《有機(jī)化學(xué)（第三版）/普通高等教育“十二五”規(guī)劃教材》：
　　第1章 緒論
　　本章將介紹有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷史、有機(jī)化合物的一般特性、有機(jī)化學(xué)的研究方法以及有機(jī)化學(xué)中的基礎(chǔ)理論，如原子軌道理論、雜化軌道理論、分子軌道理論等。了解共價(jià)鍵的形成、類型和特點(diǎn)，分子間力以及氫鍵的特點(diǎn)。了解有機(jī)分子的構(gòu)造和構(gòu)型的區(qū)別，有機(jī)化學(xué)中的酸堿理論，如布朗斯合德酸堿質(zhì)子概念、路易斯電子概念和軟硬酸堿概念。
　　1.1 有機(jī)化學(xué)發(fā)展概況
　　1.1.1 有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與其他學(xué)科的關(guān)系
　　有機(jī)化學(xué)是化學(xué)的一個(gè)重要的分支，最初是從研究生物體中的有機(jī)化合物性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)而發(fā)展起來的。18世紀(jì)中葉，化學(xué)家們一般認(rèn)為有機(jī)化合物只能存在于生物體中，是“生命力”在制造這些有機(jī)化合物。
　　19世紀(jì)初，德國化學(xué)家F.Wohler首先發(fā)現(xiàn)：用公認(rèn)的無機(jī)化合物氰酸銨（NH4OCN）在實(shí)驗(yàn)室中可以制造出原來只能從人體排泄物——尿中取得的有機(jī)化合物尿素（H2NCONH2）。從此，化學(xué)家們摒棄了不科學(xué)的“生命力”學(xué)說。100多年來，有機(jī)化合物的人工合成研究得到了極大的發(fā)展。創(chuàng)造新物質(zhì)成了化學(xué)家的首要任務(wù)，許多新技術(shù)被用于有機(jī)化合物的合成，如高壓合成、光合成、聲合成、微波合成、固相合成、仿生合成等�，F(xiàn)在，一些復(fù)雜天然化合物也能夠通過化學(xué)合成的方法來獲得，如人工合成了奎寧、膽固醇、可的松、葉綠素和利血平等一系列復(fù)雜有機(jī)化合物。如今，每年有數(shù)千種新的有機(jī)化合物出現(xiàn)。因此，毫不夸張地說，化學(xué)家為人類在自然界旁合成了一個(gè)新的自然界。
　　現(xiàn)代生命科學(xué)和生物技術(shù)的崛起給化學(xué)注入了新的活力，研究生命現(xiàn)象和生命過程、揭示生命的起源和本質(zhì)是21世紀(jì)自然科學(xué)的重大研究課題。從20世紀(jì)初化學(xué)家開始對(duì)生物小分子（如糖、血紅素、葉綠素、維生素等）的化學(xué)結(jié)構(gòu)與合成研究，到1955年Vigneand首次合成多肽激素催產(chǎn)素和加壓素而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1958年Sanger因?qū)Φ鞍踪|(zhì)特別是牛胰島素分子結(jié)構(gòu)測(cè)定的貢獻(xiàn)而獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)，1953年J.D.Watson和H.C.Crick提出了DNA分子雙螺旋結(jié)構(gòu)模型，有機(jī)化學(xué)家和生物化學(xué)家在分子水平上打開了一個(gè)又一個(gè)通向生命奧妙的大門。這些杰出的成果對(duì)于生命科學(xué)具有劃時(shí)代的貢獻(xiàn)，為分子生物學(xué)和生物工程的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
　　科學(xué)家也認(rèn)識(shí)到只有化學(xué)與生命科學(xué)相結(jié)合才能在分子水平上研究生命，因此新的學(xué)科如生物化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、分子生物學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、生物無機(jī)化學(xué)、化學(xué)生物信息學(xué)等蓬勃發(fā)展。
　　在研究生命現(xiàn)象的領(lǐng)域里，化學(xué)不僅提供了理論還提供了技術(shù)和方法，如藥物對(duì)人類健康的貢獻(xiàn)，利用藥物治療疾病是人類文明的重要標(biāo)志之一。由于我們對(duì)分子結(jié)構(gòu)和藥理作用的深入研究，藥物化學(xué)得以迅速發(fā)展并成為化學(xué)學(xué)科一個(gè)重要領(lǐng)域。化學(xué)家通過合成、半合成或從動(dòng)植物、微生物中提取而得到的化學(xué)藥物超過2萬種。例如，1909年德國化學(xué)家艾里希合成出了治療梅毒的特效藥物。磺胺藥使許多細(xì)菌性傳染病特別是肺炎、流行性腦炎、細(xì)菌性痢疾等長期危害人類健康和生命的疾病得到控制。青霉素、鏈霉素、金霉素、氯霉素、頭孢菌素等類型抗生素的發(fā)明為人類的健康做出了巨大貢獻(xiàn)。
　　農(nóng)業(yè)科學(xué)研究的對(duì)象是生物。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，為了使動(dòng)植物朝著人們所期望的方向發(fā)展，就必須掌握動(dòng)植物生長發(fā)育規(guī)律，了解各種有機(jī)化合物在生物體內(nèi)的合成、轉(zhuǎn)化、分解等過程。只有對(duì)有機(jī)化合物的一些典型結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化規(guī)律有了認(rèn)識(shí)之后，才能深入了解生物體中的這些生理變化過程，掌握和控制動(dòng)植物的生長發(fā)育動(dòng)向。
　　在農(nóng)業(yè)科學(xué)研究和農(nóng)產(chǎn)品的綜合利用中，人們經(jīng)常要對(duì)生物體內(nèi)的某些有機(jī)化合物進(jìn)行提取、分離和檢測(cè)。如果不知道這些有機(jī)化合物的基本結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，就不能很好地理解和掌握分離、檢測(cè)技術(shù)，更不可能創(chuàng)造新的分離、檢測(cè)方法并開發(fā)某些農(nóng)副產(chǎn)品的新用途。
　　有機(jī)合成產(chǎn)品正越來越廣泛地應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。合成的有機(jī)殺蟲劑、殺菌劑、除草劑和植物生長調(diào)節(jié)劑等在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮了不小的作用。其他如獸用藥物、醫(yī)療器材、飼料中的各種添加劑，還有農(nóng)用塑料薄膜、塑料農(nóng)具、燃料和潤滑油等農(nóng)用化學(xué)品也得到了廣泛應(yīng)用。只有了解這些化學(xué)品的組成、結(jié)構(gòu)、理化性質(zhì)和生理功能等，人們才能安全、合理、有效地使用它們。
　　未來，現(xiàn)代生物技術(shù)將占主導(dǎo)地位，這就要求生物和生命科學(xué)工作者具有更為扎實(shí)的有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)理論知識(shí)。因此，掌握和熟悉一些有機(jī)化學(xué)基本原理、基本技能和一些典型有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)是十分必要的。
　　1.1.2有機(jī)化合物的一般特性
　　有機(jī)化學(xué)是化學(xué)中一門相對(duì)獨(dú)立的學(xué)科。除了因?yàn)橛袛?shù)目龐大和種類繁多的化合物外，主要是由于有機(jī)化合物在結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上具有與無機(jī)化合物不同的特點(diǎn)。
　　有機(jī)化合物主要由碳、氫元素組成，一般還含有氧、氮元素，以及鹵素、硫、磷等少數(shù)元素。從結(jié)構(gòu)上看，絕大多數(shù)的有機(jī)化合物的骨架由碳組成，有機(jī)化合物可以看成是碳?xì)浠�合物以及由碳�(xì)浠�合物衍生出來的化合物。有機(jī)化學(xué)就是研究碳?xì)浠�合物及其衍生物的化學(xué)。
　　有機(jī)化合物都含有碳原子。碳處于周期表第ⅣA族，原子半徑較小，價(jià)電子比較多，碳原子之間的結(jié)合能力比其他元素的原子要強(qiáng)得多。碳原子之間可以單鍵、雙鍵或叁鍵互相結(jié)合成鏈狀的、環(huán)狀的、有分支的等各種各樣從簡單到復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。而結(jié)構(gòu)稍有不同，即使元素組成不變，也會(huì)成為另一種化合物。因此，有機(jī)化合物中普遍存在著同分異構(gòu)現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)復(fù)雜、同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍存在是有機(jī)化合物數(shù)目龐大和種類繁多的重要原因之一。
　　碳原子有4個(gè)價(jià)電子，要失去4個(gè)電子或得到4個(gè)電子使之形成稀有氣體的穩(wěn)定電子構(gòu)型，在通常情況下是不可能的。因此，在有機(jī)分子中，碳原子與碳原子之間、碳原子與其他元素的原子之間只能通過電子對(duì)的共享，即以共價(jià)鍵相結(jié)合，因此有機(jī)化合物一般都是共價(jià)化合物。
　　有機(jī)化合物原子間以共價(jià)鍵結(jié)合，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍，這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)使有機(jī)化合物與無機(jī)化合物相比，特別是與無機(jī)鹽類相比，具有如下的特性：
　�。�1） 大多數(shù)有機(jī)物是共價(jià)化合物，一般極性較弱或無極性，而水是強(qiáng)極性的。因此，有機(jī)物一般難溶或不溶于水，而易溶于有機(jī)溶劑。
　�。�2） 大多數(shù)有機(jī)物能燃燒，生成水和二氧化碳，燃燒后沒有或極少留下灰分。
　�。�3） 一般有機(jī)化合物熱穩(wěn)定性較差，受熱易分解，許多有機(jī)化合物在200~300℃時(shí)即逐漸分解。有機(jī)化合物分子間力主要以色散力為主，分子間的作用力較小。因此，許多有機(jī)化合物在常溫條件下是氣體、液體。常溫下是固體的有機(jī)物，它們的熔點(diǎn)也較低，熔點(diǎn)超過300℃的有機(jī)物很少。
　�。�4） 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，反應(yīng)往往不是單一的。有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)不是離子反應(yīng)，因而反應(yīng)速率較慢，往往需用光照、加熱或使用催化劑以加速反應(yīng)。反應(yīng)物間�？赏瑫r(shí)發(fā)生不同的反應(yīng)，得到幾種產(chǎn)物。一般把某一特定條件下主要進(jìn)行的反應(yīng)稱為主反應(yīng)，其他反應(yīng)稱為副反應(yīng)。因此，選擇合適的反應(yīng)條件，減少副反應(yīng)，提高主反應(yīng)產(chǎn)物的產(chǎn)量是有機(jī)化學(xué)家的一項(xiàng)重要任務(wù)。
　　（5） 有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同分異構(gòu)現(xiàn)象普遍，有些有機(jī)化合物還含有一個(gè)或多個(gè)手性碳原子。因此，認(rèn)定一個(gè)有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)，往往需要用多種物理和化學(xué)手段。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的鑒定也是有機(jī)化學(xué)家的一項(xiàng)重要任務(wù)。
　　1.1.3有機(jī)化學(xué)的研究方法
　　有機(jī)化合物的化學(xué)性質(zhì)很大程度上取決于有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)。研究有機(jī)化合物（不管是來自生物體的天然有機(jī)物還是人工合成的有機(jī)物），首先必須研究它的結(jié)構(gòu)。一般從下列幾點(diǎn)著手研究。
　　1.提取、分離和純化
　　研究某一有機(jī)物，首先必須把它從樣本（生物材料或反應(yīng)混合物）中提取出來。最常用的方法是用適當(dāng)?shù)娜軇┨崛�。這樣得到的化合物是不純的，需進(jìn)行分離、純化。分離純化的方法很多，如蒸餾、重結(jié)晶、萃取、升華、吸附、透析等，可根據(jù)研究對(duì)象選擇合適的方法，但是必須保證在操作過程中目的化合物不受破壞或發(fā)生變化。色譜法是現(xiàn)代廣泛應(yīng)用的分離純化手段，具有快速、簡便、靈敏、可靠等優(yōu)點(diǎn)，并可用于微量物質(zhì)的分離。分離純化后的物質(zhì)，通過沸點(diǎn)、熔點(diǎn)等物理常數(shù)的測(cè)定，以鑒定物質(zhì)的純度。
　　2.元素定性分析
　　化合物中碳和氫的存在可由燃燒法檢定：讓化合物與氧化銅一起加熱，使碳轉(zhuǎn)變?yōu)槎�氧化碳，氫轉(zhuǎn)變?yōu)樗�；以共價(jià)鍵結(jié)合的鹵素、氮、硫等元素，用鈉熔法把它們轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)離子后再作分析；化合物中的氧沒有簡單的化學(xué)檢定法，它的存在與否將由定量分析確定。
　　3.元素定量分析
　　碳、氫元素是通過燃燒法來定量的。將一定量的有機(jī)物樣品裝在盛有氧化銅的管子中，加熱到600~800℃，徹底燃燒分解。其后通過裝有干燥劑（通常是高氯酸鎂）的管子和裝有強(qiáng)堿（通常是堿石棉，即附著在石棉上的氫氧化鈉）的管子，生成的水被干燥劑吸收，二氧化碳被堿吸收。從每根管子質(zhì)量的增加便可知道碳、氫的含量。在鹵素、氮、硫、磷等元素的定量分析中，必須把共價(jià)鍵結(jié)合的鹵素、氮、硫、磷等元素轉(zhuǎn)變?yōu)闊o機(jī)離子后再定量。氧的百分含量常用100％減去其他所有元素的百分含量求得。
　　4.相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定
　　化合物的相對(duì)分子質(zhì)量可用經(jīng)典的凝固點(diǎn)下降法、沸點(diǎn)上升法等測(cè)定。但現(xiàn)在幾乎都用質(zhì)譜法測(cè)定，它能給出正確的數(shù)值。測(cè)出元素的百分含量和相對(duì)分子質(zhì)量，分子式就容易求得了。
　　1.2有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)
　　1.2.1價(jià)鍵
　　化學(xué)鍵是分子中將原子結(jié)合在一起的力�；瘜W(xué)鍵有兩種：柯塞爾（Kossel）的離子鍵和路易斯（Lewis）的共價(jià)鍵。它們都是基于如下的原子概念提出來的。
　　一個(gè)帶正電荷的原子核周圍，排列著各個(gè)同心殼層即不同能級(jí)的電子。每一殼層能容納的電子數(shù)目有一個(gè)最大值：第一層2個(gè)、第二層8個(gè)、第三層8或18個(gè)等。當(dāng)外層填滿時(shí)，就像稀有氣體那樣，原子處在穩(wěn)定狀態(tài)。離子鍵和共價(jià)鍵都是由于原子要達(dá)到這個(gè)穩(wěn)定的電子構(gòu)型而形成的。
　　離子鍵（ionic bond）是通過電子轉(zhuǎn)移而形成的，如氟化鋰的形成。一個(gè)鋰原子外層（價(jià)電子層）失去一個(gè)電子，帶一個(gè)正電荷，一個(gè)氟原子外層（價(jià)電子層）得到一個(gè)電子，帶一個(gè)負(fù)電荷，帶相反電荷的離子間的靜電吸引力稱為離子鍵。
　　共價(jià)鍵（covalent bond）通過電子對(duì)的共享而形成。例如，氫分子的生成，每個(gè)氫原子各有1個(gè)電子，通過共享一對(duì)電子，兩個(gè)氫原子都能滿足它們的2個(gè)電子的價(jià)電子層。又如，氯分子的生成，兩個(gè)氯原子的價(jià)電子層都是7個(gè)電子，通過共享一對(duì)電子完成它們的八隅體結(jié)構(gòu)。我們可按同樣方式設(shè)想CH4、CCl4的形成。這里的鍵合力同樣也是靜電吸引力，是指共享的電子對(duì)和兩核之間吸引力。絕大多數(shù)有機(jī)化合物中的原子是以共價(jià)鍵相連接的。
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