本书所含内容十分丰富,重点介绍了有机化合物的结构、性质、反应、合成,并将机理分散在各章适时引出,系统地论述了有机化学的核心内容及发展趋势,同时在选材上注重对新概念、新理论、新思想和新方法的介绍,为读者提供了富有启发性的理论指导,为学生建立了一种从历程来理解反应的新思维方法。本书收编了许多富有启发性的分析案例,可以使读者较好地把握知识的要点内容。
本书可作为化学专业本科生的有机化学课程教材,也可供化学专业教师、研究生参考,同时对科研人员也有很高的参考价值。 |
致学生
在刚开始学习有机化学的时候,你可能会觉得要被面前大量的化合物、命名、反应以及机理冲垮了。你甚至会怀疑能否在一个学年里学好所有这些内容。一本教材最重要的作用就是把组成有机化学的若干基本原理、众多的理论延伸以及这些基本原理的应用组织并表达出来。如果你掌握了主要概念并能灵活运用这些概念的话,就没有多少内容需要记忆了。坦率地说,我的记忆力很差,而且讨厌死记那些条款内容。我无法记住这本书里大多数反应和机理的细节,但我可以通过记住诸如“醇脱水通常是通过E1消去进行的”这样的几个基本原理把它们推理出来。
尽管如此,你仍需要记住一些论据和基本概念,为学习每章所用到的“词汇”服务。作为学生,在我参加第二次有机化学考试得了一个D的时候,我就明白了这条艰辛之路。当时我以为有机化学和普通化学一样,记住几个方程式,用我自己编造的方法就可以通过考试,比如在理想气体一章,我记住了pV=nRT,就很好地通过了考试。所以,当我尝试用同样的方法学习有机化学时,就得了一个D。吃一堑长一智,通过有机化学我学会了很多东西。
在写这本书时,我尽量减少重要结论的数目和应该掌握的基本原理的数目。例如,这本书里讲述的数百个反应机理中,大约有20个是可以组合成较长的、更复杂机理的基本步骤。我已经将这些基本机理在机理专栏里突出出来以提醒你注意它们的重要性。光谱是另外一个领域,在这个领域里,学生或许会感觉到必须去记忆数百个数据的压力,比如NMR化学位移和红外振动频率。我做不到那些,我总是通过熟悉大约十二个NMR化学位移和十二个IR振动频率以及它们互相影响的关系来达到我的目的。我已在表122和表133中分别列出了那些重要的红外振动频率和NMR化学位移。
不要通过死记的方法来学习本门课程,那不是你的工作。你必须知道当应用这些材料时要得到什么。同样,也不要去设想可以不记忆任何东西就达到目的。阅读这一章、认真听讲、好好做思考题吧!思考题会使你知道你掌握了哪些内容。如果你会做思考题,你就应该能很好地通过考试。如果不会做思考题,你大概不会通过。还有,如果你在做思考题时能坚持查阅一些东西,那将是一个很好的学习方法。
以下是在这门课程开始之前留给我的学生们的几点提示。
1在听讲前预习这本书的内容(预计每次课13~15页)。知道将要听什么以及这本书里有什么,你就不用花费太多的精力记笔记,可以节省时间听讲和理解。
2下课后,复习笔记和书,做相应章节的思考题并预习下次课的内容。
3如果你把某些东西混淆了,在你被落下之前立刻在上班时间去见你的指导老师,把你解题的思路和所遇到的困难一并告诉你的老师。
4为了通过考试,应该复习每一章的内容和笔记,然后集中注意力做每章末尾的思考题,为了练习也可以使用以前的思考题。
如果可能请记住如下两条有机化学的“黄金规则”。 |
第1章引论和综述1
11有机化学的起源1
12原子结构原理3
13键的形成:八隅规则6
14Lewis结构6
15重键8
16电负性和键极性9
17形式电荷10
18离子结构11
19共振12
110结构式16
111分子式和实验式18
112Arrhenius酸碱20
113BrnstedLowry酸和碱21
114Lewis酸碱26
第1章术语表29
思考题31
第2章有机分子的结构与性质36
21轨道中电子的波动性36
22分子轨道38
23π键40
24杂化和分子形状41
25三维分子的绘制45
26杂化及其几何形状的一般规则46
27键的旋转50
28异构现象51
29分子和化学键的极性54
210分子间的引力和斥力56
211极性对溶解度的影响60
212烃63
213含氧有机化合物65
214含氮有机化合物67
第2章术语表69
思考题71
第3章烷烃的结构与立体化学75
31烃的分类(复习)75
32烷烃的分子式76
33烷烃的命名77
34烷烃的物理性质82
35烷烃的用途和来源84
36烷烃的反应86
37烷烃的结构与构象88
38丁烷的构象91
39高级烷烃的构象93
310环烷烃94
311环烷烃的顺反异构现象96
312环烷烃的稳定性:环张力97
313环己烷的构象100
314单取代环己烷的构象104
315双取代环己烷的构象106
316双环分子110
第3章术语表111
思考题115
第4章化学反应研究118
41导言118
42甲烷的氯化反应118
43自由基链反应119
44平衡常数和自由能122
45焓和熵124
46键的解离能126
47氯化反应中的焓变127
48动力学和速率方程129
49活化能和温度对速率的影响130
410过渡态132
411多步反应的速率133
412温度对氯化反应的影响134
413高级烷烃的氯化反应135
414Hammond假设140
415自由基抑制剂143
416活性中间体144
第4章术语表149
思考题152
第5章立体化学156
51导言156
52手性157
53不对称碳原子的(R)和(S)命名162
54旋光活性166
55对映体的生物差别171
56外消旋混合物171
57对映异构过量和光学纯度173
58易变构象体系的手性173
59没有不对称原子的手性化合物175
510费歇尔投影式177
511非对映异构体181
512具有两个或多个不对称碳原子分子的立体化学184
513内消旋化合物184
514绝对构型和相对构型186
515非对映异构体的物理性质187
516对映异构体的拆分188
第5章术语表191
思考题193
第6章卤代烃:亲核取代反应和消除反应197
61导言197
62卤代烃的命名198
63烷基卤代物的普通用途199
64烷基卤代物的结构202
65烷基卤代物的物理性质202
66烷基卤代物的制备204
67烷基卤代物的反应:取代和消除反应207
68二级亲核取代反应:SN2反应208
69SN2反应的一般性210
610影响SN2反应的因素:亲核试剂的强度212
611SN2反应中底物的反应活性216
612SN2反应的立体化学219
613一级亲核取代反应:SN1反应221
614SN1反应的立体化学224
615SN1反应中的重排226
616SN1和SN2反应的比较228
617一级消除反应:E1反应230
618二级消除反应:E2反应234
619消除反应的位置取向:Saytzeff规则235
620E2反应的立体化学237
621E1和E2消除反应机理的比较238
第6章术语表245
思考题248
第7章烯烃的结构与合成253
71导言253
72烯烃双键的轨道描述253
73不饱和度255
74烯烃的命名257
75顺反异构体的命名259
76烯烃的商业重要性261
77烯烃的稳定性263
78烯烃的物理性质269
79通过卤代物的消除反应合成烯烃271
710通过醇脱水反应合成烯烃278
711高温工业方法合成烯烃279
第7章术语表285
思考题287
第8章烯烃的反应291
81碳碳双键的反应性291
82烯烃的亲电加成反应291
83卤化氢和烯烃的加成反应293
84水的加成作用:烯烃的水合反应298
85通过羟汞化脱汞作用的水合反应300
86烷氧汞化脱汞化作用302
87烯烃的硼氢化反应303
88烯烃的催化氢化反应308
89烯烃与碳烯的加成反应311
810烯烃与卤素的加成反应312
811卤代醇的形成315
812烯烃的环氧化反应317
813环氧化物的酸催化开环318
814烯烃的顺式羟基化反应320
815烯烃的氧化裂解321
816烯烃的聚合反应325
第8章术语表334
思考题336
第9章炔烃341
91导言341
92炔烃的命名规则342
93炔烃的物理性质343
94炔烃的工业重要性343
95炔烃的电子结构345
96炔烃的酸性346
97由炔化物合成炔烃348
98通过消除反应合成炔烃352
99炔烃的加成反应355
910炔烃的氧化363
第9章术语表369
思考题370
第10章醇的结构与合成374
101导言374
102醇的结构和分类374
103醇和酚的命名规则375
104醇的物理性质379
105醇的工业重要性381
106醇和酚的酸性383
107醇的合成:导言和回顾386
108用于醇合成的有机金属试剂388
109有机金属试剂与羰基化合物的加成390
1010有机金属试剂的副反应:卤代烃的还原397
1011羰基还原:1°和2°醇的合成399
1012硫醇404
第10章术语表406
思考题408
第11章醇的反应412
111醇的氧化态和相关的官能团412
112醇的氧化414
113氧化醇的其他方法416
114醇的生物氧化418
115乙醇作为亲核试剂和亲电试剂;甲苯磺酸酯的形成420
116醇的还原423
117醇和氢卤酸的反应423
118醇和卤化磷反应427
119醇和氯化亚砜的反应428
1110醇的脱水反应429
1111二元醇的特殊反应435
1112醇的酯化作用437
1113无机酸的酯438
1114醇盐的反应441
第11章术语表447
思考题449
第12章红外光谱和质谱452
121导言452
122电磁光谱453
123红外区域454
124分子振动454
125IR活性振动和IR非活性振动456
126IR光谱的检测457
127烃的红外光谱459
128醇和胺的特征吸收463
129羰基化合物的特征吸收465
1210碳氮键的特征吸收470
1211IR伸缩频率小结471
1212解释IR光谱(解决问题)473
1213质谱简介477
1214用质谱确定分子式481
1215质谱中的碎裂模式484
第12章术语表490
思考题491
第13章核磁共振波谱497
131导言497
132核磁共振原理497
133电子核磁屏蔽499
134NMR波谱仪501
135化学位移502
136信号数量508
137峰面积510
138自旋自旋裂分512
139复杂裂分520
1310非等价立体化学的质子523
1311时间依赖性NMR波谱仪525
131213CNMR谱532
1313解释碳NMR谱537
1314核磁共振影像540
第13章术语表544
思考题546
第14章醚、环氧化合物和硫醚552
141导言552
142醚的物理性质553
143醚的命名556
144醚的光谱559
145醚的Williamson合成561
146烷氧基汞化脱汞反应合成醚562
147工业合成:醇的双分子脱水563
148HBr和HI使醚键断裂564
149醚的自动氧化565
1410硫醚566
1411环氧化合物的合成569
1412酸催化环氧化合物的开环反应572
1413碱催化环氧化合物开环反应574
1414环氧开环的方向576
1415环氧化合物与格氏试剂和有机锂试剂反应577
1416环氧树脂:现代胶黏剂的优越性578
第14章术语表581
思考题583
第15章共轭体系:轨道对称性和紫外光谱587
151导言587
152二烯的稳定性587
153共轭体系的分子轨道图589
154烯丙基阳离子593
155共轭二烯的1,2和1,4加成594
156HBr与1,3丁二烯加成反应中的动力学和热力学控制595
157烯丙型自由基597
158烯丙型体系的分子轨道599
159烯丙型自由基、阳离子和阴离子的电子构型600
1510烯丙型卤代物和甲苯磺酸盐的SN2取代反应602
1511DielsAlder反应603
1512DielsAlder作为周环反应的一个例子610
1513紫外吸收光谱612
第15章术语表618
思考题621
第16章芳香族化合物625
161导言:苯的发现625
162苯的结构和性质625
163苯的分子轨道629
164环丁二烯的分子轨道图632
165芳香性、反芳香性和非芳香性化合物633
166休克尔规则634
167分子轨道推导休克尔规则636
168芳香离子637
169芳香杂环化合物641
1610稠环芳烃645
1611碳的芳香同素异形体647
1612稠合杂环化合物649
1613苯的衍生物的命名649
1614苯及其衍生物的物理性质651
1615芳香化合物的光谱652
第16章术语表655
思考题656
第17章芳香族化合物的反应663
171芳香族亲电取代663
172苯的卤化664
173苯的硝化666
174苯的磺化667
175甲苯的硝化:烷基取代基的影响669
176活化的邻、对位定位基671
177钝化的间位定位基674
178钝化的,但属于邻、对位定位的卤素取代基677
179多取代基对芳香族亲电取代反应的影响679
1710FriedelCrafts烷基化681
1711FriedelCrafts酰基化反应685
1712芳香族亲核取代反应688
1713苯衍生物的加成反应692
1714苯衍生物的侧链反应694
1715酚的反应697
第17章术语表703
思考题705
第18章酮和醛710
181羰基化合物710
182羰基的结构711
183酮和醛的命名711
184酮和醛的物理性质713
185酮和醛的光谱716
186酮和醛的工业重要性722
187酮和醛的合成综述723
188用1,3二噻烷合成酮和醛726
189从羧酸合成酮727
1810从腈合成酮728
1811从酰氯合成醛和酮728
1812酮和醛的反应:亲核加成732
1813Wittig反应734
1814酮和醛的水合737
1815氰醇的形成739
1816亚胺的形成740
1817与羟胺和肼的缩合742
1818缩醛的形成744
1819缩醛用作保护基749
1820醛的氧化750
1821酮和醛的其他还原751
第18章术语表756
思考题758
第19章胺767
191导言767
192胺的命名法768
193胺的结构770
194胺的物理性质771
195胺的碱性773
196胺碱性的影响因素774
197铵盐776
198铵盐作为相转移催化剂778
199胺的光谱780
1910胺与酮和醛的反应(复习)784
1911芳胺和吡啶的芳香族取代反应(复习)784
1912胺与卤烷的烷基化787
1913胺与酰氯的酰化788
1914磺胺的形成789
1915胺作为离去基团:Hofmann消除791
1916胺的氧化及Cope消除反应794
1917胺和亚硝酸的反应796
1918芳基重氮盐的反应798
1919胺的合成803
第19章术语表814
思考题817
第20章羧酸824
201导言824
202羧酸的命名法824
203羧酸的结构和物理性质828
204羧酸的酸性829
205羧酸盐833
206羧酸的工业来源835
207羧酸的光谱836
208羧酸的合成840
209羧酸及其衍生物的反应:酰基的亲核取代843
2010羧酸和醇的缩合:Fischer酯化844
2011酰氯的合成和应用847
2012用重氮甲烷酯化849
2013酸和胺的缩合: 酰胺的直接合成850
2014羧酸的还原850
2015羧酸的烷基化形成酮852
第20章术语表854
思考题855
第21章羧酸衍生物861
211导言861
212羧酸衍生物的结构和命名862
213羧酸衍生物的物理性质868
214羧酸衍生物的光谱分析870
215羧酸衍生物之间的转换——酰基的亲核取代反应876
216酸催化下的酰基亲核取代883
217羧酸衍生物的水解886
218羧酸衍生物的还原890
219羧酸衍生物和有机金属试剂的反应892
2110酰氯化学性质小结893
2111酸酐化学性质小结895
2112酯化学性质小结897
2113酰胺化学性质小结900
2114腈化学性质小结903
2115硫酯904
2116碳酸酯和碳酰胺906
第21章术语表909
思考题911
第22章烯醇及烯醇离子的α取代与缩合反应919
221导言919
222烯醇和烯醇离子920
223酮的α卤代反应923
224α溴代酸:HVZ反应927
225烯醇离子的烷基化928
226烯胺的形成和烷基化929
227醛和酮的羟醛缩合反应931
228羟醛产物的脱水933
229交叉羟醛缩合934
2210羟醛环化反应937
2211利用羟醛缩合设计合成过程938
2212Claisen酯缩合939
2213Dieckmann缩合:Claisen环化反应943
2214交叉Claisen缩合943
2215β二羰基化合物合成法946
2216丙二酸酯合成法947
2217乙酰乙酸酯合成法950
2218共轭加成:迈克尔(Michael)加成反应952
2219Robinson成环反应955
第22章术语表960
思考题962
第23章糖类和核酸967
231导言967
232糖的分类968
233单糖969
234赤式和苏式非对映体972
235差向异构体973
236单糖的环结构974
237单糖的端基异构体及变旋现象977
238单糖的反应:碱中的副反应980
239单糖的还原981
2310单糖的氧化作用及还原性糖982
2311非还原性糖:糖苷的形成984
2312醚和酯的构成986
2313与苯肼的反应:脎的形成987
2314链的缩短:Ruff降解988
2315链的增长:KilianiFischer合成法989
2316葡萄糖构型的Fischer证明993
2317环大小的确定:糖的高碘酸裂解995
2318双糖997
2319多糖1001
2320核酸导言1004
2321核糖核苷和核糖核苷酸1005
2322核糖核酸的结构1007
2323脱氧核糖与脱氧核糖核酸的结构1008
2324核苷酸的附加功能1010
第23章术语表1013
思考题1015
第24章氨基酸、肽和蛋白质1019
241导言1019
242α氨基酸的结构和立体化学1020
243氨基酸的酸碱性1024
244等电点和电泳现象1025
245氨基酸的合成1027
246氨基酸的分离1031
247氨基酸的化学反应1032
248肽与蛋白质的结构和命名1035
249蛋白质的结构鉴定1039
2410肽的液相合成1044
2411肽的固相合成法1046
2412蛋白质的分类1051
2413蛋白质结构的级别1051
2414蛋白质的变性1054
第24章术语表1056
思考题1059
第25章类脂1063
251导言1063
252蜡1064
253甘油三酸酯1064
254脂肪和油的皂化:肥皂和洗涤剂1067
255磷脂1069
256类固醇1071
257前列腺素1073
258萜烯1074
第25章术语表1077
思考题1078
第26章合成聚合物1081
261导言1081
262加成型聚合物1082
263聚合物的立体化学1087
264聚合反应的立体化学控制:ZieglerNatta催化剂1088
265天然橡胶与合成橡胶1089
266两种或多种单体的共聚物1090
267缩聚型聚合物1091
268聚合物的结构和性能1095
第26章术语表1096
思考题1098
附录1101
附录1A不同结构环境中的质子NMR吸收位置1101
附录1B自旋自旋偶合常数1102
附录1C有机物的13C化学位移1102
附录2A基团特征红外频率1103
附录2B官能团特征红外吸收1106
附录3紫外可见光谱的预测:伍德沃德费希(WoodwardFieser)规则1108
附录4A提出反应机理的方法与建议1112
附录4B设计多步合成的建议1114
附录5典型化合物的pKa值1115
机理专栏
第4章自由基卤化反应121
第6章烯丙基溴化反应205
SN2反应209
SN2反应中的构型翻转220
SN1反应222
SN1反应的外消旋化225
SN1反应中的质子迁移226
SN1反应中的甲基迁移227
E1反应231
E1反应中的重排232
E2反应234
第7章E2机理脱卤化氢271
E2反应的立体化学273
邻二溴化物的E2脱溴反应276
醇的酸催化脱水反应278
第8章烯烃的亲电加成反应292
HBr和烯烃的离子型加成反应293
HBr和烯烃的自由基加成反应296
烯烃的酸催化水合299
烯烃的羟汞化反应301
烯烃的硼氢化反应305
三烷基硼的氧化反应307
烯烃与卤素的加成反应313
卤代醇的形成315
烯烃的环氧化反应318
环氧化物的酸催化开环318
第9章金属液氨还原炔烃358
酸催化的酮烯醇互变异构361
第10章Grignard反应391
羰基的氢化还原399
第11章叔醇与HBr的反应(SN1)424
伯醇与HBr的反应(SN2)424
醇和PBr3的反应427
(复习)醇的酸催化脱水429
频哪醇重排436
Williamson醚的合成441
第14章HBr作用下醚键的断裂564
酸催化环氧化合物的开环反应572
环氧化合物在乙醇溶液中的酸催化开环反应573
碱催化环氧化合物的开环575
第15章共轭二烯烃的1,2和1,4加成反应595
烯丙型的自由基溴化597
DielsAlder反应604
第17章芳香化合物的亲电取代反应664
苯的溴化664
苯的硝化667
苯的磺化668
FriedelCrafts烷基化反应682
FriedelCrafts酰基化反应686
芳香化合物的亲核取代反应(加成消除)689
芳香亲核取代反应691
Birch还原反应693
第18章羰基的亲核加成反应734
Wittig反应736
酮和醛的水合反应738
氰醇的形成739
亚胺的形成741
缩醛的形成745
WolffKishner还原753
第19章吡啶环上的芳香亲电取代反应786
吡啶环上的芳香亲核取代反应787
酰氯与胺的酰化反应788
Hofmann消去反应791
氧化胺的Cope消去795
胺的重氮化反应796
Hofmann重排反应811
第20章酯羰基的亲核取代反应844
Fischer酯化反应845
用重氮甲烷酯化849
第21章酰基上亲核取代反应的加成消除机理876
酰氯转化成酸酐878
酰氯转化成酯879
酰氯转化成酰胺879
酸酐转化成酯880
酸酐转化成酰胺880
酯转化成酰胺(酯的氨解)881
酯交换反应886
酯的皂化887
酰胺的碱性水解889
酰胺的酸性水解889
腈的碱催化水解890
酯的氢化还原891
1mol酯与2mol Grignard试剂反应893
第22章α取代反应919
烯醇化物对醛酮的加成(缩合)919
烯醇化物对酯的取代(缩合)920
碱催化的酮烯醇式互变异构920
酸催化的酮烯醇式互变异构921
碱促卤代反应923
卤仿反应的最后步骤925
酸催化卤代反应926
碱催化羟醛缩合反应932
酸催化羟醛缩合反应933
羟醛缩合产物的脱水934
Claisen缩合940
1,2加成和1,4加成953
第23章环状半缩醛的形成974
碱催化的葡萄糖差向异构化反应980
碱催化的烯二醇重排反应981
第26章自由基聚合反应1084
阳离子聚合反应1085
阴离子聚合反应1087
部分思考题参考答案1117
图片提供者1133
中文索引1134
英文索引1141 |
本书可作为化学专业本科生的有机化学课程教材,也可供化学专业教师、研究生参考,同时对科研人员也有很高的参考价值。 | |