—— 生命科学的基本语言

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这这 这这这这这这这 … 一。 ... 这这这这这 这这 这这 这这这这这这这这这这 这这这这这这这这这这这 这这这这这这这这 ,,, 这这这这 这这 这这 这‘这这’ 这这这这这这这这这这 这这这这这这这这这这这这这 J.Rebeck exit

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化学. —— 生命科学的基本语言. 这是一种自然的语言。 … ...原子是字母,分子是词,分子的组合构成句子,成套的分子组合构成段,表达信息的段构成章,章又构成书。这本书在讲一个‘故事’。而生命科学则是由许多奇妙的化学故事构成的。 化学家 J.Rebeck. exit. 有机化学. 决定. 结构. 性质. 反映. 结构与性质. 近代有机结构理论 是连接结构与性质的 桥 梁. 内容提要. §1-1 有机化学 一、有机化学与有机化合物 二、有机化学与生命科学 三、要求及本学期课程安排 §1-2 共价键与分子结构 一、原子轨道和核外电子排布 - PowerPoint PPT Presentation

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这是一种自然的语言。… ... 原子是字母,分子是词,分子的组合构成句子,成套的分子组合构成段,表达信息的段构成章,章又构成书。这本书在讲一个‘故事’。而生命科学则是由许多奇妙的化学故事构成的。 化学家 J.Rebeck

exit

Page 2: —— 生命科学的基本语言

性质决定决定

反映反映

近代有机结构理论是连接结构与性质的

桥桥梁梁

结构

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§1-1§1-1 有机化学有机化学一、有机化学与有机化合物

二、有机化学与生命科学

三、要求及本学期课程安排§1-2 §1-2 共价键与分子结构共价键与分子结构一、原子轨道和核外电子排布

二、共价键理论

三、共价键键参数

内容提要内容提要内容提要内容提要

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§§1-31-3 分子间作用力与物理性质分子间作用力与物理性质一、分子间作用力

二、分子间作用力与有机物的物理性质

§1-4 §1-4 有机化合物的结构与性质有机化合物的结构与性质一、同分异构现象一、同分异构现象二、有机化合物的分类二、有机化合物的分类三、有机化学试剂三、有机化学试剂四、有机化学反应四、有机化学反应五、有机化合物结构与性质的关系五、有机化合物结构与性质的关系

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第一章 结构与性质第一章 结构与性质Structure and PropertyStructure and Property

§1-1§1-1 有机化学有机化学( Organic ChemistryOrganic Chemistry ) 一、有机化学与有机化合物一、有机化学与有机化合物

1.1. 有机化学发展简史有机化学发展简史 (1)(1) 利用利用 公元 770-780 年,人们开始利用来自动植物体内的物质,例如:烧酒、糖、染料和药物。

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(2)(2) 提取提取 1773 年:尿素→ 1773-1785 年:柠檬酸,乳酸,酒石酸,吗啡→元素测定→生活力学说→有机化学 (3)(3) 合成合成 19 世纪中叶:用无机物氰酸铵( NH4CNO )首次合成尿素→乙酸,油脂→生

活力学说被否定 (4)(4) 有机化合物的结构有机化合物的结构 一维→二维→三维

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(5)(5) 有机化学的近代发展有机化学的近代发展 借助于近代物理学的进展,有机化学得到长足的发展,不仅在实验室里分离和提取了一系列天然有机产物,而且还合成出一些自然界未曾发现的化合物,并逐步兴起了有机合成化学工业,尤其以染料和制药工业最为突出。 20 世纪 30 年代,随着石油等天然资源的开发和利用,世界进入了合成高分子材料的新时代。

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目前,随着结构理论和化学反应理论以及计算机、激光、磁共振和重组 DNA 技术等新技术的发展,有机化学对分子水平的掌握日益得心应手,能够按照某种特定需要,在分子水平上设计结构和进行制备,并由此形成了化学发展的一个新方向——分子工程学分子工程学。

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2.2. 有机化学研究的对象有机化学研究的对象 (p1)(p1) 有机化学就是研究烃类及其衍生物的组成、结构、制备、性质和变化规律的科学。 3.3. 有机化合物的特性有机化合物的特性 (p2)(p2)

(1)(1) 结构结构 结构复杂,种类繁多,数目庞大 由碳原子在周期表中的位置及成键方式所决定。 (2)(2) 性质性质 易燃烧;熔点和沸点低;大多难溶于水,易溶于非极性或极性小的有机溶剂;不导电;反应速率一般较小,通常需要加热或加催化剂,且副反应较多。

Page 10: —— 生命科学的基本语言

有机化合物是构成有机化合物是构成动植物体的主要物质动植物体的主要物质有机化合物是构成有机化合物是构成

动植物体的主要物质动植物体的主要物质

组成植物细胞壁的纤维素 ,半纤维素和木质素;动物结构组织中的蛋白质;动植物体内储藏的油脂,淀粉等养分;植物叶、花和果的颜色和气味;中草药中抗病、治病的有效成分;植物与昆虫、昆虫与昆虫之间传递的信息的物质……。

二、有机化学与生命科学二、有机化学与生命科学

Page 11: —— 生命科学的基本语言

生命运动的基础是生物体内物质分子的化学运动

生命运动的基础是生物体内物质分子的化学运动

动植物生长过程中的新陈代谢,是活细胞内一系列有目地的化学反应的总和,其中包含着酶催化下的许多有机化合物的合成与分解。因此揭示生命运动的规律,是以认识生物体内的物质分子及其运动为前提的,也就是在分子水平上研究复杂的生命现象。研究生命大分子(生物体内的有机高分子化合物)的化学结构,生命大分子之间及其与小分子之间的化学作用,借助有机合成和分子集约化手段创造出不同程度上再现生命现象的纯化学体系等等。

Page 12: —— 生命科学的基本语言

自然资源的开发、利用和保护自然资源的开发、利用和保护与有机化学与有机化学

自然资源的开发、利用和保护自然资源的开发、利用和保护与有机化学与有机化学

自然资源的开发利用与保护,需要对天然有机物进行提取、分离和结构测定,并在实验室里制备与天然有机物结构相同或效果相近的合成有机物。近代有机化学的发展为此提供了先进的测试手段和合成技术,并促进了自然资源的深度开发利用和保护。

Page 13: —— 生命科学的基本语言

科学技术的发展与有机化学

科学技术的发展与有机化学

随着科学技术和生产水平的提高以及新的实验手段和电子计算机的广泛应用,不仅化学科学本身有了突飞猛进的发展,而且由于化学与其它学科的相互渗透,相互交叉,也大大促进了其它基础科学和应用科学的发展和交叉学科的形成。

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例如生物化学、环境化学、医化学、材料化学、地球化学、放射化学、激光化学、计算化学、星际化学、食品化学、农业化学、木材化学、植物病理化学等等。尤其是在材料科学和生命科学中,化学特别是有机化学的作用和地位越来越显著,例如仿生智能材料 、分子导线、光控分子开关等等。 参考文献 吴毓林等参考文献 吴毓林等 .. 化学化学————生命科生命科学的基本语言学的基本语言 .. 科学科学 ,,1997,49(1)1997,49(1)

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三、学习有机化学的要求及课程安排三、学习有机化学的要求及课程安排 1.1. 要求要求 (1) 掌握基本理论、基本知识、基本技能 (2) 提高分析问题、解决问题的能力 2.2. 内容内容 (1) 有机化合物的分类和命名 (2) 结构→结构与性质的关系→性质 (3) 有机化学反应的原理和规律 (4) 有机化学实验基本操作和技能 3.3. 本学期教学安排本学期教学安排 4.4. 教学方法教学方法

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5.5. 主要教学参考书主要教学参考书(1)邢其毅等编 .基础有机化学(上下册,第二版) . 高等教育出版社 ,1994.6

(2)袁履斌主编 . 有机化学(第三版) . 高等教育出版社 ,1999.9. 面向面向 2121 世纪课程教材世纪课程教材

(3)汪小兰编 . 有机化学(第三版) . 高等教育出版社 ,1997.7(4) 高鸿宾主编 . 有机化学(第三版) . 高等教育出版社 ,1999.9. 面向面向 2121 世纪课程教材世纪课程教材

(5)G.Patrick. 有机化学(影印版) . 科学出版社 , 2000.8

Page 17: —— 生命科学的基本语言

(6)朱玮等编 . 有机化学 . 西北工业大学出版社 ,

1997.11

(7) 周文明主编 . 有机化学典型题解析及自测试题 .西北工业大学出版社 , 2003

(8)唐有祺主编 . 生命的化学——生命过程中重要化学问题研究 . 湖南科学技术出版社 ,1998.

12.

国家攀登计划普及丛书国家攀登计划普及丛书(9)惠永正等主编 . 化学与生命科学 .

化学工业出版社 ,1992.12

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§1-2§1-2 共价键与分子结构共价键与分子结构 Covalent Bond and Molecular StructureCovalent Bond and Molecular Structure

一、原子轨道和核外电子排布

1.1. 原子轨道原子轨道 在经典物理中:根据波动方程(偏微分方程)求出的波函数用于描述波的运动状态 → 电子等微观粒子具有波粒二象性 →

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→ 同样可以根据波动方程求出描述电子运动状态的波函数 (x,y,z) → (r,θ,φ) → 在三维空间的图形,反映了在核外空间能找到电子的区域,该区域可代表原子轨道的图形 → 波函数称为原子轨道 →用球坐标表示波函数时, 为 r,θ, φ 三个变量的函数, r 表示电子与核的距离, θ和φ表示电子的方位

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→ 反映出在空间某一点找到电子的几率。原子的核外空间,从内到外有各种能级不同的电子层 → 离原子核越远 → 电子层的能级越高 → 某原子核外电子层的总层数在数值上等于该原子的元素在周期表中所属的周期数。在每一电子层上,又有能级不同的各种类型的原子轨道,即亚层。具有不同能量的电子,在不同能级的各种原子轨道上运动。

Page 21: —— 生命科学的基本语言

电子层 亚 层 原子轨道数目 最多可容纳的电子数目

1 1s 1 2

2 2s

2p

1

3(px,py,pz)

2

6

3

3s

3p

3d

1

3

5

2

6

10

4

4s

4p

4d

4f

1

3

5

7

2

6

10

14

… …

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1s轨道角度分布图1s轨道角度分布图

基态氢原子 1s电子云分布图基态氢原子 1s电子云分布图

y

xz

+

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2px 轨道 2py轨道 2pz轨道角度分布图

2px 轨道 2py轨道 2pz轨道角度分布图

y

xz

+

y

xz

y

xz

+

+

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原子轨道的能级次序:1s< 2s< 2p< 3s< 3p< 4s< 3d< 4p<

5s< 4d< 5p< 6s< 4f< 5d< 6p……

2.2. 核外电子排布核外电子排布 核外电子排布符合能量最低原理, Pauli

原理和 Hund 规则。

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原子序数

元素符号

核外电子排布 电子构型

1s1 H ↑ 1s1

2 He ↑ ↓ 2s 1s2

3 Li ↑ ↓ ↑ 1s2 2s1

4 Be ↑ ↓ ↑ ↓ 2p 1s2 2s2

5 B ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ 1s2 2s2 2p1

6 C ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p2

7 N ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p3

8 O ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p4

9 F ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ 1s2 2s2 2p5

10 Ne ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ 3s 1s2 2s2 2p6

11 Na ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s1

12 Mg ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ 3p 1s2 2s2 2p6 3s2

13 Al ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p1

14 Si ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p2

15 P ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p3

16 S ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p4

17 Cl ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5

18 Ar ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ ↑ ↓ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6

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二、共价键理论二、共价键理论

1.价键理论(p4)(p4)

价键理论所用的量子力学方法——电子配对法:两原子各有一个自旋相反的未成对电子,相遇时才能配对成键。 共价键的特性:饱和性和方向性。 共价键的类型: σ键和 π键。

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s - ss - s

px - spx - s

px - pxpx - px

++ x

++ x

++ x

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py - pypy - pypz - pzpz - pz

s 、 p轨道之间最大程度的有效重叠s 、 p轨道之间最大程度的有效重叠

y

x

z

+

y

z

+

y

xz

+

y

xz

+

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2.2. 杂化轨道理论杂化轨道理论 (p6)(p6)

(1)(1) 类型类型 ①①spsp33

4 个等能量的杂化轨道,每个轨道各占 1/4

s 成分, 3/4 p 成分。C :等性 sp3 杂化 ,轨道间夹角 109.5° ,正四面体。例如:烷烃分子中的碳原子。

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2P22S2

电子跃迁电子跃迁

基态基态基态基态

2P32S1

激发态激发态激发态激发态

杂化杂化

spsp33 杂化态杂化态spsp33 杂化态杂化态

Page 31: —— 生命科学的基本语言

spsp33 杂化 轨道形状spsp33 杂化 轨道形状

4个 spsp33 杂化 轨道的空间分布4个 spsp33 杂化 轨道的空间分布

Page 32: —— 生命科学的基本语言

OO :不等性 sp3 杂化,例如水分子中的氧原子,杂化轨道间夹角 104.5° 。

2S2 2P4spsp33 杂化态杂化态spsp33 杂化态杂化态

NN :不等性 sp3 杂化,例如氨气分子中的氮原子,杂化轨道间夹角 107° 。

2S2 2P3spsp33 杂化态杂化态spsp33 杂化态杂化态

Page 33: —— 生命科学的基本语言

②②spsp22 3 个等能量的杂化轨道,每个轨道各占 1/3 s 成分, 2/3 p 成分。一个未参与杂化的 p轨道,与 3 个杂化轨道所在的平面垂直。C :等性 sp2 杂化,轨道间夹角 120°,平面三角型,例如烯烃分子中碳碳双键的碳原子。

2P22S2 2P1

spsp22 杂化态杂化态spsp22 杂化态杂化态

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碳原子的 spsp22 杂化轨道碳原子的 spsp22 杂化轨道

3个 spsp22 杂化 轨道的空间分布

3个 spsp22 杂化 轨道的空间分布

120

Page 35: —— 生命科学的基本语言

2S2 2P4 2P2spsp22 杂化态杂化态

OO :不等性 sp2 杂化,例如酚羟基、杂环化合物中的氧原子。

NN :不等性 sp2 杂化,例如杂环化合物分子中的氮原子。

2S2 2P3 2P2

spsp22 杂化态杂化态

Page 36: —— 生命科学的基本语言

③③sp sp 2 个等能量的杂化轨道,轨道间夹角 180°,直线型,每个轨道各占 1/2 s 成分,1/2 p 成分, 2 个未参与杂化的 p 轨道互相垂直,并且分别与 2 个杂化轨道所在的直线垂直。C :等性 sp 杂化,例如炔烃分子中碳碳三键的碳原子。

2P22S2 2P2

spsp 杂化态杂化态

Page 37: —— 生命科学的基本语言

碳原子的 sp 杂化轨道碳原子的 sp 杂化轨道

2个sp杂化 轨道的空间分布2个sp杂化 轨道的空间分布

180

Page 38: —— 生命科学的基本语言

(2)(2) 实质实质 原子轨道的线性组合——杂化,形成新的原子轨道。例如:碳原子的 1 个2s轨道和 3 个 2p轨道线性组合形成 4个 sp3 杂化轨道。

φ1=a1φs+b1φpx+c1φpy+d1φpz

φ2=a2φs+b2φpx+c2φpy+d2φpz

φ3=a3φs+b3φpx+c3φpy+d3φpz

φ4=a4φs+b4φpx+c4φpy+d4φpz

Page 39: —— 生命科学的基本语言

3.3. 分子轨道理论分子轨道理论 (p5)(p5)

分子轨道:电子在整个分子中运动的状态函数—— →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——离域→每个分子轨道具有一定的能级→分子中的电子,根据能量最低原理能量最低原理、 PauliPauli 原理原理和 HundHund 规规则则逐级排列在分子轨道中→组成分子的各个原子的原子轨道线性组合,形成分子轨道

Page 40: —— 生命科学的基本语言

→符合“轨道能量接近,能够最大重叠,位相相同”的成键原则→能组合成能量比原子轨道低的稳定的分子轨道→分子轨道中节面数↑→轨道的能量↑

例例 两个氢原子组成的氢分子例例 两个氢原子组成的氢分子

=c1φ1 + c2φ2

*=c1φ1 - c2φ2

Page 41: —— 生命科学的基本语言

φ1 φ2

*

能量

氢原子形成氢分子的轨道能级图

氢原子形成氢分子的轨道能级图

Page 42: —— 生命科学的基本语言

氢原子轨道波函数(径向分布)叠加示意图氢原子轨道波函数(径向分布)叠加示意图

位相相同

位相不同

Page 43: —— 生命科学的基本语言

几种类型的分子轨道几种类型的分子轨道

s ss s

px pxpx px

py py

或 pz pz

py py

或 pz pz

*

*

*

*

*

*

φ φ

Page 44: —— 生命科学的基本语言

三、共价键的键参数三、共价键的键参数 (p11)(p11)

键参数键参数:用来表征共价键性质的物理量 1.1. 键长键长 以共价键结合的两个原子核之间的平衡距离——键长。键长↓→共价键强度↑ 2.2. 键角键角 分子中某一原子与另外两原子形成的共价键在空间的夹角——键角。键长和键角决定了分子的立体形状。例如:

Page 45: —— 生命科学的基本语言

H

H

HH

C109.5 109.5 °°

C CH

H

H

H

121.4 121.4 °°

180 180 °°

117.3 117.3 °°

NH3C CH3

CH3H C C H108 108 °°

Page 46: —— 生命科学的基本语言

3.3. 键能键能 在一个大气压和 25℃下,将 1mol

气态双原子分子每个分子离解为两气态中性原子所需要的能量——离解能。双原子分子:离解能 = 键能,两个不同原子组成的多原子分子:键能 = 共价键的平均离解能。 键能↑→共价键强度↑。

Page 47: —— 生命科学的基本语言

4.4. 键的极性键的极性 (1)(1) 电负性电负性 原子成键时,对成键电子的吸引能力。吸引能力↑→原子的电负性↑。两成键原子的电负性差别↑→键的极性↑。常见原子电负性大小次序

F > Cl > Br > I , F > O > N > C

(2)(2) 极性共价键极性共价键 H3C→ Clδδ++ δ δ--

Page 48: —— 生命科学的基本语言

(5)(5) 分子偶极矩分子偶极矩 键偶极矩的矢量和, μ↑→

分子的极性↑。 (6)(6) 极性分子极性分子 分子中正负电荷中心不重合, μ≠0 ,存在固有偶极。 例如:

(3)(3) 非极性共价键非极性共价键 (4)(4) 键偶极矩键偶极矩 矢量,大小: μ=q×d,

方向: μ↑→ 键的极性↑。

Page 49: —— 生命科学的基本语言

C

Cl

Cl

ClCl

μ=0

C

Cl

H

HH

μ=6.4710 -30 C · m

H

H

Cl

CCl μ=3.2810 -30 C · m

Page 50: —— 生命科学的基本语言

5.5. 键的可极化度键的可极化度 键的极化:外电场诱导下产生的偶极——诱导偶极 →引起键的极化 → 键极性改变的能力——键的可极化度。成键原子半径↑→ 共价键的可极化度↑。 键的极性和可极化度是决定有机物性质的重要因素。

Page 51: —— 生命科学的基本语言

§1-3 §1-3 分子间作用力与有机物的物理性质分子间作用力与有机物的物理性质 Intermolecular Force and Physical Intermolecular Force and Physical Properties of Organic Compounds Properties of Organic Compounds

一、一、分子间作用力分子间作用力 1.1. 取向力取向力 极性分子与极性分子极性分子与极性分子

极性分子→固有偶极→分子定向排列→静电引力→取向力。分子极性↑,分子间距分子极性↑,分子间距离↓→取向力↑。离↓→取向力↑。

Page 52: —— 生命科学的基本语言

2.2. 诱导力诱导力 极性分子与极性分子,极性分极性分子与极性分子,极性分

子与非极性分子子与非极性分子 极性分子的固有偶极诱导另一个极性分子或非极性分子产生诱导偶极,极性分子间、极性分子和非极性分子间固有偶极与诱导偶极之间的静电引力→诱导力。分子极性↑、被诱分子极性↑、被诱

导分子的变形性↑、导分子的变形性↑、分子间距离分子间距离↓→诱导力↑↓→诱导力↑。

Page 53: —— 生命科学的基本语言

3.3. 色散力色散力 极性分子与极性分子,极性分极性分子与极性分子,极性分

子与非极性分子,非极性分子与非极性分子子与非极性分子,非极性分子与非极性分子 分子中的电子及各原子的原子核的运动 → 瞬时偶极,极性分子间、极性分子和非极性分子间、非极性分子间通过瞬时偶极产生的作用力——色散力。分子的变形性分子的变形性↑、↑、分子分子

间距离间距离↓、分子间接触表面积↑→ 色散力↑↓、分子间接触表面积↑→ 色散力↑。

Page 54: —— 生命科学的基本语言

4.4. 氢键氢键 (1)(1) 定义定义 (2)(2) 形成氢键的条件形成氢键的条件 X—H…Y—R

(3)(3) 氢键的特点氢键的特点 方向性和饱和性 (4)(4)氢键的种类氢键的种类 分子间氢键分子间氢键 例例 11 :甲醇分子间氢键

O H

CH3

O H

CH3CH3

O H

Page 55: —— 生命科学的基本语言

分子内氢键分子内氢键例例 33 :邻硝基苯酚

分子内氢键

O H

CH3

O H

H

O H

CH3 H

O H

例例 22 :甲醇分子与水分子间氢键

OH

N O

O

Page 56: —— 生命科学的基本语言

二、分子间作用力与有机化合物的物理性质二、分子间作用力与有机化合物的物理性质 1.1. 沸点沸点 boiling point ( b.p.)

→分子间作用力↑→ b.p.↑

形成氢键的能力↑分子极性↑相对分子质量↑分子间距离↓

Page 57: —— 生命科学的基本语言

2.2. 熔点熔点 melting point (m.p.)

分子间作用力、分子对称性↑ → m.p.↑

3.3. 溶解度溶解度 solubility (s)

溶解的实质溶解的实质 用溶质与溶剂分子间作用力取代溶质分子间、溶剂分子间作用力。 溶解的原则溶解的原则 相似相溶参考文献参考文献:决定物质性质的一种重要因素——分子间作用力 . 大学化学 ,1989,4(2)

Page 58: —— 生命科学的基本语言

顺反异构(几何异构)旋光异构(光学异构)构象异构

碳链异构 正丁烷和异丁烷正丁烷和异丁烷官能团异构 乙醇和二甲醚乙醇和二甲醚位置异构 11--丁烯和丁烯和 22--丁烯丁烯互变异构

§1-4 §1-4 有机化合物的结构与性质有机化合物的结构与性质 一、同分异构现象一、同分异构现象 11.. 同分异构现象同分异构现象

构造异构构造异构

立体异构立体异构

同分异构

22

Page 59: —— 生命科学的基本语言

2.2. 结构式表示方法结构式表示方法 (p14)(p14)

(1)(1) 蛛网式(价线式)蛛网式(价线式)

异丁烷异丁烷

乙醇乙醇

HH

HH

H C C O H

H

H

H C HH

HHH

H C C C H

Page 60: —— 生命科学的基本语言

(2)(2) 结构简式结构简式

(3)(3) 键线式键线式CH3CH CHCH2CH2CHCH3

CH3

6-甲基 -2-庚烯6-甲基 -2-庚烯

CH3CH2OH

CH3 CH CH3

CH3

CH3 CH2 OH

(CH3)2CHCH3

Page 61: —— 生命科学的基本语言

CH2

H2C CH2环丙烷环丙烷

C

CCH

C

CCH

H

H

H

H

苯苯

C

CC

CO

H

H

H

H O呋喃呋喃

Page 62: —— 生命科学的基本语言

二、有机化合物的分类二、有机化合物的分类 (p17)(p17)

1.1. 按碳链分类按碳链分类

(1)(1) 脂肪族脂肪族 开链环状

(2)(2) 芳香族芳香族(3)(3) 杂环杂环

2.2. 按官能团分类按官能团分类见见 p18p18 表表 1-31-3

Page 63: —— 生命科学的基本语言

三、有机反应试剂三、有机反应试剂(p19)(p19)

1.1.LewisLewis 酸碱理论酸碱理论酸酸 电子对接受体碱 碱 电子对给予体

电子对的受授电子对的受授

Lewis 酸碱Lewis 酸碱

NH3 + BF3 H3N BF3+ -

H2SO4 + ROH [ROH]+ + HSO4-H

H2SO4 + C2H5OC2H5 [C2H5OC2H5]+ + HSO4-H

酸碱反应示例:

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Lewis 酸 酸 能接受电子对的分子:BF3, AlCl3 ,SnCl4, ZnCl2, FeCl3 等;

金属离子:Li+, Ag+, Cu2+ 等;

正离子:R+, RC+=O, Br+, +NO2, H+ 等。

Lewis 碱碱 含孤电子对的分子:RNH2, ROH, ROR, RCHO,RCOR, RSH 等;

负离子:X-, OH-, RO-, SH-, R- 等;

烯烃或芳香族化合物。

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2.2. 亲核试剂和亲电试剂亲核试剂和亲电试剂 (1)(1) 亲核试剂亲核试剂 大多数有机反应都涉及富电子分子与缺电子分子之间的反应。反应过程中新键的形成往往发生在富电子分子提供电子对的部位,这种富电子分子称为亲核试剂亲核试剂——带孤电子对的负离子(例 OH-),含富电子基

团的中性分子(如 NH3)。

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(2)(2) 亲核中心亲核中心 亲核试剂分子中富电子的某一个原子或区域称为亲核中心亲核中心。负离子的亲核中心是带孤电子对的原子和负电荷,中性分子的亲核中心通常是带孤电子对的原子(如氮或氧)或重键(如烯烃,炔烃,芳环)。 (3)(3) 亲电试剂亲电试剂 缺电子的分子称为亲电试亲电试剂剂——正离子(如碳正离子),某些中性分子(如羰基或卤代烷)。

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(4)(4) 亲电中心亲电中心 亲电试剂分子中缺电子的某一个原子或区域称为亲电中心亲电中心。正离子的亲电中心是带正电的原子(如碳正离子的碳原子),中性分子的亲电中心是官能团中缺电子的原子(如连在氧、氮、卤素等电负性强的原子上的碳或氢原子)。 四四、、有机化学反应有机化学反应 1.1. 有机反应类型有机反应类型 按共价键的断裂方式分为

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自由基型离子型 异裂

均裂A B A + B

A B A+ + B

离子型

亲电亲电:缺电子试剂——亲电试剂亲电试剂“亲近”(进攻)反应物中能供给电子的部分——亲核中心亲核中心

亲核亲核:富电子试剂——亲核试剂亲核试剂“亲近”(进攻)反应物中需要电子的部分——亲电中心亲电中心

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2. 有机反应机理 一步反应:生成过渡态

一步反应一步反应

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两步反应:生成反应中间体

两步反应两步反应

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五、五、有机化合物结构与性质的关系有机化合物结构与性质的关系

结构决定性质,性质又为结构的探索和确定提供线索和依据。有机化学的核心问题之一就是研究和掌握有机化合物的结构特征及结构与性质的关系。

结构决定性质,性质又为结构的探索和确定提供线索和依据。有机化学的核心问题之一就是研究和掌握有机化合物的结构特征及结构与性质的关系。

结构结构决定

性质性质反映

近代结构理论近代结构理论

Page 72: —— 生命科学的基本语言

① ①官能团的种类官能团的种类 ② ②分子中官能团之间的相互影响分子中官能团之间的相互影响 ③ ③分子中直接相连、不直接相连的分子中直接相连、不直接相连的原子之间的相互影响原子之间的相互影响

① ①官能团的种类官能团的种类 ② ②分子中官能团之间的相互影响分子中官能团之间的相互影响 ③ ③分子中直接相连、不直接相连的分子中直接相连、不直接相连的原子之间的相互影响原子之间的相互影响

各类有机物的性质以及同类有机物中各个化合物性质的差异

各类有机物的性质以及同类有机物中各个化合物性质的差异

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共价键与共价键与分子结构分子结构共价键与共价键与分子结构分子结构

键和键;杂化轨道与分子轨道的区别杂化方式;键参数;偶极矩。

本章小结本章小结

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分子间作用力与分子间作用力与有机物的物理性质有机物的物理性质分子间作用力与分子间作用力与

有机物的物理性质有机物的物理性质

分子间作用力;分子间作用力与有机物的沸点;分子间作用力与有机物的熔点;分子间作用力与有机物的溶解度。

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有机物的结构有机物的结构与性质与性质

有机物的结构有机物的结构与性质与性质

同分异构现象;有机物的分类;有机反应试剂、反应类型和反应机理;有机化合物的构性相关分析。