化学键理论与分子结构

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1、化学键理论与分子结构10/4/20211有机化学主要内容有机分子结构结构理论与化学键理论的发展描述共价键的两种理论：价键法和分子轨道法键的参数分子轨道理论10/4/20212有机化学美国杰出的化学家两次获得诺贝尔奖的鲍林指出：“化学键理论是化学家手中的金钥匙”10/4/20213有机化学有机化合物的分子结构和结构式结构(structure)——分子中原子间的排列次序，原子相互间的立体位置、化学键的结合状态以及分子中电子的分布状况等各项内容的总和。分子的性质不仅取决于其元素组成，更取决于分子的结构。“结构决定性质，性质反映结构”。构造——分子中原子间相

2、互连接的顺序叫做分子的构造。10/4/20214有机化学分子结构(structure)的基本含义应包括:分子的构造(constitution)、构型(configuration)、和构象(conformation)构造:是指组成分子的原子或基团的相互连接次序和方式.构型:是指组成分子的原子或基团的固有空间排列,构型的改变必须靠化学键的断裂和新的化学键的形成.构象:是指组成分子的原子或基团的相对空间排列,构象的改变不是靠化学键的断裂和新的化学键的形成,而是靠化学键(主要是C–C单键)的转动,其构象又可因化学键的转动而复原.构型和构象都是有机物分子的立体

3、化学状态,是在分子构造相同时,组成分子的原子或基团的空间排列状态.10/4/20215有机化学结构式的表示方法路易斯式书写麻烦短线式较麻烦缩简式较为常用键线式较为常用凯库勒结构式10/4/20216有机化学例：苯的构造式路易斯式短线式键线式缩简式10/4/20217有机化学19世纪30年代韦勒、李比希提出“基团理论”1865年德国化学家凯库勒（F.A.Kekule）提出:碳的化合价为4碳原子间可形成链状的学说，还提出苯环的环状结构。德国化学家拜尔Baeyer开创了碳环化学和环张力学说。1874年荷兰化学家范特霍夫（J.H.van’tHoff）和法国化

4、学家勒贝尔（J.A.LeBel）提出碳的四面体学说。开创了有机化合物的立体化学。1917年美国化学家路易斯（G.N.Lewis）共价键电子对理论。鲍林（L.Panling）提出杂化轨道理论。1931年休克尔（E.Huckel）用量子化学方法发展了分子轨道理论。20世纪美国化学家伍德沃德（R.B.Woodword）和霍夫曼（R.H.Hofmann）合作提出分子轨道对称守恒理论，解释了协同反应的立体化学问题。结构理论与化学键理论的发展10/4/20218有机化学共价键1.1共价键的形成(a)价键法(b)分子轨道法1.2共价键的基本属性(1)键长(2)键能

5、(3)键角(4)键的极性1.3共价键的断裂方式与有机反应的类型(a)断键方式与反应类型均裂自由基反应异裂离子型反应周环反应(b)有机反应试剂的分类自由基试剂亲电试剂亲核试剂试剂与酸碱10/4/20219有机化学共价键最基本特点是具有饱和性和方向性。在有机化合物中，所有的碳都是4价！成键原子间必须沿着电子云密度最大的方向重叠成键。共价键基本特点10/4/202110有机化学共价键的理论描述共价键的两种理论：价键理论和分子轨道理论价键理论的一个重要的特点是：处于平衡核间距的两个原子间的结合能，大部分是由于两个核之间的电子交换（共振）而产生的。价键理论：形

6、象直观，定域的观点，常用于描述非共轭体系；局限性在于只能表示两个原子相互作用形成的共价键，即电子定域，把成键电子描述成定域在两个原子之间，是一种定域的分子轨道理论。对共轭双键无法形象地表示。(电子离域）10/4/202111有机化学①价键法H2的形成——成键电子处于成键原子之间。CH4、C2H4、C2H2的形成——杂化轨道的概念：10/4/202112有机化学(i)sp3杂化甲烷分子中的碳原子采取sp3杂化。杂化的结果：①sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。②四个sp3杂化轨道完全相同，取最大的空间距离为正四面体构型，轨道夹角为109.5°。

7、构型——原子在空间的排列方式。③四个H原子只能从四面体的四个顶点进行重叠(因顶点方向电子云密度最大),形成4个σC—H键。10/4/202113有机化学sp310/4/202114有机化学四个sp3杂化轨道10/4/202115有机化学(ii)sp2杂化乙烯分子中的碳原子采取sp2杂化。杂化的结果：sp2轨道的s成份更大些未参与杂化的p轨道间肩并肩重叠形成π键10/4/202116有机化学sp2sp2杂化10/4/202117有机化学三个sp2杂化轨道10/4/202118有机化学(iii)sp杂化乙炔分子中的碳原子采取sp杂化。sp杂化的结果：sp

8、杂化碳为直线构型乙炔分子的σ骨架2个相互⊥的π键①sp杂化轨道的s成分更大，电子云离核更近!②两个sp杂化轨