1、 第六節 分子間作用力和氫鍵一、分子的極性二、分子間作用力三、氫鍵一、分子的極性 分子中都含有帶正電荷的原子核和帶負電荷的電子，由于原子核所帶正電荷與電子所帶負電荷相等，因此分子是電中性的。設想分子中有一個“正電荷中心”和一個“負電荷中心”，如果分子的正、負電荷中心重合，則為非極性分子；如果正、負電荷的中心不重合，則為極性分子。 分子的極性的大小常用分子電偶極矩來衡量。分子電偶極矩等于正電荷中心 (或負電荷中心) 的電量q 與正、負電荷中心間的距離d 的乘積： 分子電偶極矩越大，分子的極性就越大；分子電偶極矩越小，分子的極性就越小；分子電偶極矩為零的分子是非極性分子。一些分子的分子電偶極矩與分

2、子空間構型H2N2CO2CS2CCl4CH4H2SH2ONH3 0 0 0 0 0 0 3.63 6.17 4.29直線形直線形直線形直線形正四面體正四面體角形角形三角錐形SO2CHCl3COO3HFHClHBrHIBF3 5.28 3.63 0.33 1.67 6.47 3.60 2.60 1.27 0角形四面體直線形角形直線形直線形直線形直線形平面正分子分子分子空間構型分子空間構型三角形二、分子間作用力 分子中的電子和原子核都在不停運動著，在運動過程中它們之間會發生瞬時的相對位移，在一瞬間分子的正、負電荷中心不重合，產生瞬時偶極。當兩個非極性分子充分接近時，兩個分子的正、負電荷中心同時處于

3、異極相鄰的狀態而產生吸引作用。這種由非極性分子的瞬時偶極產生的吸引作用稱為色散力。雖然瞬時偶極存在時間極短，但是這種情況不斷重復，因此色散力始終存在著。(一) 色散力 由于在極性分子中也會產生瞬時偶極，因此不僅非極性分子之間存在色散力，而且非極性分子與極性分子之間及極性分子之間也存在色散力。(二) 誘導力 當極性分子與非極性分子充分接近時，在極性分子固有偶極的影響下，非極性分子原來重合的正、負電荷中心發生相對的位移而產生誘導偶極，在極性分子的固有偶極與非極性分子的誘導偶極之間產生靜電作用力。這種極性分子固有偶極與非極性分子的誘導偶極產生的作用力稱為誘導力。 當極性分子充分接近時，在固有偶極的相

4、互影響下，每個極性分子的正、負電荷中心的距離被拉大，也產生誘導偶極，因此誘導力也存在于極性分子之間。(三) 取向力 極性分子的正、負電荷中心不重合，分子中存在固有偶極。當極性分子充分接近時，極性分子的固有偶極間同極相斥、異極相吸，在空間的運動循著一定的方向，而處于異極相鄰的狀態。這種由于極性分子的偶極定向排列產生的靜電作用力稱為取向力。取向力的本質是靜電作用，顯然，極性分子的分子電偶極矩越大，取向力就越大。 綜上所述，在非極性分子之間，只存在色散力；在極性分子與非極性分子之間，存在色散力和誘導力；在極性分子之間存在色散力、誘導力和取向力。對于大多數分子來說，色散力是主要的；只有當分子的極性很大

5、時，取向力才比較顯著；而誘導力通常很小。三、氫鍵 當氫原子與電負性大、半徑小的 X 原子(X=F，O，N) 以共價鍵結合后，共用電子對偏向于X 原子，氫原子幾乎變成了 “裸核” 。“裸核” 的體積很小，又沒有內層電子，不被其他原子的電子所排斥，還能與另一個電負性大、半徑小的 Y 原子 (Y= F，O，N) 中的孤對電子產生靜電吸引作用。這種產生在氫原子與電負性大的元素原子的孤對電子之間的靜電吸引稱為氫鍵。 氫鍵具有方向性和飽和性。氫鍵的方向性是指形成氫鍵 時，X，H，Y 原子盡可能在同一直線上，這樣可使 X 原子與 Y 原子之間距離最遠，兩原子間的斥力最小。但形成分子內氫鍵時，由于結構的限制，

6、X，H，Y 往往不能在同一直線上。氫鍵的飽和性是指一個X-H 分子只能與一個 Y 原子形成氫鍵，當 分子與一個Y 原子形成氫鍵 后，如果再有一個 Y 原子接近時，則這個原子受到 上的 X，Y 原子的排斥力遠大于 H 原子對它的吸引力，使 中的 H 原子不可能再與第二個 Y 原子形成第二個氫鍵 。 氫鍵可分為分子間氫鍵和分子內氫鍵兩種類型。一個分子的 鍵與另一個分子中的 原子形成的氫鍵稱為分子間氫鍵； 一個分子的鍵與該分子內的Y原子形成的氫鍵稱為分子內氫鍵。 氫鍵通常用 表示，其中X 和Y 代表 F，O，N 等電負性大、半徑小的非金屬元素的原子； 代表氫鍵。Y 形成分子間氫鍵時，使分子之間產生了

7、較大的吸引力，因此化合物的熔點、沸點升高。如果溶質分子與溶劑分子之間形成氫鍵，將使溶質與溶劑分子之間的結合力增強，導致溶質的溶解度增大。而形成分子內氫鍵時，常會使化合物的熔點、沸點降低。若溶質分子生成分子內氫鍵，則在極性溶劑中的溶解度減小，而在非極性溶劑中的溶解度增大。有機化學Organic Chemistry 1828年維勒（F.Whler）在實驗室用NH4Cl處理AgOCN時合成出了氰酸銨(NH4OCN)，把氰酸銨溶液蒸發發現很容易得到從哺乳動物尿中分泌得到的尿素(NH2CONH2),這一無意中的發現驚動了化學界，化學家從生命力論的禁錮中解放了出來，開始人工合成有機化合物的研究。 1845

8、年柯爾伯（Kolbe）合成了醋酸；1854年，柏賽羅(M.berthelot)合成油脂類化合物等。定義有機化合物：就是碳的化合物。因為所有的有機化合物都是以碳為主要組成元素，并以碳為骨架形成的。有機化學：就是研究有機化合物的組成、結構、性質、合成、應用及其變化規律的一門科學。二、有機化合物的特性（1）數目龐大 1999年12月，美國的化學文摘收錄的自然界得到的和人工合成的化合物數目已經達到2230萬種，其中90%為有機化合物。 原因：與碳原子能自相結合成鍵有密切的關系，其形成的碳鏈可以是開的，也可以是環狀的，而且碳鏈還能相互交聯，并且碳原子又可以和其他原子（O、H、N、S、X、P）等元素及金屬

9、形成鍵。（2）結構復雜 無機化合物多數由幾個原子所形成，而有機化合物則復雜得多.（3）可以燃燒,絕大多數有機物都可以燃燒，而一般的無機化合物不容易燃燒，可燃燒后的有機化合物都生成二氧化碳，碳氫化合物則生成水和二氧化碳，有些有機化合物是氣體，有些揮發性很大，閃點低，這些就要求我們在處理有機化合物要注意安全。（4）熔點低 許多有機化和物在常溫下是氣體，液體，常溫下是固體的有機化和物熔點也比較低，通常小于400，而固體無機化合物則很高，通常在千度左右。 熔解：是結晶的粒子從有規則排列變成無規則排列，并且呈現液體樣流動特征的過程，當溫度上升到粒子的熱運動能克服晶體內粒子之間的作用力時 就出現了熔解，達

10、到熔點（5）難溶解于水，容易溶解于有機物 水分子極性很強，而有機化合物一般極性比較弱（6）反應速率慢，而且反應的副產物多 大多數的有機化合物的反應是很慢的，通常一小時來計算，某些反應極慢，例如乙醇和乙酸在無催化劑的條件下要60年才可以達到平衡，當然也有例外的，例如有機炸藥的爆炸。 有機化合物發生反應時，通常伴隨副反應發生，化學反應就其本身而言是一個舊鍵的斷裂和一個新鍵的生成的過程，有機化合物通常含有多個共價鍵，而且鍵的斷裂程度又差不多，因此，當有機化合物與另外一種試劑反應時，就往往有可能在幾個不同的部位按不同的趨向同時進行。結果造成產物復雜，主產物產量降低，一個有機反應，產率要是能達到60%-

11、70%，就算是比較滿意的 了。選擇最佳條件，減少副產物，來提高產率是化學工作者的重要使命之一。二、同分異構現象化合物具有相同的分子式，但具有不同結構的現象，叫做同分異構現象；具有同分異構現象的化合物互稱同分異構體。現在已學的同分異構包括三種類型：類別異構（如丁二烯與丁炔）碳鏈異構（如丁烷與異丁烷）位置異構（如1-丁烯與2-丁烯C4H8的同分異構現象3.有機化合物的分類定義：在有機化學中，常把只含有碳、氫兩種元素的化合物看做母體，稱做烴(hydrocarbon)，如烷烴、烯烴、炔烴、芳烴等。而把母體中一個或幾個氫原子被其它原子或原子團取代后的生成物叫做烴的衍生物。這些取代的原子或原子團叫做官能團

12、。對于基本的烴類，按照碳鏈的結合方式不同可分為以下幾類：3.有機化合物的分類(續)3.有機化合物的分類(續)(4)雜環化合物：可看做是相應芳香環上的碳原子被雜原子取代后的生成物。如：(5)天然有機化合物：是指從自然界的動植物中提煉出來的有機化合物。如：碳水化合物、蛋白質、油脂等。4.有機化學的重要性有機化合物遍布自然界，人們的衣食住行都與有機物密切相關。即使我們的身體也是由蛋白質、核酸、脂肪等復雜的有機物組成。因此，了解有機化學的過程就是認識人的自身、認識自然、征服自然的過程。剛開始，人們只能從自然界的動、植物中分離一些簡單的有機物，隨著對有機物的深入了解和有機合成的迅速發展，到今天，人們已能

13、從簡單的有機原料合成出許多結構復雜的有機物，甚至能合成出比天然物性能更優異的有機物和合成材料。在有機化學指導下發展起來的化學工業，正在生產著越來越多的生活用品和工業材料，有機化學工業在發展國民經濟和現代科學技術過程中，起著極其重要的作用。(1) 有機化學使世界五彩繽紛(2) 有機化學保護我們的健康(1)喹啉(Quinine)又稱金雞納堿 。用于治療和預防各種瘧疾。美登素(Maytansine)1972年Kupchan報道的第一個新型抗癌含氮大環化合物 美登素喹啉當歸(2) 有機化學保護我們的健康(2)弗萊明1945年獲諾貝爾獎(2) 有機化學保護我們的健康(3)抗癌藥物紫杉醇VB12的分子結構

14、圖其關鍵中間體有9個不對稱碳原子, 應有512個異構體, 共需95步反應VB12: 100位科學家歷時11年完成紅霉素（Erythromycin）C37H68O12N18個C*218=262144種立體異構體但只有一個是正確的.這還不包括構造異構.被Woodward稱為“絕望的化合物”1982年被Woodward的小組合成海葵毒素有64個手性碳和7個骨架內雙鍵(Z、E),異構體數為271個(近乎阿佛加德羅常數！),是目前已發現的最復雜的化合物, 但也已被合成. (1989年經8年之久由哈佛大學的Kishi領導24名博士和博士后完成.)(3) 有機化學為生命提供能源（碳水化合物）葡萄糖直鏈淀粉蔗

15、 糖(4) 有機化學是研究生命科學的基礎蛋白酶模型 生命遺傳物質DNA1953年，25歲的沃森和35歲的克里克發現DNA的雙螺旋結構。他們的發現照亮了整個遺傳學領域，指引著人們去探究生命本質的奧秘。(5) 有機化學與人民生活緊密相關(6) 有機化學與環境污染淮河上游被化工廠排出物污染 美國化學文摘CAS登錄的化合物前45年增加1倍后60年增加80倍近6年，平均每年增加980萬種 有機化合物分子結構式的表示方法1. 電子對代替價鍵表示分子結構的式子叫電子式2. 用價鍵將分子中各原子相互連接起來表示分子結構的 式子叫結構式3. 簡化了的結構式稱為結構簡式注意的問題： 1.每個原子的化合價正好飽和

16、2.必須對應唯一的一種結構 更簡單的表示式是采用鍵線式，即碳和氫原子都不必標出，只需要表明分子中的官能團。例如：有機化合物的分類 一、按碳架分類 1.鏈狀化合物的（也稱開鏈化合物或脂肪族化合物） 2.碳環化合物 3.雜環化合物 二、按官能團分類1.官能團的含義2.常見的官能團及所屬類別舉例 官能團 化合物類別 化合物舉例烯 炔 鹵素 -X 鹵代烴 羥基 -OH 醇或酚 醚 醛 酮 羧酸酯 羧酸 氨基 -NH2 胺 硝基 -NO2 硝基化合物 氰基 -CN 腈 有機化合物的命名一、 烴類的命名1. 烷烴的命名 普通命名法一、普通命名法： 普通命名法是有機化學早期對有機化合物的命名方法。 普通命名

17、法是以分子中所含碳原子的數目，用“天干”甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸和中國數字十一、十二等命名的；而對碳鏈異構體則以正、異、新、伯、仲、叔、季等形容詞區分之；對烴的衍生物還可將碳鏈從與官能團相連的碳原子開始依次用 、等希臘字母來表示取代基的位置，再加上官能團的名稱而命名的。 伯、仲、叔、季碳原子和伯、仲、叔氫原子 烷基 CnH2n+1丙基異丙基有機化合物的俗名和簡稱： 所謂俗名(trivial name)就是化學工作者根據化合物的來源、制法、性質或采用人名等加以命名的。23 衍生物命名法 該法是按照化合物由簡到繁的原則，規定每類化合物以最簡單的一個化合物為母體，而將其余部分作為取代基

18、 基的命名 一個化合物從形式上去掉一個或幾個原子或基團剩余的部分稱為“基” 。 一價基： 二價基 亞基： 三價基次基： 三苯甲烷 二苯酮 三苯甲醇 苯二氯甲烷24 系統命名法241 關于有機化合物取代基的位次編號和列出順序 一、關于“最低系列” ： 所謂“最低系列”是指當碳鏈以不同方向編號，得到兩種或兩種以上不同的編號序列時，則順次逐項比較各序列的不同位次，首先遇到位次最小者，定為“最低系列”。 例如： 當一個分子中同時含有雙鍵和叁鍵時，則會有兩種不同的情況： （1）雙鍵和叁鍵處于不同的位次：按最低系列原則給 雙、叁鍵以盡可能低的位次編號。 (2)雙鍵、叁鍵處在相同的位次：選擇給雙鍵以最低的位

19、次編號。 二、關于取代基的列出順序“較優基團后列出” ： 1.確定“較優基團”的依據次序規則： (1)取代基或官能團的第一個原子，其原子序數大的為“較優基團” ；對于同位素，質量數大的為“較優基團”。 (2)第一個原子相同，則比較與之相連的第二個原子，依此類推。 (3)取代基為不飽和基團，可分解為連有兩個或三個相同的原子。 2. “較優基團后列出”的應用： 當主碳鏈上有幾個取代基或官能團時，這些取代基或官能團的列出順序將遵循“次序規則”，指定“較優基團”后列出。 如:242 烴的命名 一、烷烴 主碳鏈的選擇當有兩個以上的等長碳鏈可供選擇時，其選擇順序為： 例1：選擇支鏈多的碳鏈為主碳鏈。 例2

20、：選擇支鏈位號較小的為主碳鏈。 二、開鏈不飽和烴 要點： 選擇含雙鍵（或叁鍵）盡可能多的最長碳鏈為主碳鏈，從靠近不飽和鍵的一端開始編號。三、脂環烴 1. 單環烴： 芳烴 1. 單環芳烴： 苯環上連有多個烴基時，以苯基為母體，并遵循“最低序列”和“優先基團后列出”的原則命名。 當復雜基團或不飽和基團與苯環相連時，則以苯環作取代基。 2多環芳烴 聯苯類： 稠環類： 243 烴衍生物的命名一、單官能團化合物的命名 單官能團化合物是指：除碳碳不飽和鍵外，分子中只含一種官能團的化合物。 1.鹵代烴： 命名時，以烴為母體，鹵原子作取代基。 2. 醇 選長鏈含羥基； 編位次羥基始。 3. 酚： 編號：一般情

21、況下，應使羥基的編號盡可能的小。 4. 醚： 結構比較簡單的醚：“烴基名稱 + 醚字” 注意：優先基團寫在后面。 結構比較復雜的醚：通常把“烴氧基”作為取代基。 環狀醚通常稱“環氧某醚”，或按雜環化合物命名。 5. 硫醇、硫酚、硫醚： 命名與醇相似,只是在相應的母體前面加一個“硫”字. 6. 醛、酮 選長鏈：含羰基； 編位次：羰基始。83 7. 羧酸及其衍生物 羧酸：命名方法與醛、酮相似。 羧酸衍生物： 酰鹵和酰胺： 根據相應的酰基命名。 酸酐：根據相應的羧酸命名。 酯：根據相應的酸和醇命名，稱為“某酸某酯”。244 復合官能團化合物的命名 分子中含有兩種或兩種以上官能團的化合物成為復合官能團

22、化合物（或稱混合官能團化合物）。 命名時，首先按官能團優先順序確定母體，并遵循最低系列和次序規則命名之。 官能團的優先次序為：排在前面的官能團選做主要官能團。 練習： 命名下列化合物： 烯基的名稱： 3. 脂環烴的命名 單環烴的系統命名與脂肪烴基本相同，只是以碳環為母體，母體的名稱是在相應脂肪烴的名稱前冠以“環”字。不飽和脂環烴母體環的編號，以重鍵位次最小為原則，環烷烴中環的編號,仍按最低系列原則編號。 4.芳香烴的命名 命名有兩種方法，一種是以芳香環作為母體，將其他烴基看作芳香環上的取代基；另一種是將芳香環看作烴的取代基來命名。3-環戊基丁烯二、 烴的衍生物的命名 烴分子中的氫原子被其他原子

23、或官能團取代后生成的化合物叫做烴的衍生物，其命名與烴的命名相似。 1. 脂肪族衍生物的命名 對簡單的衍生物，首先區分化合物的類別（醇、鹵代烴、醛、羧酸等），然后按照碳原子的數目和烴基的名稱命名。 結構復雜的烴的衍生物，采用系統命名法 2. 芳香族衍生物的命名 芳香族衍生物的命名基本上與脂肪烴命名相同。通常，當環上有硝基（-NO2）、鹵素（-X）時，把芳環當作母體；含有其他官能團如：羥基（-OH）、氨基(-NH2)、醛基(-CHO)、羧基(-COOH)等時 ，把芳環當作取代基進行命名。 3 . 雜環化合物的命名 目前主要采用音譯法進行命名。一般在同音漢字的左邊，加上一個“口”旁。 有機反應 有機反應的類型也多種多樣，根據反應物和生成物之間的關系，我們在這里介紹裂化反應、取代反應、氧化還原反應、加成與加聚反應、縮合及縮聚反應等。一、 裂化反應 裂化反應是在一定條件下，把相對分子質量大的烴斷裂為相對分子質量小的烴的過程。裂化反應