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第一章绪论有机化合物和有机化学共价键的形成共价键的性质有机反应的类型和试剂的类型有机化合物的分类教学指导第一章绪论教学指导学习有机化合物与有机化学的定义，了解有机化合物的特点。掌握有机化合物的结构特点，熟悉共价键的性质及意义，根据共价键理论进一步理解有机化合物的特点。掌握共价键的断裂方式与有机反应类型，熟悉有机反应中间体。第一章绪论有机化合物的主要特征是都含有碳原子，即都是碳的化合物。从历史遗留下来的“有机化学”和“有机化合物”现仍使用，但涵义已发生了变化。有机化合物就是碳化合物。有机化学就是碳化合物的化学。第一章绪论绝大多数的有机化合物也都含有氢。从结构上看，所有的有机化合物都可以看作是碳氢化合物以及由碳氢化合物衍生而得到的化合物，因此，有机化学就是碳氢化合物及其衍生物的化学。第一章绪论有机化合物分子中各原子之间一般是以共价键连接起来的。共价键形成的常有价键法和分子轨道法。本节简单介绍价键法。共价键的形成：来自原子轨道的重叠，在轨道上有两个自旋相反的电子，这就是电子“配对”。轨道重叠越多，共价键就越牢固。所以，形成共价键时，在两个原子核间距离（键长）一定的条件下，轨道总是尽可能地达到最大程度的重叠，这就是轨道最大重叠原理。第一章绪论共价键的饱和性：价键法又称为电子配对法，一个未成对的电子一经配对成键，就不能再与其他未成对电子配对。共价键的方向性：由于成键原子轨道不都是球形对称的，具有方向性，为使原子轨道最大程度的重叠，共价键也就具有了方向性。原子的未成对电子数，一般就是它的化合价数或价键数。因此也可以理解为重叠部分越大，形成的共价键就越牢固。第一章绪论氢分子为什么H原子自发地通过电子“配对”生成H2分子（电子自发“配对”生成共价键的原因）？H原子的电子结构是1s1。s轨道是球形的。为了形成H-H键以生成H2分子，两个H原子核必须靠的足够近，从而使两个s轨道得以重叠，而在重叠的轨道上有两个自旋相反的电子。对于H2分子来说，当两个H原子核间距离（H—H键长）为0.074nm时，体系的能量最低，因而最稳定。电子“配对”形成共价键时放出能量。形成H—H将是放出能量是436.0kJ·mol-1。也就是说，1molH2分子比2molH原子的能量低436.0kJ，或者说稳定性大436.0kJ。第一章绪论下图（1）表示两个H原子的s轨道，(2)表示两个s轨道的重叠。（3）两个s轨道重叠生成的轨道形状与这两个s轨道合并而成的形状大体相似，像一个椭圆体。第一章绪论σ键H2分子中连接两个H原子核的直线，叫H-H键的键轴。从图（4）看出，s轨道重叠生成的轨道是圆柱形对称的，键轴是它的对称轴。这样的轨道叫σ轨道。生成σ轨道的重叠方式叫σ重叠，σ轨道上的电子叫σ电子，形成的键叫σ键。第一章绪论共价键的性质一、键长：形成共价键的两个原子的原子核之间，保持一定的距离，这个距离称为键长（键距）。不同的共价键具有不同的键长。不过，即使是同一类型的共价键，在不同化合物的分子中它的键长也可能稍有不同。因为由共价键所连接的两个原子在分子中不是孤立的，它们受到整个分子的相互影响。二、键角：共价键有方向性，因此任何一个两价以上的原子，与其他原子所形成的两个共价键之间都有一个夹角，这个夹角就叫做键角。例如，H20分子中有两个O-H键，这两个O-H键键轴之间的夹角叫做H20分子的键角，或H20分子中两个O-H键的键角。实验测得H20分子的键角是104.5°。显然，双原子分子没有键角。在≥3个原子的分子中就有键角。第一章绪论第一章绪论三、键能（平均键能）：共价键形成时，有能量释放出而使体系的能量降低。反之，共价键断裂时则必须从外界吸收能量。气态时原子A和原子B结合成A-B分子（气态）所放出的能量，也就是A-B分子（气态）解离为A和B两个原子（气态）时所需要吸收的能量，这个能量叫做键能。第一章绪论四、键解离能：是指分子中某一个给定的共价键断裂生成原子或自由基时所吸收的能量。但应注意，对多原子来说，即使是一个分子中同一类型的共价键，这些键的解离能也是不同的。因此，解离能指的是解离特定共价键的键能，而键能则泛指多原子分子中几个同类型键的解离能的平均值。五、键的极性：分子中以共价键相连的原子吸引电子的能力是不同的，有的大些，有的小些。元素的电负性表示分子中原子吸引电子能力的大小。电负性大的吸引电子能力大；电负性小的吸引电子能力小。在甲醇（H3C-OH）分子中，O原子上带部分负电荷，C原子上带部分正电荷，即H3Cδ+—Oδ-H。这样的共价键具有极性，叫极性共价键。第一章绪论H-O键、H-N键、C=O键、C-N键、C-Cl了键都是极性共价键。极性共价键的电荷分布是不均匀的，正电中心与负电中心不相重合，这就构成了一个偶极。正电中心或负电中心的电荷q与两个电荷中心之间的距离d的乘积叫做偶极矩μ。第一章绪论偶极矩μ[单位为D，德拜（Debye）]值的大小表示一个键或一个分子的极性。偶极矩有方向性，一般用符号来表示。箭头表示从正电荷到负电荷的方向。在两原子组成的分子中，键的极性就是分子的极性，键的偶极矩就是分子的偶极矩。在多原子组成的分子中，分子的偶极矩就是分子中各个键的偶极矩的向量和。例如：第一章绪论例：CH3δ+Clδ-键距μ=ede:中心电荷d：正负电荷中心的距离分子的偶极距是各键的键距向量和:第一章绪论有机反应的类型和试剂的类型共价键的断裂可以有两种方式——均裂与异裂均裂：这种断裂方式是均匀的裂解，也就是两个原子之间的共用电子对均匀分裂，两个原子各保留一个电子，形成自由基。均裂反应：反应中有均裂发生。也叫自由基反应。异裂：共价键断裂的另一种方式是不均匀裂解，也就是在键断裂时，两原子间的共用电子对完全转移到其中的一个原子上。这种断裂方式叫做键的异裂。键异裂的结果就产生了带正电或带负电的离子。第一章绪论异裂反应：反应中有异裂发生。也叫离子反应。对应于自由基反应和离子反应，试剂分为自由基试剂和离子试剂。烷烃的光氯化和热氯化是自由基反应。反应时，进攻烷烃的是Cl·原子，即氯自由基。此反应中，产生Cl·原子的氯（Cl2）是自由基试剂。在离子反应式中，根据试剂本身是亲核的、还是亲电的，离子试剂分为亲核试剂和亲电试剂两类。亲核试剂：反应时把它的孤对电子作用于有机化合物分子中与它发生反应的那个原子，而与之共有。第一章绪论亲核反应：有机化合物与亲核试剂的反应，叫亲核反应。如溴丁烷的碱性水解。亲电试剂：反应时试剂从有机化合物分子中与它发生反应的那个原子接受电子对，而与之共有。如：H+，Cl+等都是亲电试剂。亲电反应：有机化合物与亲电试剂的反应，叫亲电反应。第一章绪论有机化合物的分类一、按碳骨架分类,通常把有机化合物分为四大类。（1）开链化合物：因最初从动植物油脂中获取，所以也就叫脂肪族化合物。特点是：分子链都是张开的。乙烷、乙烯、乙醇等是脂肪族化合物。乙醇乙烯乙烷第一章绪论（2）脂环化合物：这类化合物可以看做是由开链化合物连接闭合成环状而得。它们的性质和脂肪族化合物相似，所以又叫做脂环化合物。环乙烷、环乙烯、环乙醇等是脂环化合物。（3）芳香族化合物：这类化合物特点是，在它们的分子中一般具有苯环结构。苯、甲苯、苯酚等是芳香族化合物。（4）杂环化合物：这类化合物特点是，在它们的分子中也具有环状构造，但是，在环中除碳原子外，还有其他原子存在（如氧、硫、氮）。糠醛、噻吩、吡啶等是杂环化合物。甲苯苯苯酚第一章绪论二、按官能团分类官能团是指有机化合物分子中特别能起反应的一些原子或原子团,这些原子或基团决定这类有机化合物的主要性质。例如，烯烃中的C=C双键，炔烃中的C≡C三键等。分类时，一般先按照碳骨架分类，再按照官能团分类。