有机化学(石春玲)

《有机化学》首先介绍了有机化合物的结构理论和有机化学中的酸碱概念，然后以官能团为主线按性质、反应、制备等模块安排每章内容，立体化学在烃类化合物之后引出并渗透在随后的各章中，*后一章为有机合成初步，以便于读者了解有机合成的基本思路和方法。《有机化学》可作为化学、化工、材料、环境、生物等专业本科生的教材，也可供相关人员参考。

石春玲，徐州工程学院，副教授，2009年3月毕业于东南大学制药工程专业，在徐州工程学院化学化工学院从事教学工作至今。担任《有机化学》、《有机化学实验》、《药物化学》、《药物化学实验》、《精细化工与有机合成》、《应用化学专业英语》等专业基础课和专业课的教学工作，曾获得校级优 秀教案二等奖，发表教学论文2篇。主持并结项的校级科研青年课题1项和江苏省教育厅高校自然科学基金1项，在研校级科研培育课题1项，在国际学术期刊发表SCI收录论文3篇。

第1章绪论1

1.1有机化学的发展和有机化合物1

1.1.1有机化合物的特点2

1.1.2有机化合物的分类和官能团3

1.2有机化合物结构理论5

1.2.1有机化合物中的价键理论5

1.2.2有机化合物中共价键的性质7

1.3有机化学中的酸和碱8

1.3.1质子理论9

1.3.2电子理论9

1.4有机反应类型11

1.5有机化学的发展及有机化学的学习方法12

1.5.1有机化学的发展12

1.5.2有机化学的学习方法13

阅读材料: 莱纳斯·卡尔·鲍林14

第2章烷烃16

2.1烷烃的同系列和异构16

2.1.1烷烃同系列16

2.1.2烷烃的异构16

2.2烷烃的命名18

2.2.1烷基的概念18

2.2.2烷烃的命名19

2.3烷烃的结构21

2.3.1甲烷的结构和sp3杂化21

2.3.2其他烷烃的结构22

2.4烷烃的构象22

2.4.1乙烷的构象22

2.4.2正丁烷的构象24

2.5烷烃的物理性质24

2.6烷烃的化学性质26

2.6.1氧化反应27

2.6.2异构化反应27

2.6.3裂化反应28

2.6.4取代反应28

2.6.5甲烷卤化反应机理——自由基链式取代反应29

2.6.6甲烷氯化反应过程中的能量变化——反应热、活化能和过渡态30

2.6.7烷烃的卤化反应——卤化反应的取向、自由基的稳定性、活性与选择性32

2.7烷烃的主要来源和制备33

2.7.1烷烃的主要来源——石油和天然气33

2.7.2烷烃的制备34

阅读材料: 德里克·哈罗德·理查德·巴顿35

习题36

第3章烯烃38

3.1烯烃的异构现象和命名38

3.1.1烯烃的异构现象38

3.1.2烯烃的命名39

3.2烯烃的结构41

3.2.1乙烯的结构41

3.2.2其他烯烃的结构42

3.3烯烃的物理性质42

3.4烯烃的化学性质44

3.4.1亲电加成反应44

3.4.2自由基加成反应49

3.4.3硼氢化反应51

3.4.4氧化反应52

3.4.5还原反应（催化加氢）53

3.4.6α-H的反应54

3.4.7聚合反应55

3.5烯烃的来源和制法57

3.5.1烯烃的工业来源与制法57

3.5.2烯烃的实验室制法57

3.6重要的烯烃——乙烯、丙烯和丁烯58

阅读材料: 2005年诺贝尔化学奖:烯烃复分解58

习题59

第4章炔烃和二烯烃61

4.1炔烃的异构和命名61

4.2炔烃的结构62

4.3炔烃的物理性质63

4.4炔烃的化学性质63

4.4.1三键碳上氢原子的弱酸性63

4.4.2加成反应65

4.4.3氧化反应68

4.4.4聚合反应68

4.5炔烃的制备69

4.5.1乙炔的生产69

4.5.2由二元卤代烷制备炔烃70

4.5.3由金属炔化物制备炔烃70

4.6二烯烃的分类和命名71

4.7共轭二烯烃的结构及特性72

4.8共轭二烯烃的性质74

4.8.11,2-加成和1,4-加成74

4.8.2双烯合成（狄尔斯-阿尔德反应）与电环化反应76

4.8.3二烯烃的聚合——合成橡胶78

阅读材料: 狄尔斯-阿尔德反应80

习题80

第5章脂环烃83

5.1脂环烃的定义、命名和异构83

5.2脂环烃的性质85

5.2.1脂环烃的物理性质85

5.2.2脂环烃的化学性质85

5.3环烷烃的来源与制备87

5.4环烷烃的环张力和稳定性88

5.5环烷烃的结构89

5.5.1环丙烷的结构89

5.5.2环丁烷的结构89

5.5.3环戊烷的结构90

5.5.4环己烷的结构90

5.5.5十氢化萘的结构92

5.6萜类和甾族化合物92

5.6.1萜类92

5.6.2甾族化合物93

阅读材料: 1905年诺贝尔化学奖获得者：阿道夫·冯·贝耶尔95

习题97

第6章芳烃与非苯芳烃99

6.1苯的结构和芳香性100

6.1.1凯库勒结构式100

6.1.2苯分子结构的近代概念101

6.1.3休克尔规则103

6.1.4芳香性的判断103

6.2单环芳烃的构造异构和命名106

6.3单环芳烃的来源与制备107

6.3.1煤的干馏107

6.3.2石油的芳构化107

6.4单环芳烃的物理性质108

6.5苯的化学性质109

6.5.1亲电取代反应109

6.5.2加成反应115

6.5.3芳烃侧链反应116

6.6苯环上亲电取代反应的定位规则117

6.6.1定位规则117

6.6.2二取代苯的定位规则120

6.6.3定位规则应用120

6.7联苯及其衍生物121

6.8稠环芳烃122

6.8.1萘的结构和性质122

6.8.2其他稠环芳烃126

6.9非苯芳烃128

6.9.1薁128

6.9.2轮烯128

6.10杂环化合物129

6.10.1杂环化合物的分类和命名129

6.10.2杂环化合物的结构与芳香性131

6.10.3杂环化合物的化学性质132

6.10.4五元杂环化合物133

6.10.5六元杂环化合物136

阅读材料: 休克尔138

习题139

第7章立体化学143

7.1手性和对映体144

7.2旋光性和比旋光度146

7.2.1旋光性146

7.2.2比旋光度147

7.3含有一个手性碳原子的化合物的对映异构148

7.4构型的表达式、构型的确定和构型的标记148

7.4.1构型的表达式148

7.4.2构型的确定149

7.4.3构型的标记150

7.5含有多个手性碳原子化合物的立体异构152

7.6环状化合物的立体异构155

7.7不含手性碳原子化合物的对映异构155

7.8含有其他手性原子化合物的对映异构156

7.9外消旋体的拆分157

7.10手性合成（不对称合成）158

阅读材料: 2001年诺贝尔化学奖——手性催化氢化反应和手性催化氧化反应159

习题161

第8章卤代烃163

8.1卤代烃的分类和命名164

8.2卤代烃的物理性质165

8.3炔烃的化学性质166

8.3.1亲核取代反应166

8.3.2消除反应167

8.3.3与金属反应168

8.4亲核取代反应机理169

8.4.1单分子亲核取代169

8.4.2双分子亲核取代反应171

8.4.3影响亲核取代反应的因素172

8.5消除反应机理174

8.5.1单分子消除反应（E1）174

8.5.2双分子消除反应（E2）175

8.5.3影响消除反应历程的因素176

8.5.4消除反应历程的取向176

8.5.5消除反应与取代反应的竞争177

8.6卤代烃的制备179

8.6.1烃类的卤化反应179

8.6.2由醇制备179

8.6.3不饱和烃与卤化氢或卤素的加成179

8.6.4卤素的置换180

8.7重要的卤代烃180

阅读材料: 保罗·约瑟夫·克鲁岑182

习题182

第9章醇、酚和醚186

9.1醇的结构、分类和命名186

9.1.1醇的结构186

9.1.2醇的分类187

9.1.3醇的命名187

9.2醇的物理性质188

9.3醇的化学性质190

9.3.1醇的酸性190

9.3.2生成卤代烃191

9.3.3生成酯192

9.3.4脱水反应193

9.3.5氧化和还原194

9.4多元醇的反应195

9.4.1螯合物的生成196

9.4.2氧化反应196

9.4.3α,β-不饱和醛酮196

9.5醇的制备197

9.5.1由烯烃制备197

9.5.2由格氏试剂制备197

9.5.3由卤代烃制备198

9.5.4由羰基化合物还原制备198

9.6重要的醇199

9.6.1甲醇199

9.6.2乙醇200

9.6.3丙醇200

9.6.4乙二醇200

9.6.5丙三醇201

9.6.6苯甲醇202

9.7硫醇202

9.7.1硫醇的性质202

9.7.2硫醇的制备203

9.8酚的结构、分类和命名204

9.9酚的物理性质204

9.10酚的化学性质205

9.10.1酸性205

9.10.2酯化反应和弗里斯重排207

9.10.3亲电取代反应207

9.10.4显色反应210

9.11酚的制备210

9.12重要的酚211

9.12.1苯酚211

9.12.2甲(苯)酚211

9.12.3对苯二酚211

9.12.4萘酚211

9.12.5环氧树脂212

9.12.6离子交换树脂212

9.13醚的结构、分类和命名213

9.14醚的物理性质214

9.15醚的化学性质215

9.15.1醚的自动氧化215

9.15.2盐的生成215

9.15.3醚键的断裂215

9.15.41,2-环氧化合物的开环反应216

9.16醚的制备217

9.16.1威廉姆森合成217

9.16.2醇分子间失水217

9.16.3酚醚的生成和克莱森重排217

9.17环醚218

9.17.1环氧乙烷218

9.17.2环氧丙烷218

9.17.33-氯-1,2-环氧丙烷219

9.17.41,4-二氧六环219

9.17.5冠醚219

9.18硫醚220

9.18.1硫醚的性质221

9.18.2硫醚的制备221

阅读材料: 乔治·安德鲁·欧拉222

习题222

第10章醛和酮226

10.1羰基的特征226

10.2醛和酮的命名226

10.3醛和酮的物理性质227

10.4醛和酮的化学性质230

10.4.1羰基的亲核加成反应230

10.4.2羰基加成反应的立体化学238

10.4.3α-氢原子的活泼性240

10.4.4氧化和还原244

10.5醛基和酮基的保护和去保护247

10.6不饱和醛、酮248

10.6.1乙烯酮248

10.6.2α,β-不饱和醛、酮248

10.6.3Michael加成反应和Robinson增环反应250

10.7醛和酮的制备251

10.7.1炔烃的水合251

10.7.2羰基合成251

10.7.3傅瑞德尔-克拉夫茨酰基化反应251

10.7.4盖特曼-科赫反应251

10.7.5芳烃的侧链氧化252

10.7.6同碳二卤化物的水解252

10.7.7醇的氧化与脱氢252

10.7.8羧酸衍生物的还原253

10.8重要的醛和酮253

10.8.1甲醛253

10.8.2乙醛254

10.8.3丙酮254

10.9醌254

10.9.1醌的命名255

10.9.2醌的反应255

10.9.3醌的制备256

阅读材料:邢其毅257

习题257

第11章羧酸及其衍生物261

11.1羧酸的分类和命名261

11.2羧酸的结构263

11.3羧酸的物理性质263

11.4羧酸的波谱性质264

11.5羧酸的化学性质265

11.5.1羧酸的酸性和诱导效应266

11.5.2α-H卤代268

11.5.3脱羧反应269

11.5.4羧基的还原269

11.5.5羧酸衍生物的生成270

11.6羧酸的制备方法272

11.6.1氧化272

11.6.2腈水解273

11.6.3金属有机试剂CO2作用273

11.7羟基酸274

11.7.1羟基酸的性质274

11.7.2羟基酸的制备275

11.8羧酸衍生物的命名与结构276

11.9羧酸衍生物的物理性质277

11.10羧酸衍生物的波谱性质278

11.11羧酸衍生物的化学性质279

11.11.1羧酸衍生物的亲核取代（加成-消除）反应279

11.11.2水解、醇解和氨解反应280

11.11.3羧酸衍生物与金属有机试剂的反应283

11.11.4酯缩合反应283

11.11.5还原反应285

11.12碳酸衍生物286

11.12.1碳酰氯286

11.12.2碳酰胺287

11.12.3氨基甲酸酯287

11.12.4原甲酸酯288

11.13β-二羰基化合物288

11.13.1β-二羰基化合物烯醇负离子的稳定性288

11.13.2乙酰乙酸乙酯在合成中的应用289

11.13.3丙二酸二乙酯在合成中的应用292

11.13.4其他活性亚甲基化合物的反应293

11.13.5克脑文格尔反应293

11.13.6迈克尔加成反应294

阅读材料:卡尔·威尔海姆·舍勒295

习题295

第12章含氮化合物301

12.1硝基化合物302

12.1.1硝基化合物的结构、分类和命名302

12.1.2硝基化合物的制备方法302

12.1.3脂肪族硝基化合物303

12.1.4芳香族硝基化合物304

12.2胺307

12.2.1胺的分类、命名和结构308

12.2.2胺的制备方法310

12.2.3胺的物理性质312

12.2.4胺的波谱性质312

12.2.5胺的化学性质315

12.3重氮和偶氮化合物319

12.3.1重氮盐的制备——重氮化反应320

12.3.2重氮盐的反应及其在合成上的应用321

12.4偶氮化合物和偶氮染料324

12.5重氮甲烷和卡宾325

12.6叠氮化合物和胍327

12.6.1叠氮化合物327

12.6.2胍327

12.7腈、异腈和它们的衍生物327

12.7.1腈327

12.7.2异腈328

12.7.3异氰酸酯328

阅读材料:弗里茨·哈伯329

习题330

第13章糖336

13.1单糖的结构336

13.1.1单糖的构型和标记法337

13.1.2单糖的氧环式结构及构象337

13.2单糖的性质340

13.2.1单糖的物理性质340

13.2.2单糖的化学性质341

13.2.3重要的单糖345

13.2.4重要的单糖衍生物347

13.3二糖349

13.3.1常见寡糖的结构349

13.3.2寡糖的性质349

13.3.3常见的寡糖350

13.4多糖352

13.4.1同聚多糖352

13.4.2杂聚多糖356

13.4.3结合糖357

阅读材料:赫尔曼·埃米尔·费歇尔357

习题358

第14章氨基酸、多肽与蛋白质361

14.1氨基酸命名、构型和种类361

14.2氨基酸的性质364

14.2.1氨基酸的物理性质364

14.2.2氨基酸的化学性质365

14.3氨基酸的制备和应用367

14.3.1化学合成367

14.3.2氨基酸的生物合成369

14.3.3氨基酸的其他制备方法370

14.4多肽370

14.4.1肽的物理性质371

14.4.2多肽的合成371

14.5蛋白质372

14.5.1蛋白质的元素组成及分类373

14.5.2蛋白质结构373

14.5.3蛋白质的理化性质375

14.5.4蛋白质的生理功能377

阅读材料:杜维尼奥377

习题378

第15章核酸381

15.1核酸的组成381

15.1.1戊糖382

15.1.2碱基382

15.1.3核苷及核苷酸383

15.2核酸的结构384

15.2.1核酸的一级结构384

15.2.2DNA的分子结构384

15.2.3RNA的种类和分子结构386

15.3核酸的理化性质388

15.3.1核酸的一般理化性质388

15.3.2核酸的水解389

15.3.3核酸的变性、复性和分子杂交389

15.3.4核酸的颜色反应以及在分析测定中的运用390

15.4核酸的生理功能391

15.4.1核酸是遗传的物质基础391

15.4.2蛋白质的合成离不开核酸391

15.4.3核酸是人体的重要组成部分391

15.5人类基因组计划391

阅读材料:弗朗西斯·哈里·康普顿·克里克和詹姆斯·杜威·沃森392

习题393

第16章有机合成395

16.1有机合成设计总体思路395

16.1.1反合成分析396

16.1.2目标分子的切断策略与技巧399

16.2有机合成方法选择与应用400

16.2.1有机反应选择性的应用400

16.2.2导向基的应用402

16.2.3重排反应的应用402

16.2.4合成路线考察与选择403

16.2.5不对称合成404

16.2.6计算机辅助有机合成设计405

16.2.7组合化学405

16.2.8绿色合成化学406

16.3新型有机合成技术简介407

16.3.1有机光化学合成407

16.3.2有机电化学合成408

16.3.3有机辐射化学合成409

16.3.4有机固相合成409

16.3.5相转移催化合成410

阅读材料:罗伯特·伯恩斯·伍德沃德411

习题412

参考文献414

 

《有机化学》参考了国内外相关教材，并结合了徐州工程学院有机化学教研组教师多年来的教学经验。自计划编写开始，各位编者结合教学实践和有机化学学科的发展现状，广泛收集材料，多易初稿，力求使本教材达到科学性、新颖性、先进性和实践性的基本要求，以适应高等学校工科教学改革的发展。本书选材和论述充分注意到当今化工、材料、环境、生物工程等工科学生的本科专业要求，强调概念和知识的应用，注意培养学生发现问题和分析解决问题的能力，尽力阐明知识的提出、表现及去向，阐述深入浅出，通俗易懂，便于教学和自学。本书的教学学时数可根据各高校自身的培养方案灵活安排，64学时、80学时或96学时等均可适用。编者在编写时围绕如下几点展开：1. 以工科学生应掌握的适应当代知识的基本理论和基本概念为框架，突出知识点“少而精”，严格控制章节和字数，删繁就简；同时，保持了内容的简洁和体系的完整，适用范围广。2. 先介绍有机化学的十大基本理论要点，在合适的位置引入立体化学。在各章节中结合知识点，加强和展开这些理论和概念的内涵和应用，便于读者理解与掌握有机反应及化合物的物理化学性质。3. 以官能团分类，把同一官能团的芳香族和脂肪族化合物放在一起讨论，便于强调和对比其对应的理化性能之间的联系与区别。后专设一章“有机合成”，初步介绍给读者开展有机合成的基本思路和方法。4. 反应机理按照反应类型进行讨论，但各具体反应机理不做深入阐述。立体化学的应用渗透在各章节中，足以体现立体异构在现代有机化学学科中的重要性。5. 富有时代气息，能基本反映出现代有机化学与生命、材料、环境等学科的交叉作用。6. 章后附有习题，有些章节中的重要知识点后面还会加入适当的练习，题型丰富多样，以供读者复习知识点。每章给出相关阅读材料，供读者学习之余拓宽知识面，激发其学习有机化学和探索科学的兴趣。7. 有机化合物结构解析的相关内容将在后续编写的教材中详细讨论。参加本书编写工作的有石春玲（第2、4、6、8、9、10章）、冯惠（第1、3、5、7章）、田林（第11、12、13章）、李昭（第14、15、16章），吴琼、史小琴、张戈等在资料收集方面做了很多工作，全书由石春玲负责统稿和定稿。尽管各位编者付出了艰辛的努力和巨大的精力，但由于水平所限，书中难免出现不当之处，恳请读者不吝指教。编者2017年9月