－Cσ键
分子中所有键角约为 109.5oC(四面体构型)
H
0p m
bond 154pm
H H H
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H
11
H
H H H C C H H H CH3CH3
（二）sp2杂化(以乙烯为例来说明)
z
1s22(sp2)12(sp2)12(sp2)12pz1
轨道杂化后电子排布
x
y
sp2杂化
2s
2px
2py
2pz
激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1
3个sp2杂化轨道取平面正 三角形分布，与未杂化的 p 轨道垂直。sp2 杂化轨道 之间的夹角为 120o.
√ ×
共 价 轨 键 道 的 轴 类 型
头碰头 肩并肩
键——沿轨道轴平行方 向成键。重叠大、稳定、 可沿键轴自由旋转。 键 键——沿轨道轴垂直方 轴 向成键。重叠小、不稳定、 不能沿键轴旋转。
1、 σ键 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。
z
2s
2px
2py
2pz
激 激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1 发
y
2s 2px 2py 2pz
x
1 + 2p 1 + 2p 0 基态： 2s2 + 2px y z
激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1
激发态的碳原子有4个单电子, 可以形成4个共价单键。
有机化学可以帮助我们培养两种能力？
学习 有机化学
动手能力 有机化学实验 能提高我们的 动手能力，细 致分析的能力 和抗打击能力
演绎能力 由最基本的概念 原理入手，逐步 加上其他知识逐 渐构筑自己的知 识体系。
第二节
一、化学键的概念
共价键
化学键：分子或晶体中相邻原子间强烈的 相互作用力。 离子键：以阳离子和阴离子之间静电引力 形成的化学键。 金属键： 金属中金属原子靠核外电子连接 在一起。 共价键：分子中原子间通过共用电子对形 成的化学键。(包括配位键)
同一原子中几个能量相近的不同类型的原子轨
道可以进行线性组合，重新分配能量和确定空 间方向，组成数目相等的新原子轨道，这种轨 道重新组合的方式称为杂化（hybridization),杂 化后形成的新轨道称为杂化轨道（hybrid
orbital)。
（hybridization orbitals）
价键理论无法 解释甲烷分子 (CH4)中4个碳 氢键的键角相 同的事实 杂化轨道理论 重新组合过程 称为杂化，所 形成的新的原 子轨道称为杂 化轨道
y
2s
2px
2py
2pz
激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1
2个sp 杂化轨道取直线形 分布, 与2个未杂化的 p 轨 道相互垂直。sp 杂化轨道 之间的夹角为 180o.
0.134nm
不可旋转性
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π键的不可旋转性: 打开π键约需要 268kJ/mol能 量, 因而室温下无法旋转, 由此产生顺反异构体。
268kJ/mol 旋转90 °
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（三）sp杂化(以乙炔为例说明)
z
1s22(sp)12(sp)12py12pz1
轨道杂化后电子排布
z
x
y
sp杂化

第一节 有机化合物和有机化学
1、有机化合物和有机化学的涵义。
2、有机化合物的特性。
3、为什么要学有机化学？
有机化合物
现代定义
观念动摇 错误认识 最初定义
除了 CO2 、 CO 碳酸和碳酸盐 外的含碳化合物（>106种）
尿素、油脂、糖类由无机物合成 动摇了生命力创造有机物的观念
有机物和无机物间存在不可 逾越的鸿沟 动植物中得到的叫有机物 矿物中得到的叫无机物
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处于激发态的碳原子可以与 4个H结合形成 CH4。 但这样形成的甲烷分子的空间结构会是怎样？
z
x
y
90℃
激发态: 2s 1 + 2px1 + 2py1 + 2pz1
假想的甲烷结构
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事实上, 甲烷分子具有正四面体的空间结构： 甲烷的棍球模型
甲烷的比例模型
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共价键的特征 共价键的饱和性 （受自旋相反限制） 一个原子上的一个电子与另一个原子上自旋 方向相反的电子配对以后，就再也不能与第 三个原子上的电子配对了。
原子能形成共价键的数目：未成对电子数。 共价键的方向性（受最大重叠原理限制 ）
+ + +
+
+
-
+
共价键的方向示意图
现代共价键理论基本要点
形成 原因 饱和 性
N CH3
C N CONH 2
有机化合物的同分异构现象
分子式相同, 结构不同的化合物称为同分异构体, 也叫结构异构体
构造异构
异构现象
碳链异构 位置异构 官能团异构
互变异构 对映异构 立体异构 顺反异构
构象异构
构造异构体：构造异构是指分子式相同，分子 中各原子的排列次序和方式不同而形成不同化 合物的现象
对映异构体：因分子含有不对称碳 原子或者没有对称因素而引起的具 有不同旋光性能的立体异构体。
我们为什么要学有机化学？
学科的交叉渗透 是大势所趋
化学与医学 息息相关 有机化学可以帮助 培养两种能力
医学与化学息息相关
医学的研究本体 •人体本身就是一个充满各种复杂反应的机器，各种 化学反应每时每刻在发生 医学的治疗目的 •疾病的发生在于身体某方面出现了不协调-体内化学 平衡被打破--医学就是努力使这个人体化学平衡恢复 医学的治疗手段 •很多药物需要用有机合成的方法制取，医用的某 些材料需要材料学方面的研究
共价键的类型
根据形成共价键时原子轨道的重叠方式不同：可分为σ键和π键
σ键
存 在 形 式 性 质
可以单独存在，存在于任 何共价键中
π键
不可以单独存在，只能与σ 键同时存在
成键轨道沿键轴重叠，重 叠程度大
1、电子云呈柱状，沿键轴呈圆 柱形对称，电子云密集于两核 之间 2、自由旋转 3、键能大，键稳定 4、不易被极化
碳链异构体：因碳链不同而引起的异构体;
CH3 C4H10 CH3CH2CH2CH3 CH3CHCH3
如:
位置异构体：由于官能团在碳链或碳环上的位置不 同而产生的异构体; 如:
OH C3H8O CH3CH2CH2OH CH3CHCH3
官能团异构体：由于分子中官能团不同而产生的异 构体; 如:
C2H6O CH3OCH3 CH3CH2OH
一个原子含有几 个单电子, 就能 与几个自旋方向 相反的单电子形 成共价键
方向 性
自旋方向相反的 单电子相互配对 降低了两核间正 电荷的排斥力
共价键总是尽可 能地沿着原子轨 道最大重叠方向 形成
共价键的形成和类型 两原子的原子轨道，相互交 叠即形成——共价键 交叠越大，成键越牢固—— 最大重叠原理 例如： H2分子
共价键的本质
共价键的本质——两原子互相接近时， 由于原子轨道重叠，两原子共用自旋相反的 电子对，使体系能量降低，而形成化学键
（共价健）.
二、价键理论 要点 ① 具有自旋相反的未成对电子的两个原 子相互接近，可以形成稳定的共价键。 ② 成键电子的电子云重叠得越多，核间电 子云密度越大，形成的共价键越牢固。在 形成共价键时，电子云总是尽可能地达到 最大程度的重叠。
碳的杂化轨道
激发
重新组合
杂化轨道理论的要点
1、在成键过程中，因原子的相互影响，同一原子中类 型不同,能级相近的原子轨道“混杂”起来重新组成一 种新的原子轨道,这个过程称为轨道的杂化. 2、有几个原子轨道参加杂化，就形成几个杂化轨道。 3、杂化轨道的成键能力增强。 （成键能力：sp3﹥sp2﹥sp﹥p﹥s） 4、杂化轨道有一定的空间构型： sp3、sp2、sp杂化轨道 的空间构型分别为正四面体、正三角形、和直线形。