有机化合物的结构和性质新乡学院课程.ppt

1828年维勒无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素---氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是有机化合物---首次人工用氰酸铵合成了尿素。 维勒的由氰酸铵合成尿素的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击，促进了有机化合物的人工合成: 人们深信：不但可以从简单物质合成与天然有机物完全相同的物质，还可以合成有机体不能合成的比天然有机物更好的物质---有机化学进入了合成的时代。 有机化学作为一门科学就真正形成了。 19世纪下半叶,有机合成得到了快速发展，20世纪初开始建立了以煤焦油为原料合成染料、药物和炸药为主的有机化学工业。 分子式相同而结构相异因而其性质也各异的不同化合物，称为同分异构体，这种现象叫同分异构现象。 如： 乙醇:CH3CH2-OH 甲醚:CH3-O-CH3 丁烷:CH3CH2CH2CH3 异丁烷:CH3CHCH3 CH3 碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多,它的同分异构体也越多。 如： 庚烷C7H16的同分异构体数 9 个。 辛烷C8H18的同分异构体数可达18个。 癸烷C10H22的同分异构体数可达75个。 与无机物、无机盐相比，有机化合物一般有以下特点: (1) 大多数有机化合物可以燃烧(如汽油)。 (2) 一般有机化合物热稳定性较差,易受热分解，许多有机化合物在200~300℃时就逐渐分解。 (3) 许多有机化合物在常温下为气体 、液体。常温下为固体的有机化合物，其熔点一般也很低，一般很少超过300℃，因为有机化合物晶体一般是由 较弱的分子间力维持所致。 (4) 一般有机化合物的极性较弱或没有极性。水是极性强,介电常数很大的液体,一般有机物难溶于水或不溶于水而易溶于某些有机溶剂(苯、乙醚、丙酮 、石油醚)。但一些极性强的有机物,如低级醇 、羧酸 、磺酸等也溶于水。 (5) 有机物的反应多数不是离子反应,而是分子间的反应.除自由基型反应外,大多数反应需要一定的时间。为加速反应,往往需要加热、加催化剂或光照等手段来增加分子动能、降低活化能或改变反应历程来缩短反应时间。 (6) 有机反应往往不是单一反应。(主反应和副反应)。 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键的结构式。 (2) 凯库勒结构式: 用一根短线代表一个共价键。 (1)当原子组成分子时,形成共价键的电子即运动于整个分子区域。 (2) 分子中价电子的运动状态,即分子轨道,用波函数?来描述。 (3) 分子轨道由原子轨道线性组合形成,形成的轨道数与参与成键的原子轨道数相等。 ?1=?1+?2 (符号相同,即:波相相同，成键轨道) ?2=?1-?2 (符号不同,即:波相相反，反键轨道) 每个分子轨道只能容纳两个自旋相反的电子。 电子总是首先进入能量低的分子轨道，当此轨道已占满后，电子再进入能量较高的轨道。 碳原子在与氢原子成健前，它的已成对的2s电子中，有一个s电子容易被激发至能量较高的2pz空轨道中(只需要402kJ/mol的能量)。 这个激发态的电子构型可以表示为1s22s12p1x2p1y2p1z。 按照鲍林(L．Pauling)提出的杂化理论，原子轨道在成健时可进行杂化而组成能量相近的“杂化轨道”。这种杂化轨道的成键能力更强，即使部分能量需补偿激发的需要，仍然可以使体系释出能量而趋于稳定。 因此这里的一个2s轨道与三个2p轨道(2px、 2py 、2pz)通过杂化而形成四个杂化轨道(见下图)。 上述形成的新的杂化轨道叫做sp3杂化轨道，它们可以分别和氢原子的s原子轨道形成共价键，即4个 sp3 -s型的C-H键(CH4)。 在形成一个C—H健时，释放出414kJ/mol能量。 在激发、杂化和成键的全部过程中，除去补偿激发所需的402 kJ/mol能量，形成CH4时仍可有约1255kJ/mol的能量释出。这个体系显然要比只形成两个共价键的CH2稳定得多。 (1)键长——形成共价键的两个原子的原子核之间的距离。(不同化合物中同一类型的共价键也可能稍有不同,平均键长) (2)键角(方向性)——任何一个两价以上的原子,与其它原子所形成的两个共价键之间的夹角。 (3)键能 ——气态时原子A和气态原子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)离解成A和B两个原子(气态)时所吸收的能量。泛指多原子分子中几个同类型键的离解能的平均值。 (4)离解能