第1章有機化學的基礎知識  1

1.1 有機化合物的一般特點(characteristic of organic compound)        1

1.2 共價鍵的屬性(feature of covalent bond)            1

1.3 分子式、構造式、構型式和構像式(molecular formula, constitution,configuration and conformation)   3

1.4 氫鍵(hydrogen bond)    4

1.5 有機化合物的分類(classification of organic compound)            5

1.6 簡單有機化合物的命名(nomenclature of simple organic compound)  7

1.6.1 烷烴的命名(nomenclature of alkane)            7

1.6.2 單環烷烴的命名(nomenclature of mono cycloalkane)          9

1.6.3 橋環烴的命名(nomenclature of bridged alkane)  10

1.6.4 螺環烴的命名(nomenclature of spirocyclic alkane)          12

1.6.5 烯烴的命名(nomenclature of alkene)          13

1.6.6 炔烴的命名(nomenclature of alkyne)          14

1.6.7 二烯烴的命名(nomenclature of diene)          15

1.6.8 芳烴的命名(nomenclature of arene)          15

1.6.9 鹵代烴的命名(nomenclature of halohydrocarbon)            17

1.6.10 醇的命名(nomenclature of alcohol)          18

1.6.11 酚的命名(nomenclature of phenol)            18

1.6.12 醚的命名(nomenclature of ether)            19

1.6.13 簡單醛、酮的命名(nomenclature of simple aldehyde and ketone)          19

1.6.14 簡單羧酸及其衍生物的命名(nomenclature of simple carboxylic acid and derivatives)    20

1.6.15 硝基化合物的命名(nomenclature of nitro compound)        21

1.6.16 胺類化合物的命名(nomenclature of amines)  21

習題(Problems)            21

1.7 氧化數(oxidation number)            21

1.7.1 電負性(electronegativity)        21

1.7.2 氧化數值(oxidation value)      22

1.7.3 用氧化數法確定有機基團的大小(determination of sequence of organic group by oxidation number)       22

1.7.4 用氧化數法處理氧化還原滴定結果(handling redox titration data by oxidation number)            23

1.8 廣義酸堿理論(theory of generalized acids and bases)            24

1.9 有機化合物中碳的構型(configuration of carbon in organic compound)            27

1.10 共振論與分子軌道理論(resonance theory and molecular orbital theory)        31

1.11 有機化合物的波譜簡介(introduction to spectroscopy of organic compound)      34

1.11.1 紫外光譜(ultraviolet spectrum)  34

1.11.2 紅外光譜(infrared spectrum)    37

1.11.3 核磁共振波譜(nuclear magnetic resonance spectroscopy)    43

1.11.4 質譜(mass spectrum)          51

習題(Problems)            54



第2章碳-碳單鍵化合物  55

2.1 烷烴(alkane)          55

2.1.1 烷烴的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of alkane)        55

2.1.2 烷烴的同分異構(isomerism of alkane)        57

2.1.3 烷烴的構像(conformation of alkane)          59

2.1.4 烷烴的化學性質(chemical properties of alkane)  61

2.1.5 烷烴的來源(source of alkane)    64

2.2 環烷烴(cycloalkane)    65

2.2.1 環烷烴的分類和命名(classification and nomenclature of cycloalkane)        65

2.2.2 環烷烴的構像(conformation of cycloalkane)    66

2.2.3 環烷烴的反應(reaction of cycloalkane)        71

2.2.4 小環烷烴的制備(preparation of small-cycloalkane)          72

2.2.5 奇妙的立方烷(wonderful cubane)*            72

習題(Problems)            73



第3章碳-碳重鍵化合物  74

3.1 分類及結構(classification and structure)          74

3.2 同分異構現像(isomerism)          75

3.3 物理性質及波譜(physical properties and spectrum)  77

3.4 化學性質(chemical properties)      78

3.4.1 親電加成反應(electrophilic addition)          78

3.4.2 親電加成反應的機理(mechanism of electrophilic addition)    84

3.4.3 馬氏加成與反馬氏加成(Markovnikov and anti-Markovnikov addition)        88

3.4.4 加氫反應(hydrogenation reaction)            89

3.4.5 α-氫的反應(reaction of α-hydrogen)          90

3.4.6 氧化反應(oxidation reaction)    90

3.4.7 自由基加成及機理(mechanism of radical addition)          92

3.4.8 卡賓的加成反應(addition reaction of carbene)  92

3.4.9 親核加成反應(nucleophilic addition reaction)    92

3.4.10 炔氫的反應(reaction of acetylenic hydrogen)  93

3.4.11 二烯烴的1,2-加成和1,4-加成反應(1,2-and 1,4-addition of diene)      94

3.4.12 聚合反應(polymerization)      95

3.4.13 烯烴的復分解反應(metathesis of alkene)      97

3.5 誘導效應和共軛效應(inductive effect and conjugated effect)      97

3.5.1 誘導效應(inductive effect)      97

3.5.2 共軛效應與超共軛效應(conjugated effect and hyperconjugative effect)      98

3.6 電環化與環加成反應(electrocyclic reaction and cycloaddition reaction)        100

3.6.1 電環化反應(electrocyclic reaction)          100

3.6.2 環加成反應(cycloaddition reaction)          103

3.7 烯烴和炔烴的制備(preparation of alkene and alkyne)            108

3.7.1 烯烴的制備(preparation of alkene)          108

3.7.2 炔烴的制備(preparation of alkyne)          109

3.8 螺環烯烴與螺共軛效應(spirocycloalkenes and spiroconjugation effect)*        110

習題(Problems)            111



第4章芳烴及芳香性  114

4.1 芳烴(arene)          114

4.1.1 芳烴的分類(classification of arene)          114

4.1.2 芳烴的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of arene)        115

4.1.3 苯的結構(structure of benzene)  115

4.1.4 苯環上的親電取代反應(electrophilic substitution of benzene ring)          118

4.1.5 苯環上的定位效應(directing effect on benzene ring)        124

4.1.6 苯環上的親核取代反應(nucleophilic substitution on benzene ring)          130

4.1.7 苯環上的加成反應(addition reaction on benzene ring)      132

4.1.8 苯環上側鏈的反應(reaction of branched chain on benzene ring)            133

4.1.9 芳烴的來源及制備(source and preparation of arene)        134

4.2 多環芳烴(polycyclic arene)        135

4.2.1 分類(classification)            135

4.2.2 聯苯(biphenyl)    136

4.2.3 萘(naphthalene)  136

4.2.4 蒽(anthracene)    141

4.2.5 菲(phenanthrene)  143

4.2.6 其他稠環芳烴(other fused ring aromatic hydrocarbons)      143

4.2.7 Haworth合成(Haworth synthesis)            143

4.2.8 多苯代脂烴(polyphenyl hydrocarbons)        145

4.2.9 富勒烯(fullerene)  146

4.2.10 稠環化合物的命名(nomenclature of fused ring aromatic hydrocarbons)    147

4.3 芳香性, 非芳香性, 反芳香性, 同芳香性及反同芳香性(aromaticity,nonaromaticity, antiaromaticity, homoaromaticity and antihomoaromaticity)      147

4.4 致癌芳烴(carcinogenic arene)      153

習題(Problems)            154



第5章手性化合物與手性合成  157

5.1 簡介(introduction)    157

5.2 平面偏振光(plane polarized light)    158

5.3 旋光性、旋光物質與比旋光度(optical rotation, optically active substance and specific rotation)      158

5.4 分子的對稱性(molecular symmetry)  159

5.5 構型表示與標記(determination configuration)      162

5.5.1 Fischer投影式(Fischer projection formula)    162

5.5.2 D-L構型標記法(method of D-L-configuration labeling)        164

5.5.3 R-S 構型標記法(method of R-S-configuration labeling)      164

5.6 含一個手性碳原子的光學異構體(optical isomer of one chiral carbon atom)      167

5.7 含兩個手性碳原子的光學異構體(optical isomer of two chiral carbon atoms)    168

5.7.1 含兩個不同手性碳原子的光學異構體(optical isomer of distinct two chiral carbon atoms)    168

5.7.2 含兩個相似手性碳原子的光學異構體(optical isomer of similar two chiral carbon atoms)    168

5.8 含多個手性碳原子的光學異構體(optical isomer of multiple chiral carbon atoms)         169

5.9 環狀手性化合物(chiral compound of cyclo-hydrocarbon)          169

5.10 不含手性碳原子的光學異構體(optical isomer of non-containing chiral carbon atom)        170

5.10.1 含手性軸的化合物(compounds of containing chiral axis)    170

5.10.2 含手性面的化合物(compounds of containing chiral plane)  172

5.10.3 螺旋化合物(screw compound)  173

5.11 外消旋體的合成與拆分(synthesis and resdution of racemate)    173

5.12 旋光方向與構型的關繫(rotatory direction and configuration)    174

習題(Problems)            175



第6章碳-鹵極性單鍵化合物  178

6.1 脂肪鹵代烴(aliphatic halohydrocarbons)          178

6.1.1 鹵代烴的分類(classification of halohydrocarbons)          178

6.1.2 鹵代烴的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of halohydrocarbons)            179

6.1.3 鹵代烴的親核取代反應(nucleophilic substitution of halohydrocarbons)      179

6.1.4 親核取代反應的機理(mechanism of nucleophilic substitution)            182

6.1.5 影響反應歷程的因素(influencing factor of reaction mechanism)            186

6.1.6 消除反應(elimination reaction)  193

6.1.7 與金屬的反應(reaction with metals)          197

6.2 芳香鹵代烴(halogenated aromatic hydrocarbons)    198

6.2.1 芳香鹵代烴的結構特征(structural feature of halogenated aromatic hydrocarbons)      198

6.2.2 鹵苯的反應(reaction of halobenzene)        199

6.3 鹵代烴的制備(preparation of halohydrocarbons)    200

6.4 重要的鹵代烴(important halohydrocarbons)        202

習題(Problems)            203



第7章碳-氧（硫） 極性單鍵化合物  206

7.1 醇類(alcohols)        206

7.1.1 醇的結構、分類和異構(structure, classification and isomerism of alcohols)     206

7.1.2 醇的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of alcohols)        208

7.1.3 醇的化學性質(chemical properties of alcohols)            210

7.1.4 醇的制備(preparation of alcohols)            214

7.1.醇(polyalcohols)          215

7.2 醚類(ethers)        219

7.2.1 醚的結構、分類、異構和命名(structure, classification, isomerism and nomenclature of ethers)   219

7.2.2 醚的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of ethers)          220

7.2.3 醚的化學性質(chemical properties of ethers)  221

7.2.4 環氧乙烷(epoxyethane)        223

7.2.5 冠醚(crown ether)            225

7.3 酚類(phenols)        226

7.3.1 酚的結構(structure of phenols)  226

7.3.2 酚的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of phenols)        226

7.3.3 酚的化學性質(chemical properties of phenols)  227

7.3.酚(polyphenols)          234

7.3.5 酚的制備(preparation of phenols)            235

習題(Problems)            236

7.4 硫醇和硫醚(thiol and thioether)      239

7.4.1 制備(preparation)            239

7.4.2 物理性質(physical properties)  239

7.4.3 化學性質(chemical properties)  239

7.5 芳磺酸(aromatic sulfonic acid)      240

7.5.1 芳磺酸的命名(nomenclature of aromatic sulfonic acid)      240

7.5.2 芳磺酸的制備(preparation of aromatic sulfonic acid)        241

7.5.3 芳磺酸的物理性質(physical properties of aromatic sulfonic acid)          241

7.5.4 芳磺酸的化學性質(chemical properties of aromatic sulfonic acid)          242

7.5.5 芳磺酰氯和芳磺酰胺(aromatic sulfonyl chloride and aromatic sulfamine)     243

7.5.6 烷基苯磺酸鈉和表面活性劑(alkyl benzene sulfonic acid sodium and surfactant)        245

7.5.7 離子交換樹脂(ion exchange resin)          245



第8章碳-氧極性重鍵化合物——醛和酮  247

8.1 醛、酮的結構、分類及命名(structure, classification and nomenclature of aldehyde and ketone)  247

8.2 醛、酮的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of aldehyde and ketone)  248

8.3 醛、酮的親核加成反應(nucleophilic addition reaction of aldehyde and ketone)  250

8.3.1 與氫氰酸的加成(addition reaction with hydrocyanic acid)    251

8.3.2 與亞硫酸氫鈉的加成(addition reaction with sodium bisulfite)  252

8.3.3 與醇的加成(addition reaction with alcohol)    252

8.3.4 與水的加成(addition reaction with water)      254

8.3.5 與金屬有機化合物的加成(reaction with organometallic compound)        255

8.3.6 與氨及其衍生物的加成縮合反應(reaction with ammonia and its derivatives)      257

8.3.7 Wittig反應(Wittig reaction)    259

8.4 α-氫的反應(reaction of α-hydrogen)  259

8.4.1 鹵化反應(halogenating reaction)            260

8.4.2 羥醛縮合反應(aldol condensation)          261

8.4.3 Perkin反應(Perkin reaction)    265

8.4.4 Mannich反應(Mannich reaction)  265

8.5 氧化還原反應(redox reaction)      266

8.5.1 與Tollen試劑和Fehling試劑反應(reaction with Tollen and Fehling reagent)    266

8.5.2 還原成醇(reduction to alcohol)  267

8.5.3 Meerwein-Ponndorf還原(Meerwein-Ponndorf reduction)      268

8.5.4 Clemmensen還原(Clemmensen reduction)    268

8.5.5 Wolff-Kishner-黃鳴龍還原(Wolff-Kishner-Huang Minlon reduction)          268

8.5.6 Cannizzaro反應(Cannizzaro reaction)        269

8.5.7 安息香縮合(benzoin condensation)          269

8.5.8 二苯酮重排(benzophenone rearrangement)    270

8.5.9 Baeyer-Villiger重排(Baeyer-Villiger rearrangement)          271

8.5.10 Favorskii重排(Favorskii rearrangement)      271

8.6 α,β-不飽和醛、酮的性質(properties of α,β-unsaturated aldehyde and ketone)          271

8.7 醛、酮的制備(preparation of aldehyde and ketone)  273

8.8 重要的醛、酮(important aldehyde, ketone)        276

習題(Problems)            280



第9章碳-氧極性重鍵化合物——羧酸及其衍生物  282

9.1 羧酸(carboxylic acid)  282

9.1.1 羧酸的結構(structure of carboxylic acid)      282

9.1.2 羧酸的分類和命名(classification and nomenclature of carboxylic acid)      283

9.1.3 羧酸的物理性質及波譜(physical properties and spectrum of carboxylic acid)            284

9.1.4 羧酸的化學性質(chemical properties of carboxylic acid)    286

9.1.羧酸的熱分解反應(thermal decomposition reaction of dicarboxylic acid)            292

9.1.6 羥基酸 (hydroxyl acid)          293

9.1.7 羧酸的制備(preparation of carboxylic acid)    294

習題(Problems)            297

9.2 羧酸衍生物(carboxylic acid derivatives)          298

9.2.1 分類和命名(classification and nomenclature)  298

9.2.2 物理性質及波譜(physical properties and spectrum)        299

9.2.3 水解、醇解、氨解反應 (hydrolysis, alcoholysis and aminolysis)            300

9.2.4 與金屬有機化合物的反應(reaction with organometallic compound)        304

9.2.5 還原反應(reduction reaction)    305

9.2.6 酯縮合反應(ester condensation)            306

9.2.7 Hofmann重排(Hofmann rearrangement)        307

9.2.8 有關NBS的一些反應 (reactions about NBS)    307

9.2.9 有關丙二酸二乙酯和乙酰乙酸乙酯的反應 (reactions about diethyl malonate and ethyl acetoacetate)   308

9.2.10 Knoevenagel反應 (Knoevenagel reaction)      311

9.2.11 Michael加成 (Michael addition)  312

9.2.12 Weiss反應(Weiss reaction)    313

習題(Problems)            314



第10章碳-氮極性單鍵化合物  318

10.1 硝基化合物(nitro compound)      318

10.1.1 硝基化合物的分類及命名(classification and nomenclature of nitro compound)      318

10.1.2 硝基化合物的物理性質及波譜 (physical properties and spectrum of nitro compound)  319

10.1.3 硝基化合物的化學性質(chemical properties of nitro compound)          320

10.2 胺類(amines)        326

10.2.1 胺類的結構、分類、異構和命名(structure, classification, isomerism and nomenclature of amines)    326

10.2.2 胺類的物理性質和波譜 (physical properties and spectrum of amines)          330

10.2.3 胺類的化學性質(chemical properties of amines)            331

10.2.4 季銨鹽和季銨堿 (quaternary ammonium salt and quaternary ammonium hydroxide)        338

10.2.胺(polyamines)          340

10.2.6 胺的制備(preparation of amines)            340

10.2.7 重氮和偶氮化合物(diazonium salt and azo compound)      341

10.3 禁用染料(prohibited dyes)        346

習題(Problems)            347



第11章雜環化合物  349

11.1 分類和命名(classification and nomenclature)      349

11.2 呋喃、噻吩、吡咯 (furan, thiophene and pyrrole)  351

11.2.1 呋喃、噻吩、吡咯的結構 (structure of furan, thiophene and pyrrole)      351

11.2.2 呋喃、噻吩、吡咯的物理性質(physical properties of furan, thiophene and pyrrole)      352

11.2.3 呋喃、噻吩、吡咯的化學性質(chemical properties of furan, thiophene and pyrrole)      353

11.2.4 呋喃、噻吩、吡咯的制備(preparation of furan, thiophene and pyrrole)        354

11.3 吡啶(pyridine)      355

11.3.1 吡啶的結構(structure of pyridine)          355

11.3.2 吡啶的物理性質 (physical properties of pyridine)          355

11.3.3 吡啶的化學性質(chemical properties of pyridine)          355

11.3.4 吡啶的制備(preparation of pyridine)        357

11.4 其他雜環化合物 (other heterocyclic compound)    357

習題(Problems)            360



第12章天然有機化合物  362

12.1 糖類(carbohydrates)  362

12.1.1 糖類的分類(classification of carbohydrates)  362

12.1.2 單糖(monosaccharides)      363

12.1.3 二糖(disaccharides)          371

12.1.4 多糖(polysaccharides)        373

12.1.5 異頭效應與糖類的構像(anomeric effect and conformation of carbohydrates)    375

習題(Problems)            376

12.2 氨基酸(amino acid)  377

12.2.1 氨基酸的分類和命名(classification and nomenclature of amino acid)      377

12.2.2 氨基酸的結構(stucture of amino acid)      379

12.2.3 氨基酸的化學性質(chemical properties of amino acid)      380

12.2.4 氨基酸的制備(preparation of amino acid)    382

12.3 蛋白質(protein)      383

12.3.1 蛋白質的分類和結構(classification and structure of protein)            383

12.3.2 蛋白質的理化性質(physical and chemical properties of protein)          386

12.4 類脂和生物堿(lipids and alkaloids)  388

12.4.1 油脂(natural oils)            388

12.4.2 蠟(waxes)      390

12.4.3 萜類(terpenes)  390

12.4.4 甾族化合物(steroids)        392

12.4.5 生物堿(alkaloids)            393



參考文獻       396

自1806 年柏則裡首次使用“有機化學” 名稱， 至今僅有200 多年的歷史， 但其發展異常迅猛。如今有機化學已發展成為包括物理有機化學、天然產物有機化學、生物有機化學、金屬有機化學、藥物有機化學、新材料有機化學、有機分離分析化學等學科相互交叉的基礎科學。

有機化學中的每個反應、每一種實驗現像的獲得， 幾乎都浸透了前人的辛勤勞動和汗水， 有的人為之奮鬥一生， 甚至獻出了生命， 這些通過實踐總結出來的經驗是人類的寶貴財富。一些基本知識至今仍具有十分重要的價值， 選擇性地學習和繼承這些寶貴的知識和經驗是非常必要的。我們應該永遠記住化學家的光輝名字和不朽業績。學習他們視工作為生命、勇於進取、不斷創新的精神， 學習他們刻苦鑽研和周密的思維方法。讓我們一起走進有機化學， 去探索化學的神奇和奧妙。

“合抱之木， 生於毫末； 九層之臺， 起於累土； 千裡之行， 始於足下”， 扎實的基礎知識是創新思維的源泉。隻有熟練掌握化合物的命名、結構式、基本性質和反應， 並在頭腦中形成有效的積累， 纔有可能利用這些總結出來的規律去發現問題， 提出問題， 分析問題和解決問題。

本教材的特點是：

（1） 將傳統的官能團體繫改為按化學鍵的類別進行編排， 以利於學生進行對比學習和規律的總結。

（2） 采用中國化學會2017 版有機化合物的命名， 同時附有1980 版的命名， 既學到新的知識， 與國際接軌， 又能與過去的文獻資料相銜接。

（3） 加強了專業英語訓練， 如IUPAC 和Chemical Abstract（CA） 命名； 主要標題英文注釋； 習題采用英文敘述等。

（4） 加強了有機化學中規律性的總結。如：Diels Alder 反應的1，2，3，4，5，6 規律； Claisen 和Cope 重排中的3，3 斷裂， 1，1 相連， 雙鍵移位； 氧化數法判斷有機基團的順序； 輪烯芳香性的簡單判斷法； 有機N 的堿性規律； 熱消除反應中的 ABCDE 規律；取代苯環上氫1 H NMR 裂分規律等。

（5） 介紹了適合教學的新知識， 如旋光方向與構型對應的Lowe 經驗規律； 異頭效應與螺共軛效應等。與學科前沿接軌， 為學習新知識搭建橋梁。

（6） 介紹了中國科學家在有機化學方面做出的傑出貢獻。

我們希望讀者通過本書學習， 在培養自己的逆向思維能力、形像思維能力、綜述總結能力和語言表達能力、模擬設計能力、合作互助能力、化學工具和化學文獻的使用能力，樹立環保意識等方面有所收益。

愛因斯坦說過：“對一切來說， 隻有熱愛纔是好的老師。” 學習也是這樣， 如果對學的課程熱愛了， 學起來就有勁。近年來， 由於社會上部分人對化學化工的誤解， 認為學化學接觸的物質有毒、有味、易燃易爆、污染環境， 對學習化學缺少興趣， 對化學實驗有畏懼心理。針對這些情況， 書中插入諾貝爾獎獲得者等化學大師的事跡， 融入了有關化學化工與現代生活、科技發展的資料， 從21 世紀科學發展的高度， 講述了化學化工在當代科學中不可替代的地位和作用及化學的神奇與奧妙。當今科學無國界， 但科學家有祖國， 希望有更多的人喜歡化學， 為我們偉大祖國科學事業的繁榮昌盛貢獻力量。

感謝中國工程院院士南開大學講席教授李正名先生為本書作序， 先生的教導和鼓勵，銘記在心。著名有機化學家南開大學王積濤教授曾對本書初稿（講稿） 提出過寶貴意見，恩師的諄諄教誨， 終生難忘。作者願將此書獻給尊敬的導師， 以寄托永久的思念。

本書編寫過程中， 參考了國內外專家學者的有關文獻著作和網上資料， 在此深表謝意。參加本書編寫的有魏榮寶、梁茂、劉秀傑、薛松、孟祥太、劉旭光、辛春偉等。由於編者水平有限， 不當之處， 敬請批評指正。



魏榮寶

2020年2月