第1章　绪论

1.1　有机化学研究对象

1.1.1　有机化合物和有机化学

有机化学的研究对象是有机化合物（简称为有机物）。由于有机化合物都含有碳元素，因此有机化合物也称为碳化合物。1848年德国化学家Gmelin（葛美林）首先提出有机化学的定义：“研究碳化合物的化学”。1874年Schorlemmer（肖莱马）发展了此定义，将其表述为：“有机化学是研究碳氢化合物及其衍生物的化学”。两种说法的本质是一样的。

1.1.2　有机化学的产生和发展

1.1.2.1　有机化学的萌芽时期

从19世纪初到1858年提出价键的概念之前是有机化学的萌芽时期。学科的产生和发展都是与当时的社会生产水平和科学水平相联系的。有机化学作为一门学科产生于19世纪初，但是人类应用有机物的历史却非常久远。18世纪人类掌握了有机物的分离和提纯技术，并开始由生物体取得较纯的有机物。例如，1769年开始瑞典化学家舍勒分离出了酒石酸、乳酸、尿素，1828年德国化学家维勒用NH4Cl溶液处理AgCN合成氰酸铵（NH4OCN）时得到尿素。而尿素原来只能从哺乳类动物尿中分离而得，这无意中的发现惊动了化学界。从此以后，有些化学家的思想开始从“生命力”论的禁锢中解放出来。之后系列有机化合物的相继合成，使得“生命力”论逐渐被化学家们所摒弃，有机化学逐渐形成一门科学。

但是，当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上，化学家们遇到了很大的困难。最初，他们采用“二元说”来解决有机化合物的结构问题。“二元说”认为一个化合物分子可分为带正电荷部分和带负电荷部分，二者靠静电力结合在一起。早期的化学家依据某些化学反应认为，有机化合物分子由在反应中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但此学说本身有很大矛盾。

1.1.2.2　经典有机化学时期

从1858年价键学说的建立到1916年价键电子理论的引入，是经典有机化学时期。1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一次用“—”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由组成其的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中，一个氢原子只能与一个别的元素的原子结合，氢就被选作“价”的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还提出在一个分子中碳原子之间可以互相结合这一重要的概念。

在此期间，对于有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题，“类型说”占有很重要地位。这个学说在建立有机化合物体系中起了很重要的推动作用，它把当时杂乱无章的各种化合物归纳到一个体系内，并预言了很多新的化合物，而这些新的有机物在后来一一被发现。

1.1.2.3　现代有机化学时期

随着物理学的发展，在物理学家发现电子并阐明原子结构的基础上，德国物理学家柯塞尔和美国物理化学家路易斯于1916年提出价键的电子理论。他们认为：各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起的原因。其中，相互作用的外层电子如果从一个原子转移到另一个原子，形成离子键；两个原子如果共用外层电子，则形成共价键。通过电子的转移或共用，使相互作用的原子的外层电子都获得惰性气体的电子构型。这样，价键的表示法中用来表示价键的“—”，代表两个原子共用的一对电子。

1927年以后，英国物理学家海特勒等用量子力学处理分子结构问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。在人们对有机物的元素组成和性质有了一定认识的基础上，1857年凯库勒和库帕分别独立地指出有机化合物分子中碳原子都是四价的，而且相互连接成碳链，这一观点成为有机化学结构理论基础。1865年凯库勒提出了苯的构造式。1874年范特霍夫和勒贝尔分别提出碳四面体学说，建立了有机化合物的立体结构概念，说明了旋光异构现象。至此，经典的有机结构基本理论建立起来。

20世纪初，在物理学新成就的推动下，量子力学原理和方法引入化学领域后，建立了量子化学，使化学键理论获得理论基础，阐明了化学键的微观本质，从而出现了诱导效应、共轭效应的理论及共振论等有机化学的重要理论。

1.1.3　有机化学的研究内容

在有机化学发展初期，有机化学工业的主要原料是动、植物体，有机化学主要研究从动、植物体中分离出的有机化合物。19世纪中到20世纪初，有机化学工业逐渐以煤焦油为主要原料。由于科学和技术的发展，有机化学与各个学科互相渗透，形成了许多分支边缘学科，比如生物有机化学、物理有机化学、量子有机化学、海洋有机化学等。有机合成主要研究从较简单的化合物或元素经化学反应合成有机化合物，物理有机化学是定量地研究有机化合物结构、反应性和反应机理的学科，有机分析即有机化合物的定性和定量分析，使有机化学研究内容得到了极大丰富。

1.1.4　有机化合物的特点

虽然有机化合物组成元素少，只有C、H、O、N、P、S、X（卤素F、Cl、Br、I）等，但是所形成的有机化合物种类繁多、数目庞大，目前已知的有3000多万种，而且还在不断增加。有机化合物种类和数目之所以庞大，主要原因包括有机化合物中原子之间结合的方式多种多样，如单键、双键、三键、链状、环状等；另外，同分异构现象在有机化学中是相当普遍的，如构造异构、构型异构、构象异构等。

绝大多数有机物的熔点都较低，一般不超过400℃，其热稳定性比无机物差。具有可燃性，燃烧产物多数为二氧化碳和水。

除少数分子内含有较强极性基团可溶于水外，绝大多数有机物水溶性差，可以溶于有机溶剂，如酒精、汽油、乙醚、苯、四氯化碳等。

有机化学反应速率较慢，而且产物复杂。有机物反应多为分子间的反应，速率慢，而且可能在分子的几个部位同时发生反应，通常伴随有副反应，导致产物复杂。

1.1.5　研究有机化合物的一般步骤

1.1.5.1　合成有机物

按照优化的实验方案，合成目标有机物。

1.1.5.2　分离、提纯

由于有机合成反应中副反应多，无法一次性得到纯的目的产物，因此反应产物需要经过分离和提纯。分离提纯有机物的方法很多，如萃取、重结晶、蒸馏、升华、色谱分离等。

1.1.5.3　纯度分析鉴定

利用纯的有机物具有固定的熔点、沸点、密度、折射率等物理常数的特性进行检验，如差示扫描量热法、经典的热力学分析方法以及气相色谱分析等方法。

1.1.5.4　分子式的确定

提纯后的有机物必须确定其分子式。首先，定性分析该化合物由哪几种元素构成，再定量分析各种元素的含量，确定最简单实验式；然后通过测定其分子量，结合实验式，最终确定其分子式。

1.1.5.5　结构的确定

分子式确定后，由于有机化合物中原子之间结合的方式多种多样以及同分异构现象等原因，无法了解该有机物的具体结构。可以通过物理方法和化学方法确定其结构式，包括构造、构型、构象。目前使用较多的是物理方法，如X衍射、红外光谱、核磁共振、质谱等分析方法。