有机化合物的结构和性质 (2).ppt

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1、有机化学有机化学2012秋季学期秋季学期主讲：姚主讲：姚 鹏鹏办公室：崂山校区海化楼办公室：崂山校区海化楼219房间房间E-mail:18669809903,66781659Organic Chemistry教材：教材：有机化学有机化学徐寿昌主编，徐寿昌主编，高教出高教出版社，版社，第二版。第二版。参考书参考书：v基础有机化学基础有机化学邢其毅、徐瑞秋、周邢其毅、徐瑞秋、周政编，高教出版社。政编，高教出版社。v有机化学有机化学胡宏纹主编，高等教育出胡宏纹主编，高等教育出版社。版社。教材与参考书教材与参考书2成绩构成成绩构成v平时成绩平时成绩:30%,包括考勤、平时作业、回答问包括考勤、平时作业

2、、回答问题等。题等。v期末卷面考试成绩：期末卷面考试成绩：70%。v及格分数：及格分数：60分。分。3课堂要求课堂要求v按时到课，随机抽查点名。按时到课，随机抽查点名。v课前预习，课后复习。课前预习，课后复习。v按时完成作业。按时完成作业。v课间上交上次作业。课间上交上次作业。4课件下载邮箱：课件下载邮箱：邮箱：邮箱：密码：密码：yjhx20125章节目录章节目录v第一章第一章有机化合物的结构和性质有机化合物的结构和性质2学时学时v第二章第二章烷烃烷烃4学时学时v第三章第三章烯烃烯烃4学时学时v第四章第四章炔烃炔烃二烯烃二烯烃4学时学时v第五章第五章脂环烃脂环烃2学时学时v第六章第六章单环芳烃

3、单环芳烃4学时学时v第七章第七章多环芳烃和非苯芳烃多环芳烃和非苯芳烃2学时学时v第八章第八章立体化学立体化学4学时学时v第九章第九章卤代烃卤代烃4学时学时v第十章第十章醇和醚醇和醚4学时学时v第十一章第十一章酚和醌酚和醌2学时学时v第十二章第十二章醛和酮醛和酮4学时学时v第十三章第十三章羧酸及其衍生物羧酸及其衍生物4学时学时v第十四章第十四章-二羰基化合物二羰基化合物4学时学时v第十五章第十五章硝基化合物和胺硝基化合物和胺4学时学时v第十六章第十六章重氮化合物和偶氮化合物重氮化合物和偶氮化合物4学时学时v第十七章第十七章杂环化合物杂环化合物2学时学时v第十八章第十八章红外和核磁红外和核磁2学时

4、学时v复习答疑复习答疑4学时学时授课授课16周周周二周二12、周四、周四12共共64学时学时6第一章第一章 有机化合物的结构与性质有机化合物的结构与性质v1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学v1.2有机化合物的特点有机化合物的特点v1.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v1.4共价键的键参数共价键的键参数v1.5共价键的断裂共价键的断裂v1.6有机化学中的酸碱概念有机化学中的酸碱概念v1.7有机化合物的分类有机化合物的分类v1.8研究有机化合物的一般步骤研究有机化合物的一般步骤v1.9有机化学学习方法有机化学学习方法71掌握共价键理论的要点、共价键的属性及重要参数。掌握共

5、价键理论的要点、共价键的属性及重要参数。2掌握主要官能团的结构。掌握主要官能团的结构。3掌握共价键的断裂方式及有机反应的类型。掌握共价键的断裂方式及有机反应的类型。4理解有机化合物的特点，弄清与无机化合物的主要区别。理解有机化合物的特点，弄清与无机化合物的主要区别。5理解有机化合物的分类原则。理解有机化合物的分类原则。6理解有机化学中的酸碱概念。理解有机化学中的酸碱概念。7了解有机化合物和有机化学的含义。了解有机化合物和有机化学的含义。8了解有机化学的发展简史。了解有机化学的发展简史。9了解有机化合物的研究程序和方法。了解有机化合物的研究程序和方法。本章学习要求本章学习要求8重点：重点：1共价

6、键的一些基本概念共价键的一些基本概念2有机反应的类型有机反应的类型3有机化合物的研究方法有机化合物的研究方法难点：难点：1共价键理论共价键理论2杂化轨道理论杂化轨道理论3亲电和亲核试剂亲电和亲核试剂重点与难点重点与难点9101.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学碳化碳化合合物是地球上植物、物是地球上植物、动物生存的关键动物生存的关键。由于在活细由于在活细胞中进行的碳化学极端复杂而多变，生命才成为可能。碳是胞中进行的碳化学极端复杂而多变，生命才成为可能。碳是如此的重要如此的重要，因此需要一门完整的科学领域研究它，这就是，因此需要一门完整的科学领域研究它，这就是有机化学有机化学。因为这门学

7、科研究的因为这门学科研究的是具生命的有机体（一切是具生命的有机体（一切有生命的物体都含有碳化有生命的物体都含有碳化合物），所以称为合物），所以称为“有机有机”。现在这门学科所研究。现在这门学科所研究的是除碳酸盐和二氧化碳的是除碳酸盐和二氧化碳等无机物之外一切含碳的等无机物之外一切含碳的化合物。化合物。111.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学碳之所以与众多元素不碳之所以与众多元素不同，是因为它有一独特的能同，是因为它有一独特的能力，那就是碳本身可与自己力，那就是碳本身可与自己形成极为稳定的形成极为稳定的共价键共价键。正。正因为如此，才产生了含有成因为如此，才产生了含有成千上万个碳原子的

8、长链，这千上万个碳原子的长链，这就是有机化合物。就是有机化合物。121.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化合物就是指碳氢化合物及其衍生物有机化合物就是指碳氢化合物及其衍生物。在早期，有机化合物是。在早期，有机化合物是指来自动植物生命体中的化合物，而无机化合物是指来自矿物界无生命指来自动植物生命体中的化合物，而无机化合物是指来自矿物界无生命之化合物。到之化合物。到1828年，德国化学家魏勒年，德国化学家魏勒(FriedrichWhler)在实验室合成在实验室合成第一个有机物第一个有机物-尿素，才修正其定义。尿素，才修正其定义。2KOCN+(NH4)2SO4K2SO4+2NH4OCN

9、NH4OCNCO(NH2)2FriedrichWhler(1800-1882)有机物可来源有机物可来源于生物体也可由无于生物体也可由无机物转化而来。机物转化而来。131.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学虽然虽然绝大多数的含碳化合物都是属于有机化合绝大多数的含碳化合物都是属于有机化合物，但由于来源及定义的关系，仍有部分含碳化合物，但由于来源及定义的关系，仍有部分含碳化合物为无机化合物。物为无机化合物。例如：例如：(1)碳的氧化物碳的氧化物CO、CO2（CS2亦属无机物）亦属无机物）(2)碳酸盐：含碳酸盐：含CO32-的化合物，如的化合物，如Na2CO3、NaHCO3等等(3)氰氰（qi

10、ng）化物或硫氰化物：化物或硫氰化物：NaCN、KSCN等等141.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化合物与无机化合物的区别有机化合物与无机化合物的区别有机化合物有机化合物无机化合物无机化合物种类非常多（8000万种）比较少（40万种）构成元素主要C/H/O/N/S/P约100种全部元素化学结合共价结合多离子结合多熔点一般较低一般较高溶解性一般不溶于水，但溶于有机溶剂一般溶于水，但不溶于有机溶剂可燃性在空气中多数会燃烧不燃的较多离子反应一般为非电解质，所以多数为非离子反应一般为电解质，常为离子反应反应及速率常有副反应的可能，所以较复杂，但因非离子反应，所以速率较慢，故常需催化剂一

11、般无副反应，且反应速率较快构造复杂，常有异构现象较简单，较少异构现象151.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化学：有机化学：研究有机化合物来源、制备、结构、性质、应用研究有机化合物来源、制备、结构、性质、应用以及有关理论、变化规律和方法学的科学。以及有关理论、变化规律和方法学的科学。三项内容：分离、结构、反应与合成。三项内容：分离、结构、反应与合成。分离分离从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、从自然界或反应产物通过蒸馏、结晶、吸附、萃取、升华等方法分离出单一纯净的有机物。升华等方法分离出单一纯净的有机物。结构结构对分离出的有机物进行化学和物理行为的了解，阐对分离出的有机

12、物进行化学和物理行为的了解，阐明其结构和特性。明其结构和特性。反应与合成反应与合成从某一有机化合物从某一有机化合物(原料原料)经过一系列反应转经过一系列反应转化成一已知的或新的有机化合物化成一已知的或新的有机化合物(产物产物)。161.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化学发展简史有机化学发展简史萌芽时期萌芽时期：19世纪初到世纪初到1858年提出价键概念之前。年提出价键概念之前。在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物组成的方在十九世纪初期发展了定量测定有机化合物组成的方法，并分析了许多有机化合物。法，并分析了许多有机化合物。1830年，德国化学家年，德国化学家李比希发展了碳、氢分

13、析法，李比希发展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马年法国化学家杜马建立了氮的分析法。建立了氮的分析法。十九世纪中期以后，开始把有机化合物看作是碳化合十九世纪中期以后，开始把有机化合物看作是碳化合物，有机化学看作碳化合物化学。有机化学成为一门物，有机化学看作碳化合物化学。有机化学成为一门科学。科学。1845年，柯尔伯年，柯尔伯(H.kolber)制得醋酸；制得醋酸；1854年，年，柏赛罗柏赛罗(M.berthelot)合成油脂类化合物；尔后，布特合成油脂类化合物；尔后，布特列洛夫合成了糖类化合物；列洛夫合成了糖类化合物；1858年，凯库勒年，凯库勒(德德)提出提出碳原子的四价学说，在此基础

14、上发展了有机化合物结碳原子的四价学说，在此基础上发展了有机化合物结构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。构学说，对有机化学的发展起了很大推动作用。1829-1896171.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化学发展简史有机化学发展简史经典有机化学时期经典有机化学时期：从：从1858年价键学说的建立，到年价键学说的建立，到1916年价键的电子理论的引入。年价键的电子理论的引入。1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一次用短划出价键的概念，并第一次用短划“”表示表示“键键”。1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范

15、托夫分别年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫分别提出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，提出碳的四面体构型学说，建立了分子的立体概念，开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学开创了以立体观点来研究有机化合物的立体化学（stereochemistry）。）。1900年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这是个长寿命的自由基。是个长寿命的自由基。1916年，路易斯年，路易斯(美美)用电子对来说明化学键的生成。用电子对来说明化学键的生成。各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起的原因。价键的图象表示法中用

16、来表示价键的短划的原因。价键的图象表示法中用来表示价键的短划“”，实际上是两个原子共用的一对电子。，实际上是两个原子共用的一对电子。1875-1946路易斯酸碱路易斯酸碱活度活度181.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有机化学发展简史有机化学发展简史现代有机化学时期现代有机化学时期：1916至今。至今。1927年以后，海特勒和伦敦等用量子力学，年以后，海特勒和伦敦等用量子力学，处理分子结构问题，建立了价键理论，为处理分子结构问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来莫利肯化学键提出了一个数学模型。后来莫利肯用分子轨道理论处理分子结构，其结果与用分子轨道理论处理分子结构，其

17、结果与价键的电子理论所得的大体一致。价键的电子理论所得的大体一致。1931年，年，Huckel(德德)用量子化学的方法来解决不饱和用量子化学的方法来解决不饱和化合物和芳烃的结构问题。化合物和芳烃的结构问题。1933年，年，Ingold（英）用化学动力学方法研究饱和碳（英）用化学动力学方法研究饱和碳原子上亲核取代反应的机理。原子上亲核取代反应的机理。60年代，年代，Hoffman/福井谦一（日）发现分子轨道守福井谦一（日）发现分子轨道守恒原理，提出前线轨道理论。恒原理，提出前线轨道理论。80-90年代，年代，Corey提出合成子概念，并合成出许多复杂提出合成子概念，并合成出许多复杂结构的具有生理

18、活性的有机化合物。结构的具有生理活性的有机化合物。有机化学是一门迅速发展的学科有机化学是一门迅速发展的学科1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学1919012010年，诺贝尔化学奖共年，诺贝尔化学奖共103项，其中有机化学方面的化学奖项，其中有机化学方面的化学奖61项，占化学奖项，占化学奖60%。1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学20JacobusH.vantHoff1991巴基球巴基球RogerY.Tsien钱永健钱永健OsamuShimomuraMartinChalfie2008绿色荧光蛋白绿色荧光蛋白当代有机化学发展的一个重要趋势：当代有机化学发展的一个重要趋势：与生

19、命科学的结合与生命科学的结合。1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学1980年年(DNA)1997年年(ATP)与与生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；生命科学有关的化学诺贝尔奖八项；有机化学以其价键理论、构象理论、有机化学以其价键理论、构象理论、各种反应及其反应机理成各种反应及其反应机理成为现代生为现代生物化学和化学生物学的理论基础；物化学和化学生物学的理论基础；在蛋白质、核酸的组成和结构的研在蛋白质、核酸的组成和结构的研究、顺序测定方法的建立、合成方究、顺序测定方法的建立、合成方法的创建等方面，有机化学为分子法的创建等方面，有机化学为分子生物学的建立和发展开辟了道路；生物学的建立和发展

20、开辟了道路；确定确定DNA为生物体遗传为生物体遗传物质物质,是由生是由生物学家和化学家共同完成。物学家和化学家共同完成。2122有机化学特别是有机化学特别是生物有机化学生物有机化学参与的研究项目：参与的研究项目：研究信息分子和受体识别的机制研究信息分子和受体识别的机制;发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律发现自然界中分子进化和生物合成的基本规律;作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究作用于新的生物靶点的新一代治疗药物的前期基础研究;发展提供结构多样性分子的组合化学发展提供结构多样性分子的组合化学;对于复杂生物体系进行静态和动态分析的新技术，等等。对于复杂生物体系进行静态和动态分析

21、的新技术，等等。1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学23海洋有机生物地球化学海洋有机生物地球化学MarineOrganicBiogeochemistry主要主要研究研究海洋环境中有机物的来源和归宿，以及海洋环境中有机物的来源和归宿，以及有机有机分子分子-化学生物标志物在海洋碳循环、生物地球化学过程、化学生物标志物在海洋碳循环、生物地球化学过程、古海洋学古海洋学-古气候学重建中的应用。古气候学重建中的应用。1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学24有机化学中，有机化学中，有机合成有机合成占有独特的核心地位。占有独特的核心地位。1992年，日本化学家岸义人年，日本化学家岸义人(Y

22、oshitoKishi)合成海葵毒素，无与伦比地鼓合成海葵毒素，无与伦比地鼓舞了全世界的化学家，合成家们开始产生了舞了全世界的化学家，合成家们开始产生了“没有合成不出来的分子没有合成不出来的分子”的言论。的言论。1.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学从腔肠动物皮沙海葵科沙群海葵从腔肠动物皮沙海葵科沙群海葵属毒沙群海葵属毒沙群海葵Palythoa toxica中分离出中分离出来的毒性极强的化合物，分子式来的毒性极强的化合物，分子式C129H223N3O54，LD50：0.15g/kg(小鼠，小鼠，ip)，其卵的毒性最大，其卵的毒性最大，1g卵所含毒素卵所含毒素足以杀死足以杀死10万只万只

23、20g体重的小白鼠，所体重的小白鼠，所以它是迄今为止在非蛋白毒素中毒性以它是迄今为止在非蛋白毒素中毒性最强的化合物，具有抗癌、溶血等多最强的化合物，具有抗癌、溶血等多种生物活性。种生物活性。251.1有机化合物与有机化学有机化合物与有机化学有有100多个碳，多个碳，64个手性中心，个手性中心，几十个官能团。几十个官能团。海葵毒素海葵毒素 从从2020世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子，世纪下半叶起，化学的主要任务不再是发现新元素，而是合成新分子，特别是人们感兴趣的明星分子。特别是人们感兴趣的明星分子。徐光宪徐光宪 2121世纪，要实现世纪，要实现“理想的理想的”合成法

24、。强调实用、环境友好、资源可持续利用。合成法。强调实用、环境友好、资源可持续利用。简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。简单原料、温和条件，经过简单步骤，快速、高选择性、高效地转化为目标分子。绿色合成绿色合成2001年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖“手性催化氢化反应手性催化氢化反应”、“手性催化氧化反应手性催化氧化反应”独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）全合成。独特功能分子（各种性能材料、生理活性分子、天然产物）全合成。引入计算机技术，结构测定、分子设计和合成设计。引入计算机技术，结构测定、分子设计和合成设计。1.1有机化合物与有机化学有机化合物

25、与有机化学26获得获得2008年国家年国家最高科学技术奖最高科学技术奖1、有机化合物数量多。、有机化合物数量多。已知的化合物有几千万种，其中有机化合物占绝大多数，而其余百种元已知的化合物有几千万种，其中有机化合物占绝大多数，而其余百种元素组成的无机化合物不过几十万种。而且每年还要新合成和发现几万到素组成的无机化合物不过几十万种。而且每年还要新合成和发现几万到几十万种有机化合物。几十万种有机化合物。为什么有机化合物数量如此之多呢？为什么有机化合物数量如此之多呢？有两个原因，一是组成有机化合物的碳原子可以是一个碳原子到几十万有两个原因，一是组成有机化合物的碳原子可以是一个碳原子到几十万甚至几百万个

26、碳原子；二是有机化合物普遍存在异构现象使其数量大大甚至几百万个碳原子；二是有机化合物普遍存在异构现象使其数量大大增加。比如，含以八个碳原子为主的汽油，已经确认的碳氢化合物就有增加。比如，含以八个碳原子为主的汽油，已经确认的碳氢化合物就有二百种以上。二百种以上。1.2有机化合物的特点有机化合物的特点27 2、有机化合物普遍存在异构现象，虽然无机化合物也有异构、有机化合物普遍存在异构现象，虽然无机化合物也有异构现象，但是没有有机化合物普遍和复杂。现象，但是没有有机化合物普遍和复杂。3、有机化合物大多数不溶于水，当然这是对大多数有机化合、有机化合物大多数不溶于水，当然这是对大多数有机化合物而言，也有

27、的有机化合物与水混溶。物而言，也有的有机化合物与水混溶。4、大多数有机化合物易燃烧，也有例外，比如四氯化碳，不、大多数有机化合物易燃烧，也有例外，比如四氯化碳，不但不燃，而且可以灭火。但不燃，而且可以灭火。1.2有机化合物的特点有机化合物的特点285、大多数有机化合物发生的有机化学反应速度比较慢，不像无机反应、大多数有机化合物发生的有机化学反应速度比较慢，不像无机反应可以瞬间完成。当然有的有机反应速度很快，比如炸药的爆炸，反应速可以瞬间完成。当然有的有机反应速度很快，比如炸药的爆炸，反应速度很快。度很快。6、大多数有机化学反应都有副反应，反应不是定量进行的，所以一般、大多数有机化学反应都有副反

28、应，反应不是定量进行的，所以一般情况下有机化学反应式不用配平，只要写出主要产物就可以。情况下有机化学反应式不用配平，只要写出主要产物就可以。7、大多数有机化合物熔点较低，超过、大多数有机化合物熔点较低，超过300以上很少。以上很少。8、大多数有机化合物分解温度比较低，超过、大多数有机化合物分解温度比较低，超过400 的很少。当然有例的很少。当然有例外，如碳纤维外，如碳纤维3000 还稳定。还稳定。1.2有机化合物的特点有机化合物的特点29有机化合物的性质取决于有机化合物的有机化合物的性质取决于有机化合物的结构，要说明碳化合物的结构，就必须了解结构，要说明碳化合物的结构，就必须了解碳化合物中普遍

29、存在的共价键。碳化合物中普遍存在的共价键。30v复习：原子结构与最外层电子复习：原子结构与最外层电子原子由原子核和核外电子构成，原子核内有质子、中子，还有其他原子由原子核和核外电子构成，原子核内有质子、中子，还有其他基本粒子。基本粒子。311.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v复习：原子结构与最外层电子复习：原子结构与最外层电子1.核外电子是分层排列的核外电子是分层排列的,从里到外从里到外1,2,3.2.第一层最多第一层最多2个电子个电子,第二层最多第二层最多8个电子个电子,最外层不超过最外层不超过8个电子个电子.每层每层最多排最多排2n个电子（个电子（n表示层数）表示层数）3.

30、最外层最外层8个电子的结构叫做稳定结构个电子的结构叫做稳定结构.4.原子的化学性质由最外层电子决定原子的化学性质由最外层电子决定.(最外层电子一样，电子层数不同，最外层电子一样，电子层数不同，发生化学反应时的成键能力不同，化学活性会有差异。发生化学反应时的成键能力不同，化学活性会有差异。)321.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论COHv复习：电子亚层复习：电子亚层:电子层还可以电子层还可以再进行细分分成电子亚层再进行细分分成电子亚层.如果用如果用n表示是第几电子层，则该电表示是第几电子层，则该电子层具有的电子亚层数为子层具有的电子亚层数为n个。如个。如n=1时就只有一个亚层，时就

31、只有一个亚层，n=2时就有时就有2个亚个亚层。亚层种类不是一种，有层。亚层种类不是一种，有s、p、d、f。每个电子层上的亚层种类数也等于。每个电子层上的亚层种类数也等于n。（。（f之后之后g、h、i）331.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论C1s22s22p2H1s1v复习：电子亚层复习：电子亚层原子中电子的排布方法有以下规律：原子中电子的排布方法有以下规律：、电子应该尽可能先地排在能量低的电子轨道中、电子应该尽可能先地排在能量低的电子轨道中、同一亚层中，还有没有排有电子的轨道时，轨道上的、同一亚层中，还有没有排有电子的轨道时，轨道上的电子不能成对。如碳原子的电子不能成对。如碳原

32、子的2p上的两个电子排布为上的两个电子排布为:341.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论C1s22s22px12py12pz0v什么是共价键什么是共价键?共价键是化学键的一种，两个或多个原子共同使共价键是化学键的一种，两个或多个原子共同使用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和用它们的外层电子，在理想情况下达到电子饱和的状态，由此组成比较稳定和坚固的化学结构叫的状态，由此组成比较稳定和坚固的化学结构叫做共价键。做共价键。351.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论共享的电子受原子核的吸引（共享的电子受原子核的吸引（4绿线）绿线）电子之间和原子核之间互相排斥（电子之间和原

33、子核之间互相排斥（2红线）红线）v有机化合物的分子结构有机化合物的分子结构路易斯结构式：由一对共用电子的点来表示一个共价键的结构式；路易斯结构式：由一对共用电子的点来表示一个共价键的结构式；凯库勒结构式凯库勒结构式：用一根短划来代表一个共价键的结构式。：用一根短划来代表一个共价键的结构式。36形形成成键键的的电电子子对对在在成成键键前前是是属属于于一一个个原原子子时时，形形成成的的键键称称配配价价键键，存存在电子得失时则形成离子键。共用两对电子形成双键，其余类推：在电子得失时则形成离子键。共用两对电子形成双键，其余类推：1.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v量子化学量子化学1.1

34、925年和年和1926年，物理学家维尔纳年，物理学家维尔纳海海森堡和森堡和埃尔温埃尔温薛定谔各自建立了矩阵力学和薛定谔各自建立了矩阵力学和波动力学波动力学，标志着量子力，标志着量子力学的诞生，同时也为化学家提供了认识物质化学结构的学的诞生，同时也为化学家提供了认识物质化学结构的新理论工具新理论工具。2.1927年物理学家瓦尔特年物理学家瓦尔特海特勒和弗里茨海特勒和弗里茨伦敦将量子力伦敦将量子力学处理原子结构的方法应用于氢气分子，成功地定量阐学处理原子结构的方法应用于氢气分子，成功地定量阐释了两个中性原子形成化学键的过程，他们的成功标志释了两个中性原子形成化学键的过程，他们的成功标志着量子力学着

35、量子力学与化学与化学的交叉学科的交叉学科量子化学的诞生量子化学的诞生。3.在海特勒和伦敦之后，化学家们也开始应用量子力学理在海特勒和伦敦之后，化学家们也开始应用量子力学理论，并且在两位物理学家对氢气分子研究的基础上建立论，并且在两位物理学家对氢气分子研究的基础上建立了三套阐释分子结构的理论。了三套阐释分子结构的理论。371.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论1.价键理论价键理论-杂化轨道理论杂化轨道理论2.分子轨道理论分子轨道理论3.配位配位场理论（过渡金属元素在配位场中能级裂分场理论（过渡金属元素在配位场中能级裂分状况）状况）v理论是用来解释科学现象的；理论是用来解释科学现象的；

36、v科学在不断发展，新的发现需要新的理论解释；科学在不断发展，新的发现需要新的理论解释；v新的理论是在旧的理论基础上不断完善的结果。新的理论是在旧的理论基础上不断完善的结果。381.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v价键理论价键理论共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子耦合配共价键是两个原子的未成对而又自旋相反的电子耦合配对的结果。对的结果。原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不原子中未成键电子与另一原子中的某一电子配对后，不能再与第三个电子配对，即能再与第三个电子配对，即共价键的饱和性共价键的饱和性。遵循最大重叠原则，共价键沿着原子轨道重叠最大的方遵循最大重叠原则，

37、共价键沿着原子轨道重叠最大的方向成键。向成键。共价键具有方向性共价键具有方向性。391.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论价键理论着眼于成键价键理论着眼于成键原子间最外层轨道中未成原子间最外层轨道中未成对的电子在形成化学键时对的电子在形成化学键时的贡献，的贡献，成功地解释了共成功地解释了共价分子的空间构型，因而价分子的空间构型，因而得到了广泛的应用。得到了广泛的应用。v价键理论价键理论价键理论核心思想是电子配对形成定域化学键。量子化价键理论核心思想是电子配对形成定域化学键。量子化学模型认为，共价键是由不同原子的电子云重叠形成的。电学模型认为，共价键是由不同原子的电子云重叠形成的。电

38、子云重叠的方式不同，出现的键的形式就不同。子云重叠的方式不同，出现的键的形式就不同。1.电子云顺着原子核的连线重叠，得到轴对称的电子云图像，电子云顺着原子核的连线重叠，得到轴对称的电子云图像，这种共价键叫做这种共价键叫做键。键。2.电子云重叠后得到的电子云图像呈镜像对称，这种共价键电子云重叠后得到的电子云图像呈镜像对称，这种共价键叫做叫做键。键。401.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论杂化轨道理论是是1931年由年由PaulingL等人在等人在价价键键理理论论的基的基础础上提出，上提出，它它实质实质上仍属于上仍属于现现代价代价键键理理论论，但

39、它在成但它在成键键能力、分子的空能力、分子的空间间构型等方面丰构型等方面丰富和富和发发展了展了现现代价代价键键理理论论。原子轨道在成键时可进行杂化而组成能量相近原子轨道在成键时可进行杂化而组成能量相近的的“杂化轨道杂化轨道”。411.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论LinusPauling莱纳斯莱纳斯卡尔卡尔鲍林（鲍林（LinusCarlPauling，1901年年2月月28日日1994年年8月月19日），美国著日），美国著名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者名化学家，量子化学和结构生物学的先驱者之一。之一。1954年因在化学键方面的工作取得诺年因在化学键方面的工作取得诺贝尔化

40、学奖，贝尔化学奖，1962年因反对核弹在地面测试年因反对核弹在地面测试的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺的行动获得诺贝尔和平奖，成为获得不同诺贝尔奖项的两人之一（另一人为居里夫人）；贝尔奖项的两人之一（另一人为居里夫人）；也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔也是唯一的一位每次都是独立地获得诺贝尔奖的获奖人。奖的获奖人。v杂化轨道理论要点杂化轨道理论要点1.在成在成键过键过程中，由于原子程中，由于原子间间的相互影响，同一原子中几个能量相近的的相互影响，同一原子中几个能量相近的不同不同类类型的原子型的原子轨轨道（即波函数），可以道（即波函数），可以进进行行线线性性组组合，重新分配能合，重新分

41、配能量和确定空量和确定空间间方向，方向，组组成成数目相等数目相等的新的原子的新的原子轨轨道，道，这这种种轨轨道重新道重新组组合的合的过过程称程称为杂为杂化，化，杂杂化后形成的新化后形成的新轨轨道称道称为杂为杂化化轨轨道。道。2.杂杂化化轨轨道的角度波函数在某个方向的道的角度波函数在某个方向的值值比比杂杂化前的大得多，更有利于化前的大得多，更有利于原子原子轨轨道道间间最大程度地重叠，因而最大程度地重叠，因而杂杂化化轨轨道比原来道比原来轨轨道的成道的成键键能力能力强强。3.杂杂化化轨轨道之道之间间力力图图在空在空间间取最大取最大夹夹角分布，使相互角分布，使相互间间的排斥能最小，的排斥能最小，故形成

42、的故形成的键较稳键较稳定。不同定。不同类类型的型的杂杂化化轨轨道之道之间间的的夹夹角不同，成角不同，成键键后所后所形成的分子就具有不同的空形成的分子就具有不同的空间间构型。构型。421.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v轨道杂化类型轨道杂化类型按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有按参加杂化的原子轨道种类，轨道的杂化有sp和和spd两种主要两种主要类类型。型。能量相近的能量相近的ns轨轨道和道和np轨轨道之道之间间的的杂杂化称化称为为sp型型杂杂化化。按参加。按参加杂杂化的化的s轨轨道、道、p轨轨道数目的不同，道数目的不同，sp型型杂杂化化又可分又可分为为sp、sp2、sp3三种

43、三种杂杂化。化。431.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论sp杂化杂化441.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论sp2杂化杂化451.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论sp3杂化杂化2s12px12py12pz11.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论杂 化 类 型spsp2sp3参与杂化的原子轨道 1个 s+1个p1个s+2个p1个s+3个p杂化轨道数2个sp杂化轨道 3个sp2杂化轨道 4个sp3杂化轨道杂化轨道间夹角180012001090 28空间构型直 线正三角形正四面体实例BeCl2，C2H2BF3，C2H4CH4，CCl446sp型的

44、三种杂化型的三种杂化spsp2sp3v分子轨道理论分子轨道理论v考虑成键原子的内层电子在成键时贡献，考虑成键原子的内层电子在成键时贡献，显然更显然更符合成键的实际情况。符合成键的实际情况。1932年，美国化学家年，美国化学家MullikenRS和德国化学家和德国化学家HundF提出了一种提出了一种新的共价新的共价键键理理论论分子分子轨轨道理道理论论。该该理理论论注意了注意了分子的整体性，因此分子的整体性，因此较较好地好地说说明了多原子分子的明了多原子分子的结结构。目前，构。目前，该该理理论论在在现现代共价代共价键键理理论论中占有很中占有很重要的地位。重要的地位。v分子轨道理论是量子化学价键理论

45、进一步发展的分子轨道理论是量子化学价键理论进一步发展的结果，也是量子化学所取得的最大成就。结果，也是量子化学所取得的最大成就。471.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v分子轨道理论的要点分子轨道理论的要点v1.原子在形成分子原子在形成分子时时，所有，所有电电子都有子都有贡贡献，分子中的献，分子中的电电子不再从属于子不再从属于某个原子，而是某个原子，而是在整个分子空在整个分子空间间范范围围内运内运动动。在分子中。在分子中电电子的空子的空间间运运动动状状态态可用相可用相应应的分子的分子轨轨道波函数道波函数（称（称为为分子分子轨轨道）来描述。道）来描述。v2.分子分子轨轨道可以由分子中

46、道可以由分子中原子原子轨轨道波函数的道波函数的线线性性组组合合而得到。几个原而得到。几个原子子轨轨道可道可组组合成几个分子合成几个分子轨轨道，其中有一半分子道，其中有一半分子轨轨道分道分别别由正由正负负符号符号相同的两个原子相同的两个原子轨轨道叠加而成，两核道叠加而成，两核间电间电子的概率密度增大，其能量子的概率密度增大，其能量较较原来的原子原来的原子轨轨道能量低，有利于成道能量低，有利于成键键，称，称为为成成键键分子分子轨轨道道；另一半；另一半分子分子轨轨道分道分别别由正由正负负符号不同的两个原子符号不同的两个原子轨轨道叠加而成，两核道叠加而成，两核间电间电子子的概率密度很小，其能量的概率密

47、度很小，其能量较较原来的原子原来的原子轨轨道能量高道能量高,不利于成不利于成键键,称称为为反反键键分子分子轨轨道道。481.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论v分子分子轨轨道三原道三原则则（1）只有只有对对称性匹配的原子称性匹配的原子轨轨道才能道才能组组合成分子合成分子轨轨道，道，这这称称为为对对称性匹配原称性匹配原则则。491.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论进行线性组合的原子轨道分别对于进行线性组合的原子轨道分别对于x轴呈轴呈园柱形对称，均为对称性匹配园柱形对称，均为对称性匹配，可组合成分子可组合成分子轨道轨道。501.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理

48、论对称性匹配的两对称性匹配的两个原子轨道组合成分个原子轨道组合成分子轨道示意图子轨道示意图v分子分子轨轨道三原道三原则则（2）在对称性匹配的原子轨道中，只有能量相近）在对称性匹配的原子轨道中，只有能量相近的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且能的原子轨道才能组合成有效的分子轨道，而且能量愈相近愈好，这称为量愈相近愈好，这称为能量近似原则能量近似原则。（3）对对称性匹配的两个原子称性匹配的两个原子轨轨道道进进行行线线性性组组合合时时，其重叠程度愈大，其重叠程度愈大，则组则组合成的分子合成的分子轨轨道的能量愈道的能量愈低，所形成的化学低，所形成的化学键键愈牢固，愈牢固，这这称称为为轨轨道最大重道

49、最大重叠原叠原则则。在上述三条原在上述三条原则则中，中，对对称性匹配原称性匹配原则则是首要的，它决定原子是首要的，它决定原子轨轨道有道有无无组组合成分子合成分子轨轨道的可能性。能量近似原道的可能性。能量近似原则则和和轨轨道最大重叠原道最大重叠原则则是在是在符合符合对对称性匹配原称性匹配原则则的前提下，决定分子的前提下，决定分子轨轨道道组组合效率的合效率的问题问题。511.3有机化合物中共价键理论有机化合物中共价键理论1.4共价键的键参数共价键的键参数v1）键长键长：成键原子的原子核之间的平均距离。单：成键原子的原子核之间的平均距离。单位位nm。一定的共价键的键长是一定的。一定的共价键的键长是一

50、定的。v2）键角键角：两个共价键之间的夹角。随分子结构不两个共价键之间的夹角。随分子结构不同而改变，它反映了分子的空间结构。同而改变，它反映了分子的空间结构。521.4共价键的键参数共价键的键参数v3）键能键能：形成共价键过程中体系释放的能量或共形成共价键过程中体系释放的能量或共价键断裂过程中体系吸收的能量。价键断裂过程中体系吸收的能量。53离解能离解能键键能能愈愈大大，键键愈愈牢牢固固，一一个个分分子子中中不不同同的的键键其其离离解解能能是是不不同同的的，对对多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离解能的平均值。多原子分子而言，其共价键的键能指同类共价键离解能的平均值。C-H键键能键键能