有机化学讲义.pdf
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1、有檄化 羲章 直 行Cha pter 1 臃病Cha pter 2 酸舆Cha pter 3 有械化合物之命名Cha pter 4 烯 Cha pter5烯舆快的反Cha pter 6 未定域化重子Cha pter,芳香族化合物Cha pter 8 立醴化Cha pter 1 0 卤烷的取代及脱去反鹰Cha pter 1 Electronic Structure a nd Cova lent Bonding原始定羲Orga nic:conta ining a vita l forceInorga nic:la cking a vita l force1828 Friedrich WohlerN
2、H4OCN 一(NH2)2COOrga nic compounds a re now defined a s compounds tha t conta in ca rbon.1.1 The Structure of a n Atom原子序 a tomic number:the number of protons in nucleus 量数 ma ss number:the sum of protons a nd neutrons in nucleus同位素 Isotopes ha ve the sa me a tomic number,but different ma ss number.I
3、sotopes:a toms with the sa me number of protons but different numbers of neutronsA=Z+中子数Problem 1 :看十算盟 ;O、子敷典中子数1.2 The Distribution of Electrons in a n Atomelectron configura tion:describing wha t orbita ls the electrons occupy(1)An electron a lwa ys goes into the a va ila ble orbita l with the lo
4、west energy.情篥原理a ufba u principle:子一偃|一偃地加入原子核中以情篥元素畤,重子以相似方式加入原子f l域中。1s2s2p3s3p3d4s4p4d4f5s5P5d5f6s6P6d7s7p轨域的能量氢原子 1 s 2s=2p 3s=3p=3d 4s=4p=4d=4f 多重子原子(+雷:子IW 的斥力+重子舆核子 的引力)Is V 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d (a)the most pola r bond?(b)the lea st pola r bond?静重甯位If electrosta tic potentia l ma p:系工色
5、表示最大:f t1 性位置,叠色表示最大正重性位置Problem 7:比较LiH、HF、氏 的瞪B重位I I,何者:B幽生?(b)何者的H 带正W?Problem 8:以。+、3-表示趣性方向。(a)HO-H(b)H3C-NH2(c)HO-Br(d)I-Cl1.4 Representa tion of StructureLewis structuresK e k ul e s t r uc t ur e sC o n d e n s e d s t r uc t ur e s 缩麓式系留S形式重荷f o r m a l c h a r g e原子所分配的僵雷:子数:所有未维结的重子+一半的维结
6、重子数形式重荷=自由原子的僵重子数-原子所分配的彳翼重子数判断最合理的L e w i s结横:形式重荷最接近0且负重荷位於I W重性最大的原子S O42*co2水合氢蹄子、金墨蹄子h y d r o n i um i o nP r o b l e m 9:(a)。口中的原子何者带形式负重?(b)0田中的原子何者的霜子密度较大?(c)比0+中的原子何者带形式正重?(d)印0+中的原子何者的f t子密度较小?C H 4 CH3+C H 3:-CH3-碳照雕子 c a r b o c a t i o n :a s p e c i e s c o n t a i n i n g a p o s i t
7、 i v e l y c h a r g e d c a r b o n a t o m碳I W雕子 c a r b o c a t i o n :a s p e c i e s c o n t a i n i n g a p o s i t i v e l y c h a r g e d c a r b o n a t o m自 由基 r a d i c a l :a s p e c i e s c o n t a i n i n g a n a t o m w i t h a s i n g l e un p a i r e d e l e c t r o nP r o b l e m 1
8、 0:求中心形式重荷:(a)(C H3)2OH 比 CH30cH3 (b)CH3:比 CH4(c)N(C H3)3 t t N(C H3)4 (d)H 3 N-B H 3P r o b l e m 1 1 :重出 L e w i s 结横:(a)C H3NH3+(b)C2H5(c)NaOH(d)NH4C 1P r o b l e m 1 2 :黠出未维结霜子:(a)CH3CH2NH2(b)C H 3 N H C H 3 (c)C H 3 c H 2 0 H (d)C H 3 O C H 3 (e)C H 3 C H 2 C I (F)H0NH2P r o b l e m 1 3 :由模型重出缩
9、麓式结情P r o b l e m 1 4 :P r o b l e m 1 3中的分子模型之原子,何者具有(a)三 举 寸(b)二 螯 寸(c)一t f(d)零封未维结霜子?Pro bl e m 1 5 :(a虐出 C 2 H 6。的 2 彳 固 L e w i s st ru c t u re s,(b)重出 C 3 H 8。的 3 彳 固 L e w i sst ru c t u re sPro bl e m 1 6 :由 缩 麓 式 结 情 延 伸 而 重 出 共 及 未 维 结 重 子 茎 寸:C H3N H(C H2)2CH3 (b)(C H3)2C H C 1 (C)(C H3)
10、3C(CH2)3C H(C H3)21.5 A t o m i c O rbi t al ss f l域、p如或1.6 Co v al e n t B o n d Fo rm at i o nFi g.1.1 2 H-H至建结的形成:吸力+斥力:最小能量维晨 bo n d l e n g t h维 弓 苗 度 bo n d st re n g t h 维 解 雇 隹 育 且 bo n d d i sso c i at i o n e n e rg yT h e c o v al e n t bo n d t h at i s f o rm e d w h e n t h e t w o o r
11、bi t al s o v e rl ap i s c al l e d。bo n d.1.7 Bonding in Metha ne a nd Etha ne:Single BondCH4 的表示:透ijM法化阜式 perspective formula、球-棍模型 ba ll-a nd-stick model 空IW填充模型 spa ce-filling model 静重重位|electrosta tic potentia l m叩考 虑CH4分子:4彳 固C-H 维角90。,x)混成化T TTT T TT tT t混成Wl域 hybrid orbita l原子轨域 性系且合LCAO(P
12、1=%(s)+(px)+(Py)+(pz)(p2=%(s)+(px)-(Py)-(pz)(p3=%(s)-(px)+(py)-(Pz)(p4=%(s)-(Px)-(Py)+(Pz)Fig.1.3 sp3混成轨域形状Fig.1.4 Tetra hedra l Ca rbon:sp?维角 109.5Fig.1.5 An orbita l picture of etha ne.The C-C bond is formed by sp3-sp3 overla p,a nd ea ch C-H bond is formed by sps overla p.Problem 17:Wha t orbita
13、ls a re used to form the 10 cova lent bonds in CH3cH2cH3?1.8 Bonding in Ethene:A Double Bondsp?混成化,维角 120,Fig.1.6,1.7o bond(sp2-s,sp2-sp2),兀 bond(p-p)Side-to-side overla p of p orbita ls forms an bond.原子孰域 性系且合LCAO%=7175以+775。内 外=-7176.+VT72PV3=J i万%一折不。内一万而万1.9 Bonding in Ethyne:a Triple Bondsp 混成化
14、,维角 180,Fig.L8,1.9a bond(sp-s,sp-sp),兀 bond(p-p)原子轨域吊泉性系且合LCAO P =见+际 明x H-C1 H-Br H-IThe grea ter the electron density in the region of orbita l overla p,the stronger isthe bond.The shorter the bond,the stronger it is.Problem 23:(a)制古Cl2、B o的相封罐艮典维弓金度。(b演 估H F、HC1、H B r的相举战典维弓苗度。Problem 24:比较(a)维是典
15、(b)维强度。C-Cl or C-Br(2)C-C or C-H(3)H-Cl orH-H1.14 Summa ryAssign sp3,sp2,or sp to C,N,a nd O in CH3NH2,(CH3)2C=NNH2,CH3CN,CH3OH,CH3 CO 2 H,c o2T abl e 1.6 比较 C2 H6、C2 H4、C2 H2A 7 t bo n d i s w e ak e r t h an a o bo n d.Pro bl e m 2 5 :曼维中的。维或兀维的轨域重叠何者较焉有效?Pro bl e m 2 6 :(a)指 出 各 彳 固 C 原子的f t域混成。(
16、CH3)2 CHCH=CHCH2C=C C H3(b)指出各彳固C N O原子的Wl域混成。V i t am i n C Caf f e i n ePro bl e m 2 7 :颈估维角。(a)C-N-C i n (CH3)2N H2+(b)C-C-N i n C H3C H2N H2(c)H-C-N i n (CH3)2N H (d)C-O-C i n C H 3 0 c H 3Pro bl e m 2 8 :描述维结所使用的f l域及其维角。(a)C H3O H (b)H 0 N H2(c)H C O O H(d)N2Cha pter 2 Acids a nd Ba ses2.1 Aci
17、d-Ba se Rea ctionArrhenius:a cids produce hydrogen ions in a queous solution,a nd ba ses producehydroxide ions.Bronsted-Lowry y k y X z 7 K h n-U -Acid:proton donorBa se:proton a cceptorHA(a q)+H2O(1)N H3O7a q)+A-(a q)酸 共聊When a compound loses a proton,the resulting species is ca lled its conjuga te
18、d ba se.H CI+H2O&H3O+c rNH3+H2O&NH4+OHProblem 1 (a)指出相罂寸鹰的共聊酸:NH3 C、0/、H2O,(b)指出相螯寸鹰的共聊:NH3、HBr HNO3、H2O例 下列何者情成共聊酸(a)HF,F (b)NH4+,NH3(C)HCI,H2O例 嘉出共聊:(a)HCIO4(b)H3PO4(c)CH3NH3+_Problem 2 HCI+CH3OH e CH3OH2+CFNH3+CH30H w NH4+CH3O-丽 性 物a mphoteric substa nce参考 p.35:CH3OH、CH3CO2H自解蹄 a utoioniza tionH2
19、O(1)+H2O(1)n H3O+(a q)+OH-(a q)蹄子稹常数 ion-product consta ntKW=H+OH2.2 pKa a nd pHPower of Hydrogen Ion Concentration:pH=-logH+,pOH=-logOH-log 4.000 xl0-5=-4.3979a ntilog 12.5=3xl012pH+pOH=14.00酸解雕常数(a cid dissocia tion consta nt)HA(a q)+H2O(1)w H3O+(a q)+A(a q)pKa SelU中 弓 金 酸35,弱酸5-15 15代表物H N O3H3P。
20、4CH3co2HHCNH2OpKa-1.32.1484.769.3115.74 解雕常(ba se dissocia tion consta nt)B(a q)+H2O(1)n BH+(a q)+OH(a q)BH+OH-K.=-闻Ka-Kb=KwpH:the a cidity of a solutionpKa :the tendency of the compound to give up its proton酸弓 苗 度The stronger the a cid,the more rea dily it gives up a proton.HCl(a q)+H2O(1)&H3O+(a q
21、)+Cl(a q)Ka=IO3-9=8000-IM,98.8%解蹄HF(a q)+H2O(1)&H3O+(a q)+F-(a q)Ka=7.2x10-4 IM,2.7%解蹄幼苗度:c r H2o 符下列物槿依 强度由强至弱排序。CH3NH2、CH3NH、CH3OH、CH3O-、CH3cCV2.3 The Effect of Structure on pKaThe stronger the a cid,the more sta ble is its conjuga te ba se.相封怪甯性:C N O F相封酸度:CH4 NH3 H2O HF相螯寸安定性:CH3-NH2-OH-F-When
22、the a toms a re simila r in size,the strongest a cid will ha ve its hydrogen a tta chedto the most electronega tive a tom.相螯寸安定性:F cr B r r相封酸度:HF HC1 HBr Henderson-Ha sselba lch Equa tionIf A =HA,then pH=pKa.A compound will exist prima rily in its a cidic form if pH pKa.Problem 14指出pH=5.5日寺物槿存在的主要形
23、式,酸式或 式?(a)CH3co2H(pKa=4.76)(b)CH3cH2NH3+(pKa =11.0)Problem 15 指出 RCOOH(pKa=4.5)、RNH3+(pKa=9)、ROH(pKa=15)存在的主要形式,酸式或 式?pH=1 (2)pH=3(3)pH=5(4)pH=7 pH=10(6)pH=132.5 Buffer Solutions 律询 buffer:a mixture of a wea k a cid a nd its conjuga te ba se 律亍溶液(buffer solution):a solution of a wea k a cid a nd it
24、s conjuga te ba seA buffer solution resists cha nges in pH when a cids or ba ses a re a dded or whendilution occurs.p.480 W :下 列 合 何 者 可 作:溶 液?(b,c)(a)HC1,Na Cl(b)CH3COOH,CH3COOK(c)H2S,Na HS(d)H2S,Na2SpH=pKu+logP rob le m 16嘉出方程式 明由CH3co OH及C H 3 c o O N a情成的 溶液如何避免p H的急遽燮化。(a)加入少量的H+,(b)加入少量的0 H-。2
25、.6 L e wi s A c i d s a nd B a s e sA L e wi s a c i d i s a s pe c i e s th a t a c c e pts a s h a re i n a n e le c tron pa i r.A L e wi s b a s e i s a s pe c i e s th a t d ona te s a s h a re i n a n e le c tron pa i r.H+NH3 Z H-N H3+A I C 13+C H 3 O C H 3 w C 13A 1-O(C H3)2B H 3 +N H 3 N H 3
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