第一章有机化合物概述（课件）《有机化学基础》第2课时同步教学（人卫版第4版）

1 一、共价键的形成 1、价键理论 1) 电子“配对”形成共价键 组成分子的原子，如果具有未成对电子且自旋反平行时，就可偶合成对，每一对电子成为一个共价键。也就是说，共价键的形成来自于原子轨道的重叠，在重叠的原子轨道上有2个自旋相反的电子。这就是电子“配对”， 电子“配对”形成共价键，放出能量。 对于共价键形成的理论解释，常用价键理论和分子轨道理论。 定域观点——形成共价键的电子在两个原子相连接的区域内运动。主要内容： 在形成分子过程中，若要增加稳定性，应使原子外层轨道的单电子尽可能配对而形成最大多数的化学键。 原子的化合价=未成对电子数=共价键的数量 2 3 2) 共价键具有饱和性和方向性 一个原子的未成对电子已经配对，就不能再与其它原子的未成对电子配对，因此共价键具有饱和性。共价键的形成来自于原子轨道的重叠，重叠越多，共价键越牢固。形成共价键时，原子核间距离一定的条件下，轨道最大重叠导致共价键的方向性。 轨道最大重叠 轨道部分重叠 x y x y 4 ①、CH2性质极不稳定，非常活泼，有形成4价化合物的倾向 ②、CO也很活泼，具有还原性，易被氧化成4价的CO2，而CH4和CO2的性质都比较稳定； ③、CH4中的4个C-H键完全相同，键的夹角互为10928’ 。 价键理论理论在解释共价键的方向性和饱和性，定性讨论分子结构方面取得很大成功，但对碳原子而言存在一些局限性： 球棍模型 Stuart模型 比例模型 基态 109º28’ 0.109 nm 3) 轨道杂化理论 为解决这些矛盾，1931年Pauling等提出了杂化轨道的概念。 5 杂化轨道：在一个原子中不同原子轨道的线性组合称为原子的轨道杂化，杂化后的原子轨道称为杂化轨道。 更有利于成键。 受周围原子成键的影响。 1）轨道的数目不变，空间取向改变 ； 2）杂化轨道能与周围原子形成更强的σ键，或安排孤对电子，而不会以空的杂化轨道存在； 3）杂化轨道满足正交性、归一性； 4）原子轨道经杂化使成键的相对强度加大。 ●杂化的目的 ●杂化的动力 ●杂化的规律 6 3) 轨道杂化理论 杂化：若干个能级相近的原子轨道改变原有状态，混合后均分，形成一组新的原子轨道，即杂化轨道。 （1）sp3杂化 激发态 基态 激发态 杂化态 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 2s 2px 2py 2pz 1s 1s 2s 2px 2py 2pz sp3杂化轨道 sp3轨道形状 109º28’ 碳的sp3杂化轨道形状 甲烷分子的正四面体结构 7 （1）sp3杂化 8 ① sp3轨道具有更强的成键能力和更大的方向性。 ② 4个sp3杂化轨道间取最大的空间距离为正四面体构型（构型：电子云或原子在空间的排列方式），键角为109.5o。 ③ 四个轨道完全相同。 ●杂化后的特点 ●甲烷的四个C-H 键 ——凡是成键电子云对键轴呈圆柱形对称的键均称为 键。以键相连的两个原子可以相对旋转而不影响电子云的分布。 键 键的特点： ① 键电子云重叠程度大,键能大,不易断裂； ② 键可自由旋转(成键原子绕键轴相对旋转不改变电子云的形状)； ③ 两核间不能有两个或两个以上的键。 （2）sp2杂化 碳的sp2杂化轨道和2pz轨道 x z y 9 1s 1s 2s 2px 2py 2pz sp2杂化轨道 2pz 激发态 杂化态 键：电子云分布有一个密度为零的通过键轴的平面（称为节面）作为对称面的轨道为轨道，由它形成的键称为键。 sp2杂化的C中，未杂化的pz轨道可与O、N等的p轨道“肩并肩”重叠形成键： 乙烯分子——平面结构 121.4º 键 键 10 （3）sp 杂化 乙炔分子——直线型结构 x z 碳的sp杂化轨道与2py、2pz轨道 键 键 11 1s 1s 2s 2px 2py 2pz Sp杂化轨道 2pz 激发态 杂化态 2py y sp杂化的C中，2个未杂化的p轨道可与sp杂化N的2个未杂化的p轨道形成2个键： ●注意：sp3、sp2、sp杂化轨道的形状大致相同，一瓣大，一瓣小，大瓣重叠成键。s成分不同，轨道能量不同，Esp<Esp2<Esp3 。 180º 12 （4）不等性杂化 13 107.3º 108.9º 111.7º O8 1s22s22p2x2p1y2p1z sp3 杂化 N7 1s22s22p1x2p1y2p1z sp3 杂化 112.9º 104.5º 14  键  键 存在 可以单独存在 不能单独存在，只与  键共存 生成 成键轨道沿键轴