第一章有机化合物分子的结构基础第一章重点讲解问题
1,简要回顾有机化学的形成，并回答有机化学是怎样的一门学科
2,价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
3,杂化轨道理论与有机化合物结构特点
4,有机化合物的基本骨架和官能团
5,有机化合物的结构与性质的关系
1、价键 2、非共价力 3、立体结构
6,质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
1,History
In 1770,Swedish chemist Torberm
Bergman was the first to express the
difference between,organic” and
“inorganic”substances
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Organic ----
derived from living organism
Originally,
Study of compounds extracted from
living organisms and their natural
products
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Vital force theory,
Organic compounds needs a
“vital force” to create them
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
In 1828,Fridrich Wohler convert the
“inorganic” salt ammonium cyanate
into the,organic” substance urea
N H 4 + - O C N
N H 2
O
N H 2
H e a t
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Wohler’s synthesis led to the realization that
molecules found in nature can be described,
handled,and synthesized in the same way as
minerals and metals,What an astounding
insight----that atoms and molecules move freely
between the living and nonliving worlds,that the
living and nonliving share fundamental attributes
that can be studied,With this discovery,organic
chemistry was born.
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
作业 1：
查阅有关书籍和文献，了解有机化学的发展历史和趋势。并就发展历史中可以称之为里程碑的一个发现作介绍和评述。
字数要求在 1500字以内,第六周周三交
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
2,Definition of Organic Chemistry
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Question,
Why is an entire branch of chemistry
devoted to the study of carbon-
containing compounds?
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
The answer is,
Carbon-containing compounds makes life
possible
We need carbon-containing compounds in
nature for our food,medicines,clothing,
and energy
We depend on millions of synthetic carbon
-contaning compounds in our daily life
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Question,
What makes carbon so special?
Why are there so many carbon-
containing compounds?
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Please try to draw out all the
structures corresponding to the
formula,
a,C2H6O
b,C3H6O
It shares electrons
with other carbon
atoms
It shares electrons
with several kinds of
atoms
C-C single,double
and triple bond
chain,or cyclo-links
Isomerism
phenomenon
C
2
H
6
O,C H
3
O C H
3
C H
3
C H
2
O H
C
3
H
6
O,C H
2
= C H O C H
3
C H
2
= C H C H
2
O H
C H
3
C ( O H ) = C H
2
C H
3
C H = C H O H
C H
3
C O C H
3
C H
3
C H
2
C H O
C H
3
H
H
H
O
H
H
C H
3
H
O
O H
O
C C
H
O H
H
C H
3
C C
O H
H
H
C H
3
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.1 The Structure of an Atom
1.2.2 Distribution of Electrons in an
Atom
Atomic orbitals:s
p ( p x,p y,p z ) d ( d x,d y,d z,d,d )x 2 - y 2 z 2
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
(1) The aufbau priciple
The closer the orbital is to the nucleus,the
lower its energy
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s…
(2) The Pauli exclusion priciple
Degenerate orbitals ---- have the same
energy
(3) Hund’s rule
C,1s2 2s2 2px12py12pz0
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.3 Ionic,Covalent,and Polar Bonds
An atom is most stable if it has a filled shell or
an outer shell of eight electrons and no
electrons of higher energy
Ionic bond,LiCl
Covalent bond,H2,O2,CO2
C,1s2 2s2 2px12py12pz0
Neither readily gives up electrons
Nor readily accepts electrons
Nonpolar bond (H-H)and Polar bond ( C-H,C-O )
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
常见价键的表示方法：
Lewis Structures
Kekule Structures
Condensed Structures
C
O
H O H C O
O
H
H C O
O
H
HCO2H
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
思考题
共价键化合物与离子键化合物性质有哪些差异？
请记住有机化合物中常见元素的电负性
Electronegativity:
H,2.1 B,2.0 C,2.5 N,3.0 O,3.5
F,4.0 Cl,3.0 Br,2.8 I,2.5
Li,1.0 Mg,1.2
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.4 Introduction of Molecular Theory
Orbitals are conserved ---- the number
of atomic orbitals combined must equal
the number of molecular orbitals formed
=
H H H,H
1 s a t o m i c
o rb i t a l
1 s a t o m i c
o rb i t a l b o n d in g m o l e cu l a r o r b i t a l
.,
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
The above only shows the bonding
molecular orbital,the other one is
antibonding molecular orbital,but it
contains no electrons.
H H
H,H
1 s a t o m i c
o r b i t a l
1 s a t o m i c
o r b i t a l
b o n d i n g m o l e c u l a r o r b i t a l
.,
a n t i b o n d i n g m o l e c u l a r o r b i t a l
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
The 1s atomic orbitals can combine in
one of two ways
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
---- The 1s atomic orbitals combine in a way
that enhance each other,similar to two light
waves or two sound waves that reinforce
each other,It is a sigma bonding molecular
orbital σ键
---- The 1s atomic orbitals can also combine
in a way that cancel each other,producing a
node between the nuclei,It is a sigma
antibonding molecular orbital σ* 键
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
Side-to-side overlapping of in-phase p
orbitals produces a bonding pi-
molecular orbital π键
Side-to-side overlapping of out-of-
phase p orbitals producing an
antibonding pi- molecular orbital π* 键
2 p a t o m i c
o r b i t a l
2 p a t o m i c
o r b i t a l
b o n d i n g p i - m o l e c u l a r o r b i t a l
a n t i b o n d i n g p i - m o l e c u l a r o r b i t a l
1.3 碳的杂化轨道理论
Hybridization
1.3.1 sp3 Hybridization
C 1s22s22p2 ---- 2s22px12py12pz0
2s12px12py12pz1
2s + 2px2py2pz
4 sp3 hybridization orbitals
each orbital has one electron
1.3.1 sp3 Hybridization
to form a tetrahedron carbon
(see the structure of methane)
H
H
H
H
H
H
H
H
M i r r o r
H
HO
CH 3
CH 2 Cl
H
OH
C l H 2 C
H 3 C
M i r r o r
1.3.1 sp3 Hybridization
Configuration isomers ---- enantiomers
a chiral carbon ----- a carbon linked
with four different kinds of atoms
Conformation isomer ------ ethane
1.3.2 sp2 Hybridization
C 1s22s22p2 ---- 2s22px12py12pz0
2s12px12py12pz1
2s + 2px2py + 2pz
3 sp2 hybridization orbitals + 1 2pz
each orbital has one electron
1.3.2 sp2 Hybridization
to form a planer carbon
(see the structure of Ethene)
another kind of stereo-isomer -----
Geometric Isomerization -- cis,trans
C C
H
OH
H
H 3 C
C C
OH
H
H
H 3 C
1.3.3 sp Hybridization
to form a liner carbon
(see the structure of Ethyne)
Optical Activity in Allenes
C C HH C C C CCC
1.3.4 有机化合物异构现象
Isomerism
C
2
H
6
O,C H
3
O CH
3
CH
3
CH
2
O H
C
3
H
6
O,C H
2
= CH O CH
3
CH
2
= CH CH
2
O H
CH
3
C( O H ) = CH
2
CH
3
CH = CH O H
CH
3
CO CH
3
CH
3
CH
2
CH O
H
3
C
H
H
H
O
H
H
CH
3
H
O
OH
O
C C
H
OH
H
H
3
C
C C
OH
H
H
H
3
C
1.3.4 有机化合物异构现象
Isomerism
关于碳化合物的异构问题请参阅
------邢其毅“基础有机化学” P166
Isomers
Constitutional isomers Stereoisomers
Configurational isomers Conformational isomers
Optical isomers Geometric isomers
Enantiomers Diastereomers
1.4 有机分子的基本骨架和官能团
1.4.1 基本骨架 ---- 由碳碳键和碳氢键构成
1.4.2 官能团（ Functional Groups)：
1.4.2.1 Containing Nitrogen,
Amines,RNH2,R2NH,R3N,（ R4N+X-）
Imines,-C=NH,-C=NR;
Nitrile,RCN (-CN,cyano group )
1.4.2.1 Containing Nitrogen
The structure Features:
N,( 1s2 )2s22p3
sp3,sp2,sp hybridization
C-N single,double,triple bond
4 orbitals,but 5 electrons in an atoms
there is a lone pair of electrons
Hydrogen-Bond -- electronegativity
Polar Covalent Bond -- electronegativity
1.4.2.2 Containing Oxygen
Ethers R-O-R
Alcohols R-OH
Aldehydes,Ketones R(H)C=O,R2 C=O
Carboxylic Acids and their Derivatives
RCOOH,RCOOR’,RCONR’2,RCOX
1.4.2.2 Containing Oxygen
The structure Features:
O,( 1s2 )2s22p4
sp3,sp2 hybridization
C-O single,double bond
4 orbitals,but 6 electrons in an atoms
there is two lone pairs of electrons
Hydrogen-Bond -- electronegativity
Polar Covalent Bond -- electronegativity
1.4.2.3 Containing halogen
Alkyl Halides e+R-X e- R+ + X-
Structural Features:
X,ns2np5
halogen ----- electronegativity is bigger
than carbon
Polar Covalent Bond
1.4 有机分子的基本骨架和官能团
以下内容请参阅教材第二十五章结构部分
1.4.2.4 Containing Sulfur
1.4.2.5 Containing Phosphorus
1.4.2.6 Containing Boron
1.4.2.7 Containing Silison
1.5 有机化合物的结构与性质的关系
1.5.1 共价键的结构与性质关系 ----
Key Part of Organic Chemistry
e.g,1,Hydrocarbons
Alkanes,Alkenes,Alkynes and Aromatic
CH3CH3,CH2=CH2,CH CH,
Substitute Reaction,Addition Reaction,
C6H6 -- Addition,difficult;
Substitution,easy
1.5 有机化合物的结构与性质的关系
eg 2 C=O,C=C addition reaction
but mechanism are different
eg 3 RH,ROH,RCOOH
acidity increase from left to right
eg 4 Compounds containing O or N,
comparing with C,have lone pair of
electron,so they often work as Lewis base,
作业 2：
阅读教材相关部分，从有机化合物的结构出发，简要概括各主要官能团化合物的化学性质（建议列表格对应性质与结构特征）
（第六周交）
1.5.2 非共价力与性质的关系
非共价力包括：
氢键 Hydrogen Bond
范德华作用力 （吸引力和斥力）
偶极 -偶极作用力等（见下表）
作用于分子间和分子内
影响化合物的物理性质和化学性质
熔点、沸点、溶解性能
酸碱性、反应速度和反应方向非共价力及其强度
Interactions Strength
Ion-Ion interaction comparable to covalent
bonding
Ion-dipole 50~200 kJ/mol
Dipole-dipole 5~50 kJ/mol
Hydrogen bonding 4~120 kJ/mol
Cation-π interactions 5~80 kJ/mol
π-π stacking 0~50 kJ/mol
van der Waals forces < 5 kJ/mol,variable
Hydrophobic effects
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键的饱和性和方向性
饱和性 —— 由于氢原子特别小，而原子 A和
B比较大，所以 A-H中的氢原子只能和一个
B原子结合形成氢键；同时，由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子 B’
就难于再接近氢原子,
A B
B'
H +
1.5.2 非共价力与性质的关系
方向性 —— 由于电偶极矩 A-H与原子 B的相互作用，只有当 A-H… B在同一直线上时最强；同时，由于原子 B一般含有未共用电子对，在可能的范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子 B中负电荷分布最多的部分最接近氢原子，这样形成的氢键最稳定。
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键的强弱 —— A,B的电负性越大，氢键越强； B的原子半径越小，氢键越强。（ F-
H… F最强）
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对分子构象的影响
H
H
Cl
O
H H
H
Cl
H
HO
H H
H
CH
3
H
HO
H H
H
I IIIII
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对互变异构平衡的影响
H
3
C CHO H
2
C C
OH
H
O
C CH
3
H
3
C H 2 C C
OH
CH
3
O O
O O
H
O
OH
O
O
O
O
H
0,0 0 0 0 2 5 %
1,2 %
0%
9 2 % i n h e x a n e
1 6 % i n w a t e r
100%
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对酸性的影响
O
O
OH
HO
H
H
O
O
O -
HO
H
H
H
O
OH
H
O
OH
H
O
O -
H
O
O
H
p K a 1 = 1,8 3 ; p K a 2 = 6,0 7
p K a 1 = 3,0 3 ; p K a 2 = 4,4 4
1.5.2 非共价力与性质的关系
天然化合物中的氢键举例 ——核酸结构中的氢键；蛋白质结构中的氢键
1.5.3 立体结构与性质的关系
O
O
OH
HO
H
H
O
O
O -
HO
H
H
H
O
OH
H
O
OH
H
O
O -
H
O
O
H
p K a 1 = 1,8 3 ; p K a 2 = 6,0 7
p K a 1 = 3,0 3 ; p K a 2 = 4,4 4
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.1 酸碱概念的发展
1663年 （英） Boyle,R.
酸具有酸味，能使蓝色石蕊变红
碱具有苦涩味，能使红色石蕊变蓝
18世纪后期，从物质内在性质认识酸碱
1781年 （法） Lavoisier,A,L.
酸是一类含氧化合物，氧 ——酸素
19世纪初,HCl,HI等被发现
1811年 Davy,D,P.
提出,氢是酸的基本元素,的论点
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.1 酸碱概念的发展
19世纪后期，近代酸碱理论开始形成
A,1889年 Arrhenius,S,A,水 -离子论
20世纪
B,Franklin,F.C,溶剂论
C,Bronsted,J,N.----Lowry,T,M,质子论
D,Lewis,G,N,电子论
E,Pearson,R,G,软硬酸碱理论
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.2 Arrihenius 离子论
在水溶液中能电离出氢离子的物质称为酸；能电离出氢氧根离子的物质称为碱
局限性：
不能解释非水体系和非溶剂体系的问题
（ 1 ） C 2 H 5 O - N a + 溶 于 乙 醇
（ 2 ） 2 N a + 2 N H 3 2 N a
+ + 2 N H
2
- + H
2
（ 3 ） N H 3 ( g ) + H C l ( g ) N H 4
+ C l -
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.3 Bronsted,J,N.---Lowry,T,M,质子论
凡能给出质子的分子或离子都是酸
凡能与质子结合的分子或离子都是碱
酸碱反应是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应 H 2 P O 4 - H + + H P O 4
2 -
N H 4
+ H + + N H
3
C H 3 C O O H H + + C H 3 C O O -
共 轭 酸 共 轭 碱
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
质子论离开溶剂而从物质能否授受质子给酸碱下定义，有机化合物中含有大量的 C-H，
O-H,N-H,S-H,P-H键，因此，可以从质子酸碱的强弱来判断它们的反应情况。
质子酸碱的强弱可以用 pKa的大小比较判断
pKa值越大，则酸性越弱
pKa值越小，则酸性越强
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.4 Lewis,G,N,电子论
凡能接受电子对的任何分子、离子或原子团统称为酸 ——电子接受体
凡是含有可供电子对的分子、离子或原子团统称为碱 ——电子供体
H 3 O + + [,O H ] - 2 H,O H
C u
2 +
+ 4 [,N H 3 ] [ C u (,N H 3 ) 4 ]
2 +
B F 3 +,N H 3 F
3 B N H 3
酸 碱 酸 碱 络 合 物
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
有机化合物中路易斯酸碱相关的问题
n-供体：
pi-供体,R 2 C C R 2 R C C H
R O H R N H 2 R S H
N O 2O
2 N
N O 2
+
N O 2O
2 N
N O 2
A l C l
3
+ E t
2
O,E t 2 O,A l C l 3
A l C l
3
+ N N A l C l
3
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
Lewis,G,N,电子论 的局限性
1）标准不同，强度不同；
2）范围过于广泛，不便于区分酸和碱中存在的各种差别
H +,N H 3 +,O H -,N H 3 + H +,O H -
:
,O H - 比,N H 3 强
A g + O H - + 2,N H 3 [ A g (,N H 3 ) 2 ] + O H -,N H 3 比,O H - 强
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
一般我们所说的酸或碱都是指离子论或质子论范畴的酸或碱，当使用路易斯酸或碱这个名称时，就表示它和一般所指的酸或碱有所不同。
第一章重点讲解问题
1,简要回顾有机化学的形成，并回答有机化学是怎样的一门学科
2,价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
3,杂化轨道理论与有机化合物结构特点
4,有机化合物的基本骨架和官能团
5,有机化合物的结构与性质的关系
1、价键 2、非共价力 3、立体结构
6,质子酸碱和路易斯酸碱理论下周预习思考题
1、有机化合物命名的一般步骤怎样？母体如何选择？各种基团（官能团）的英文词头或词尾的变化规律如何？
2、各种碳氢化合物的稳定性如何？芳香性与共振论是怎么回事？如何画极限共振结构式，并判断它们的能量高低？
3、化合物结构与物理性质的关系如何？
4、非共价弱作用力有哪些？
1,简要回顾有机化学的形成，并回答有机化学是怎样的一门学科
2,价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
3,杂化轨道理论与有机化合物结构特点
4,有机化合物的基本骨架和官能团
5,有机化合物的结构与性质的关系
1、价键 2、非共价力 3、立体结构
6,质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
1,History
In 1770,Swedish chemist Torberm
Bergman was the first to express the
difference between,organic” and
“inorganic”substances
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Organic ----
derived from living organism
Originally,
Study of compounds extracted from
living organisms and their natural
products
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Vital force theory,
Organic compounds needs a
“vital force” to create them
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
In 1828,Fridrich Wohler convert the
“inorganic” salt ammonium cyanate
into the,organic” substance urea
N H 4 + - O C N
N H 2
O
N H 2
H e a t
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
Wohler’s synthesis led to the realization that
molecules found in nature can be described,
handled,and synthesized in the same way as
minerals and metals,What an astounding
insight----that atoms and molecules move freely
between the living and nonliving worlds,that the
living and nonliving share fundamental attributes
that can be studied,With this discovery,organic
chemistry was born.
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
作业 1：
查阅有关书籍和文献，了解有机化学的发展历史和趋势。并就发展历史中可以称之为里程碑的一个发现作介绍和评述。
字数要求在 1500字以内,第六周周三交
1.1 有机化学及其发展历史和趋势
2,Definition of Organic Chemistry
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Question,
Why is an entire branch of chemistry
devoted to the study of carbon-
containing compounds?
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
The answer is,
Carbon-containing compounds makes life
possible
We need carbon-containing compounds in
nature for our food,medicines,clothing,
and energy
We depend on millions of synthetic carbon
-contaning compounds in our daily life
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Question,
What makes carbon so special?
Why are there so many carbon-
containing compounds?
Organic Chemistry is the Chemistry
of Carbon Compounds
Please try to draw out all the
structures corresponding to the
formula,
a,C2H6O
b,C3H6O
It shares electrons
with other carbon
atoms
It shares electrons
with several kinds of
atoms
C-C single,double
and triple bond
chain,or cyclo-links
Isomerism
phenomenon
C
2
H
6
O,C H
3
O C H
3
C H
3
C H
2
O H
C
3
H
6
O,C H
2
= C H O C H
3
C H
2
= C H C H
2
O H
C H
3
C ( O H ) = C H
2
C H
3
C H = C H O H
C H
3
C O C H
3
C H
3
C H
2
C H O
C H
3
H
H
H
O
H
H
C H
3
H
O
O H
O
C C
H
O H
H
C H
3
C C
O H
H
H
C H
3
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.1 The Structure of an Atom
1.2.2 Distribution of Electrons in an
Atom
Atomic orbitals:s
p ( p x,p y,p z ) d ( d x,d y,d z,d,d )x 2 - y 2 z 2
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
(1) The aufbau priciple
The closer the orbital is to the nucleus,the
lower its energy
1s<2s<2p<3s<3p<4s<3d<4p<5s<4d<5p<6s…
(2) The Pauli exclusion priciple
Degenerate orbitals ---- have the same
energy
(3) Hund’s rule
C,1s2 2s2 2px12py12pz0
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.3 Ionic,Covalent,and Polar Bonds
An atom is most stable if it has a filled shell or
an outer shell of eight electrons and no
electrons of higher energy
Ionic bond,LiCl
Covalent bond,H2,O2,CO2
C,1s2 2s2 2px12py12pz0
Neither readily gives up electrons
Nor readily accepts electrons
Nonpolar bond (H-H)and Polar bond ( C-H,C-O )
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
常见价键的表示方法：
Lewis Structures
Kekule Structures
Condensed Structures
C
O
H O H C O
O
H
H C O
O
H
HCO2H
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
思考题
共价键化合物与离子键化合物性质有哪些差异？
请记住有机化合物中常见元素的电负性
Electronegativity:
H,2.1 B,2.0 C,2.5 N,3.0 O,3.5
F,4.0 Cl,3.0 Br,2.8 I,2.5
Li,1.0 Mg,1.2
1.2 价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
1.2.4 Introduction of Molecular Theory
Orbitals are conserved ---- the number
of atomic orbitals combined must equal
the number of molecular orbitals formed
=
H H H,H
1 s a t o m i c
o rb i t a l
1 s a t o m i c
o rb i t a l b o n d in g m o l e cu l a r o r b i t a l
.,
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
The above only shows the bonding
molecular orbital,the other one is
antibonding molecular orbital,but it
contains no electrons.
H H
H,H
1 s a t o m i c
o r b i t a l
1 s a t o m i c
o r b i t a l
b o n d i n g m o l e c u l a r o r b i t a l
.,
a n t i b o n d i n g m o l e c u l a r o r b i t a l
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
The 1s atomic orbitals can combine in
one of two ways
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
---- The 1s atomic orbitals combine in a way
that enhance each other,similar to two light
waves or two sound waves that reinforce
each other,It is a sigma bonding molecular
orbital σ键
---- The 1s atomic orbitals can also combine
in a way that cancel each other,producing a
node between the nuclei,It is a sigma
antibonding molecular orbital σ* 键
1.2.4 Introduction of Molecular
Theory
Side-to-side overlapping of in-phase p
orbitals produces a bonding pi-
molecular orbital π键
Side-to-side overlapping of out-of-
phase p orbitals producing an
antibonding pi- molecular orbital π* 键
2 p a t o m i c
o r b i t a l
2 p a t o m i c
o r b i t a l
b o n d i n g p i - m o l e c u l a r o r b i t a l
a n t i b o n d i n g p i - m o l e c u l a r o r b i t a l
1.3 碳的杂化轨道理论
Hybridization
1.3.1 sp3 Hybridization
C 1s22s22p2 ---- 2s22px12py12pz0
2s12px12py12pz1
2s + 2px2py2pz
4 sp3 hybridization orbitals
each orbital has one electron
1.3.1 sp3 Hybridization
to form a tetrahedron carbon
(see the structure of methane)
H
H
H
H
H
H
H
H
M i r r o r
H
HO
CH 3
CH 2 Cl
H
OH
C l H 2 C
H 3 C
M i r r o r
1.3.1 sp3 Hybridization
Configuration isomers ---- enantiomers
a chiral carbon ----- a carbon linked
with four different kinds of atoms
Conformation isomer ------ ethane
1.3.2 sp2 Hybridization
C 1s22s22p2 ---- 2s22px12py12pz0
2s12px12py12pz1
2s + 2px2py + 2pz
3 sp2 hybridization orbitals + 1 2pz
each orbital has one electron
1.3.2 sp2 Hybridization
to form a planer carbon
(see the structure of Ethene)
another kind of stereo-isomer -----
Geometric Isomerization -- cis,trans
C C
H
OH
H
H 3 C
C C
OH
H
H
H 3 C
1.3.3 sp Hybridization
to form a liner carbon
(see the structure of Ethyne)
Optical Activity in Allenes
C C HH C C C CCC
1.3.4 有机化合物异构现象
Isomerism
C
2
H
6
O,C H
3
O CH
3
CH
3
CH
2
O H
C
3
H
6
O,C H
2
= CH O CH
3
CH
2
= CH CH
2
O H
CH
3
C( O H ) = CH
2
CH
3
CH = CH O H
CH
3
CO CH
3
CH
3
CH
2
CH O
H
3
C
H
H
H
O
H
H
CH
3
H
O
OH
O
C C
H
OH
H
H
3
C
C C
OH
H
H
H
3
C
1.3.4 有机化合物异构现象
Isomerism
关于碳化合物的异构问题请参阅
------邢其毅“基础有机化学” P166
Isomers
Constitutional isomers Stereoisomers
Configurational isomers Conformational isomers
Optical isomers Geometric isomers
Enantiomers Diastereomers
1.4 有机分子的基本骨架和官能团
1.4.1 基本骨架 ---- 由碳碳键和碳氢键构成
1.4.2 官能团（ Functional Groups)：
1.4.2.1 Containing Nitrogen,
Amines,RNH2,R2NH,R3N,（ R4N+X-）
Imines,-C=NH,-C=NR;
Nitrile,RCN (-CN,cyano group )
1.4.2.1 Containing Nitrogen
The structure Features:
N,( 1s2 )2s22p3
sp3,sp2,sp hybridization
C-N single,double,triple bond
4 orbitals,but 5 electrons in an atoms
there is a lone pair of electrons
Hydrogen-Bond -- electronegativity
Polar Covalent Bond -- electronegativity
1.4.2.2 Containing Oxygen
Ethers R-O-R
Alcohols R-OH
Aldehydes,Ketones R(H)C=O,R2 C=O
Carboxylic Acids and their Derivatives
RCOOH,RCOOR’,RCONR’2,RCOX
1.4.2.2 Containing Oxygen
The structure Features:
O,( 1s2 )2s22p4
sp3,sp2 hybridization
C-O single,double bond
4 orbitals,but 6 electrons in an atoms
there is two lone pairs of electrons
Hydrogen-Bond -- electronegativity
Polar Covalent Bond -- electronegativity
1.4.2.3 Containing halogen
Alkyl Halides e+R-X e- R+ + X-
Structural Features:
X,ns2np5
halogen ----- electronegativity is bigger
than carbon
Polar Covalent Bond
1.4 有机分子的基本骨架和官能团
以下内容请参阅教材第二十五章结构部分
1.4.2.4 Containing Sulfur
1.4.2.5 Containing Phosphorus
1.4.2.6 Containing Boron
1.4.2.7 Containing Silison
1.5 有机化合物的结构与性质的关系
1.5.1 共价键的结构与性质关系 ----
Key Part of Organic Chemistry
e.g,1,Hydrocarbons
Alkanes,Alkenes,Alkynes and Aromatic
CH3CH3,CH2=CH2,CH CH,
Substitute Reaction,Addition Reaction,
C6H6 -- Addition,difficult;
Substitution,easy
1.5 有机化合物的结构与性质的关系
eg 2 C=O,C=C addition reaction
but mechanism are different
eg 3 RH,ROH,RCOOH
acidity increase from left to right
eg 4 Compounds containing O or N,
comparing with C,have lone pair of
electron,so they often work as Lewis base,
作业 2：
阅读教材相关部分，从有机化合物的结构出发，简要概括各主要官能团化合物的化学性质（建议列表格对应性质与结构特征）
（第六周交）
1.5.2 非共价力与性质的关系
非共价力包括：
氢键 Hydrogen Bond
范德华作用力 （吸引力和斥力）
偶极 -偶极作用力等（见下表）
作用于分子间和分子内
影响化合物的物理性质和化学性质
熔点、沸点、溶解性能
酸碱性、反应速度和反应方向非共价力及其强度
Interactions Strength
Ion-Ion interaction comparable to covalent
bonding
Ion-dipole 50~200 kJ/mol
Dipole-dipole 5~50 kJ/mol
Hydrogen bonding 4~120 kJ/mol
Cation-π interactions 5~80 kJ/mol
π-π stacking 0~50 kJ/mol
van der Waals forces < 5 kJ/mol,variable
Hydrophobic effects
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键的饱和性和方向性
饱和性 —— 由于氢原子特别小，而原子 A和
B比较大，所以 A-H中的氢原子只能和一个
B原子结合形成氢键；同时，由于负离子之间的相互排斥，另一个电负性大的原子 B’
就难于再接近氢原子,
A B
B'
H +
1.5.2 非共价力与性质的关系
方向性 —— 由于电偶极矩 A-H与原子 B的相互作用，只有当 A-H… B在同一直线上时最强；同时，由于原子 B一般含有未共用电子对，在可能的范围内氢键的方向和未共用电子对的对称轴一致，这样可使原子 B中负电荷分布最多的部分最接近氢原子，这样形成的氢键最稳定。
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键的强弱 —— A,B的电负性越大，氢键越强； B的原子半径越小，氢键越强。（ F-
H… F最强）
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对分子构象的影响
H
H
Cl
O
H H
H
Cl
H
HO
H H
H
CH
3
H
HO
H H
H
I IIIII
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对互变异构平衡的影响
H
3
C CHO H
2
C C
OH
H
O
C CH
3
H
3
C H 2 C C
OH
CH
3
O O
O O
H
O
OH
O
O
O
O
H
0,0 0 0 0 2 5 %
1,2 %
0%
9 2 % i n h e x a n e
1 6 % i n w a t e r
100%
1.5.2 非共价力与性质的关系
氢键对酸性的影响
O
O
OH
HO
H
H
O
O
O -
HO
H
H
H
O
OH
H
O
OH
H
O
O -
H
O
O
H
p K a 1 = 1,8 3 ; p K a 2 = 6,0 7
p K a 1 = 3,0 3 ; p K a 2 = 4,4 4
1.5.2 非共价力与性质的关系
天然化合物中的氢键举例 ——核酸结构中的氢键；蛋白质结构中的氢键
1.5.3 立体结构与性质的关系
O
O
OH
HO
H
H
O
O
O -
HO
H
H
H
O
OH
H
O
OH
H
O
O -
H
O
O
H
p K a 1 = 1,8 3 ; p K a 2 = 6,0 7
p K a 1 = 3,0 3 ; p K a 2 = 4,4 4
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.1 酸碱概念的发展
1663年 （英） Boyle,R.
酸具有酸味，能使蓝色石蕊变红
碱具有苦涩味，能使红色石蕊变蓝
18世纪后期，从物质内在性质认识酸碱
1781年 （法） Lavoisier,A,L.
酸是一类含氧化合物，氧 ——酸素
19世纪初,HCl,HI等被发现
1811年 Davy,D,P.
提出,氢是酸的基本元素,的论点
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.1 酸碱概念的发展
19世纪后期，近代酸碱理论开始形成
A,1889年 Arrhenius,S,A,水 -离子论
20世纪
B,Franklin,F.C,溶剂论
C,Bronsted,J,N.----Lowry,T,M,质子论
D,Lewis,G,N,电子论
E,Pearson,R,G,软硬酸碱理论
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.2 Arrihenius 离子论
在水溶液中能电离出氢离子的物质称为酸；能电离出氢氧根离子的物质称为碱
局限性：
不能解释非水体系和非溶剂体系的问题
（ 1 ） C 2 H 5 O - N a + 溶 于 乙 醇
（ 2 ） 2 N a + 2 N H 3 2 N a
+ + 2 N H
2
- + H
2
（ 3 ） N H 3 ( g ) + H C l ( g ) N H 4
+ C l -
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.3 Bronsted,J,N.---Lowry,T,M,质子论
凡能给出质子的分子或离子都是酸
凡能与质子结合的分子或离子都是碱
酸碱反应是两个共轭酸碱对之间的质子传递反应 H 2 P O 4 - H + + H P O 4
2 -
N H 4
+ H + + N H
3
C H 3 C O O H H + + C H 3 C O O -
共 轭 酸 共 轭 碱
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
质子论离开溶剂而从物质能否授受质子给酸碱下定义，有机化合物中含有大量的 C-H，
O-H,N-H,S-H,P-H键，因此，可以从质子酸碱的强弱来判断它们的反应情况。
质子酸碱的强弱可以用 pKa的大小比较判断
pKa值越大，则酸性越弱
pKa值越小，则酸性越强
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
1.6.4 Lewis,G,N,电子论
凡能接受电子对的任何分子、离子或原子团统称为酸 ——电子接受体
凡是含有可供电子对的分子、离子或原子团统称为碱 ——电子供体
H 3 O + + [,O H ] - 2 H,O H
C u
2 +
+ 4 [,N H 3 ] [ C u (,N H 3 ) 4 ]
2 +
B F 3 +,N H 3 F
3 B N H 3
酸 碱 酸 碱 络 合 物
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
有机化合物中路易斯酸碱相关的问题
n-供体：
pi-供体,R 2 C C R 2 R C C H
R O H R N H 2 R S H
N O 2O
2 N
N O 2
+
N O 2O
2 N
N O 2
A l C l
3
+ E t
2
O,E t 2 O,A l C l 3
A l C l
3
+ N N A l C l
3
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
Lewis,G,N,电子论 的局限性
1）标准不同，强度不同；
2）范围过于广泛，不便于区分酸和碱中存在的各种差别
H +,N H 3 +,O H -,N H 3 + H +,O H -
:
,O H - 比,N H 3 强
A g + O H - + 2,N H 3 [ A g (,N H 3 ) 2 ] + O H -,N H 3 比,O H - 强
1.6 质子酸碱和路易斯酸碱理论
一般我们所说的酸或碱都是指离子论或质子论范畴的酸或碱，当使用路易斯酸或碱这个名称时，就表示它和一般所指的酸或碱有所不同。
第一章重点讲解问题
1,简要回顾有机化学的形成，并回答有机化学是怎样的一门学科
2,价键理论基础回顾和分子轨道理论简介
3,杂化轨道理论与有机化合物结构特点
4,有机化合物的基本骨架和官能团
5,有机化合物的结构与性质的关系
1、价键 2、非共价力 3、立体结构
6,质子酸碱和路易斯酸碱理论下周预习思考题
1、有机化合物命名的一般步骤怎样？母体如何选择？各种基团（官能团）的英文词头或词尾的变化规律如何？
2、各种碳氢化合物的稳定性如何？芳香性与共振论是怎么回事？如何画极限共振结构式，并判断它们的能量高低？
3、化合物结构与物理性质的关系如何？
4、非共价弱作用力有哪些？
