本書(shū)為普通高等教育“十二五”應(yīng)用型本科院校化學(xué)類核心課程教材，是在總結(jié)應(yīng)用型本科院校有機(jī)化學(xué)的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和教學(xué)成果，根據(jù)醫(yī)藥學(xué)各專業(yè)教學(xué)基本要求編寫(xiě)而成的。 全書(shū)共17章，按照官能團(tuán)主線，以各類有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)為切入點(diǎn)，闡明它們的性質(zhì)和相互轉(zhuǎn)變。章末附有知識(shí)拓展、小結(jié)、主要反應(yīng)總結(jié)和習(xí)題。 本書(shū)力求內(nèi)容精煉、重點(diǎn)突出，增加應(yīng)用性知識(shí)，并緊密結(jié)合和突出有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的聯(lián)系。 《有機(jī)化學(xué)》可作為高等醫(yī)學(xué)院�；�礎(chǔ)醫(yī)學(xué)、臨床、口腔、藥學(xué)、檢驗(yàn)、預(yù)防、護(hù)理、中醫(yī)、中藥學(xué)、制藥、生物、環(huán)境等專業(yè)的教材，也可供相關(guān)專業(yè)的教師和學(xué)生參考。

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       李發(fā)勝、李映苓主編的《有機(jī)化學(xué)》共分為17章。前11章主要介紹有機(jī)化學(xué)基本概念、基礎(chǔ)知識(shí)和基本理論，使學(xué)生有較扎實(shí)的知識(shí)儲(chǔ)備。12-15章是重點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)生物分子(雜環(huán)化合物、糖、脂類、氨基酸、蛋白質(zhì)、核酸)等作為生命物質(zhì)基礎(chǔ)的重要性，激勵(lì)學(xué)生從分子水平上研究生命科學(xué)，培養(yǎng)富于創(chuàng)新、高素質(zhì)的人才。16-17章簡(jiǎn)要介紹了有機(jī)波譜學(xué)和醫(yī)用高分子材料，力求拓寬學(xué)生的知識(shí)視野。

目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué) 1
1.2 有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系 2
1.3 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和特征 2
1.3.1 路易斯共價(jià)鍵理論 3
1.3.2 價(jià)鍵理論 3
1.3.3 雜化軌道理論 3
1.3.4 分子軌道理論 5
1.3.5 共振論 6
1.3.6 共價(jià)鍵的性質(zhì) 6
1.3.7 分子間作用力 8
1.3.8 有機(jī)化合物的特征 9
1.4 有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的基本類型 9
1.5 有機(jī)化學(xué)中的酸堿概念 10
1.5.1 酸堿質(zhì)子理論 10
1.5.2 酸堿電子理論 10
1.6 有機(jī)化合物的分類和構(gòu)造式的表示方法 11
1.6.1 有機(jī)化合物的分類 11
1.6.2 有機(jī)化合物構(gòu)造式的表示方法 12
1.7 研究有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的步驟與方法 13
知識(shí)拓展 14
小結(jié) 15
習(xí)題 15
第2章 烷烴和環(huán)烷烴 16
2.1 烷烴 16
2.1.1 烷烴的結(jié)構(gòu) 16
2.1.2 烷烴的異構(gòu)現(xiàn)象 17
2.1.3 烷烴的命名 19
2.1.4 炕烴的物理性質(zhì) 22
2.1.5 烷烴的化學(xué)性質(zhì) 23
2.2 環(huán)烷烴 26
2.2.1 環(huán)烷烴的分類和命名 26
2.2.2 小環(huán)烷烴的結(jié)構(gòu)與不穩(wěn)定性 27
2.2.3 環(huán)戊烷的構(gòu)象 28
2.2.4 環(huán)己烷的構(gòu)象 28
2.2.5 環(huán)烷烴的物理性質(zhì) 30
2.2.6 環(huán)烷烴的化學(xué)性質(zhì) 31
知識(shí)拓展 32
小結(jié) 32
習(xí)題 33
第3章 烯烴和炔烴 35
3.1 烯烴 35
3.1.1 烯烴的結(jié)構(gòu)和異構(gòu) 35
3.1.2 烯烴的命名 36
3.1.3 烯烴的物理性質(zhì) 38
3.1.4 烯烴的化學(xué)性質(zhì) 39
3.1.5 親電加成反應(yīng)機(jī)理 43
3.2 炔烴 46
3.2.1 炔烴的結(jié)構(gòu)和異構(gòu) 46
3.2.2 炔烴的命名 47
3.2.3 炔烴的物理性質(zhì) 47
3.2.4 炔烴的化學(xué)性質(zhì) 48
3.3 二烯烴 50
3.3.1 二烯烴的分類和命名 50
3.3.2 共軛二烯烴 51
3.3.3 共軛二烯烴的化學(xué)性質(zhì) 53
知識(shí)拓展 55
小結(jié) 55
習(xí)題 57
第4章 芳香烴 59
4.1 苯的結(jié)構(gòu) 59
4.1.1 苯的凱庫(kù)勒結(jié)構(gòu)式 59
4.1.2 苯分子結(jié)構(gòu)的現(xiàn)代解釋 59
4.2 芳香烴的分類和命名 60
4.2.1 芳香烴的分類 60
4.2.2 芳香烴的命名 61
4.3 單環(huán)芳香烴的物理性質(zhì) 62
4.4 單環(huán)芳香烴的化學(xué)性質(zhì) 63
4.4.1 苯環(huán)的親電取代反應(yīng) 63
4.4.2 烷基苯側(cè)鏈上的反應(yīng) 65
4.4.3 加成反應(yīng) 65
4.5 苯環(huán)親電取代反應(yīng)的定位效應(yīng) 66
4.5.1 定位效應(yīng) 66
4.5.2 定位效應(yīng)的應(yīng)用 66
4.5.3 定位效應(yīng)的解釋 67
4.6 稠環(huán)芳香烴 68
4.6.1 萘 68
4.6.2 蒽和菲 70
4.6.3 致癌芳香烴 70
4.7 非苯型芳香烴 71
4.7.1 芳香性和休克爾規(guī)則 71
4.7.2 非苯型芳香性化合物 71
知識(shí)拓展 72
小結(jié) 73
習(xí)題 74
第5章 對(duì)映異構(gòu) 75
5.1 物質(zhì)的旋光性 75
5.1.1 偏振光和旋光性 75
5.1.2 旋光度與比旋光度 76
5.2 手性和對(duì)稱性 77
5.2.1 對(duì)映異構(gòu)和手性分子 77
5.2.2 分子的對(duì)稱性和對(duì)映異構(gòu) 78
5.3 對(duì)映體的表示方法 79
5.4 對(duì)映體構(gòu)型的標(biāo)記 80
5.4.1 D/L構(gòu)型標(biāo)圮法 80
5.4.2 R/S構(gòu)型標(biāo)記法 81
5.5 具有手性碳原子的分子 82
5.5.1 具有一個(gè)手性碳原子的對(duì)映異構(gòu)體 82
5.5.2 具有兩個(gè)手性碳原子化合物的對(duì)映體 82
5.6 對(duì)映異構(gòu)與生物活性 84
知識(shí)拓展 84
小結(jié) 85
習(xí)題 85
第6章 鹵代烴 88
6.1 鹵代烴的分類和命名 88
6.1.1 鹵代烴的分類 88
6.1.2 鹵代烴的命名 88
6.2 鹵代烴的物理性質(zhì) 88
6.3 鹵代烴的化學(xué)性質(zhì) 90
6.3.1 鹵代烷的親核取代反應(yīng)及其反應(yīng)機(jī)理 90
6.3.2 鹵代烷的消除反應(yīng) 91
6.3.3 不飽和肉代烴的取代反應(yīng) 91
6.3.4 鹵代烴與金屬反應(yīng) 96
6.4 重要的鹵代烴 96
知識(shí)拓展 97
小結(jié) 97
習(xí)題 98
第7章 醇、酚、醚 100
7.1 醇 100
7.1.1 醇的結(jié)構(gòu)、分類和命名 100
7.1.2 醇的物理性質(zhì) 102
7.1.3 醇的化學(xué)性質(zhì) 102
7.1.4 重要的醇 106
7.2 酚 107
7.2.1 酚的結(jié)構(gòu)、分類和命名 107
7.2.2 酚的物理性質(zhì) 108
7.2.3 酚的化學(xué)性質(zhì) 108
7.2.4 重要的酚 112
7.3 醚 112
7.3.1 醚的結(jié)構(gòu)、分類和命名 112
7.3.2 醚的物理性質(zhì) 111
7.3.3 醚的化學(xué)性質(zhì) 111
7.3.4 重要的醚 114
7.4 硫醇和硫醚 111
7.4.1 硫醇 111
7.4.2 硫醚 116
知識(shí)拓展 117
小結(jié) 118
習(xí)題 119
第8章 醛、酮、醌 121
8.1 醛、酮 121
8.1.1 醛和酮的結(jié)構(gòu) 121
8.1.2 醛和酮的分類和命名 121
8.1.3 醛和酮的物理性質(zhì) 123
8.1.4 醛和酮的化學(xué)性質(zhì) 124
8.1.5 重要的醛和酮 134
8.2 醌 135
8.2.1 醌的結(jié)構(gòu)和命名 135
8.2.2 醌的化學(xué)性質(zhì) 136
8.2.3 重要的醌 137
知識(shí)拓展 137
小結(jié) 138
習(xí)題 139
第9章 羧酸和取代羧酸 141
9.1 羧酸 141
9.1.1 羧酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名 141
9.1.2 羧酸的物理性質(zhì) 143
9.1.3 羧酸的化學(xué)性質(zhì) 143
9.1.4 重要的羧酸 147
9.2 取代羧酸 147
9.2.1 羥基酸 147
9.2.2 酮酸 150
知識(shí)拓展 151
小結(jié) 151
習(xí)題 152
第10章 羧酸衍生物 154
10.1 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu)和命名 154
10.1.1 羧酸衍生物的結(jié)構(gòu) 154
10.1.2 羧酸衍生物的命名 154
10.2 羧酸衍生物的物理性質(zhì) 157
10.3 羧酸衍生物的仳?qū)W性質(zhì) 157
10.3.1 �；�親核取代反應(yīng) 157
10.3.2 還原反應(yīng) 160
10.3.3 酯縮合反應(yīng) 161
10.3.4 酰胺的特性 162
10.4 β-二羰基化合物 162
10.4.1 乙酰乙酸乙酯酮式烯醇式互變異構(gòu) 163
10.4.2 乙酰乙酸乙酯合成法 163
10.4.3 丙二酸二乙酯合成法 164
10.5 重要的羧酸衍生物 164
10.6 碳酸衍生物 165
10.6.1 尿素 165
10.6.2 胍 166
10.6.3 丙二酰脲 166
知識(shí)拓展 167
小結(jié) 168
習(xí)題 169
第11章 含氮、磷的有機(jī)化合物 172
11.1 胺 172
11.1.1 胺的結(jié)構(gòu)、分類和命名 172
11.1.2 胺的物理性質(zhì) 174
11.1.3 胺的化學(xué)性質(zhì) 175
11.1.4 重要的胺類化合物 179
11.2 重氮化合物和偶氮化合物 180
11.2.1 結(jié)構(gòu) 180
11.2.2 重氮鹽的性質(zhì) 180
11.3 生物堿 182
11.3.1 生物堿的橛念及分類 182
11.3.2 生物堿的性質(zhì) 182
11.3.3 重要的生物堿 182
11.4 含磷有機(jī)化合物 184
11.4.1 含磷有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和命名 184
11.4.2 有機(jī)磷農(nóng)藥 185
知識(shí)拓展 185
小結(jié) 186
習(xí)題 187
第12章 雜環(huán)化合物 189
12.1 雜環(huán)化合物的分類和命名 189
12.1.1 雜環(huán)化合物的分類 189
12.1.2 雜環(huán)化合物的命名 190
12.2 五元雜環(huán)化合物 191
12.2.1 呋喃、噻吩和吡咯的結(jié)構(gòu) 191
12.2.2 呋喃、噻吩和吡咯的性質(zhì) 191
12.2.3 重要的五元雜環(huán)化合物及其衍生物 192
12.3 六元雜環(huán)化合物 194
12.3.1 吡啶的結(jié)構(gòu) 194
12.3.2 吡啶的性質(zhì) 195
12.3.3 重要的六元雜環(huán)化合物及其衍生物 196
12.4 稠雜環(huán)化合物 197
12.4.1 喹啉及異喹啉 197
12.4.2 嘌呤 197
知識(shí)拓展 198
小結(jié) 199
習(xí)題 200
第13章 糖類 201
13.1 單糖 201
13.1.1 單糖的分類、開(kāi)鏈結(jié)構(gòu)和構(gòu)型 201
13.1.2 單糖的變旋光現(xiàn)象和環(huán)狀結(jié)構(gòu) 203
13.1.3 單糖的物理性質(zhì) 206
13.1.4 單糖的化學(xué)性質(zhì) 206
13.1.5 重要的單糖及其衍生物 209
13.2 雙糖 210
13.3 多糖 212
13.3.1 淀粉 212
13.3.2 糖原 213
13.3.3 纖維素 214
13.3.4 有旋糖酐 214
13.3.5 透明質(zhì)酸 215
13.3.6 肝素 215
知識(shí)拓展 215
小結(jié) 216
習(xí)題 217
第14章 脂類和萜類化合物 219
14.1 油脂和蠟 219
14.1.1 油脂的組成、結(jié)構(gòu)和命名 219
14.1.2 油脂的物理性質(zhì) 220
14.1.3 油臘的化學(xué)性質(zhì) 221
14.1.4 蠟 222
14.2 磷脂 222
14.2.1 甘油磷脂 222
14.2.2 鞘磷脂 224
14.3 甾族化合物 224
14.3.1 甾族化合物的結(jié)構(gòu) 224
14.3.2 重要的甾族化合物 225
14.4 萜類化合物 228
14.4.1 萜類化合物的結(jié)構(gòu)和分類 228
14.4.2 單萜類化合物 228
14.4.3 倍半萜類化合物 230
14.4.4 二萜類化合物 230
14.4.5 三萜類化合物 231
14.4.6 四萜類化合物 231
知識(shí)拓展 231
小結(jié) 232
習(xí)題 232
第15章 氨基酸、肽、蛋白質(zhì)、酶和核酸 234
15.1 氨基酸 234
15.1.1 氨基酸的結(jié)構(gòu)、分類和命名 234
15.1.2 氨基酸的性質(zhì) 237
15.2 肽 239
15.2.1 肽的結(jié)構(gòu)和命名 239
15.2.2 肽鏈結(jié)構(gòu)的測(cè)定 241
15.2.3 生物活性肽 242
15.3 蛋白質(zhì) 244
15.3.1 蠆白質(zhì)的元素組成和分類 244
15.3.2 蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu) 244
15.3.3 蛋白質(zhì)的性質(zhì) 246
15.4 酶的化學(xué) 248
15.4.1 酶的概念 248
15.4.2 酶的分類和命名 248
15.5 核酸 249
15.5.1 核酸的化學(xué)組成 250
15.5.2 核酸的分子結(jié)構(gòu) 252
15.5.3 核酸的理化性質(zhì) 255
知識(shí)拓展 256
小結(jié) 256
習(xí)題 257
第16章 生物醫(yī)用高分子材料 259
16.1 生物醫(yī)用高分子材料概述 259
16.1.1 高分子化合物的組成和結(jié)構(gòu) 259
16.1.2 高分子化合物的分類和命名 260
16.1.3 高分子化合物的合成方法 261
16.2 生物醫(yī)用高分子化合物的性質(zhì) 262
16.2.1 高分子化合物的物理性質(zhì) 263
16.2.2 高分子化合物的化學(xué)性質(zhì) 263
16.2.3 醫(yī)用高分子化合物的生物相容性 264
16.3 生物醫(yī)用高分子材料在醫(yī)藥學(xué)上的應(yīng)用 266
16.3.1 生物醫(yī)用高分子材料的條件要求 266
16.3.2 生物醫(yī)用高分子材料在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 266
16.3.3 生物醫(yī)用高分子材料在藥學(xué)上的應(yīng)用 270
知識(shí)拓展 272
小結(jié) 272
習(xí)題 273
第17章 有機(jī)波譜學(xué)基礎(chǔ) 274
17.1 吸收光譜概述 274
17.2 紫外光譜 275
17.2.1 紫外光譜的基本原理 275
17.2.2 紫外光譜解析 276
17.3 紅外光譜 277
17.3.1 紅外光譜的基本原理 277
17.3.2 基團(tuán)的特征吸收頻率與指紋區(qū) 278
17.3.3 紅外光譜圖解析 279
17.4 核磁共振譜 280
17.4.1 核磁共振氫譜的基本原理 281
17.4.2 化學(xué)位移 282
17.4.3 自旋偶合與自旋裂分 283
17.4.4 1H NMR諾圖解析 285
17.5 質(zhì)譜 286
知識(shí)拓展 287
小結(jié) 287
習(xí)題 288
主要參考文獻(xiàn) 290
中英文對(duì)照索引 291

第1章 緒論
本章重點(diǎn)闡述有機(jī)化合物分子中共價(jià)鍵的本質(zhì)、碳原子的三種雜化方式、共價(jià)鍵的極性、分子間作用力及路易斯酸堿理論；其次介紹有機(jī)化合物的分類、主要官能團(tuán)和有機(jī)反應(yīng)的類型；簡(jiǎn)要說(shuō)明有機(jī)化學(xué)的發(fā)展歷程及研究有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的步驟和方法，為后續(xù)章節(jié)的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。
1.1有機(jī)化合物和有機(jī)化學(xué)
從組成上看，有機(jī)化合物（organiccompound）是指除CO、CO2和簡(jiǎn)單碳酸鹽之外的所有含碳化合物。除含有碳元素外，絕大多數(shù)還含有氫元素，而且許多有機(jī)化合物中還含有氧、氮、硫、磷和鹵素等其他元素，所以也常把有機(jī)化合物稱為碳?xì)浠�合物及其衍生物（compound of hydrocarbon and its derivatives）。而有機(jī)化學(xué)（organic chemistry）就是研究有機(jī)化合物的化學(xué)，是研究有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其反應(yīng)的一門(mén)科學(xué)。
有機(jī)化合物廣泛存在于自然界中。人類很早就知道，如何從動(dòng)植物中提取加工得到一些有用物質(zhì)，如糖、酒、醋、香料、染料和藥物等。據(jù)我國(guó)《周禮》記載，當(dāng)時(shí)已設(shè)專司管理染色、釀酒和制醋等工藝；我國(guó)在漢代就發(fā)明了造紙術(shù)，在《神農(nóng)本草經(jīng)》中記載幾百種重要的藥物，其中大部分是植物。18世紀(jì)以來(lái)，人們已經(jīng)分離提取得到一系列較純的化合物，如乙二酸、酒石酸、檸檬酸、乳酸、蘋(píng)果酸、尿素和嗎啡等。由于這些物質(zhì)都是從有生命的動(dòng)植物體中獲得，并且因當(dāng)時(shí)條件所限，不能人工合成，因此，早期化學(xué)家把這類物質(zhì)稱為有機(jī)化合物。1806年，瑞典化學(xué)家貝采利烏斯（J.J.Berzelius）首先提出了“有機(jī)化學(xué)”這一名詞，以區(qū)別于其他礦物質(zhì)的化學(xué)――“無(wú)機(jī)化學(xué)”。他認(rèn)為有機(jī)化合物只能在生物體內(nèi)通過(guò)神秘莫測(cè)的“生命力”作用才能產(chǎn)生，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)不能由無(wú)機(jī)化合物合成。
1928年，28歲的德國(guó)化學(xué)家維勒在加熱無(wú)機(jī)化合物氰酸銨時(shí)得到了有機(jī)化合物尿素：NH4OCN△NH2CONH2。維勒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給“生命力”學(xué)說(shuō)帶來(lái)第一次強(qiáng)大的沖擊，突破了無(wú)機(jī)化合物與有機(jī)化合物之間的嚴(yán)格界限。此后，更多的有機(jī)化合物相繼合成出來(lái)。例如，1845年，德國(guó)化學(xué)家科爾柏（H.Kolbe）合成了乙酸；1854年，法國(guó)化學(xué)家貝特洛（M.Berthelot）合成了油脂；1856年，英國(guó)化學(xué)家佩金（W.H.Perkin）合成了苯胺紫。人們逐漸摒棄了“生命力”學(xué)說(shuō)，有機(jī)化學(xué)進(jìn)入了人工合成時(shí)代，并得到迅速的發(fā)展。如今，許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的生物大分子（如蛋白質(zhì)、核酸、激素和多糖等）也都成功地合成出來(lái)。“有機(jī)”這一名詞已不再反映其原有的涵義，只是由于歷史和習(xí)慣的緣故才沿用至今。
19世紀(jì)中期，德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒（A.Kekulè）、英國(guó)化學(xué)家?guī)扃辏ˋ.S.Couper）和俄國(guó)化學(xué)家布特列洛夫（A.M.Butlerov）分別提出有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)學(xué)說(shuō)，極大地推動(dòng)了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展。1874年，荷蘭化學(xué)家范特霍夫（J.H.van’tHoff）和法國(guó)化學(xué)家勒貝爾（J.A.Lebel）同時(shí)提出了碳的四面體學(xué)說(shuō)，建立了分子的立體概念，從而開(kāi)創(chuàng)了以立體觀點(diǎn)來(lái)研究有機(jī)化合物的立體化學(xué)。
20世紀(jì)30年代，量子力學(xué)原理和方法引入到有機(jī)化學(xué)后，闡明了化學(xué)鍵的微觀本質(zhì)，進(jìn)而形成了價(jià)鍵理論和分子軌道理論等。20世紀(jì)60年代，合成維生素B12過(guò)程中分子軌道守恒原理的發(fā)現(xiàn)，使人們對(duì)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程有了比較深入的認(rèn)識(shí)。
隨著近代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用現(xiàn)代物理實(shí)驗(yàn)技術(shù)（如紅外光譜、核磁共振譜、紫外光譜、質(zhì)譜、色譜和X射線衍射等）測(cè)定有機(jī)化合物的精細(xì)結(jié)構(gòu)，加速了有機(jī)化合物的研究。一些新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，如光化學(xué)技術(shù)、催化化學(xué)技術(shù)、微波技術(shù)和超聲波技術(shù)等應(yīng)用到有機(jī)化學(xué)反應(yīng)中，提高了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化速率和產(chǎn)物的選擇性。
20世紀(jì)70年代，美國(guó)化學(xué)家科里（E.J.Corey）提出逆合成分析理論，基于此，他合成了許多結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜且具有生理活性的有機(jī)化合物，這種理論成為現(xiàn)代有機(jī)合成設(shè)計(jì)思想的基石。
有機(jī)化學(xué)經(jīng)歷了200多年的發(fā)展，已由實(shí)驗(yàn)性科學(xué)發(fā)展成為實(shí)驗(yàn)、理論并重的學(xué)科，并形成了有機(jī)合成化學(xué)、天然有機(jī)化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、金屬與元素有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)以及有機(jī)物分離分析等分支學(xué)科。同時(shí)，有機(jī)化學(xué)與生物學(xué)、物理、材料等多種學(xué)科的交叉、融合、協(xié)同促進(jìn)，新型交叉學(xué)科不斷誕生，如綠色化學(xué)、化學(xué)生物學(xué)、化學(xué)基因組學(xué)、蛋白質(zhì)組學(xué)、化學(xué)糖生物學(xué)和化學(xué)遺傳學(xué)等。有機(jī)化學(xué)在當(dāng)今社會(huì)將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。
1.2 有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的關(guān)系
隨著生命科學(xué)的發(fā)展，特別是近年來(lái)分子生物學(xué)、分子醫(yī)學(xué)、遺傳組學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、糖生物學(xué)等學(xué)科的相繼出現(xiàn)，生命科學(xué)的發(fā)展進(jìn)入了分子水平，而化學(xué)的宗旨是在分子、原子水平上認(rèn)識(shí)和改造物質(zhì)世界，所以生命科學(xué)與化學(xué)學(xué)科的關(guān)系極為密切。組成生命體的物質(zhì)除水分子和無(wú)機(jī)離子外，其他物質(zhì)幾乎都是有機(jī)化合物，生物體內(nèi)所發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)大多數(shù)屬于有機(jī)化學(xué)反應(yīng)。這些化學(xué)物質(zhì)在生物體內(nèi)進(jìn)行一系列復(fù)雜的變化，完全遵循化學(xué)反應(yīng)的普遍規(guī)律，以維系機(jī)體的生命活動(dòng)。盡管生命是一個(gè)極為復(fù)雜的過(guò)程，但其物質(zhì)基礎(chǔ)和生命活動(dòng)都離不開(kāi)化學(xué)分子和化學(xué)反應(yīng)�；瘜W(xué)在生命中的作用，正如1959年諾貝爾（Nobel）生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者美國(guó)生物化學(xué)家科恩伯格（A.Kornberg）所認(rèn)為：“人類的形態(tài)和行為都是由一系列各負(fù)其責(zé)的化學(xué)反應(yīng)來(lái)決定的”，“把生命理解成化學(xué)”。因此，有機(jī)化學(xué)是生命科學(xué)不可缺少的化學(xué)基礎(chǔ)。人們只有掌握并應(yīng)用有機(jī)化學(xué)的理論和方法，才能認(rèn)識(shí)到蛋白質(zhì)、核酸、酶和多糖等生命大分子的結(jié)構(gòu)和功能，為探索生命的奧妙奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)生命科學(xué)的發(fā)展；同時(shí)，生命科學(xué)也充實(shí)和豐富了有機(jī)化學(xué)的內(nèi)容，在大分子和超分子水平上，有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)將在更廣闊范圍和更深層次上相互滲透、全面互補(bǔ)。有機(jī)化學(xué)與生命科學(xué)的密切結(jié)合，是現(xiàn)代科學(xué)發(fā)展的需要和必然結(jié)果。
1.3 有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)和特征
有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)是指分子的組成、分子中各原子相互結(jié)合的順序和方式、價(jià)鍵結(jié)構(gòu)、分子中電子的分布狀態(tài)、三維結(jié)構(gòu)和分子中原子或基團(tuán)之間相互影響等。有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)決定了化合物的性質(zhì)，而有機(jī)化合物的性質(zhì)又將反映其結(jié)構(gòu)特征。有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)的研究中首先涉及的就是原子間相互結(jié)合的化學(xué)鍵。
有機(jī)化合物都含有碳元素，碳原子處于元素周期表中第二周期ⅣA族，基態(tài)碳原子核外電子排布式為1s22s22p2，其外層有4個(gè)電子。當(dāng)碳原子與其他原子（包括碳原子）形成化合物時(shí)，它不易失去或獲得價(jià)電子，而總是通過(guò)共享電子，即以共價(jià)鍵（covalent bond）形成穩(wěn)定的電子構(gòu)型。對(duì)于共價(jià)鍵的解釋，主要有路易斯共價(jià)鍵理論、價(jià)鍵理論、雜化軌道理論、分子軌道理論和共振論等。
1.3.1路易斯共價(jià)鍵理論
1916年，美國(guó)物理化學(xué)家路易斯（C.N.Lewis）提出了經(jīng)典共價(jià)鍵理論：分子中的每個(gè)原子都有達(dá)到穩(wěn)定的稀有氣體結(jié)構(gòu)的傾向。在非金屬原子組成的分子中，原子達(dá)到稀有氣體穩(wěn)定結(jié)構(gòu)不是通過(guò)電子的得失，而是通過(guò)共享一對(duì)或幾對(duì)電子來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這種由共享電子對(duì)所形成的化學(xué)鍵稱為共價(jià)鍵。稀有氣體除氦僅有兩個(gè)價(jià)電子外，其他的價(jià)電子層均為八個(gè)價(jià)電子，所以路易斯共價(jià)鍵理論又稱為八隅律（octet rule）。
1.3.2 價(jià)鍵理論
路易斯共價(jià)鍵理論揭示了共價(jià)鍵與離子鍵的區(qū)別，但未能說(shuō)明共價(jià)鍵是如何形成的。隨著量子力學(xué)在化學(xué)中的應(yīng)用，化學(xué)家建立了價(jià)鍵理論，其基本要點(diǎn)為：當(dāng)兩個(gè)原子接近時(shí)，自旋方向相反的未成對(duì)電子相互配對(duì)，原子軌道重疊，核間電子出現(xiàn)的概率密度增大，使系統(tǒng)能量降低，形成穩(wěn)定的共價(jià)鍵；每個(gè)原子形成共價(jià)鍵的數(shù)目取決于單電子數(shù)目，即一個(gè)原子含有幾個(gè)未成對(duì)電子，通常就能與其他原子的幾個(gè)自旋方向相反的未成對(duì)電子配對(duì)形成共價(jià)鍵，這就是共價(jià)鍵的飽和性；形成共價(jià)鍵的原子軌道重疊越多，兩核間電子出現(xiàn)的概率密度就越大，形成的共價(jià)鍵就越牢固，因此在可能情況下，共價(jià)鍵的形成將沿著原子軌道最大重疊的方向進(jìn)行，這就是共價(jià)鍵的方向性。
有機(jī)化合物中的共價(jià)鍵類型主要有σ鍵（σ bond）和π鍵（π bond）兩種。由兩個(gè)成鍵原子軌道沿著軌道的鍵軸方向重疊所形成的共價(jià)鍵稱為σ鍵，其電子云呈圓柱形對(duì)稱分布于鍵軸周圍，軌道的重疊程度最大，成鍵的兩個(gè)原子可以沿鍵軸自由旋轉(zhuǎn)。由兩個(gè)p軌道從側(cè)面相互平行重疊形成的共價(jià)鍵稱為π鍵，其電子云分布在鍵軸的參考平面（節(jié)面）的上方及下方，在節(jié)面上電子云密度幾乎為零，此種軌道重疊程度最小。π鍵不能自由旋轉(zhuǎn)，也不如σ鍵牢固。有機(jī)化合物分子中的單鍵都是σ鍵。
1.3.3 雜化軌道理論
價(jià)鍵理論比較簡(jiǎn)明地闡明了共價(jià)鍵的形成過(guò)程和本質(zhì)，并成功地解釋了共價(jià)鍵的方向性和飽和性等特點(diǎn)，但在解釋分子的空間結(jié)構(gòu)方面遇到了困難。為了解釋多原子分子的空間結(jié)構(gòu)，1931年，美國(guó)化學(xué)家鮑林（L.G.Pauling）在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上，提出了雜化軌道理論，其基本要點(diǎn)如下：原子在形成分子時(shí)，由于原子間相互影響，同一原子中參與成鍵的不同類型、能量相近的原子軌道進(jìn)行重新組合，形成能量、形狀和空間取向與原來(lái)軌道不同的新的原子軌道，這個(gè)過(guò)程稱為原子軌道的雜化（hybridization），所形成的新的原子軌道稱為雜化軌道（hybrid orbital）。雜化軌道的數(shù)目等于參與雜化的原子軌道的數(shù)目，雜化軌道的成鍵能力比未雜化的原子軌道的成鍵能力強(qiáng)，形成的化學(xué)鍵的鍵能大，雜化軌道的空間構(gòu)型取決于中心原子的雜化類型。碳原子的雜化方式主要有sp3、sp2、sp三種。
1.sp3雜化軌道碳原子在基態(tài)時(shí)的外層電子構(gòu)型為2s22p1x2p1y，在形成共價(jià)鍵時(shí)，2s軌道上的1個(gè)電子激發(fā)到2pz空軌道上，形成1s22s12p1x2p1y2p1z（激發(fā)態(tài)），然后1個(gè)2s和3個(gè)2p軌道進(jìn)行雜化，形成4個(gè)完全相同的sp3雜化軌道。
sp3雜化軌道的形狀類似葫蘆形，一頭大、一頭�。蹐D1-1（a）］。四個(gè)sp3雜化軌道對(duì)稱地排布在碳原子的周圍，它們的對(duì)稱軸在空間的取向相當(dāng)于從正四面體的中心伸向四個(gè)頂點(diǎn)的方向，形成正四面體的空間構(gòu)型，雜化軌道對(duì)稱軸間的夾角為109.5°［圖1-1（b）］。這樣sp3雜化軌道之間的相互斥力最小，能量最低，體系最穩(wěn)定。
2.sp2雜化軌道如果碳原子激發(fā)態(tài)中的1個(gè)2s軌道與2個(gè)2p軌道進(jìn)行雜化，形成3個(gè)完全相同的sp2雜化軌道，還剩1個(gè)p軌道未參與雜化。
sp2雜化軌道的形狀也類似葫蘆形，一頭大、一頭小，但比sp3略短一些。3個(gè)sp2雜化軌道的對(duì)稱軸在同一平面上，構(gòu)成三角形的平面構(gòu)型，雜化軌道對(duì)稱軸間的夾角為120°［圖1-2（a）］。
碳原子上余下1個(gè)未參與雜化的2p軌道，它的對(duì)稱軸垂直于sp2雜化軌道的平面［圖1-2（b）］。
3.sp雜化軌道
如果碳原子激發(fā)態(tài)中的1個(gè)2s軌道與1個(gè)2p軌道進(jìn)行雜化，形成2個(gè)完全相同的sp雜化軌道，還剩2個(gè)p軌道未參與雜化。
sp雜化軌道的形狀也類似葫蘆形，但比sp2還要短一些。2個(gè)sp雜化軌道呈直線形構(gòu)型，雜化軌道對(duì)稱軸間的夾角為180°［圖1-3（a）］。余下2個(gè)未參與雜化的2p軌道與sp雜化軌道相互垂直［圖1-3（b）］。
1.3.4分子軌道理論
價(jià)鍵理論形象、直觀、易理解，是從定域（成鍵的電子只局限于成鍵兩原子之間）的觀點(diǎn)出發(fā)，說(shuō)明了共價(jià)鍵的形成和分子空間構(gòu)型等問(wèn)題，但沒(méi)有把分子看成是一個(gè)整體，因此，該理論具有一定的局限性。而分子軌道理論是以離域（成鍵的電子分布在整個(gè)分子中）的觀點(diǎn)為基礎(chǔ)，對(duì)分子的描述更準(zhǔn)確，并逐漸在有機(jī)化學(xué)理論中占據(jù)主導(dǎo)地位。分子軌道理論的基本要點(diǎn)如下：
（1）成鍵的電子在分子中空間的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)稱為分子軌道（molecular orbital），可用波函數(shù)Ψ來(lái)描述。分子軌道是由組成分子的原子軌道線性組合而成。形成的分子軌道數(shù)與參與成鍵原子軌道數(shù)相等。例如，兩個(gè)原子軌道線性組合得到兩個(gè)分子軌道，一個(gè)是成鍵分子軌道，其能量比兩個(gè)原子軌道中能量較低的軌道還低，較穩(wěn)定；另一個(gè)是反鍵分子軌道，其能量比兩個(gè)原子軌道中能量較高的軌道還要高，不穩(wěn)定（圖1-4）。
（2）為了有效地組合成分子軌道，參與組合的原子軌道還必須滿足以下三條原則：①對(duì)稱性匹配原則，成鍵的兩個(gè)原子軌道，必須是位相相同的部分相互重疊才能形成穩(wěn)定的分子軌道；②能量相近原則，只有能量相近的兩個(gè)對(duì)稱性匹配的原子軌道才能有效地組合成分子軌道，而且原子軌道的能量越接近，組合成的分子軌道越有效；③軌道最大重疊原則，能量相近、對(duì)稱性匹配的兩個(gè)原子軌道線性組合成分子軌道時(shí)，應(yīng)盡可能使原子軌道重疊程度最大，以使成鍵分子軌道的能量盡可能降低，形成的化學(xué)鍵越穩(wěn)定。
（3）電子在分子軌道中的排布，同樣遵循能量最低原理、泡利不相容原理和洪德規(guī)則。
1.3.5 共振論
為了解決經(jīng)典結(jié)構(gòu)式表達(dá)復(fù)雜的電子離域體系的矛盾，鮑林在價(jià)鍵理論的基礎(chǔ)上提出了共振論（resonance theory）。其基本要點(diǎn)是：電子離域體系的分子、離子或自由基不能用一個(gè)經(jīng)典結(jié)構(gòu)式（Lewis式）表示清楚，而需用幾個(gè)可能的原子核位置不變、只是電子位置變化的Lewis式來(lái)表示，這些Lewis結(jié)構(gòu)式稱為共振式或共振極限式。實(shí)際上分子、離子或自由基是共振式的共振雜化體（resonance hybride）。共振雜化體表達(dá)了成鍵的電子離域于整個(gè)分子、離子或自由基中，因此，能比較全面地解釋化合物的性質(zhì)。
例如，硝基甲烷的結(jié)構(gòu)可以用下列兩個(gè)共振式或共振雜化體表示。
雙箭頭“”是共振符號(hào)，連接共振式，表示共振式的共振或疊加，合起來(lái)表示共振雜化體。彎箭頭“”表示電子對(duì)轉(zhuǎn)移。
一般情況下，能級(jí)相等或近似的共振式越多，電子離域程度越大，這個(gè)體系的熱力學(xué)能越低，越穩(wěn)定。每個(gè)共振式對(duì)共振雜化體的貢獻(xiàn)不是均等的，越穩(wěn)定的共振式其貢獻(xiàn)越大，相同的共振式對(duì)共振雜化體的貢獻(xiàn)相等。