有机化合物分子结构基础

这是一篇关于有机化合物分子结构基础的思维导图，主要内容包括：基本类型，共价键，结构表达方式，杂化轨道理论，键长、键能、键角，共价键极性、分子偶极矩、诱导效应，分子轨道理论，共轭体系、共轭效应，共振理论，分子间弱的作用力。

有机化合物分子结构基础

• 基本类型
  • 碳架结构
    • 开链烃
      • 脂肪烃
    • 环烃
      • 脂环烃
      • 芳香烃
  • 分子骨架
    • 碳氢化合物（烃）
      • 烷烃
      • 烯烃
      • 炔烃
      • 芳香烃
    • 卤代烃
    • 含S\N化合物
    • 醇、酚、醚、醛、酮、羧酸
• 共价键
  • 定义
    • 原子间通过共用电子对所形成的相互作用
  • 分类
    • 按共用电子对的数目分类
      • 单键：两个原子之间共用一对电子形成的共价键
      • 双键：两个原子之间共用两对电子形成的共价键
      • 叁键：两个原子之间共用三对电子形成的共价键
    • 按电子云重叠方式分类
      • σ 键：原子轨道以 “头碰头” 方式重叠形成的共价键。这种键比较稳定，电子云呈轴对称分布
      • π 键：原子轨道以 “肩并肩” 方式重叠形成的共价键。π 键的电子云分布在两个原子核连线的两侧，不如 σ 键稳定，容易断裂
  • 特点
    • 方向性：共价键是原子轨道重叠形成的，为了使成键原子轨道最大程度地重叠，两原子轨道延某一方向
    • 饱和性：一个原子有几个未成对电子，通常就只能和几个自旋方向相反的电子形成几个共价键
• 结构表达方式
  • lewis结构式：形式电荷FC:V-(N+S/2)，
    • 用元素符号表示原子，用小黑点或叉号表示价电子，通过展示原子间的成键电子对和孤对电子来表示分子结构
  • kekule结构式
    • 用短线表示共价键，将原子通过共价键连接起来表示分子结构，也称为结构式
  • 结构简式
    • 是在结构式的基础上，省略部分或全部碳氢单键以及碳碳单键的短线，同时将相同的原子或原子团合并书写的一种简化的结构表示方法
  • 键线式
    • 只画出分子中碳碳键和官能团的连接方式，省略碳氢原子以及碳氢单键，用折线和端点表示碳原子，官能团则按照规定的方式写出
• 杂化轨道理论
  • 常见类型及分子构型
    • sp 杂化
      • 由一个s轨道和一个p轨道杂化形成两个sp杂化轨道，杂化轨道间的夹角为180°，分子呈直线形
    • sp2杂化
      • 一个s轨道和两个p轨道杂化，形成三个sp2杂化轨道，杂化轨道间的夹角为120°，分子呈平面三角形
    • sp3杂化
      • 由一个s轨道和三个p轨道杂化，形成四个sp3杂化轨道，杂化轨道间的夹角为109°28′，分子呈正四面体构型
• 键长、键能、键角
  • 键角：在多原子分子中，两个共价键之间的夹角
  • 键长：形成共价键的两个原子之间的核间距。键长越短，键能越大，共价键越稳定
  • 键能：气态基态原子形成 1mol 化学键释放的最低能量。键能越大，化学键越稳定，含有该键的分子越稳定。
  • 键解离能:在标准状态下，将气态分子断裂成气态原子或基团所需要的能量
  • 分子模型
    • 楔形式
    • 空间填充模型
    • 球棍模型
• 共价键极性、分子偶极矩、诱导效应
  • 共价键极性
    • 极性共价键：电子云偏向电负性较大的一端
    • 非极性共价键：正负电荷中心重叠
    • 键距（键的偶极矩）衡量极性大小
    • 电负性：sp>sp2>sp3
  • 分子的偶极矩
    • 分子的极性大小
  • 诱导效应
    • 定义
      • 由于原子的电负性不同，共价键的电子发生偏移，使整个分子极化
    • 特点
      • 随碳链增长偏移能力迅速减弱，永久性
    • 分类
      • 吸电子诱导效应（-I）
      • 给电子诱导效应（+I)
    • 常见取代基次序
      • 硝氰羧醛，卤羟氨苯，甲乙丙丁
• 分子轨道理论
  • 基本要点
    • 分子中的电子不再从属于某个特定的原子，而是在整个分子空间范围内运动
  • 分子轨道的类型
    • 成键轨道：由原子轨道的同相重叠形成，电子云在两核之间分布密集，能够降低体系能量，有利于分子的稳定存在。
    • 反键轨道：由原子轨道的异相重叠形成，电子云在两核之间分布较少，在两核外侧分布较多，能量高于相应的成键轨道，不利于分子的稳定存在。
    • 非键轨道：原子轨道组合时，若不符合对称性匹配原则，就不能形成有效的成键轨道或反键轨道，电子处于这种轨道时，对分子的成键作用没有贡献。
• 共轭体系、共轭效应
  • p-p 共轭
    • Π键由p-p轨道形成
  • p - π 共轭
    • 如果与π键相连的原子具有一个与π键平行的p轨道，那么这个p轨道就可与π键共轭，形成三原子四电子的体系
  • π-π 共轭
    • 两个Π键通过一个单键相连
  • 氢化热
    • 1mol不饱和化合物加氢时放出的热量，判断不饱和化合物的相对稳定性，氢化热越小越稳定
  • 共轭效应
    • 定义
      • 共轭效应是指在共轭体系中，由于原子间的相互影响而使体系内的 π 电子（或 p 电子）分布发生变化的一种电子效应。这种效应通过共轭体系传递，能使分子的电子云分布更均匀，体系能量降低，稳定性增加
    • 特点
      • 电子离域：共轭体系中的电子不再局限于两个原子之间，而是在整个共轭体系中离域，使得分子的电子云分布发生改变
      • 键长平均化：由于电子的离域，共轭体系中的单键和双键的键长会发生一定程度的平均化
      • 体系能量降低：共轭效应使分子的电子云分布更合理，体系能量降低，稳定性增加
    • 分类
      • 吸电子共轭效应（-C）
      • 给电子共轭效应（+C)
    • 常见取代基次序
      • 硝氰磺羧醛，反卤苯甲，羟和氨
• 共振理论
  • 共振结构与共振杂化体
    • 可以写出一个以上的Lewis结构式
    • 真实的分子离子是所有共振结构的加权平均形式，称为共振杂化体
  • 共振结构的书写
  • 共振稳定作用
• 分子间弱的作用力
  • 范德华力
    • 分类
      • 取向力
      • 诱导力
      • 色散力
    • 特点
      • 普遍性：范德华力存在于所有分子之间
      • 短程性：范德华力的作用范围很短
      • 无方向性和饱和性
  • 氢键
    • 形成条件
      • 存在氢原子与电负性大、半径小的原子X（如F、O、N等）形成共价键
      • 有另一个电负性大、半径小且带有孤对电子的原子Y（如F、O、N等）
    • 特点
      • 方向性：氢键具有方向性，即三个原子尽可能在一条直线上，这样可以使X与Y之间的静电斥力最小，体系能量最低，形成的氢键最强
      • 饱和性
    • 类型
      • 分子间氢键：是指不同分子之间形成的氢键
      • 分子内氢键：是指在同一分子内的不同部位之间形成的氢键
  • π-π堆积作用
    • 定义：具有芳香性的有机化合物通过 π 电子云的相互作用而产生的一种非共价键相互作用
    • 本质：其本质是一种范德华力，主要源于分子中 π 电子云的分布和相互作用
    • 堆积方式
      • 错位面对面堆积
      • 边对面堆积（T型）
      • 面对面堆积,键能较低