第一章绪论学习要求：1.．了解有机化学的发展简史，激发学生的学习兴趣和求知欲；2.掌握有机化学、有机化合物的定义：有机化合物的特性及构造式表示方法；共价键理论及其在有机化学上的应用：3.了解研究有机物的一般方法及分类。一、有机化合物与有机化学(一)、定义1.有机化合物一指碳氢化合物及其衍生物。2.有机化学一研究碳氢化合物及其衍生物的化学。（二）、有机化合物的特点1.组成和结构之特点有机化合物：种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不断增加）但组成元素少（C，H，O，N，P，S，X等）原因：1）C原子自身相互结合能力强2）结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状）3）同分异构现象普遍（构造异构、构型异构、构象异构）例如，CH.0就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物。见P32.性质上的特点1)熔、沸点低很多典型的无机物是离子化合物，它们的结晶是由离子排列而成的，晶格能较大，若要破坏这个有规则的排列，则需要较多的能量，故熔点、沸点一般较高。而有机物多以共价键结合，它的结构单元往往是分子，其分子间的作用力较弱。因此，熔点、沸点一般较低。在实验室里便于测定，所以常用有机物的熔点来鉴定，鉴别有机物。有机物的熔点一般小于300℃（400℃），无机物的熔点一般较高，氯化钠的熔点为800℃。2）难溶于水（大多不容或难溶于水，易溶手于有机溶剂）水是一种极性很强、介电常数很大的液体，故极性较强的无机物就易溶于水中，而有机物一般为非极性或极性较弱的化合物，所以有机物多数都不溶于极性溶剂中，然而糖、乙醇、乙酸等含有极性强的基团，在水中的溶解度较大。3）可燃烧性碳氢化合物，燃烧的最终产物是二氧碳和水。除少数外一般的有机物都易燃。大多数无机物不能着火，也不能烧尽。可利用这个性质来初步区别有机物和无机物。我们日常食用的糖和盐可以看成是有机物和无机物的两个典型代表。糖加热发烟、变黑、烧焦，而盐是烧不焦的。大多数有机物都易燃，例酒精、棉花、石油等，在实验室中可采用灼烧来区别有机物和无机物，即将样品话白金属片或锅盖上慢慢用火焰加热，有机物将碳化燃烧至尽，不留残渣，无机物则不易燃烧。4）反应速度慢，产物复杂无机反应一般都是离子反应，往往瞬间可完成。例卤离子和银离子相遇时即刻形成不溶解的卤化银沉淀。有机反应一般是非离子反应，速度较慢，但也有例外，有机炸药的爆炸。为了加速有机反应常采用加热，加催化剂或用光照射等手段。有机反应常伴有付反应发生。有机物分子比较复杂。能起反应的部位比较多。因此反应时常产生复杂的混合物使主要的反应产物大大降低。一个有机反应若能达到60-70%的产率，就比较令人满意了。但科学研究中为了提取某种需要的物质，往往产率只有1%也认为是可行的。由于产物复杂，所以有机物的分离技术是很重要的。1
1 第一章 绪 论 学习要求: 1．了解有机化学的发展简史，激发学生的学习兴趣和求知欲； 2．掌握有机化学、有机化合物的定义；有机化合物的特性及构造式表示方法；共价键理论及其在 有机化学上的应用； 3．了解研究有机物的一般方法及分类。 一、有机化合物与有机化学 （一）、定义 1．有机化合物 指碳氢化合物及其衍生物。 2．有机化学 研究碳氢化合物及其衍生物的化学。 （二）、 有机化合物的特点 1．组成和结构之特点 有机化合物：种类繁多、数目庞大（已知有七百多万种、且还在不断增加） 但组成元素少 （C， H， O， N ，P， S， X 等） 原因： 1） C 原子自身相互结合能力强 2) 结合的方式多种多样（单键、双键、三键、链状、环状） 3) 同分异构现象普遍 （构造异构、构型异构、构象异构） 例如，C2H6O 就可以代表乙醇和甲醚两种不同的化合物。见 P3 2． 性质上的特点 1)熔、沸点低 很多典型的无机物是离子化合物，它们的结晶是由离子排列而成的，晶格能较大，若要破坏这个有 规则的排列，则需要较多的能量，故熔点、沸点一般较高。而有机物多以共价键结合，它的结构单元往 往是分子，其分子间的作用力较弱。因此，熔点、沸点一般较低。在实验室里便于测定，所以常用有机 物的熔点来鉴定，鉴别有机物。 有机物的熔点一般小于 300℃(400℃)，无机物的熔点一般较高，氯化钠的熔点为 800℃。 2) 难溶于水 （大多不容或难溶于水，易溶于有机溶剂） 水是一种极性很强、介电常数很大的液体，故极性较强的无机物就易溶于水中，而有机物一般为非 极性或极性较弱的化合物，所以有机物多数都不溶于极性溶剂中，然而糖、乙醇、乙酸等含有极性强的 基团，在水中的溶解度较大。 3） 可燃烧性 碳氢化合物，燃烧的最终产物是二氧碳和水。除少数外一般的有机物都易燃。大多数无机物不能着 火，也不能烧尽。可利用这个性质来初步区别有机物和无机物。 我们日常食用的糖和盐可以看成是有机物和无机物的两个典型代表。糖加热发烟、变黑、烧焦，而 盐是烧不焦的。大多数有机物都易燃，例酒精、棉花、石油等，在实验室中可采用灼烧来区别有机物和 无机物，即将样品话白金属片或坩锅盖上慢慢用火焰加热，有机物将碳化燃烧至尽，不留残渣，无机物 则不易燃烧。 4） 反应速度慢，产物复杂 无机反应一般都是离子反应，往往瞬间可完成。例卤离子和银离子相遇时即刻形成不溶解的卤化银 沉淀。有机反应一般是非离子反应，速度较慢，但也有例外，有机炸药的爆炸。为了加速有机反应常采 用加热，加催化剂或用光照射等手段。有机反应常伴有付反应发生。有机物分子比较复杂。能起反应的 部位比较多。因此反应时常产生复杂的混合物使主要的反应产物大大降低。一个有机反应若能达到 60- 70%的产率，就比较令人满意了。但科学研究中为了提取某种需要的物质，往往产率只有 1%也认为是可 行的。由于产物复杂，所以有机物的分离技术是很重要的
5）共价键相连有机物分子主要共价键相连。（三）、有机化学发展简史回顾发展史，有助于我们今天的学习。我们可以借鉴前人提出问题和解决问题的思路与方法。实际上，有机化学作为一门科学，只有二百年的历史。有机化学和其它学科一样，在其发展的历史长河中，有着许多耐人寻味，发人深醒，令人鼓舞的历史资料。科学研究者们在推进科学前进的奋斗中，经常忽视了他们专业的历史。这是令人遗感的，因为历史，特别是学术思想的历史，能交给我们许多关于创造性思维的心理。1.有机物的利用。人类应用有机物的开端，可以追溯到非常久远的年代，在有历史记载之前，我国在夏、商时代人们就会酿酒为了满足生活的需要，以后逐渐地使用染料，香料、草药等，地这个时期已经积累了比较丰富的实践经验，但由于生产力的落后，人类对有机物的认识仍然停留在初级阶段，还没有发展成为一门科学科。人类使用有机物的历史很长，世界上几个文明古国很早就掌握了酿酒、造醋和制糖的技术。据记载，中国古代曾制取到一些较纯的有机物质，如没食子酸（982--992)、乌头碱（1522年以前）、甘露醇（1037--1101)等；16世纪后期，西欧制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。由于这些有机物都是直接或间接来自动植物体，因此，1777年，瑞典化学家Bergman将从动植物体内得到的物质称为有机物，以示区别于有关矿物质的无机物。有机化学的发展是在十八世纪，随着资产阶级在欧洲兴起，以使用机器为特点的大工业迅速发展起来，这样就需要大量的化学材料，有机化学正是在这样的社会需要的推动下产生和发展起来的。2.“生命力”的禁区十八世纪末：发现有些物质在动物和植物中都能存在，于是把存在于生物体的物质统称为“有机物”。矿物质称为“无机物”。限手当时科学水平，还不能在实验室里从“无机物”制取“有机物”。主要是从动植物中提取有机物。于是便错误的认为有机物只能从动植物有机体中得到，无形中在无机物和有机物之间划了一条不可愈越的鸿沟。十九世纪初：瑞典化学家J.Berzeliua（贝齐里斯）提出“生命力”论，严重的阻碍了有机化学的发展，使人们放弃了人工合成有机物。当时瑞典化学家J.Berzeliua在研究有机物工作中，遇到了许多的困难后，提出了只有生物才能制造有机物。因为生物具有一种“生命力”，依靠这种“生命力”，便可以进行那些在实验室内所不能进行的各种化学反应而且还对有机化学下了一个定义：“有机化学是动植物的存在生命影响下所生成的物质的化学。”这个唯心的“生命力”论曾阻碍过有机化学的发展，有机物需要靠神秘的“生命力”在活体内才能制造，决不能在实验室中用化学方法从无机物制备。这种思想曾一度牢固地统治着有机化学界，使人们放弃了用人工合成有机物的想法。有机化学中的“有机”二字，由此产生，有机物只能从动植物中提取而不能人工合成。3.冲破“生命力”论1828年，德国化学家维勒，冲破了“生命力”论的束缚，在实验室将无机物氰酸铵溶液蒸发得到有机物尿素。NH4CNO-→（NH2）2CO维勒的这一成果并没有立即得到同行们的承认，但合成尿素的成功，直接地冲击了“生命力”论从而敲响了“生命力”论的丧钟，在有机物和无机物之间的界限上打开了一个缺口，尿素的合成，启发了许多化学家，继维勒工作之后，更多的有机物合成成功。1845年，德国的柯尔柏(H.Kolnbe)合成醋酸。1854年，法国的柏塞罗(M.Bevthlot)合成了油脂。事实证明了人工合成有机物是完全可能的，从而流行一时的“生命力”论，终于被击溃了。恩格斯在《自然辩证法》导言中写道：“由于用无机的方法制造出过去一直只能在活的机体中产生的化合物，它2
2 5） 共价键相连 有机物分子主要共价键相连。 （三）、 有机化学发展简史 回顾发展史，有助于我们今天的学习。我们可以借鉴前人提出问题和解决问题的思路与方法。实际 上，有机化学作为一门科学，只有二百年的历史。有机化学和其它学科一样，在其发展的历史长河中， 有着许多耐人寻味，发人深醒，令人鼓舞的历史资料。 科学研究者们在推进科学前进的奋斗中，经常忽视了他们专业的历史。这是令人遗憾的，因为历史， 特别是学术思想的历史，能交给我们许多关于创造性思维的心理。 1．有机物的利用。人类应用有机物的开端，可以追溯到非常久远的年代，在有历史记载之前，我国 在夏、商时代人们就会酿酒为了满足生活的需要，以后逐渐地使用染料，香料、草药等，地这个时期已 经积累了比较丰富的实践经验，但由于生产力的落后，人类对有机物的认识仍然停留在初级阶段，还没 有发展成为一门科学科。 人类使用有机物的历史很长，世界上几个文明古国很早就掌握了酿酒、造醋和制饴糖的技术。据记 载,中国古代曾制取到一些较纯的有机物质,如没食子酸(982-992)、乌头碱(1522 年以前)、甘露醇 (1037-1101)等;16 世纪后期,西欧制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。由于这些有机物都是直接或间接 来自动植物体，因此,1777 年，瑞典化学家 Bergman 将从动植物体内得到的物质称为有机物，以示区别 于有关矿物质的无机物。 有机化学的发展是在十八世纪，随着资产阶级在欧洲兴起，以使用机器为特点的大工业迅速发展起 来，这样就需要大量的化学材料，有机化学正是在这样的社会需要的推动下产生和发展起来的。 2．“生命力”的禁区 十八世纪末：发现有些物质在动物和植物中都能存在，于是把存在于生物体的物质统称为“有机物”。 矿物质称为“无机物”。 限于当时科学水平，还不能在实验室里从“无机物”制取“有机物”。主要是从动植物中提取有机物。 于是便错误的认为有机物只能从动植物有机体中得到，无形中在无机物和有机物之间划了一条不可愈越 的鸿沟。 十九世纪初：瑞典化学家 J.Berzeliua（贝齐里斯）提出“生命力”论，严重的阻碍了有机化学的 发展，使人们放弃了人工合成有机物。当时瑞典化学家 J.Berzeliua 在研究有机物工作中，遇到了许多 的困难后，提出了只有生物才能制造有机物。因为生物具有一种“生命力”，依靠这种“生命力”，便可 以进行那些在实验室内所不能进行的各种化学反应而且还对有机化学下了一个定义：“有机化学是动植 物的存在生命影响下所生成的物质的化学。”这个唯心的“生命力”论曾阻碍过有机化学的发展，有机物 需要靠神秘的“生命力”在活体内才能制造，决不能在实验室中用化学方法从无机物制备。这种思想曾 一度牢固地统治着有机化学界，使人们放弃了用人工合成有机物的想法。 有机化学中的“有机”二字，由此产生，有机物只能从动植物中提取而不能人工合成。 3．冲破“生命力”论 1828 年，德国化学家维勒，冲破了“生命力”论的束缚，在实验室将无机物氰酸铵溶液蒸发得到 有机物尿素。 NH4CNO→（NH2）2CO 维勒的这一成果并没有立即得到同行们的承认，但合成尿素的成功，直接地冲击了“生命力”论， 从而敲响了“生命力”论的丧钟，在有机物和无机物之间的界限上打开了一个缺口，尿素的合成，启发 了许多化学家，继维勒工作之后，更多的有机物合成成功。 1845 年，德国的柯尔柏(H.Kolnbe)合成醋酸。 1854 年，法国的柏塞罗(M.Bevthlot)合成了油脂。 事实证明了人工合成有机物是完全可能的，从而流行一时的“生命力”论，终于被击溃了。恩格斯 在《自然辩证法》导言中写道：“由于用无机的方法制造出过去一直只能在活的机体中产生的化合物，它
就证明了化学定律对有机物和无机物同样适用，而且把康德还认为地无机界和有机界之间的永远不可逾越的鸿沟大部分填起来了。”这样，有机化学进入了合成的时代。随着有机合成的迅速发展，积累了大量的实验资料，人们愈来愈清楚地知道，在有机物与无机物之间并没有一个绝对的界限，它们遵循着共同的变化规律，但在组成上和性质上这两类物质的确存在着某些不同之处。1965年，我国的化学工作者成功的合成了胰岛素。（胰岛素：一种重要的激素。主要功能是调节糖的代谢及促进脂肪、蛋白质）。这是在有机合成方面，我们中国的骄傲。有人这样评价，尿素的合成突破了无机物和有机物的界限。而胰岛素的合成突破了一般有机物和生物高分子的界限，从而开创了人工合成蛋白质的新时期。1981年，我国又人工合成了与天然转移核糖核酸完全相同的化学结构和生物活性的酵母丙氨酸转移核糖核酸。4.碳的立体化学有机化学进入了合成时代后，发展很快，积累了很多有机物，为了深入研究有机化合物，就需要进行分子结构的研究。1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库帕，提出了有机化合物分子中碳原子是四价的概念。有机化学从十九世纪前的无维概念经过了十九世纪早期的一维概念而发展到了二维概念。这一概括构成了有机物经典结构理论的核心。1861年，俄国化学家布特列洛夫，运用了碳四价的概念，首次提出了化学结构的概念。认为结构是原子在分子中结合的序列，绝大多数有机物具有固定的结构，而结构规定了化合物的物理特征和反应行为。1865年，凯库勒提出了苯的结构。1874年，荷兰化学家范荷夫和法国化学家勒贝，建立了分子的立体概念，说明了对映体面和几何异构现象。5.二十世纪的发展20世纪化学基础研究中的重大突破性成果可从历届诺贝尔化学奖获得者的重大贡献中获悉。从1901年开始在世界范围评选诺贝尔化学奖以来到1999年颁奖，应该是99届了。但其中由于战争和其他原因，有8次（1916，1917，1919，1924，1939，1940，1941和1942年）没有颁奖，所以实际颁发了91届。应当说这些诺贝尔化学奖得主在当时均在化学的某一领域中有了重大发现和做出了杰出贡献，并经长时间的考验和严格的推荐及评选而产生的（当然也可能有某些政治因素产生的偏见致使一些当时认为是重大研究成果而被忽略，如侯氏制碱法、牛胰岛素的合成等）。在91届的诺贝尔化学奖中以二级学科区分，大致如下（由于某些研究结果属学科交叉，所以在区分归属时会有些出入）：无机化学14项，有机化学32项，物理化学26项，高分子化学4项，分析化学6项。现不妨从中遵选在上世纪有机化学发展中起作用里程碑使用的重大成果作一历史性的概述。二十世纪初：在物理学一系列新发现的推动下，提出了电子成对的化学键的价键观点。二十世纪三十年代：量子力学原理和方法引入化学领域后，建立了量子化学，使化学键的观点获得了理论基础，阐明了化学键的微观本质，从而出现了电子效应、立体效应等理论。二十世纪六十年代起：由于各波段各种分子光谱的应用，对分子结构的测定提供了有力的手段，对共轭体系总结出了分子轨道对称守恒原理，使有机化学发展到了一个重要的阶段。1965年：中国科学院上海生物化学研究所在王应所长的组织领导下，与北京大学和中国科学院上海有机化学研究所的科学家通力合作，历时七年多，于1965年9月，在世界上第一次用人工的方法合成出具有生物活性的蛋白质一一结晶牛胰岛素。她标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出了重要的一步。她轰动了当时的国际学术界，为祖国赢得了巨大的荣誉。面对功绩和荣誉，作为学术带头人的王应，想到的是集体和他人，甚至没有在科研报告中署上自已的名字。第二年，瑞典皇家科学院诺贝尔奖评审委员会化学组主席专程来到中国，研究评选有关人工合成牛胰岛素的中国科学家获奖事3
3 就证明了化学定律对有机物和无机物同样适用，而且把康德还认为地无机界和有机界之间的永远不可逾 越的鸿沟大部分填起来了。” 这样，有机化学进入了合成的时代。随着有机合成的迅速发展，积累了大量的实验资料，人们愈来 愈清楚地知道，在有机物与无机物之间并没有一个绝对的界限，它们遵循着共同的变化规律，但在组成 上和性质上这两类物质的确存在着某些不同之处。 1965 年，我国的化学工作者成功的合成了胰岛素。（胰岛素：一种重要的激素。主要功能是调节糖 的代谢及促进脂肪、蛋白质）。这是在有机合成方面，我们中国的骄傲。有人这样评价，尿素的合成突破 了无机物和有机物的界限。而胰岛素的合成突破了一般有机物和生物高分子的界限，从而开创了人工合 成蛋白质的新时期。 1981 年，我国又人工合成了与天然转移核糖核酸完全相同的化学结构和生物活性的酵母丙氨酸转 移核糖核酸。 4.碳的立体化学 有机化学进入了合成时代后，发展很快，积累了很多有机物，为了深入研究有机化合物，就需要进 行分子结构的研究。 1858 年，德国化学家凯库勒和英国化学家库帕，提出了有机化合物分子中碳原子是四价的概念。有 机化学从十九世纪前的无维概念经过了十九世纪早期的一维概念而发展到了二维概念。这一概括构成了 有机物经典结构理论的核心。 1861 年，俄国化学家布特列洛夫，运用了碳四价的概念，首次提出了化学结构的概念。认为结构是 原子在分子中结合的序列，绝大多数有机物具有固定的结构，而结构规定了化合物的物理特征和反应行 为。 1865 年，凯库勒提出了苯的结构。 1874 年，荷兰化学家范荷夫和法国化学家勒贝，建立了分子的立体概念，说明了对映体面和几何异 构现象。 5.二十世纪的发展 20世纪化学基础研究中的重大突破性成果可从历届诺贝尔化学奖获得者的重大贡献中获悉。从1901 年开始在世界范围评选诺贝尔化学奖以来到 1999 年颁奖，应该是 99 届了。但其中由于战争和其他原因， 有 8 次(1916，1917，1919，1924，1939，1940，1941 和 1942 年)没有颁奖，所以实际颁发了 91 届。应 当说这些诺贝尔化学奖得主在当时均在化学的某一领域中有了重大发现和做出了杰出贡献，并经长时间 的考验和严格的推荐及评选而产生的(当然也可能有某些政治因素产生的偏见致使一些当时认为是重大 研究成果而被忽略，如侯氏制碱法、牛胰岛素的合成等)。 在 91 届的诺贝尔化学奖中以二级学科区分，大致如下(由于某些研究结果属学科交叉，所以在区分 归属时会有些出入)：无机化学 14 项，有机化学 32 项，物理化学 26 项，高分子化学 4 项，分析化学 6 项。现不妨从中遴选在上世纪有机化学发展中起作用里程碑使用的重大成果作一历史性的概述。 二十世纪初：在物理学一系列新发现的推动下，提出了电子成对的化学键的价键观点。 二十世纪三十年代：量子力学原理和方法引入化学领域后，建立了量子化学，使化学键的观点获得 了理论基础，阐明了化学键的微观本质，从而出现了电子效应、立体效应等理论。 二十世纪六十年代起：由于各波段各种分子光谱的应用，对分子结构的测定提供了有力的手段，对 共轭体系总结出了分子轨道对称守恒原理，使有机化学发展到了一个重要的阶段。 1965 年：中国科学院上海生物化学研究所在王应睐所长的组织领导下，与北京大学和中国科学院上 海有机化学研究所的科学家通力合作，历时七年多， 于 1965 年 9 月，在世界上第一次用人工的方法合 成出具有生物活性的蛋白质——结晶牛胰岛素。她标志着人类在认识生命、探索生命奥秘的征途上迈出 了重要的一步。她轰动了当时的国际学术界，为祖国赢得了巨大的荣誉。面对功绩和荣誉，作为学术带 头人的王应睐，想到的是集体和他人，甚至没有在科研报告中署上自己的名字。第二年，瑞典皇家科学 院诺贝尔奖评审委员会化学组主席专程来到中国，研究评选有关人工合成牛胰岛素的中国科学家获奖事
宜。由手人工合成牛胰岛素是我国众多科学家集体研究的成果，不符合该奖授奖对象最多为三人的规则，因此，中国科学家与诺贝尔奖擦肩而过。但是，王应对生物科学的巨大贡献是国内外公认的。美国加州大学一位教授说，“他的故事，应该让每一个中国人知道”。著名英国学者李约瑟（1900一1995）将王应称为“中国生物化学的奠基人之一”。1981年：1967年，在聂荣臻副总理主持的一次科研工作会上，中国科学工作者提出继人工合成胰岛素之后要开展人工合成核酸的建议。当时国际上唯一搞清一级结构的核酸是1965年由美国科学家测定的，由76个核苷酸组成的酵母丙氨酸转移核糖核酸。参加人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸的有科学院的生物化学所、有机化学所、实验生物所、生物物理所、微生物所、遗传所、首都啤酒厂、上海试剂二厂等单位的人员150人左右。由于“文革”动乱中正常科研工作秩序被破坏直到粉碎“四人帮”后，1977年重新建立了由生物化学所、实验生物所、有机化学所、生物物理所、北京大学生物系、上海试剂二厂组成的人工合成核酸工作组。确定了总体设想、合成路线以及分三步实现合成的总目标。到1981年底，经过十三年的努力，终于完成了酵母内氨酸转移核糖核酸的人工全合成，这标志看我国在该领域进入了世界领先行列。近些年每年出现的新化合物在十五万种以上，这个数字是惊人的。结构的测定、分析、合成和理论换和在一起，使有机化学的复杂性上升到了一个新的高度。经过最近200年的发展过程，有机化学犹从脆弱的婴儿成长为成熟而健壮的巨人。这里只是摘取成长中的儿个片断，更多的东西有待于同学们自已去学习充实。还要说明的，“有机”是个容易引入误解的名称，是从前根据来源于动植物，亦即从生物体所产生的物质称有机物，把从矿物质中得到的化合物称为无机物。即是根据来源把化合物划分无机和有机两类的，是那个时代的产物。实际有机物这个名称早已失去了它原来的意义，只是因为使用习惯了，所以依然沿用着。这是需要同学们明确的。如果我们今天学习了有机化学以后，再把“有机”理解为“有生机之物”，那是不允许的，通过今天的学习我们应赋予它新的涵义。（四）、有机化学的重要性学习一门科学，首先要了解这门伟大的科学会给人类带来一个什么样的远景，才能领悟到这门科学的真正使命。有机化学是一门基础理论课程，是实验科学。随着有机化学的发展，有机化学已延伸到国民经济的各个领域，成为和衣食住行密切相关的一门科学。今天如果没有有机化学是不可想象的，它已渗透到了我们生活的每一个角落，使我们的物质世界发生了一场大革命，许多东西改变了旧有的面貌。可以毫不夸张地说，在我们生存的这个星球上，凡是有生命的东西，不论它属于动物还是植物，都是含有C的化合物作为“材料”构成的。关于有机化学的重要性我们还可以简单的举几个例子。1.“碳的神奇”。地球原是一个无生命的死寂世界，是離点燃了生命之火，使之充满了蓬勃生机？原来是“碳”元素。其实，碳岂止孕育生命，在生命延续方面更有建树。離都知道，动物吃了植物，而植物的主要“粮食”则是碳。地球上的所有植物，每年大约“吃”掉二千三百亿吨碳酸气中的碳，是碳投身到植物中，才使大地万紫千红。动物吃植物，碳在动物体内形成碳酸气呼到空中，其数量之大每年可高达10亿吨以上。动物死亡之后，沧海案由，遗体在地下又以碳保存下来，因而形成煤和石油等矿藏。2．二十世纪四十年代新兴的高分子技术，使人类进入了征服材料的时代。20世纪初由于高分子化学的成就而发展形成了三大合成材料工业：合成纤维、合成塑料、合成橡胶。以酚醛塑料、尼龙-66和氯丁橡胶为开端的三大合成材料开始了它们蓬勃发展的起点。人们的衣、住、行和日常生活用的各种均离不开合成材料，一辆汽车所用的塑料达230kg之多，日常用品中更离不开塑料制品，合成纤维（如涤纶、锦纶、晴纶等）已超过羊毛和棉花成为纺织业的主要原料，合成橡胶（氯丁橡胶、丁睛橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶）的性能和产量亦已超过天然橡胶。合成橡胶世界年生产能力已达1200万t，合成纤维达1500方t，塑料已超过6000t。以塑料、纤维、橡胶为一体的三大合成材料，其世界体积总产量已超过全部金属的产量。所以20世纪被称为是聚合物时代。在人们享用三大合成材料时，不要忘记那些发明家和开创者以及使之工业化的化学公司：开创高分4
4 宜。由于人工合成牛胰岛素是我国众多科学家集体研究的成果，不符合该奖授奖对象最多为三人的规则， 因此，中国科学家与诺贝尔奖擦肩而过。但是，王应睐对生物科学的巨大贡献是国内外公认的。美国加 州大学一位教授说，“他的故事，应该让每一个中国人知道”。著名英国学者李约瑟（1900—1995）将 王应睐称为“中国生物化学的奠基人之一”。 1981 年：1967 年，在聂荣臻副总理主持的一次科研工作会上，中国科学工作者提出继人工合成胰 岛素之后要开展人工合成核酸的建议。当时国际上唯一搞清一级结构的核酸是 1965 年由美国科学家测 定的，由 76 个核苷酸组成的酵母丙氨酸转移核糖核酸。参加人工合成酵母丙氨酸转移核糖核酸的有科 学院的生物化学所、有机化学所、实验生物所、生物物理所、微生物所、遗传所、首都啤酒厂、上海试 剂二厂等单位的人员150人左右。由于“文革”动乱中正常科研工作秩序被破坏直到粉碎“四人帮”后， 1977 年重新建立了由生物化学所、实验生物所、有机化学所、生物物理所、北京大学生物系、上海试剂 二厂组成的人工合成核酸工作组。确定了总体设想、合成路线以及分三步实现合成的总目标。到 1981 年 底，经过十三年的努力，终于完成了酵母丙氨酸转移核糖核酸的人工全合成，这标志着我国在该领域进 入了世界领先行列。 近些年每年出现的新化合物在十五万种以上，这个数字是惊人的。结构的测定、分析、合成和理论 搀和在一起，使有机化学的复杂性上升到了一个新的高度。 经过最近 200 年的发展过程，有机化学犹从脆弱的婴儿成长为成熟而健壮的巨人。这里只是摘取成 长中的几个片断，更多的东西有待于同学们自己去学习充实。 还要说明的，“有机”是个容易引入误解的名称，是从前根据来源于动植物，亦即从生物体所产生的 物质称有机物，把从矿物质中得到的化合物称为无机物。即是根据来源把化合物划分无机和有机两类的， 是那个时代的产物。实际有机物这个名称早已失去了它原来的意义，只是因为使用习惯了，所以依然沿 用着。这是需要同学们明确的。如果我们今天学习了有机化学以后，再把“有机”理解为“有生机之物”， 那是不允许的，通过今天的学习我们应赋予它新的涵义。 （四）、 有机化学的重要性 学习一门科学，首先要了解这门伟大的科学会给人类带来一个什么样的远景，才能领悟到这门科学 的真正使命。 有机化学是一门基础理论课程，是实验科学。随着有机化学的发展，有机化学已延伸到国民经济的 各个领域，成为和衣食住行密切相关的一门科学。今天如果没有有机化学是不可想象的，它已渗透到了 我们生活的每一个角落，使我们的物质世界发生了一场大革命，许多东西改变了旧有的面貌。可以毫不 夸张地说，在我们生存的这个星球上，凡是有生命的东西，不论它属于动物还是植物，都是含有 C 的化 合物作为“材料”构成的。关于有机化学的重要性我们还可以简单的举几个例子。 1．“碳的神奇”。地球原是一个无生命的死寂世界，是誰点燃了生命之火，使之充满了蓬勃生机？原 来是“碳”元素。其实，碳岂止孕育生命，在生命延续方面更有建树。誰都知道，动物吃了植物，而植 物的主要“粮食”则是碳。地球上的所有植物，每年大约“吃”掉二千三百亿吨碳酸气中的碳，是碳投 身到植物中，才使大地万紫千红。动物吃植物，碳在动物体内形成碳酸气呼到空中，其数量之大每年可 高达 10 亿吨以上。动物死亡之后，沧海桑田，遗体在地下又以碳保存下来，因而形成煤和石油等矿藏。 2．二十世纪四十年代新兴的高分子技术，使人类进入了征服材料的时代。 20 世纪初由于高分子化学的成就而发展形成了三大合成材料工业：合成纤维、合成塑料、合成橡胶。 以酚醛塑料、尼龙-66 和氯丁橡胶为开端的三大合成材料开始了它们蓬勃发展的起点。人们的衣、住、 行和日常生活用的各种均离不开合成材料，一辆汽车所用的塑料达 230kg 之多，日常用品中更离不开塑 料制品，合成纤维(如涤纶、锦纶、睛纶等)已超过羊毛和棉花成为纺织业的主要原料，合成橡胶(氯丁橡 胶、丁腈橡胶、顺丁橡胶、丁苯橡胶、异戊橡胶)的性能和产量亦已超过天然橡胶。合成橡胶世界年生产 能力已达 1200 万 t，合成纤维达 1500 万 t，塑料已超过 6000 万 t。以塑料、纤维、橡胶为一体的三大 合成材料，其世界体积总产量已超过全部金属的产量。所以 20 世纪被称为是聚合物时代。 在人们享用三大合成材料时，不要忘记那些发明家和开创者以及使之工业化的化学公司：开创高分
子化学领域的Staudinger和Flory，第一个合成纤维---一尼龙一66的发明者Garothers及使之工业化的美国杜邦公司。涤纶纤维是1940年英国T.R.Whinfield和J.T.Dickson首先合成的，由英国卜内门公司使之工业化。第一个合成橡胶----氯丁橡胶是由美国J.A.Nieuwland和R.T.Col1lins发明，于1931年由杜邦公司工业化。塑料中最大的品种旧聚乙烯和聚丙烯。它们是Zeigler-Natta催化剂诞生后才获得高产率、高结晶度、耐高温的新品种并在1957年由意大利Montecatini公司工业化。总之在20世纪三大合成材料得到了大发展。3.染料是人类不可缺少的物质。天然染料如靛兰和茜红，很早时候，都为王宫贵族使用的。因为普通百姓来说价格过高而无能力使用。现在染料专家们几乎可以随心所欲的按照需要，从分子结构出发，合成人们所需要的品种，现在合成染料全部代替了天然染料。4.三类重要的食物：脂肪、蛋白质和碳水化合物。在本质上都是有机物。人造食物的合成对有机化学工作者是一个挑战。目前还不能合成生物高分子。尽管如此，我国在1965年就合成了一个分子最小的蛋白质，就是众所周知的胰岛素。这一合成在生产上虽然没有什么用途，但是在人类认识生命的过程中，却起着很大的作用。合成胰岛素意味着在人类对生命探索的征途上迈出了这么一小步。5.农药：向高效低毒的方向发展。用途广泛的农药DDT是重要的杀虫剂，但由于它不被生物分解，造成积累，而污染环境，自1917年以后已被许多国家禁用。近年来，人们着手研究新的高效低毒，不污染环境的有机杀虫剂。6.医药：有机化学和生物学，物理学等科学密切配合，预计不远的将来征服一些束手无策的疾病如癌症、精神病等。以及在控制遗传，延长人类的大秋作物等方面起到巨大的作用，这些将会给社会带来深刻的变化（五）、有机化学的任务1．发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等）2.研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等）3.提供新材料（提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展）4.探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。二、有机化合物的结构有机化合物中的原子都是以共价键结合起来的，从本质上讲，有机化学是研究共价键化合物的化学，因此，要研究有机化学应先了解有机化学中普遍存在的共价键。（一）、共价键理论对共价键本质的解释，最常用的是价键理论和分子轨道理论1.价键理论1）共价键的形成价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如果两个原子都有未成键电子，并且自旋方向相反，就能配对形成共价键。例如：碳原子可与四个氢原子形成四个C一H键而生成甲烷。HHHC—H. C. +4H*+HxC ×H1HH由一对电子形成的共价键叫做单键，用一条短直线表示，如果两个原子各用两个或三个未成键电子构成的共价键，则构成的共价键为双键或三键CC-C三C-双键三键2）共价键形成的基本要点5
5 子化学领域的 Staudinger 和 Flory，第一个合成纤维-尼龙—66 的发明者 Garothers 及使之工业化 的美国杜邦公司。涤纶纤维是 1940 年英国 T.R.Whinfield 和 J.T.Dickson 首先合成的，由英国卜内门 公司使之工业化。第一个合成橡胶-氯丁橡胶是由美国 J.A.Nieuwland 和 R.T.Colllins 发明，于 1931 年由杜邦公司工业化。塑料中最大的品种旧聚乙烯和聚丙烯。它们是 Zeigler-Natta 催化剂诞生后才获 得高产率、高结晶度、耐高温的新品种并在 1957 年由意大利 Montecatini 公司工业化。总之在 20 世纪 三大合成材料得到了大发展。 3．染料是人类不可缺少的物质。天然染料如靛兰和茜红，很早时候，都为王宫贵族使用的。因为普 通百姓来说价格过高而无能力使用。现在染料专家们几乎可以随心所欲的按照需要，从分子结构出发， 合成人们所需要的品种，现在合成染料全部代替了天然染料。 4．三类重要的食物：脂肪、蛋白质和碳水化合物。在本质上都是有机物。人造食物的合成对有机化 学工作者是一个挑战。目前还不能合成生物高分子。尽管如此，我国在 1965 年就合成了一个分子最小 的蛋白质，就是众所周知的胰岛素。这一合成在生产上虽然没有什么用途，但是在人类认识生命的过程 中，却起着很大的作用。合成胰岛素意味着在人类对生命探索的征途上迈出了这么一小步。 5．农药：向高效低毒的方向发展。用途广泛的农药 DDT 是重要的杀虫剂，但由于它不被生物分解， 造成积累，而污染环境，自 1917 年以后已被许多国家禁用。近年来，人们着手研究新的高效低毒，不污 染环境的有机杀虫剂。 6．医药： 有机化学和生物学，物理学等科学密切配合，预计不远的将来征服一些束手无策的疾病 如癌症、精神病等。以及在控制遗传，延长人类的大秋作物等方面起到巨大的作用，这些将会给社会带 来深刻的变化 （五）、有机化学的任务 1．发现新现象（新的有机物，有机物的新的来源、新的合成方法、合成技巧，新的有机反应等） 2.研究新的规律（结构与性质的关系，反应机理等） 3.提供新材料 （提供新的高科技材料，推动国民经济和科学技术的发展） 4．探索生命的奥秘（生命与有机化学的结合）。 二、有机化合物的结构 有机化合物中的原子都是以共价键结合起来的，从本质上讲，有机化学是研究共价键化合物的化学， 因此，要研究有机化学应先了解有机化学中普遍存在的共价键。 （一）、共价键理论 对共价键本质的解释，最常用的是价键理论和分子轨道理论 1.价键理论 1） 共价键的形成 价键的形成是原子轨道的重叠或电子配对的结果，如果两个原子都有未成键电子，并且自旋方向相 反，就能配对形成共价键。 例如：碳原子可与四个氢原子形成四个 C—H 键而生成甲烷。 由一对电子形成的共价键叫做单键，用一条短直线表示，如果两个原子各用两个或三个未成键电子 构成的共价键，则构成的共价键为双键或三键 双键 三键 2）共价键形成的基本要点 · · C· + 4H · × H C · × · H × · H · H × × C H H H H C C C C