有机化学简明教程第一章绪论

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1.6 共价键的断裂——均裂和异裂
• 有机物在发生化学反应时，总是伴随着共价键的断 裂的生成。共价键的断裂有两种方式均裂和异裂。
• 1.6.1、共价键的均裂
• 两原子间的共用电子对平均分配，两原子各保留一 个电子。共价键的这种断裂方式称键的均裂。
• 均裂的结果产生带有不成对单电子的自由基。
O—H
键长 0.177 0.191 0.212 0.134
0.120
0.097
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1.4.2 键角：两价以上的原子在与其它原子成 键时，键与键之间的夹角称为键角。 例如：
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1.4.3 键能：形成共价键的过程中体系释放出 的能量，或共价键断裂过程中体系所吸收的能 量，称为键能。气态的双原子分子键能也是键 的解离能。多原子分子的键能与键的解离能并 不完全一致。以甲烷为例，其各键的解离能为：
个共价键的结构式。 H
C +4H
HC H
H
b.凯库勒结构式：一对共用
H
电子的点改用一根短线来代 表一个共价键的结构式。
HCH H
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c. 键线式：现在也常用键线式来书写分子结构，键 线式中只需写出锯齿形骨架，用锯齿形线的角 （120°）及其端点代表碳原子，不需写出每个碳上 所连的氢原子。但除氢原子以外的其他原子必须写 出。例如：
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有机化学成绩评定
项目
分(%)
1. 考勤，作业
2
2. 实验
0
3. 期末考试
1 0
7 0
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绝大多数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碳氢化合物以及从碳氢化合 物衍生而得的化合物（CH）。 有机化学 — 就是研究碳氢化合物及其衍生物的化学.
（2）共价键具有饱和性—一个未成对的电子既经配
对成键,就不能与其它未成对电子偶合.
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（3）共价键具有方向性(最大重叠原理):两个 电子的原子轨道的重叠部分越大,形成的共价 键就越牢固
y
2p 1s
x
y
1s
2p
x
（a）x轴方向结合成键
（b）非x轴方向重叠较小 不能形成键
方向性——决定分子空间构型，因而影响分子性质. 2020/3/9
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在双原子分子中，键的偶极矩即是分子的偶极 矩。但多原子分子的偶极矩，则是整个分子中 各个共价键偶极矩的矢量和。例如：
偶极矩为零的分子是非极性分子；反之，偶极 矩不等于零的分于是极性分子。偶极矩越大， 分子的极性越强。
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1.4.5 诱导效应:
在分子中由于电负性不同的原子或基团的影响， 引起成键电子云向着某一方向偏移，而使整个 分子发生极化的效应。
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共价键的极性是以偶极矩（μ）来度量的，偶
极矩是电荷与正负电荷中心之间距离的乘积 （μ=q·d），单位为 C·m（库[仑]·米）。
偶极矩是矢量，是有方向性的，一般
用
箭头表示由正端指向负端。例如：
μ＝3.57×10－30 C·m
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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。在有机化学中一些较常用 的元素的电负性值列于下表。
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C60 / C70中的碳原子处于 (SP2- SP3) 中间过渡态。
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1.3 有机化合物中的共价键
碳元素:核外电子排布 1S22S22P2,不易获得
或失去价电子,易形成共价键.
(1) 路易斯结构式: 用共用电子的点来表示共价
• 有机化学是一门迅速发展的学科
有机合成化学 天然有机化学 生物有机化学 金属与元素有机化学 物理有机化学 有机分析化学
药物化学 香料化学 农药化学 有机新材料化学 ...... 等学科
生命科学 材料科学 环境科学 化学生物学 能源、工业、农业 ...... 等方面
•当2代020/有3/9 机化学发展的一个重要趋势：与生命科学的结合。
CH3
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CH3
C Cl
CH3
CH3
CH3 C + + Cl
CH3
1.7 有机化合物的分类
有机化合物的结构与其性质密分类，一种是按官能团分类。
按碳架分类 ：按碳架不同，一般可将有机化合 物分为以下几类（族）。
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sp3杂化轨道的图形
• 这四个sp3杂化轨道的能量是相等的,每一轨道相等于 1/4 s成分,3/4 p成分.
• C采取sp3杂化轨道与4个H原子的s原子轨道形成4个 sp3-s 型 的 C-H 键 ( CH4) 比 形 成 CH2 要 稳 定 的 多 . ( 4 1 4 ×4402)kJ/mol。形成CH4 时仍有约1255 kJ/mol能量释放出。 所以这个体系比形成两个共价键的CH2稳定的多。
当然,对CO、CO2、CO32-等简单化合物习惯上还 是称作无机化合物.
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自 然 界 中 碳 的 循 环
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1.2 有机化合物的特点
绝大多数有机物只是由碳，氢，氧，卤素，硫和 磷等少数元素组成,但种类繁多。
碳元素:核外电子排布 1s22s22p2
碳原子相互结合能力很强（碳链和碳环）
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有机化合物的分类
（3）芳香族化合物 分子中一般含有苯环结构，其性质不同于脂环化 合物，而具有“芳香性”。例如：
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（4）杂环（族）化合物 • 分子中含有由碳原子和其它原子（通称杂原子，
如 O、N、S等）连接成环的一类化合物。例如：
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按官能团分类： • 官能团是指分子中比较活泼而容易发生反应的原子
（1）开链化合物分子中的碳原子连接成链状。
由于脂肪类化合物具有这种结构，因此开链化合 物亦称脂肪族化合物。其中碳原子之间可以通过 单键、双键或三键相连。例如：
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（2）脂环（族）化合物 分子中的碳原子连接成环状，其性质与脂肪族化合 物相似。其中成环的两个相邻碳原子可以通过单键、 双键或三键相连。例如：
1.9 如何学好有机化学
• 预习； • 认真听课（补充内容的笔记）； • 再独立完成作业（勤翻书本） ； • 做完作业后的单元（总结）复习； • 适当做些课外参考书上的习题。
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1.4 共价键的属性（键参数）
1.4.1 键长：成键原子的原子核之间的平均距 离，称为键长。一些常见的共价键键长如下表 所示。
一些常见的共价键键长（nm)
共价键 C—C C—H C—N C—O
C—F
N—H
键长 0.154 0.109 0.147 0.143
0.141
0.103
共价键 C—Cl C—Br C—I C=C
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（2）诱导效应是沿着碳链传递的，并随着碳链 的增长而减弱。
δ ＋δ ＋ δ ＋ δ ＋ δ ＋ δ ＋δ －
C C C C C l
（3）诱导效应具有叠加性。
δ－
δ＋ Cl
C
C
C
C δ＋ Cδ－ l
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1.5 有机化合物构造式表示法
• 表示方法：
a.路易斯结构式：由一对共用电子的点来表示一
碳的同素异形体: (1)石墨 (2)金刚石 (3)足球烯 （富勒烯）（C60/C70）
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石墨的晶体结构 (SP2)
金刚石的晶体结构( SP3)
足 球 烯 ( 富 勒 烯 ) ( Footballene): 单 纯
由碳元素结合形成的稳定分子，具 有60个顶点和32个面，其中12个面 为正五边形，20个面为正六边形， 整个分子形似足球。具有芳香性。
或基团，它常常决定着化合物的主要性质，反映着 化合物的主要特征。 含有相同官能团的化合物具有相类似的性质，将它 们归于一类，按官能团进行研究和学习是比较方便 的。常见的重要官能团如表所示。
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1.8 有机化学的发展及学习有机化学的重要性 • 是门基础化学，专业基础课。
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常见的吸电子基团 :—CN、－NO2、－F、－Cl、 －Br、－I、－COOH、－OR、－OH、－C6H5、
C O、C CR等 。
常见的斥电子基团：－O－、－COO－、R3C－、 R2CH－、RCH2－、CH3－等 诱导效应的特点： （1）诱导效应的强弱取决于基团吸电子能力和 斥电子能力的大小，吸电子（或斥电子）能力越 强其诱导效应越强。
二 、杂化轨道理论 2p — — —
能 2s —
量 1s —
碳原子基态的电子构型
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2p — — — 能
2s — 量
1s —
2p — — — 2s — 1s —
————
基态
激发态
sp3杂化态
碳原子2s电子的激发和sp3杂化
一个2s电子激发至能量较高的2pz空轨道只需要402 kJ/mol
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而C—H键的键能则是以上四种碳氢键的解离能 的平均值（414 kJ·mol-1），可见在多原子分 子中，键能和键的解离能是有差别的。
键能反映了共价键的强度，通常键能愈大则键
愈牢固。一些常见共价键的键能如下表所示。
一些常见的共价键键能（KJ/mol）
共价键 C—C C—H C—N C—O
键的结构式.
(2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键.
• •C• + 4H•