绪论
0.1 有机化合物的定义
化学产生于人类的长期生产实践中。寻求长生不老金丹的人虽说追求目的荒诞，但所使用的操作方法和积累的感性知识，却成为化学科学的前驱。1661年，英国科学家波义耳（Robert Boyle，1627-1691年）发表的《怀疑的化学家》中提出元素定义和化合物的概念，开始了化学分析的研究。1670年，法国一位科学家首次提出区分植物化学和矿物化学，即后来的有机化学(organic chemistry)和无机化学(inorganic chemistry)，把从矿物中得到的化合物，叫做无机化合物(1norganlc compound)，无机化学基于自然界的各种元素的发现及其性质的认识而成为一门学科。与“无机化学”对应的“有机化学”一词则是1806年由瑞典化学大师贝采利乌斯（J．J．Berzelius，1779-1848年）首次提出的。19世纪初，许多化学家认为在生物体内由于存在所谓的“生命力”才产生了有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成有机化合物的。所以，把从动植物中得到的化合物称为有机化合物( organic compound)。其实，有机化合物早在公元前22世纪的我国周朝肘期已开始被制造和使用，例如，染料、酒、醋、植物胶、纸张等，它们是一类有机化合物的混合物，只是当时尚未了解和认识这些物质的具体化学结构。随着人们的生产实践和科学研究的不断发展，许多有机化合物都相继地被化学家用人工方法从无机化合物合成出来。1824年，德国化学家维勒(F．Wohler，1800-1882年)通过氰水解制得乙二酸( HOOC-COOH)；1828年，他无意中用加热的方法又使氰酸铵( NH4 )转化为尿素(NH2 CONH2)。氰和氰酸铵都是无机化合物，而乙二酸和尿素都是有机化合物。有机化合物与无机化合物之间似乎没有明显的绝对界限。维勒的实验结果强有力地动摇了“生命力”学说，由于合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来，而且是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。其中，典型的突破是德国科学家库尔柏（A．W. H. Kolber，1818-1884年）在1840年合成了乙酸(CH3 COOH)，法国科学家贝特洛（M. Berthelot，1827-1907年）在1845年合成了油脂(grease)。“生命力”学说渐渐被抛弃，“有机化学”这一名词却沿用至今，怛已失去它原有的含义。
有机化合物的特征是它们都含有碳原子，因此有机化合物就是碳的化合物。当然，一些碳的小分子化合物，如一氧化碳、二氧化碳以及碳酸盐等，也是碳的化合物，但与无机化合物的关系密切，属于无机化合物的范畴，仍在无机化学中讨论。
有机化合物的组成元素以碳和氢为主，一些有机化合物还含有氧、氮、磷和硫等元素。从结构上看，可把碳氢化合物看作是有机化合物的母体，其他的有机化合物，看作是这个母体的氢原子被其他原子或基团取代而衍生得到的化合物。从组成上讲，有机化合物就是碳氢化合物及其衍生物。
有机化学就是研究有机化合物的组成、结构、性质、合成及其理论与应用的一门学科，是化学的一个分支，但已成为一门独立性很强的学科。
0.2 有机化合物的特性
“有机”和“无机”虽已没有明显的界限，但现代化学理论还是将化合物分为无机化合物和有机化合物，根本原因是有机化合物和无机化合物在化学结构、物理性质、化学性质以及化学反应性能等方面存在显著的差异。
0.2.1 有机化合物组成单元的特点
绝大多数有机化合物只是由碳、氢、氧、氮、卤素、硫、磷等少数元素组成，而且一个有机化合物分子只含有其中少数几种元素。但是有机化合物的种类繁多，数量庞大。目前，已知明确结构和性质的有机化合物有近两千万种，远远超出无机化合物的种类之相，而且每年还有数以万计的新有机化合物被发现和合成出来。
0.2.2 有机化合物结构上的特点
分子中的原子以一定的化合价按一定的顺序连接。物质的结构是指分子中原子的排列顺序和连接的方式。分子的性质，不仅取决于所组成的元素的性质和数量，而且也取决于分子的化学结构。碳原子处于周期表的第二周期，恰在电负性很强的卤素和电负性很弱的碱金属之间。这个特殊的位置决定了碳化合物具有一些特殊性质。一个化合物的性质，主要取决于构成该化合物的中心原子及其所形成的化学键。碳原子*外层的电子结构是，不容易得到或失去电子而形成离子。碳原子和其他元素的原子一般是以共价键相结合。碳原子具有很强的共价键结合力，可以互相结合成由数目不等的碳原子构成的碳链或碳环。一个有机化合物的分子中碳原子数目少则一两个，多则成千、成万甚至几十万个。此外，即使是碳原子数目相同的分子，由于碳原子间的连接方式多种多样，因此又可以组成结构不同的许多化合物，普遍存在着同分异构现象(isomerism)，即分子式相同而结构相异的集合。分子式相同而结构相异因而其性质各异的化合物，称为同分异构体(isomer)。
例如，乙醇和二甲醚的组成和分子式都是C2H60，但它们的化学结构不同：
它们是两种性质不同的化合物。化合物的结构决定化合物的性质。反之，根据化合物的性质也可以推断化合物的结构。
显然，一个碳化合物含有的碳原子数和原子种类越多，分子中原子间的可能排列方式也越多，它的同分异构体也越多。例如，分子式为C10H22的同分异构体数可达75个。这种普遍存在的同分异构现象在无机化学中并不多见。
0.2.3 有机化合物性质上的特点
由于碳原子特殊的核外电子结构，由其构成的化合物分子间只存在着较弱的范德华力(van der Waals forces)，而不是正、负离子间的较强的静电引力。因此，有机化合物与无机化合物的物理、化学性质存在着明显的差异。有机化合物主要的特性如下：
(1)容易燃烧。有机化合物对热很不稳定，受热后往往容易分解炭化，达到着火点时就可燃烧（只有CCl4等少数有机化合物例外），而大多数无机化合物都不能燃烧。
(2)熔点、沸点较低。有机化合物的熔点(melting point) 一般低于300℃。这是因为有机化合物一般是分子晶体，
品体中品格结点上的分子是靠微弱的范德华力连接的，品格容易破坏。另外，其沸点( boiling point)也较低。因为在液态时，它的单元仍是分子，在这种情况下，分子间作用力比离子化合物小，因此要破坏这种作用力所需要的能量也较小。例如，乙酸的熔点为16.6℃，沸点为118℃；而氯化钠的熔点为800℃，沸点为1440℃，它的熔点和沸点比乙酸高得多。
(3)难溶于水，易溶于有机溶剂。有机化合物的溶解性主要取决于它们的极性。水是一种极性强的液体，对极性物质易溶，而有机化合物的极性一般较弱，或者是非极性物质，因此，它们不易溶于水，而易溶于非极性或弱极性的溶剂。
结构相似的分子可以相溶，“相似者相溶解”（相似相溶）是物质溶解的经验规律。例如，石蜡可溶于汽油；乙醇可溶于水。物质溶解是一个较复杂的过程，这里不作详细讨论。
(4)反应速率慢，常伴有副反应。无机盐类的离子反应非常迅速。例如，硝酸银与氯化钠作用，立即产生氯化银沉淀。有机化合物的反应一般是分子之间的反应，共价键不像离子那样容易离解，因此反应速率较慢，反应所需的时间较长，一般需要加热以加速分子的扩散碰撞，或加入催化剂以使分子活化。而且由于有机化合物的分子比较复杂，反应时并不限定在某一部位发生反应，因此常伴有副反应，以致产率较低。反应条件不同，产物也往往不同，所以有机化学反应一般需要严格控制适宜的反应条件。
0.3 有机化合物中的共价键
有机化合物分子是由几种原子组成，这些原子在分子内按一定的顺序排列，相互影响、相互作用结合成为一个整体。在有机化合物中，普遍存在的化学键是共价键(covalent bond)。碳原子的*外层电子结构特征是。碳原子不容易得到电子也不容易失去电子。它和其他元素的原子各提供一个电子而形成两个原子共有的电子对，即形成了把两个原子连接在一起的化学键，这就是共价键。有机化合物中共价键只有两种形式，即a键和键。共价键具有饱和性和方向性的成键特征。
按照量子化学中的价键理论(valence bond theory)，共价键是两个原子的未成对而又白旋相反的电子偶合配对的结果。共价键的形成使分子体系的能量降低，一个未成对电子一经配对成键，就不能再与其他未成对电子偶合。碳原子可以提供用于成键的四个未成对电子，碳原子间不仅可以单键结合，而且也可以用双键或叁键相连接而形成碳链或碳环。当碳原子和氢原子形成分子时，碳原子*多可提供四个未成对的电子，和四个氢原子的未成对电子配对成键，这就是共价键的饱和性。
按照量子力学的价键理论，共价键是由成键原子轨道重叠形成的。重叠部分越大，所形成的共价键就越牢固。形成共价键的电子，必须在各自原子轨道电子云密度*大的方向上重叠成键，这就是共价键的方向性。
共价键具有极性的电性特征。各种元素的电负性( electronegativity)不同（表O-l）。所谓电负性就是表示元素的原子在分子中吸引电子的能力。两个相同的元素的原子所形成的共价键，由于电子云在两个原子之间对称分布，正、负电荷中心相重合，所以没有极性。不同元素的原子电负性相差0.6～1.7，它们所形成的共价键，由于共用电子对偏向于电负性较强的元素的原子，正、负电荷中心不能相重合，因而具有极性，有一定的偶极矩(moment of dipole)。所谓偶极矩就是正、负电荷中心的距离d和净电荷q的乘积，以表示，单位为D（德拜），是一个矢量，当两种元素的电负性相差很大时（相差1.7以上），即以带正、负电荷的离子形式，借静电引力而形成离子键。例如，卤代甲烷在气相中的偶极矩，其方向为，其大小为
氟原子的电负性比氯的大，但其原子半径却小，正负电荷中心的距离C-F比C-Cl小，从而导 致氟甲烷的偶极矩比氯甲烷的小。
表0-1 部分元素的电负性
化学键的成键原子的属性不同，所构成的有机化合物的结构就有所不同。而这种结构上的差异，一般可从共价键结构参数诸如键长、键角、键能等物理数据反映出来（表0-2）。
表0-2 常见共价键的键长与键能
(1)键长(bond length)。形成共价键的两原子的原子核之间的距离称为键长。不同共价键具有不同的键长。一般地说，两原子之间所形成的键越短，就表示键越强、越牢固。一些常见的共价键键长如表0-2所示。相同的共价键在不同的分子结构中也不一定相同。
(2)键能(bond energy)。在形成共价键的过程中，体系所放出的能量，成断裂共价键时所吸收的能量，称为键能。双原子分子的键能也就是键的离解能( bond dissociation energy)，所谓键的离解能，即在101. 325kPa和25℃下，使1mol化合物（气）离解成原子（气）所需的能量。多原子分子的键能与键的离解能并不一致。
(3)键角(bond angle)。一个二价以上的原子在与其他原子形成共价键时，键与键之间有一个夹角，这个夹角称为键角。相同的原子采取不同的方式成键时，其键角不同；相同方式构成的键角在不同分子结构中也不一定相同。
甲烷的结构（图0-1）有助于理解共价键的三个结构参数。甲烷呈正四面体构型，其碳原子居于四面体的中心。有四个相同的共价键，即碳氢键，其键长为0.112nm，四个价键对称地分布在它的周围。其键能以其四个碳氢键的离解能的平均值为参考值，每一个碳氢键的平均键能为415.3，分解成四个氢原子和一个气态的碳原子所吸收的热为1661。甲烷的各步离解能为
由此可见，键能与离解能是有差别的。因此，键能一般都是指平均离解能。
氢原子处在正四面体的四个顶点，两个价键之间所成的夹角为109.5。如图0-1示
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