有机化合物

有机化合物一般是指含碳氢键的化合物，因此不包括碳氧化物（如一氧化碳、二氧化碳）、碳酸盐、氰化物、硫氰化物、氰酸盐、金属碳化物等物质。但是，部分不包含碳氢键的化合物，如四氯化碳等全卤代烃，可以看作氢原子被卤素取代的产物，仍属于有机化合物。

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(中药名称是“白药煎”，利用五倍子发酵水解，可以制出没食子酸结晶），16世纪后期，西欧制得了乙醚、硝酸乙酯、氯乙烷等。18世纪后期，瑞典化学家舍勒（Scheler）提取到了纯净的草酸、苹果酸、酒石酸、柠檬酸、乳酸、尿酸等，他还通过皂化油脂和动物脂肪制取甘油。

1806年，瑞典化学家贝采里乌斯（Berzelius）首次提出“有机”这一历史性名词，他把物质组成元素主要是氢、氧、氮作为有机化合物的特征，认为有机化合物是来自生物有机体的化合物，人工合成是不可能的。故19世纪初，在生物学和有机化学领域中广泛流行起“生命力论”。

1845年，德国的化学家柯尔柏（Kolber）利用木炭、硫黄、氯及水为原料合成了醋酸，这是一个从单质出发实现的完全的有机合成。此后，越来越多的有机化合物不断地在实验室中被合成出来。“生命力”学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词沿用至今。

俗名是根据有机化合物的来源、存在与性质而得到的名称，例如，甲烷又称坑气、沼气，甲醇又称木醇等。天然物质通常具有俗名。

习惯命名法用天干即甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸表示碳原子数在10以内的简单有机化合物，碳原子数在10以上的用汉字数字表示，如十一、十二、十三等。异构体以“正”“异”“新”等词区分。

系统命名法是有机化合物的正式命名方法。1892年在日内瓦召开了有机化学命名法则大会，1957年，国际纯粹与应用化学联合会（简称IUPAC）修订了国际命名法。目前采用的命名法是1982年修订的中文系统命名法。根据lUPAC命名法及1982年中国化学学会命名原则，按各类化合物分述如下。

（1）选主链：选定分子中最长的碳链做主链，并按主链上碳原子的数目称为某“烷”。

（2）编号：把主链里离支链最近的一端作为起点，用1，2，3等数字为主链的各碳原子依次编号，以确定支链的位置。

（3）写名称：把支链的名称写在主链名称的前面，在支链名称的前面用阿拉伯数字注明它在主链上所处的位置，并在数字与名称之间用一短线隔开。如果有相同的支链，可以合并起来用二、三等数字表示，但表示相同支链位置的阿拉伯数字要用逗号隔开；如果几个支链不同，就把简单的写在前面，复杂的写在后面。例如：

2，2-二甲基-4-乙基己烷

将各种官能团分为主体官能团和取代基官能团两大类。主体官能团的次序如下：

-COOH（羧基）>-SO₃H（磺酸基）>-CN（氰基）>COOR（酯基）>-COX（卤甲酰基）>-CONH₂（氨甲酰基）>-CHO（醛基）>-CO-（羰基）>-OH（羟基）>-NH₂（氨基）

取代基官能团主要有-NO₂（硝基），-R（烃基），-X（F、CI、Br、1）。

（1）选主链：既含主体官能团，又含取代基官能团的化合物，以主体官能团对应的化合物为母体，选最长的碳链为主链。若化合物中含两种或两种以上的主体官能团，则按所述次序排在前面的官能团为主体官能团，后面的为取代基。选最长碳链为主链。

（2）编号：从靠近官能团(或上述取代基)端开始，按次序规则优先基团列在后面。

（3）写名称：用阿拉伯数字标明双键或三键的位置(只需标明双键或三键碳原子编号较小的数字）。用“二”“三”等表示双键或三键的个数。支链的定位应服从所含双键或三键的碳原子的定位。

2-甲基-2,4-己二烯

烯烃几何异构体的命名包括顺、反和Z、E两种方法。简单的化合物可以用顺反表示，也可以用Z、E表示。用顺反表示时，相同的原子或基团在双键碳原子同侧的为顺式，反之为反式。如果双键碳原子上所连四个基团都不相同时，不能用顺反表示，只能用Z、E表示。按照“次序规则”比较两对基团的优先顺序，两个较优基团在双键碳原子同侧的为Z型，反之为E型。必须注意，顺、反和Z、E是两种不同的表示方法，不存在必然的内在联系。有的化合物可以用顺反表示，也可以用Z、E表示，顺式的不一定是Z型，反式的不一定是E型。例如：脂环化合物也存在顺反异构体，两个取代基在环平面的同侧为顺式，反之为反式。

光学异构体的构型有两种表示方法D、L和R、S，D、L标记法以甘油醛为标准，有一定的局限性，有些化合物很难确定它与甘油醛结构的对应关系，因此，更多的是应用R、S标记法，它是根据手性碳原子所连四个不同原子或基团在空间的排列顺序标记的。光学异构体一般用投影式表示，要掌握费歇尔投影式的投影原则及构型的判断方法。

根据投影式判断构型，首先要明确，在投影式中，横线所连基团向前，竖线所连基团向后；再根据“次序规则”排列手性碳原子所连四个基团的优先顺序，在上式中：一NH₂>-COOH>-CH₂-CH₃>-H；将最小基团氢原子作为以碳原子为中心的正四面体顶端，其余三个基团为正四面体底部三角形的角顶，从四面体底部向顶端方向看三个基团，从大到小，顺时针为R，逆时针为S。

苯分子中的一个氢原子被烷基取代后，命名时以苯作母体，苯环上的烃基为侧链进行命名。先读侧链，后读苯环。

甲苯

如果有两个氢原子被两个甲基取代后，可分别用“邻”“间”和“对”来表示。

有机化合物名称的书写先后顺序为：取代基位次、取代基名称、母体官能团位次、母体名称。当母体官能团位次为1时，多数情况下省略；取代基中文名称按“先小后大，同基合并”的书写原则（英文名称按基团首字母的字母顺序先后列出），取代基数目用二、三……表示；取代基位次间用逗号隔开；位次与取代基以及母体官能团位次和母体名称之间用“-”隔开。例如：

3，4-二甲基-2-羟基己醛

复杂的取代基，即支链上有取代基，则从和主链相连的碳原子开始将支链碳依次编号，并将支链的取代基位号、名称及支链名称写在圆括号内。例如：

3-甲基-6-（1'，1'-二甲基丁基）十二烷

按碳链结合方式的不同，有机化合物可以分为三大族，即：

（1）开链族化合物（脂肪族化合物）。开链族化合物分子中碳原子间相互结合而成碳链，不成环状。例如：

乙醇

（2）碳环族化合物。碳环族化合物分子中具有碳原子连接而成的环状结构。碳环族化合物又可以分成以下两类：

①脂环族化合物。这类化合物可以看作是由开链族化合物连接闭合成环而得。它们的性质和脂肪族化合物相似，所以又叫作脂环族化合物。例如：

环丙烷

②芳香族化合物。这类化合物具有由碳原子连接而成的特殊环状结构，使它们具有一些特定的性质。例如：

萘

（3）杂环族化合物。这类化合物也具有环状结构，但是这种环是由碳原子和其他原子如氧、硫、氮等共同组成。例如：

呋喃

官能团是决定有机化合物的化学性质的原子或原子团。常见官能团有碳碳双键、碳碳三键、羟基、羧基、醚键、醛基、羰基等。有机化学反应主要发生在官能团上，官能团对有机物的性质起决定作用。像—X、—OH、—CHO、—COOH、—NO₂、—SO₃H、一NH₂、RCO—等这些官能团就决定了有机物中的卤代烃、醇或酚、醛、羧酸、硝基化合物或亚硝酸酯、磺酸类有机物、胺类、酰胺类的化学性质。

（1）有机化合物分子中，原子之间主要通过共价键结合；而无机物以离子键为主。例如：

共价键结合

其中，碳氢键、碳碳键、碳氧键、氧氢键均为共价键。

（2）无论在简单还是复杂的有机化合物中，碳原子都形成4个共价键，即碳原子总是四价。

（3）碳原子之间可以通过单键、双键、三键三种方式相互连接形成链状和环状两种基本结构，即碳架。

（4）同分异构现象普遍。乙醇和甲醚具有相同的组成（分子式为C₂H₆O），结构分别为：像乙醇和甲醚这样，具有相同的组成(分子式)而结构不同的化合物，互称同分异构体，这种现象称为同分异构现象。在有机化合物中，同分异构现象非常普遍，而无机物较简单。

乙醇和甲醚

（5）有机化合物的结构决定有机化合物的性质。有机化合物的性质取决于组成它的原子的性质、数量和彼此的关系，这些因素的改变可以引起性质上的差异，而有机化合物所含原子的种类、数量和彼此的关系体现了有机化合物的结构。所以，有机化合物的结构决定其性质。而无机物由元素在周期表的位置决定其物化性质。

大多数有机化合物在日光下是无色的，有颜色的原因一种是：有机化合物分子中有生色基团存在。常见的含生色基团的化合物有：仅含碳与氢的有多烯烃；含碳、氢、氧的有醌，酞；含氮的有取代苯胺，取代甲苯胺，取代多环胺，取代肼，硝基，亚硝基，或氨基酚，偶氮，或重氮化合物，苦味酸化合物，脒，脎等。若干含卤的硝基烃也有颜色。

另一种是固体物料的颜色在溶解后可以清楚观察出来，例如，固体物料溶解后如为黄色，且持久不退，表示为硝基、亚硝基、偶氮化合物，醌类，醌亚胺类，邻二酮类，芳族多羟酮类，某些硫酮化合物类，染料等。如为红、蓝、黄或绿色，则表明含有某些染料或某些有机金属化合物。

此外，有机化合物有颜色，也可能是：①含有杂质因此在蒸馏有色溶液时应注意颜色的改变。②见光或接触空气而变颜色因此须注意样品来源、保存时间和保藏时是否见光或漏气。

若干有机化合物气味的分类

特征气味	典型化合物示例	特征气味	典型化合物示例
醚香	乙酸乙酯，乙酸戊醇，乙醇，丙酮	麝香	三硝基异丁基甲苯，麝香精，麝香酮
苦杏仁香	硝基苯，苯甲醛，苯甲腈	蒜臭	二硫醚
樟脑香	樟脑，百里香酚，黄樟素，丁（子）香酚，香芹酚	二甲肿臭	四甲二肿，三甲胺
柠檬香	柠檬醛，乙酸沉香酯	焦臭	异丁醇，苯胺，枯胺，苯，甲酚，愈疮木酚
花香	邻氨基苯甲酸甲酯，萜品醇，香茅醇	腐臭	戊酸，已酸，甲基庚基甲酮，甲基壬基甲酮
百合香	胡椒醛，肉桂醇	麻醉味	吡啶，蒲勒酮（胡薄荷酮）
香草香	香草醛，对甲氧基苯甲醛	粪臭	粪臭素(3-甲基吲哚），吲哚

参考资料

有机化合物的密度因物质的种类结构而不同，其数值的范围较大，一般有这些规律：（1）密度随分子量增加而增大。(2)分子量接近的物质中，极性分子的密度比非极性分子大。（3）由碳链组成的化合物中，含有支链的密度变小。（4）含有几何异构体的物质，其密度的数值范围大多有所不同。（5）邻、间、对位取代的苯的衍生物，其密度相差小。（6）对称的醚、酮其密度比不对称的醚、酮要大。（7)分子中与碳原子上连接的原子，其原子量愈大，或极性基团的数目愈多，则密度也愈大。（8）分子中同一个碳上取代基多的比取代基不在同一个碳上的密度要大。

同系物：一般随分子量的增加而增加，即分子量大的熔点高。但有例外，如二元羧酸、低级醇、酚不符合上述规律。同分异构体：一般对称程度高的，熔点高；反式熔点高于顺式；形成分子间氢键的熔点高于分子内氢键的（形成氢键的能力：-COOH>—OH>—NH₂）；二元取代苯中，取代基同类时P>O>M，取代基不同类时P>M>O；一般物质：熔点随分子极性的增大而增大；形成氢键能力越强，熔点越高；烷烃与一元羧酸中偶数碳分子的熔点高于相邻奇数碳分子；一般离子型、内盐类物质的熔点较高。

同系物：一般随分子量的增加而升高，即分子量大的沸点高。同分异构体：一般支链化程度高的沸点低；官能团接近分子中心的沸点低；反式沸点低于顺式；共轭分子的沸点高于非共轭分子；形成分子间氢键的沸点高于分子内氢键。一般物质：沸点变化规律同熔点变化规律。

一般原则：“相似相溶”。可溶于水的有机物：①强酸、强碱、有机盐类；②碳原子数小于等于4的醇、醛、酮、酸、胺、腈；③平均每个官能团含碳原子数小于等于4的多个极性官能团物质。同系物水溶性随分子量的增加而减少；同分异构体水溶性随支链化程度的增加而增大、随分子间氢键能力的增强而增强。

1.亲电取代

芳环上的氢原子被亲电试剂取代的反应称为芳香亲电取代反应。

亲电取代

2.亲核取代

具有向带正电原子亲近性质的试剂，称为亲核试剂（Nucleophilic agent)，常用Nu:或Nu表示，它们通常是一些负离子（如OH、CN、RO、NO₃，等）或具有未共用电子对的分子（如：NH₃、H₂O等)。反应结果是卤素带着一对电子以负离子形式离去，而亲核试剂提供一对电子与卤代烷的α-碳原子形成新的共价键。这类由亲核试剂进攻而引起的取代反应称为亲核取代反应。

亲核取代

3.自由基取代

有机化学中，自由基取代反应主要指的是烷烃的取代反应。自由基取代包括自由基引发、自由基增长与自由基终止三个过程。

CH₃CH₂CH₃+Br₂

CH₃CHBrCH₃（97%）+CH₃CH₂CH₂Br（3%）

H₂C=CHCH₂CH₃+Cl₂

H₂C=CHCHClCH₃

1.亲电加成

由亲电试剂(路易斯酸)进攻而引起的有机反应，通称亲电反应。烯烃双键碳原子受π电子云屏蔽，π电子受核引力较小，容易接受亲电试剂进攻，而发生加成反应。烯烃的加成反应是亲电加成反应。

H₂C=CH-CH₂CH₃+Cl₂

ClH₂CCHClCH₂CH₃

H₂C=CHCH₃+HX

CH₃CHXCH₃

2.亲核加成

亲核加成反应（nucleophilic addition)是醛、酮的典型反应。碳氧双键具有极性，羰基碳带部分正电荷，容易受亲核试剂的进攻，发生亲核加成反应。

亲核加成

3.环加成

环加成反应是指在光或热的作用下，两个烯烃或共轭多烯烃或其他n体系的分子相互作用，形成一个稳定的环状化合物的反应。

环加成

卤代烷与氢氧化钠（或氢氧化钾）的醇溶液作用，可脱去一分子卤化氢而生成烯烃。

CH₂CH₂CH₂-Br+NaOH

CH₂CH=CH₂+NaBr+H₂O

这种分子中失去一个简单分子而形成不饱和键的反应称为消除反应(elimination)，以E表示。像卤代烷这样发生在相邻原子间的消除反应，叫做1，2-消除反应，也叫做α，β-消除反应，简称β-消除反应。

有机化学中氧化数升高的反应为氧化，氧化数降低的反应为还原，是指有机分子中碳或其它原子的氧化还原反应。通常有机物分子中加氧去氢的反应为氧化，而加氢去氧的反应为还原。长链烷烃氧化时生成两种羧酸，低级烷烃被氧化时生成相应的羧酸和醛，芳香烃的侧链被氧化时生成苯甲酸；不饱和烃类易发生氧化，且反应条件不同，产物不同。

羧酸与醇或酚在无机或有机强酸催化下发生反应生成酯和水，这个过程称为酯化反应。常用的催化剂有浓硫酸、干燥的氯化氢、有机强酸或阳离子交换树脂。在酯化反应中，如果参与反应的羧酸本身就具有足够强的酸性，例如甲酸、草酸等，那就可以不另加催化剂。

酯化反应是一个可逆反应，当酯化反应达到平衡时，通常只有65%左右的酸和醇生成酯。为了使反应有利于酯的生成，可以从反应物中不断移去产物酯或水，或者使用过量的羧酸或醇。

酯化反应

具有活泼a-氢的醛酮在稀碱催化下，发生分子间的缩合反应，首先生成β-羟基醛酮；提高温度进一步脱水，生成α，β-不饱和醛酮。此反应称为羟醛缩合反应。羟醛缩合反应是有机合成中增长碳链的重要反应，也是合成α，β-不饱和醛酮的重要方法。常用的碱催化剂有氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙和氢氧化钡等的水溶液，也可以使用醇钠或仲胺。

羟醛缩合

水解被定义为一种有机物分子RX与水的反应。该反应是水体中的亲核基团(水或OH）进攻有机物分子RX中的亲电基团（C、P等原子）并取代一个离去基团X。该反应可表达为：

RX+H₂O

ROH+X+H

芳香伯胺与硝酸盐在过量强酸及低温条件下生成芳香重氮盐的反应称为重氮化反应。芳香重氮盐在较高温度下易分解，因此重氮化反应要控制温度在0～5℃，以利于获得高产率的重氮盐。若芳环上连有一X、一NO₂或—SO₃H等吸电子基的芳胺，重氮化温度可提高至40～60℃。

ArNH₂+NaNO₂+HCl

ArN₂Cl+H₂O+NaCl

偶联反应是在金属催化下两个化学单位通过新的碳碳键生成一个分子的有机化学反应。钯催化的碳碳键偶联反应是指亲电试剂RX和亲核试剂R'M生成R-R'和MX盐的反应。

RX+R'M

R-R'+MX

亲电试剂主要是烷基或芳基的卤代物（X=F、Cl、Br、I)或酸根。亲核试剂主要是有机金属试剂、烯烃、炔烃等。有机金属试剂一般包括格氏试剂（RMgX）、有机硼试剂（硼烷、硼酸、硼酸酯）、有机锌试剂、有机硅试剂和有机锡试剂。

红外、紫外、核磁是用来鉴别有机物的三种常见方法：（1）利用有机化合物分子中的某些官能团和基团在红外光波长区具有特殊的吸收特征进行检测分析。（2）利用紫外-可见吸收光谱可以推断化合物中的共轭结构和芳环结构及羰基等官能团的存在。（3）核磁共振又称NMR：通过检测原子核自旋能级间的跃迁反映化合物的结构。

用简便的化学方法鉴别有机化合物，要求所选择的化学反应不仅容易进行、操作简单安全，而且要有明显或特殊的实验现象。如沉淀的生成或溶解、颜色的变化、气体的生成等。

重结晶（recrystallization）是分离提纯固体有机化合物的一种方法，通常用合适的溶剂进行重结晶。一般温度升高，溶解度增大。若把固体溶解在热的溶剂中达到饱和，冷却时或加入不良溶剂，由于溶解度下降，溶液变成过饱和溶液而析出结晶。在这一过程中，固体有机物所夹杂的杂质，或在此溶剂中不溶或溶解度很小，可以通过过滤除去；或是在此溶剂中的溶解度很大，留在结晶的母液中，从而达到提纯的目的。

常压蒸馏（Simple distillation）可以把挥发性的液体与不挥发物质分开，也可以分离两种或两种以上沸点相差较大（至少30℃以上）的液体有机化合物。

分馏（Fractional Distillation）是分离提纯液体有机化合物的方法，分离提纯沸点相差较小的混合物。分馏在实验室和工业上广泛应用，工程上常称为精馏。

水蒸气蒸馏（Steam Distillation）经常用来分离含有大量树脂状副产物的混合物，以及从天然产物中分离提取需要的成分。在难溶或不溶于水的有机物中通入水蒸气或与水一起共热，使有机物随水蒸气一起蒸馏出来。常用于在常压下蒸馏易发生分解的高沸点化合物等情况。

减压蒸馏（Vacuum Distillation）常用于沸点很高的液体有机化合物。

萃取（Solvent Extraction）可以从固体或液体混合物中提出所需要的物质，也可以用来洗去混合物中少量杂质。通常前者称为“抽提”或“萃取”，后者称为“洗涤”（Solution Washing）。萃取和洗涤的基本原理都是利用物质在互不相溶（或微溶）的溶剂中的溶解度或分配比的不同而达到分离的目的。

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