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发布时间:2021-02-23 21:58:13

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高鸿宾《有机化学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解

高鸿宾《有机化学》(第4版)笔记和课后习题(含考研真题)详解试读:

第1章 绪 论

1.1 复习笔记

一、有机化合物和有机化学

1有机化合物

有机化合物是指碳氢化合物及其衍生物。

2.有机化学

有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其变化规律的科学。

二、有机化合物的特性

1有机化合物的结构

有机化合物可通过单键、双键、三键形成链状或环状结构,且异构现象普遍。

2.有机化合物的性质(1)可燃烧;(2)熔点低;(3)大多难溶于水;(4)反应速率一般较小。

三、分子结构和结构式

1分子结构

分子结构是指分子组成原子的排列顺序和相互关系。

2.结构式

结构式是表示分子结构的化学式,一般有短线式、缩简式和键线式三种。如表1-1所示。表1-1  几种常用的结构式

四、共价键

1共价键的形成(1)共价键的定义

共价键是指原子间通过电子对共用形成稳定电子构型的键。(2)共价键的分类

①单键:共用一对电子;

②双键:共用两对电子;

③三键:共用三对电子。乙烯    乙炔(3)共价键的形成理论

①价键理论

当成键原子具有自旋反平行的未成对电子时,它的原子轨道相互交盖形成共价键。氢原子  轨道交盖 氢分子图1-1  氢原子的s轨道交盖形成氢分子

②轨道杂化理论2110

以碳原子为例,价电子层电子构型为2s2p2p2p的碳原子在xyz成键过程中,吸收能量后2s轨道的一个电予跃迁到空的2p轨道,形z

1111成2s2p2p2p(激发态),外层能量相近的2s轨道和2p轨道进行xyz杂化组成能量相等的几个新轨道。3

a.碳原子轨道的sp杂化

在轨道杂化过程中,2s轨道和三个2p轨道进行杂化形成四个能量相等的杂化轨道,如图1-2所示。3原始的原子轨道(基态)  激发态 sp杂化轨道图1-2  碳原子的sp3杂化2

b.碳原子轨道的sp杂化

在轨道杂化过程中,2s轨道和两个2p轨道进行杂化形成三个能2量相等的杂化轨道,如图1-3所示,双键碳原子一般是sp杂化。图1-3  碳原子的sp2杂化

c.碳原子轨道的sp杂化

在轨道杂化过程中,2s轨道和一个2p轨道进行杂化形成两个能量相等的杂化轨道,如图1-4所示,三键碳原子一般是sp杂化。图1-4  碳原子的sp杂化

③分子轨道理论

a.分子轨道的定义

分子轨道是电子在整个分子中运动的状态函数,常用ψ表示。

b.分子轨道的分类

第一,成键轨道

当两个原子轨道(φ、φ)位相相同时,原子轨道相互叠加产生能12量较低的成键轨道,用ψ表示。

第二,反键轨道

当两个原子轨道位相相反时,原子轨道相互抵消产生能量较高的反键轨道,用ψ*表示。图1-5  氢分子轨道的形成示意图

c.分子轨道的形成条件

第一,原子轨道能级相近;

第二,原子轨道相互交盖程度较大;

第三,原子轨道对称性相同。

2.共价键的属性(1)键长

键长是指成键原子的原子核间的平均距离。一些常见共价键的键长如表1-2所示。表1-2  一些共价键的键长(2)键能

键能是指在共价键的形成过程中体系释放的能量、在共价键的断裂过程中体系吸收的能量,一些常见共价键的键能如表1-3所示。表1-3  一些常见共价键的键能(3)键角

键角是指两价以上的原子在与其它原子成键时键与键间的夹角。(4)键极性

①键极性的定义

键极性是指不同成键原子的电负性差异使强电负性原子电子云密度较大,弱电负性原子电子云密度较小。

②键极性的表示方法

键极性是以偶极矩(μ)来度量的,偶极矩是电荷与正负电荷中心间距离的乘积(μ=q·d)一般用→表示由正端指向负端。表1-4  有机化学中较常见元素的电负性值

3.共价键的断裂和有机反应的类型(1)共价键的断裂

①均裂

均裂一般发生在光或热的作用下,产生自由基。

②异裂

异裂一般适用于酸、碱或极性溶剂,产生碳正离子或碳负离子。(2)有机反应的类型

①自由基反应

②离子型反应

a.亲电反应;

b.亲核反应。

五、分子间相互作用力

1偶极-偶极相互作用

偶极-偶极相互作用是极性分子间的一种相互作用。

2.van der Waals力

在非极性分子中,瞬间偶极和诱导偶极间相反电荷的吸引使两分子相互作用。

3.氢键

氢键是一种很强的偶极-偶极相互作用,它是由氢原子在两个电负性很强的原子间充当桥梁作用。

六、酸碱的概念

1Brnsted酸碱理论(1)酸

酸是指能够给出质子的分子或离子。(2)碱

碱是指能够接受质子的分子或离子。

2.Lewis酸碱理论

Lewis酸、Lewis碱结合生成的产物称为酸碱络合物。(1)Lewis酸

Lewis酸是指能够接受未共用电子对的分子或离子。(2)Lewis碱

Lewis碱是指能够给出未共用电子对的分子或离子。

3.硬软酸碱原理

在化学反应中,硬酸优先与硬碱结合;软酸优先与软碱结合。(1)酸

①硬酸:接受体原子小,正电荷多,电负性高,可极化性低,即外层电子抓得紧。

②软酸:接受体原子大,正电荷少,电负性低,可极化性高,即外层电子抓得松。(2)碱

①硬碱:给予体原子电负性高,可极化性低,即外层电子抓得紧。

②软碱:给予体原子电负性低,可极化性高,即外层电子抓得松。

七、有机化合物的分类

1按碳架分类(1)开链化合物(2)脂环(族)化合物(3)芳香族化合物(4)杂环(族)化合物

2.按官能团分类表1-5  一些常见的重要官能团

八、有机化合物的研究程序

1分离提纯(1)重结晶法;(2)蒸馏法;(3)升华法;(4)层析法;(5)高压液相层析法。

2.物理常数鉴定

3.元素分析和实验式确定

4.相对分子质量测定(1)蒸气密度法;(2)冰点降低法;(3)沸点升高法;(4)渗透压法;(5)质谱法。

5.结构的确定(1)官能团分析;(2)化学降解及合成;(3)物理方法的应用。

1.2 课后习题详解

1用简单的文字解释下列术语:(1)有机化合物   (2)键能 (3)极性键(4)官能团   (5)实验式  (6)构造式2(7)均裂  (8)异裂    (9)sp杂化(10)诱导效应 (11)氢键   (12)Lewis酸

解:(1)有机化合物:碳氢化合物及其衍生物。(2)键能:形成共价键时体系所放出的能量。(3)极性键:成键原子的电负性相差为0.5~1.6时所形成的共价键。(4)官能团:决定有机化合物的主要性质的原子或原子团。(5)实验式:能够反映有机化合物元素组成的相对比例的化学式。(6)构造式:能够反映有机化合物中原子或原子团相互连接顺序的化学式。(7)均裂:共价键断裂时,两个成键电子均匀地分配给两个成键原子或原子团,形成两个自由基。(8)异裂:共价键断裂时,两个成键电子完成被某一个成键原子或原子团占有,形成正、负离子。2(9)sp杂化:由1个s轨道和2个p轨道进行线性组合,形成的3个2能量介于s轨道和p轨道之间的、能量完全相同的新的原子轨道。sp杂化轨道的形状也不同于s轨道或p轨道,而是“一头大,一头小”的形状,这种形状更有利于形成σ键。(10)诱导效应:由于成键原子的电负性不同而引起的电子云的转移。诱导效应只能通过σ键传递,并且随着碳链增长,诱导效应迅速减弱。(11)氢键:由氢原子在两个电负性很强的原子之间形成“桥梁”而导致的类似化学键的分子间或分子内作用力。氢键具有饱和性和方-1向性,但作用力比化学键小得多,一般为20~30kJ·mol。(12)Lewis酸:能够接受的电子的分子或离子。

2下列化合物的化学键如果都为共价键,而且外层价电子都达到稳定的电子层结构,同时原子之间可以共用一对以上的电子,试写出化合物可能的Lewis结构式。

解:分别以“○”表示氢原子核外电子,以“●”表示碳原子核外电子,以“★”表示氧原子核外电子,以“△”表示氮原子核外电子,题给各化合物的Lewis结构式如下:

3试判断下列化合物是否为极性分子。(1)HBr(2)I2(3)CC.14(4)CHC122(5)CHOH3(6)CHOCH3

解:判断分子是否为极性分子或非极性分子归根结底是判断其偶极矩的值,若其偶极矩为零则此分子为非极性分子,反之则为极性分子。因此(1)、(4)、(5)、(6)为极性分子,(2)、(3)为非极性分子。

4根据键能数据,乙烷分子(CH—CH)在受热裂解时,哪种33键首先断裂?为什么?这个过程是吸热还是放热?

解:乙烷分子受热裂解时,首先断C—C键;因为键能:这个过程是一个吸热过程。

5HO的键角为105°,试问水分子的氧原子用什么类型的原子轨2道与氢原子形成等价的单键?

解:105°与109.5°比较接近,说明水分子中的氧原子采取不等性3sp杂化。所以氧采用sp3杂化轨道与氢原子成键。

6正丁醇的沸点(117℃)比它的同分异构体乙醚的沸点(34.5℃)高得多,但两者在水中的溶解度均为8g/100g水,试解释之。

解:正丁醇分子之间可以形成分子间氢键,而乙醚分子之间不能形成氢键,所以正丁醇的的沸点远高于乙醚。但二者均可水分子形成氢键,所以它们在水中都有一定的溶解度(8g/100g水)。

7矿物油(相对分子质量较大的烃的混合物)能溶于正己烷,但不溶于乙酸或水。试解释之。

解:矿物油是非极性分子,而水和乙醇都是极性分子。根据“相似相溶”的原则,非极性的矿物油在极性溶剂中不可能有好的溶解度。

8下列各反应均可看成是酸碱的反应,试注明哪些化合物是酸?哪些化合物是碱?

试读结束[说明:试读内容隐藏了图片]

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