有机化学第二章---共价键的形成及其属性

第二章共价键的形成及其属性1.共价键的形成价键理论2.键的极性与极化性3.影响共价键电子云分布的因素1.共价键的形成2.价键理论VBT和分子轨道理论MOT3.共轭效应，诱导效应。[重点][难点]价键法（sp3、sp2、sp杂化）（σ键与π键）分子轨道法(原子轨道线性组合)(共轭体系)第一节共价键的形成基本概念化学键：原子间强烈的相互吸引的作用。离子键：正负电荷通过静电引力形成离子键。共价键：成键双方通过共用电子对结合形成共价键。配位键：由单方原子提供电子形成的共价键。1.价键法基本要点：阅读讲义p133）最大重叠原理，原子轨道重叠的愈多，形成的键愈稳定。2）共价键有饱和性；元素原子的共价数等于该原子的未成对电子数；1）成键的两个电子必须自旋方向相反；2．原子轨道杂化理论:（sp3、sp2、sp杂化）109.5.sp3杂化轨道碳原子的四个sp3杂化轨道甲烷分子键：成键原子轨道对称轴重叠（头碰头）形成键，成键后电子云沿键轴呈圆柱形对称分布。2S2Px2Py2Pz激发2S2Px2Py2Pz杂化SP3每个轨道由1/4S和3/4P轨道杂化组成，C原子位于正四面体的中心Sp3：120....psp2碳原子的杂化轨道和pZZ轨道乙烯分子sp2键：成键原子轨道对称轴平行（肩并肩)重叠形成键。成键电子云沿分子平面两侧呈块状分布。激发杂化2Pz2Px2Py2Pz2S2S2Px2Py2PzSP2sp2每个SP2轨道由1/3S和2/3P轨道杂化组成，3个SP2轨道在同一平面，轨道间的夹角为120°。乙炔的σ键乙炔分子说明：不同杂化方式的轨道形状、s成分的多寡及不同杂化碳原子的电负性。sspsp2sp3p电负性：spSP杂化轨道由1/2S和1/2P轨道杂化组成，2个SP轨道间的夹角为180°，3.分子轨道理论：价键理论：是以“形成共价键的电子只处于形成共价键两原子之间”的定域观点为出发点的。分子轨道理论：是以“形成共价键的电子是分布在整个分子之中”的离域观点为出发点的。分子轨道即分子中价电子的运动状态，可用波函数ψ来描述。基本要点：分子轨道是由原子轨道通过线性组合而成；组合前后的轨道数守恒：即有几个原子轨道就可以组合成几个分子轨道。ψψ1ψ2==φφ12+φφ121=φφ12+ψ2=φφ12ψφ1φ2能量成键轨道反键轨道“+”与“”表示波的位相能量成键轨道反键轨道σσ*1s原子轨道1s原子轨道能量成键轨道反键轨道*2p原子轨道2p原子轨道ππ以乙烯为例：ψ2=φ12+φφ34ψ1=φφ12+φφ34++ψ3=φφ12+φφ34ψ4=φφ12+φφ34φπ4*π3*π2π1HOMOLUMO能量1,3-丁二烯的π分子轨道图以1，3-丁二烯为例：第二节共价键的属性1，键参数（键长、键角、键能）2，极性和极化性阅读讲义1、键长（bondlenghth）成键两原子平衡核间距，单位pm。2、键角（bondangle）两个共价键之间的夹角。3、键能（bondenergy）把1mol双原子分子AB（气态）的共价键断裂成A、B两原子（气态）时所需的能量称为A-B键的离解能，也就是它的键能。双原子分子：键能即是键的离解能。多原子分子：键能指分子中几个同类型键的离解能的平均值。4、键的极性与极化性（1）键的极性非极性键极性键HHClClH2CClHClδδδδ（2）分子的极性ClCClClClHCHClH无极性有极性组成共价键两原子电负性差值越大键的极性越大键矩：组成共价键两原子电负性差值越大，键的极性越大，极性以键矩又称偶极矩（）来量度。偶极矩是向量，带有方向性，一般以“”来表示，箭头表示从正电荷到负电荷的方向。=q*d（D）多原子分子的偶极矩是分子中各个键的偶极矩的向量和。HBrμ=2.60×10-30C.mCHHClClμ=5.34×10-30C.m键的极性与键的极化性：极性：键的极性大小取决于成键两原子电负性的差值。是静态的，永久的性质。极化性：电子云的流动性。共价键对外电场的感应能力。是动态的，暂时的性质。小结：键长与键能反映了键的强度，即分子的热稳定性。键角反映了分子的空间形象。极化性反映了分子的化学反应活性，并影响它们的物理性质。极化性对分子的反应性能起重要作用：C-X键极性：C-FC-ClC-BrC-IC-X键极化性：C-IC-BrC-ClC-FC-X键反应活性：C-IC-BrC-ClC-F5、共价键的断键方式及有机反应中间体一、共价键的断裂方式：XY..X.+Y.断键后X、Y各带一个未配对电子。共价键的这种断键方式，称为均裂。带有一个或几个未配对电子的呈电中性的原子或基团，称为(freeradical).这种发生键均裂的反应，也称自由基型反应。自由基或游离基称为均裂反应。:XY..XY..XY..++XY..++断键后X、Y或带有一对电子，或没有电子。带有一对电子的形成负离子，未带电子的形成正离子。共价键的这种断键方式，称为异裂。这种发生键的异裂的反也称离子型反应。应，称为异裂反应。二、有机反应的中间体：C+CH3CH3CH3C..HHH(CH3)3C+的结构sp2sp3H3C的结构CH3CH3HC.(CH3)2CH的结构.大多数碳自由基（特别是简单的烷基自由基）是平面结构，如H3C·是典型的平面结构。碳正离子（carbocation）、碳负离子（carbanion）和碳自由基均为高活性的物种，通常称为活泼中间体（activeintermediate）。六、分子间的作用力及其对熔点、沸点、溶解度的影响1、分子间的作用力①偶极-偶极作用极性分子间的相互作用，亦即偶极矩间的相互作用，称为偶极-偶极作用，一个分子的偶极矩正端与一个分子的偶极矩负端间有相互吸引作用。②色散力瞬时偶极矩之间的相互作用，称色散力。只有在分子比较接近时才存在，大小与分子的极化率和分子接触表面大小有关。没有饱和性和方向性，在非极性分子中存在。③氢键特殊的分子之间作用力，有方向性和饱和性。2、分子间的作用力对物质的某些物理性质的影响①对沸点和熔点的影响Ⅰ沸点a、分子极性愈大，偶极-偶极作用愈大，沸点愈高。b、如果分子极性相同，则分子量愈大，色散力也愈大，故沸点随分子量升高而升高。c、如果分子极性相同，分子量也相同，则分子间接触面积大的，色散力大，沸点高。d、分子量接近,分子内OH键愈多,形成氢键愈多,沸点愈高.Ⅱ熔点分子对称性高,排列比较整齐，熔点较高.如:正戊烷熔点:-17度,新戊烷熔点:-160度②溶解度相似的溶解相似的七、电子效应-诱导效应、共轭效应和超共轭效应1、诱导效应受取代基电负性影响，使得分子中成键电子云沿着原子链向某一方向移动的现象称为诱导效应。电子的离域现象2、共轭效应共轭体系中，由于P轨道重叠而引起π电子平均化，叫做共轭效应。3、超共轭效应C-Hσ键与π键的共轭称为超共轭效应。