有机化合物的结构基础专家讲座.pptx

第一章第一章 有机化合物分子结有机化合物分子结构基础构基础有机化合物的结构基础第1页第一章重点讲解问题第一章重点讲解问题1.碳杂化轨道理论碳杂化轨道理论2.有机分子基本骨架和官能团有机分子基本骨架和官能团3.有机化合物分子结构与性质关系有机化合物分子结构与性质关系 1）共价键结构）共价键结构 2）非共价键作用）非共价键作用 3）立体结构）立体结构有机化合物的结构基础第2页有机化合物与无机化合物比较有机化合物与无机化合物比较性质性质有机物有机物无机物无机物化学键化学键共价键共价键离子键离子键分子间作用力分子间作用力非共价键作用非共价键作用存在状态存在状态分子分子离子离子组成组成相对复杂相对复杂相对简单相对简单燃烧性燃烧性易燃、烧尽易燃、烧尽不易燃、烧不尽不易燃、烧不尽熔、沸点熔、沸点低低高高水溶性水溶性多数难溶多数难溶多数易溶多数易溶反应速度反应速度慢慢快快副反应副反应易发生易发生不易发生不易发生同分异构现象同分异构现象普遍存在普遍存在存在存在有机化合物的结构基础第3页自自 学学1.1 原子结构与原子轨道原子结构与原子轨道 核外电子排布规则及核外电子排布规则及C、H、O、N、P、S、B、F、Cl等原子核外电子排布。等原子核外电子排布。1.2 共价键形成共价键形成 电负性、离子键、共价键、偶极矩概念。电负性、离子键、共价键、偶极矩概念。1.3 分子结构表示方法分子结构表示方法 Lewis结构式、结构式、Kekule结构式及缩写式。结构式及缩写式。有机化合物的结构基础第4页1.4 杂化轨道理论杂化轨道理论 Hybridization分子键角并不等于原子轨道间夹角：分子键角并不等于原子轨道间夹角：杂化轨道理论：杂化轨道理论：有机分子中有机分子中C、O、N等原子在与其它等原子在与其它原子形成共价键时，是经过杂化轨道参加成键。原子形成共价键时，是经过杂化轨道参加成键。杂化轨道杂化轨道：能量相近原子轨道经：能量相近原子轨道经能量均化能量均化过程所形成过程所形成能量相等轨道能量相等轨道。有机化合物的结构基础第5页1.4 碳杂化轨道理论碳杂化轨道理论 HybridizationnC 1s22s22p2 n2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 n1s+1px+1py +1pz 4 sp3neach orbital has one electron 1.sp3 Hybridizationpromotionhybridization有机化合物的结构基础第6页1.sp3 HybridizationTo form Tetrahedron Carbon有机化合物的结构基础第7页1.sp3 HybridizationBonding in Methane有机化合物的结构基础第8页1.sp3 HybridizationBonding in EthaneC C 键键：1 s s 键键有机化合物的结构基础第9页2.sp2 HybridizationnC 1s22s22p2 n2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 n1s+1px+1py+1pz 3 sp2+1 pzneach orbital has one electronpromotionhybridization有机化合物的结构基础第10页2.sp2 HybridizationTo form a planer carbon有机化合物的结构基础第11页2.sp2 HybridizationBonding in EtheneC=C 键键：1 s s 键键 +1 p p 键键有机化合物的结构基础第12页3.sp HybridizationnC 1s22s22p2 n2s22px12py12pz0 2s12px12py12pz1 n1s+1px+1py+1pz 2 sp+1 pz+1pz neach orbital has one electronpromotionhybridization有机化合物的结构基础第13页3.sp HybridizationTo form a linear carbon有机化合物的结构基础第14页3.sp HybridizationBonding in EthyneCC 键键：1 s s 键键 +2 p p 键键有机化合物的结构基础第15页4.不一样杂化碳原子形成不一样杂化碳原子形成C C键、键、C H键键参数键键参数分子分子杂化态杂化态键角键角CC键键长键键长/pmCC键键能键键能/kJmol-1CH键键长键键长/pmCH键键能键键能/kJmol-1乙烷乙烷sp3109.5154368110423乙烯乙烯sp2120133636108448乙炔乙炔sp180120837106548C-H键：键：键长键长 sp3 sp2 sp;键能键能 sp3 sp2 p p 键键有机化合物的结构基础第16页1.5 有机分子基本骨架和官能团有机分子基本骨架和官能团1.有机分子基本骨架有机分子基本骨架n有机分子基本骨架有机分子基本骨架-由碳由碳 碳键和碳碳键和碳 氢键氢键组成。组成。n碳氢化合物碳氢化合物 由碳和氢两种元素形成有机化合由碳和氢两种元素形成有机化合物总称，又称物总称，又称烃（烃（hydrocarbon）.开链烃开链烃 环烃环烃 饱和烃饱和烃饱和烃饱和烃 烷烃，环烷烃烷烃，环烷烃烷烃，环烷烃烷烃，环烷烃 烯烃，环烯烃烯烃，环烯烃烯烃，环烯烃烯烃，环烯烃 不饱和烃不饱和烃不饱和烃不饱和烃 芳香烃芳香烃芳香烃芳香烃 炔烃，环炔烃炔烃，环炔烃炔烃，环炔烃炔烃，环炔烃有机化合物的结构基础第17页1.有机分子基本骨架有机分子基本骨架有机化合物的结构基础第18页1.5 有机分子基本骨架和官能团有机分子基本骨架和官能团2.有机分子官能团有机分子官能团n官能团：官能团：有机分子中含有一定性质部分原子集有机分子中含有一定性质部分原子集合。合。n含官能团有机化合物：含官能团有机化合物：可看作是碳氢化合物中可看作是碳氢化合物中氢被各种不一样官能团取代后产物，即烃衍生氢被各种不一样官能团取代后产物，即烃衍生物。物。n有机化合物按官能团分为：有机化合物按官能团分为：烯烃、炔烃、卤代烯烃、炔烃、卤代烃、醇烃、醇/酚、醚、醛酚、醚、醛/酮、羧酸及其衍生物、胺、酮、羧酸及其衍生物、胺、腈、硝基化合物、磺酸等。腈、硝基化合物、磺酸等。有机化合物的结构基础第19页1.6 有机化合物结构与性质关系有机化合物结构与性质关系 均裂均裂 游离基反应游离基反应（A ：B A +B）有机反应有机反应 亲电加成亲电加成 亲电反应亲电反应 亲电取代亲电取代 离子型反应离子型反应 消去反应消去反应 （A ：B A+B-）亲核加成亲核加成 异裂异裂 亲核反应亲核反应 亲核取代亲核取代1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系有机化合物的结构基础第20页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系亲电加成与亲核取代亲电加成与亲核取代有机化合物的结构基础第21页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系诱导效应与消去反应诱导效应与消去反应n诱导效应诱导效应（inductive effect）某一原子或基团某一原子或基团电负性或极性使得电子沿着电负性或极性使得电子沿着键传递，造成共享键传递，造成共享电子对发生偏移作用。电子对发生偏移作用。n消去反应消去反应有机化合物的结构基础第22页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系e.g.1.Hydrocarbons Alkanes,Alkenes,Alkynes and AromaticnCH3CH3,CH2=CH2,CH CH,nRadical rxn,substitution rxn,addition rxn nC6H6-Addition,difficult;Substitution,easy 有机化合物的结构基础第23页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系e.g.2 Unsaturated Compounds nC=O,C=C naddition reaction ndifferent mechanism有机化合物的结构基础第24页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系e.g.3 Acidity nRH,ROH,RCOOH nacidity increase from left to right有机化合物的结构基础第25页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系e.g.4 Lewis Base Compounds containing O or N,comparing with C,have lone pair of electron,so they often work as Lewis base.有机化合物的结构基础第26页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系氧化还原反应氧化还原反应氧化反应氧化反应加氧或脱氢反应加氧或脱氢反应还原反应还原反应加氢和脱氧反应加氢和脱氧反应有机化合物的结构基础第27页1.共价键结构与性质关系共价键结构与性质关系氧氧化化态态01234常常见见官官能能团团常见官能团中碳氧化态常见官能团中碳氧化态有机化合物的结构基础第28页2.非共价作用与性质关系非共价作用与性质关系n非共价力包含：非共价力包含：氢键氢键 Hydrogen Bond Hydrogen Bond 偶极偶极-偶极作用力偶极作用力 范德华作用力范德华作用力 （吸引力和斥力）（吸引力和斥力）n作用于分子间和分子内作用于分子间和分子内n影响化合物物理性质和化学性质影响化合物物理性质和化学性质n熔点、沸点、溶解性能熔点、沸点、溶解性能n酸碱性、反应速度和反应方向酸碱性、反应速度和反应方向有机化合物的结构基础第29页2.非共价非共价作用作用与性质关系与性质关系氢键饱和性和方向性氢键饱和性和方向性n饱和性饱和性 当AH中氢原子与一个B原子结合形成氢键后，另一个电负性大原子B则难以靠近氢原子了，因为B、A负电荷将排斥原子B靠近，所以一个氢原子只能与一个杂原子形成氢键。有机化合物的结构基础第30页2.非共价作用与性质关系非共价作用与性质关系n方向性方向性 1.只有当A-HB在同一直线上时最强；2.氢键方向和未共用电子正确对称轴一致，这么可使原子B中负电荷分布最多部分最靠近氢原子，这么形成氢键最稳定。氢键强弱氢键强弱 A、B电负性越大，氢键越强；B原子半径越小，氢键越强。（F-HF最强）有机化合物的结构基础第31页2.非共价作用与性质关系非共价作用与性质关系分子内氢键与分子间氢键分子内氢键与分子间氢键 分子间氢键使熔点、沸点升高 分子内氢键使熔点、沸点下降 分子间氢键使水溶性增加有机化合物的结构基础第32页2.非共价作用与性质关系非共价作用与性质关系偶极偶极-偶极作用力（极性分子）偶极作用力（极性分子）极性大分子，偶极-偶极作用力大，溶沸点高，水溶性增强范德华作用力（非极性分子）范德华作用力（非极性分子）极化率越大，分子接触面积越大，范德华作用力 越大。溶沸点越高。吸引或排斥与分子间距离相关，太近，表现为排斥作用。有机化合物的结构基础第33页3.分子间作用力对物质一些物理分子间作用力对物质一些物理性质影响性质影响n沸点沸点 分子极性、分子量、分子接触面积、氢键分子极性、分子量、分子接触面积、氢键有机化合物的结构基础第34页3.分子间作用力对物质一些物理分子间作用力对物质一些物理性质影响性质影响n溶点溶点 分子极性、分子量、分子接触面积、氢键、分子极性、分子量、分子接触面积、氢键、分子对称性分子对称性m.p.-138.9 C -105.5 Cb.p.3.7 C 0.9 C有机化合物的结构基础第35页3.分子间作用力对物质一些物理分子间作用力对物质一些物理性质影响性质影响n溶解性溶解性 General Rule:相同相溶原理相同相溶原理 (like dissolves like)质子性溶剂 H2O,ROH,NH3,RCOOH极性溶剂 非质子性溶剂 丙酮、乙醚、DMSO、DMF非极性溶剂 烃类 有机溶剂有机化合物的结构基础第36页4.立体结构与性质关系立体结构与性质关系n分子稳定性分子稳定性n物理性质物理性质n化学性质化学性质n生物活性生物活性有机化合物的结构基础第37页第一章重点讲解问题第一章重点讲解问题n碳杂化轨道理论碳杂化轨道理论n有机分子基本骨架和官能团有机分子基本骨架和官能团n有机化合物分子结构与性质关系有机化合物分子结构与性质关系 1）共价键结构）共价键结构 2）非共价键作用）非共价键作用 3）立体结构）立体结构有机化合物的结构基础第38页