第二讲 第一章绪论2 第二章饱和烃1

（3）分子轨道理论分子轨道是电子在整个分子运动中的状态函数，常用表示。分子轨道理论认为，成键电子不再定域于两个成键原子之间，而是在整个分子内运动，是离域的。原子中电子的运动状态叫做原子轨道，用波函数来表示。两原子轨道相互交盖，形成分子轨道。组成分子轨道的原子轨道必须满足：能级应大致相近，并能最大限度地相互交盖，对称性匹配（即位相相同），这样组成的分子轨道能量最低。原子轨道的重叠，形成σ键和π键。电子从原子轨道进入分子的成键轨道，形成化学键，使体系的能量降低，形成稳定分子。第二讲（1）1.4.2共价键的属性（1）键长指成键原子的原子核之间的平均距离。共价键键长/nm键能kJ/mol共价键键长/nm键能kJ/molC—CC—HC—NC—OC—F0.1540.1090.1470.1430.141347414305360485C—ClC—BrC—IC=CCC0.1770.1910.2120.1340.120339285218611837由于受其它键的相互影响，因此相同的共价键的键长在不同的化合物分子中也略有差别。如表1-2,3所示。（2）键能指形成共价键的过程中体系释放的能量，或共价键断裂的过程中体系所吸收的能量。表1-2,3一些共价键的键长、键能（3）键角指两价以上的原子与其它原子成键时，键与键之间的夹角。键角反映了分子的空间结构，其大小与成键的中心原子有关，也随着分子结构的不同而改变。第二讲（2）（4）键的极性和诱导效应（a）键的极性是由成键原子的电负性不同引起的。极性共价键是以偶极矩（）来度量的，偶极矩是电荷与正负电荷中心之间距离的乘积（=q·d），单位为C·m（库[仑]·米）。HCl例如=3.5710–30C·m构成共价键的两个不同原子，其电负性差值越大，键的极性越强。在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的偶极矩；在多原子分子中，分子的偶极矩是整个分子中各个共价键偶极矩的矢量和。偶极矩为零的分子是非极性分子；反之，偶极矩不等于零的分子是极性分子。偶极矩越大，分子的极性越强。（b）在极性分子中，由于电负性较大的原子吸引电子的结果，从而引起分子中电子云密度分布不均，把这种分子内原子间相互影响的电子效应称为诱导效应，常用I表示，但这种影响随着分子链的增长而迅速减弱（在12.6.1中要进一步学习）。例如1-氯丁烷：CH3CH2CH2CH2Cl4321第二讲（3）1.4.3共价键的断裂和有机反应的类型（1）均裂，产生自由基（或游离基），由此种活性中间体所引起的有机反应称为自由基型反应。均裂一般在光或热的作用下发生，故自由基反应的条件一般是光照或高温。（2）异裂，形成正、负离子，当两成键原子之一是碳原子时既可形成碳正离子、也可生成碳负离子：自由基、碳正离子和碳负离子是最常见的三种活性中间体。CL异裂异裂C-+L+C++L-由此种活性中间体引发的有机化学反应称为离子型反应。酸、碱或极性溶剂有利于共价键的异裂。据反应试剂分为亲电和亲核反应。碳正离子碳负离子RLR+L均裂另外根据反应物和产物的结构关系又可分为取代、加成、消除、氧化和还原、重排、聚合、缩合等反应。另一类反应在反应过程中旧键的断裂和新键的生成同时进行，无活性中间体生成，这类反应称为周环反应。第二讲（4）1.5分子间相互作用力1.5.1偶极–偶极相互作用偶极–偶极相互作用是极性分子之间的一种相互作用。例如氯化氢分子：HClHClHClClH例如羰基化合物醛和酮。丙酮和丁烷，相对分子质量相近，但沸点却相差较远，前者56oC，后者只有–0.5oC。1.5.2vanderWaals力在非极性分子中，在瞬间由于电子的运动，分子的一部分有稍微过量的电子，而另一部分稍微缺乏电子，从而在分子的局部产生了偶极（瞬间偶极），进而将影响邻近另一分子的电荷分布，即能诱导邻近分子产生偶极（诱导偶极）。瞬间偶极和诱导偶极之间相反电荷的区域彼此吸引，使两分子之间产生吸引作用，这种非极性分子之间存在着的吸引力称为vanderWaals力，它是一种很弱的分子间力。例如脂肪烃类化合物不溶于水，而溶于非极性的溶剂。第二讲（5）1.5.3氢键氢键也是通过分子之间偶极–偶极相互吸引作用生成的。能生成氢键的分子在结构上常具有一定特点：首先与氢相连的原子的电负性要远大于氢，其次原子半径较小(如N,O,F等原子)。氢键具有饱和性。氢原子（如O–H中的氢原子等）只能和一个电负性较大的原子形成氢键。氢键具有方向性。即氢键的生成只有当氢与两个电负性较大的原子（如O–H······O）在同一直线上最强，在可能的范围内，氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致。氢键存在于气体、液体、晶体和溶液等各种状态中，许多化合物的物理和化学性质以及一些化合物（如蛋白质和核酸等）的立体结构均与氢键有关。如醇的沸点高于相对分子质量相近的烃类等，且低相对分子质量的甲醇、乙醇等因能与水形成氢键而溶于水。综上所述，偶极–偶极相互作用、vanderWaals力和氢键都属于分子间力，但作用的强弱是不同的，其吸引力的大小顺序为：氢键偶极–偶极吸引力vanderWaals力第二讲（6）1.6酸碱的概念1.6.1Brnsted酸碱理论根据Brnsted的定义，能够提供（给出）质子的分子或离子是酸，能够接受质子的分子或离子是碱。例如：H2O+NH3OH+HNH3酸碱碱酸在有机化合物中，有些能够给出质子，它们是酸。这些化合物通常含有电负性较大的原子（如O、N等原子）相连的氢原子。例如：CH3CH2OHOHCH3COHOCH3NHHCH3CNHOH乙醇苯酚乙酸乙酰胺甲胺有些化合物能够接受质子，它们是碱。这些化合物通常是O、N等原子的分子或含有负电荷的离子。例如：乙醚乙醇甲胺甲氧负离子苯氧负离子甲胺负离子C2H5OC2H5CH3CH2OHCH3NH2CH3OOCH3NH有些化合物既能够给出质子又能够接受质子，它们既是酸又是碱。例如：CH3CH2OHCH3CH2NH2乙醇乙胺第二讲（7）酸的强度取决于它给出质子的倾向；碱的强度则取决于它接受质子的倾向。化合物的酸碱强度因介质不同而异，其强度是相对的。其强度通常用Ka或pKa（pKa=–lgKa）表示。Ka值越大或pKa值越小表示酸性越强。碱的强度通常用Kb或pKb（pKb=–lgKb）表示，但任何一对共轭酸碱通用Ka或pKa表示即可。1.6.2Lewis酸碱理论根据Lewis的定义，能够接受未共用电子对的分子或离子，称为Lewis酸；能够给出电子对的分子或离子，称为Lewis碱。Lewis酸的结构特征是具有空轨道原子的分子和正离子。Lewis酸包含所有的Brnsted酸。Lewis碱的结构特征是具有未共用电子对的分子或负离子。常见的Lewis酸碱如下所示：•Lewis酸:BF3,AlCl3,FeCl3,SnCl4,ZnCl2,H+,R+,Ag+等。•Lewis碱:H2O,NH3,CH3NH2,CH3OH,CH3OCH3,OH-,R-,X-等。Lewis碱与Brnsted碱是一致的，Lewis酸则比Brnsted酸范围更广。第二讲（8）1.6.3软硬酸碱原理“软”、“硬”是形容酸碱抓电子的松紧程度，抓电子紧的称为“硬”，抓电子松的称为“软”，而抓电子的松紧则反映出酸碱受授电子的难易。由于不同的酸碱其抓电子的松紧程度不同，酸碱有硬度和软度的不同。Pearson把Lewis酸碱分成硬、软两大类。•硬酸:接受体的原子小，带正电荷多，价电子层里没有未共用电子对。其电负性高，可极化性低，即外层电子抓得紧。•软酸:接受体的原子大，带正电荷少，价电子层里有未共用电子对（p或d）。其电负性低，可极化性高，即外层电子抓得松。•硬碱:给予体的原子电负性高，可极化性低，不易被氧化，即对外层电子抓得紧，不易失去。•软碱:给予体的原子电负性低，可极化性高，易被氧化，即对外层电子抓得松，容易失去。抓电子的松紧程度的界线很难划分，即很难划分“硬”、“软”，故又将酸碱分为硬的、软的和交界的三大类。看18页表1-5所示。第二讲（9）根据酸碱的硬度或软度，Pearson提出化学反应的硬软酸碱原理（简写作HSAB原理）。即“硬亲硬，软亲软，软硬交接就不管”。硬软酸碱原理是大量实验的经验规律，它能够解释无机化学、有机化学以及有关学科中广泛的化学现象和问题。•例如化合物和络合物的稳定性问题，H2SO4比H2SO3稳定，BF3–O(C2H5)2比BF3–S(C2H5)2稳定。•又如化合物反应活性等问题。将乙烯(C2H4)通入溴中，溴的红色逐渐消失，反应很容易进行。H2CCH2+Br2H2CCH2H2CCH2H2CCH2-Br-Br-BrBrBrBrBr快软碱软酸软-软硬软酸碱原理的应用涉及很广，如溶解度规律，有关配位体选择的规律，水溶液中的无机络合物化学，催化剂中毒，有机催化剂的选择，有机亲核-亲电活性等，从而受到广泛的重视。硬软酸碱原理还没有统一的理论是指连贯起来，但已有了热力学和量子力学等多方面的定量化工作。第二讲（10）1.7有机化合物的分类1.7.1按碳架分类链形化合物开链化合物环形化合物(脂肪族化合物)碳环化合物杂环化合物芳环化合物脂杂环化合物芳杂环化合物脂环化合物CH3CH2CH2CH3丁烷CH3CH=CH2丙烯CH3CH2OH乙醇CH3(CH2)16COOH十八酸苯苯甲酸环戊烷环己烯环氧乙烷COOHCH2CH2O吡啶NH六氢吡啶O呋喃N按碳架分类第二讲（11）表1-5一些常见的重要官能团1.7.2按官能团分类官能团：指能决定化合物特殊性质的原子或基团。相同官能团的化合物具有相类似的性质，将他们归于一类，方便研究和学习。官能团构造官能团名称化合物类别化合物举例C＝C双键烯烃CH2=CH2C≡C三键炔烃CH≡CH-X(F,Cl,Br,I)卤基（卤原子）卤代烃C2H5-X－OH羟基醇或酚C2H5OH,C6H5OH(C)-O-(C)醚键醚C2H5-O-C2H5C＝O羰基醛或酮(CH3)2C=O,CH3CH=O－COOH羧基羧酸CH3COOH－CN氰基腈CH3CN－NH2氨基胺CH3NH2－NO2硝基硝基化合物CH3NH2－SH巯基硫醇CH3SH－SO3H磺（酸）基磺酸C6H5SO3H第二讲（12）1.8有机化合物的研究程序（自学）（1）分离提纯（2）物理常数鉴定（3）元素分析和实验式确定（4）相对分子质量的测定和分子式（5）结构的确定（a）官能团分析（b）化学降解及合成（c）物理方法的应用第二讲（13）本章要求1、了解有机化合物和有机化学的涵义、有机化合物的特点和有机化学的发展史；2、掌握分子结构的三种表示方法；3、掌握共价键：碳碳单键、双键和三键的结构特点；价键理论、碳原子轨道的杂化、分子轨道理论；4、掌握共价键的属性：键长、键能、键角、键的极性、共价键的断裂和有机反应类型。5、了解分子间的作用力、酸碱的概念和诱导效应。作业：（二）、（三）、（六）、（八）、（九）、（十）、（十二）。第二讲（14）exit第二讲（15）第二章饱和烃：烷烃和环烷烃本章提纲2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.2烷烃和环烷烃的命名2.3烷烃和环烷烃的结构2.4烷烃和环烷烃的构象2.5烷烃和环烷烃的物理性质2.6烷烃和环烷烃的化学性质2.7烷烃和环烷烃的主要来源和制法第二讲（16）概述烃是只含有碳和氢两种元素的一类有机化合物简称。烃环状烃链状烃（又称为脂肪烃）烃分子中的碳原子之间都以碳碳单键相连，其余价键都为氢原子所饱和的一类有机化合物，称为饱和烃，又称为烷烃或石蜡烃。具有同一通式，结构相似，组成上相差CH2及其整数倍的一系列化合物称为同系列。同系列中的各个化合物互为同系物。CH2称为系差。同系物的化学性质相似，物理性质随着碳原子数增加而有规律性的变化。注意同系列中第一个化合物的某些特殊性。2.1烷烃和环烷烃的通式和构造异构2.1.1烷烃和环烷烃的通式CHHHHCHHHHCHHHCHHHCHHCHHHCHHCHHCHHHCHH甲烷乙烷丙烷丁烷烷烃指具有通式为CnH2n+2的