导语

  

内容提要

  

    《有机化学：结构与功能》是本书原著第八版的中文版。它基于当代有机化学的学习逻辑框架，强调有机分子的结构（电子及空间结构）决定其功能，即决定了有机分子的物理性质及化学反应性。同时，本书也更加强调如何帮助学生理解化学反应及其反应机理、合成路线的分析以及它们在实际中的应用，这是本书最大的特点。此外，本书在框架的基础上，基于教学经验提出了一个更为精炼的方法，促进学生理解，以培养学生解决问题的能力，这些能力将有助于更好地理解有机化学在生命、材料、医药等领域中的应用。本书在帮助读者理解有机化学的同时，也带给读者有机化学前沿领域的研究乐趣。本书彩色印刷，借鉴原书的版式设计，图文并茂，生动活泼，可读性强。
    《有机化学：结构与功能》可作为化学、化工、生命科学、医学、药学等专业本科生和研究生的教材，以帮助他们比较全面地了解有机化学领域的知识和最新进展，在本书的引导下一窥现代有机化学的门径，了解物质世界与有机化学的密切关系，不断增强学习兴趣和研究创新；对于有经验的研究者，本书也可以作为系统归纳有机化学机理及反应的参考工具。

1  有机分子的结构与成键
  1-1  有机化学的范围： 总览
  真实生活：自然 1-1  尿素——从尿液到Wlher 合成再到工业肥料
  1-2  库仑力：成键的一种简化观点
  1-3  离子键和共价键：八隅律
  1-4  成键的价电子模型：Lewis结构
  1-5  共振式
  1-6  原子轨道：对绕核电子的量子力学描述
  1-7  分子轨道和共价键
  1-8  杂化轨道：复杂分子中的成键
  1-9  有机分子的结构和分子式
  1-10  解答有机化学问题的一般策略
  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
2  结构和反应性
  酸和碱、极性和非极性分子
  2-1  简单化学过程的动力学和热力学
  2-2  成功的关键：使用“推电子”弯箭头描述化学反应
  2-3  酸和碱
  真实生活：医药 2-1  胃酸、胃溃疡、药理学和有机化学
  2-4  官能团：反应性中心
  2-5  直链和支链烷烃
  2-6  烷烃命名
  2-7  烷烃的结构性质和物理性质
  真实生活：自然 2-2  化学模拟的“性欺骗”
  2-8  单键的旋转：构象
  2-9  取代乙烷的转动
  2-10  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
3  烷烃的反应
  键解离能、自由基卤化和相对反应性
  3-1  烷烃键的键强度：自由基
  3-2  烷基自由基的结构：超共轭效应
  3-3  石油加工：热解
  真实生活：可持续发展 3-1  可持续发展与21世纪的需求——绿色化学
  3-4  甲烷的氯化：自由基链式机理
  3-5  甲烷的其他自由基卤化反应
  3-6  成功的关键：使用“已知”机理作为“未知”的模板
  3-7  高级烷烃的氯化：相对反应性及选择性
  3-8  自由基氟化和溴化反应的选择性
  3-9  自由基卤化反应的合成应用
  真实生活：医药 3-2  氯化、氯醛和DDT——根除疟疾的探索
  3-10  合成氯化物与平流层中的臭氧层
  3-11  烷烃的燃烧及相对稳定性
  3-12  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
4  环烷烃
  4-1  环烷烃的命名和物理性质
  4-2  环烷烃的结构和环张力
  4-3  环己烷：无张力的环烷烃
  4-4  取代环己烷
  4-5  较大的环烷烃
  4-6  多环烷烃
  4-7  自然界中的碳环产物
  真实生活：材料 4-1  环己烷、金刚烷和类金刚石——金刚石“分子”
  真实生活：医药 4-2  胆固醇——怎么不好？有多不好？
  真实生活：医药 4-3  节育——从“避孕药”到RU-48  6再到男性避孕药
  4-8  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
5  立体异构体
  5-1  手性分子
  真实生活：自然 5-1  自然界中的手性物质
  5-2  光学活性
  5-3  绝对构型：R，S顺序规则
  5-4  Fischer投影式
  5-5  具有多个手性中心的分子： 非对映异构体
  真实生活：自然 5-2  酒石酸的立体异构体
  5-6  内消旋化合物
  5-7  化学反应中的立体化学
  真实生活：医药 5-3  手性药物——消旋的还是对映体纯的？
  真实生活：医药 5-4  为什么自然界是“手性的”？
  5-8  拆分：对映体的分离
  5-9  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
6  卤代烷的性质和反应
  双分子亲核取代反应
  6-1  卤代烷的物理性质
  真实生活：医药 6-1  氟代药物
  6-2  亲核取代反应
  6-3  包含极性官能团的反应机理：使用“推电子”弯箭头
  6-4  亲核取代反应机理的进一步研究：动力学
  6-5  正面进攻还是背面进攻？ SN2反应的立体化学
  6-6  SN2反应中构型翻转的结果
  6-7  结构和SN2反应的活性： 离去基团
  6-8  结构和SN2 反应的活性：亲核试剂
  6-9  成功的关键：从多个机理途径中选择
  6-10  结构和SN2反应的活性：底物
  6-11  SN2反应一览
  6-12  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
7  卤代烷的其他反应
  单分子取代反应和消除反应历程
  7-1  三级卤代烷和二级卤代烷的溶剂解反应
  7-2  单分子亲核取代反应
  7-3  SN1反应的立体化学特征
  7-4  SN1反应的影响因素：溶剂效应、离去基团的离去能力、亲核试剂的亲核性
  7-5  SN1反应中的烷基效应：碳正离子的稳定性
  真实生活：医药 7-1  非比寻常的立体选择性SN1 取代反应在抗癌药物合成中的应用
  7-6  单分子消除反应：E
  7-7  双分子消除反应：E
  7-8  成功的关键：取代还是消除——结构决定功能
  7-9  卤代烷反应性总结
  7-10  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
8  羟基官能团：醇
  性质、制备以及合成策略
  8-1  醇的命名
  8-2  醇的结构和物理性质
  8-3  醇的酸性和碱性
  8-4  利用亲核取代反应合成醇
  8-5  醇的合成：醇与羰基化合物之间的氧化还原关系
  真实生活：医药 8-1  身体中的氧化和还原反应
  真实生活：医药 8-2  不要酒后驾车——呼吸式酒精检测仪
  8-6  金属有机试剂：醇合成中的亲核性碳的来源
  8-7  利用金属有机试剂合成醇
  8-8  成功的关键：合成策略简介
  真实生活：化学 8-3  镁不能完成但铜却可以——金属有机试剂的烷基化反应
  8-9  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
9  醇的其他反应和醚的化学
  9-1  醇与碱的反应：烷氧基负离子的制备
  9-2  醇和强酸的反应：醇的取代反应和消除反应中的烷基氧离子
  9-3  碳正离子重排
  9-4  醇生成酯以及卤代烷的合成
  9-5  醚的命名和性质
  9-6  Willamson醚合成法
  真实生活：自然 9-1  1，2- 二氧杂环丁烷的化学发光
  9-7  醚的合成：醇与无机酸
  9-8  醚的反应
  真实生活：医药 9-2  睾酮合成所用的保护基
  9-9  氧杂环丙烷的反应
  真实生活：化学 9-3  氧杂环丙烷的水解动力学拆分
  9-10  醇和醚的硫类似物
  9-11  醇和醚的生理作用及应用
  9-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
10  利用核磁共振波谱解析结构
  10-1  物理和化学测试
  10-2  波谱的定义
  10-3  氢核磁共振
  真实生活：波谱 10-1  记录一张NMR谱图
  10-4  利用NMR分析分子结构：质子的化学位移
  10-5  化学等价性的判定
  真实生活：医药 10-2  医学中的核磁共振成像（MRI）
  10-6  NMR信号的积分
  10-7  自旋- 自旋裂分：非等价邻位氢的效应
  10-8  自旋- 自旋裂分：一些复杂因素
  真实生活：波谱 10-3  非对映异构位质子的非等价性
  10-9  13C的核磁共振
  真实生活：波谱 10-4  如何确定NMR中各原子的连接顺序
  真实生活： 医药 10-5  天然和“非天然”产物的结构表征——葡萄籽中的抗氧化剂和草药中的假药
  10-10  解题练习：综合运用概念
  重要概念
  习题
11  烯烃
  红外光谱与质谱
  11-1  烯烃的命名
  11-2  乙烯的结构和化学键：π键
  11-3  烯烃的物理性质
  11-4  烯烃的核磁共振谱
  真实生活：医药 11-1  复杂化合物的核磁共振——前列腺素
  11-5  烯烃的催化氢化反应：双键的相对稳定性
  11-6  由卤代烷和烷基磺酸酯制备烯烃：重温双分子消除反应
  11-7  由醇的脱水反应制备烯烃
  11-8  红外光谱
  11-9  测定有机化合物的分子量：质谱
  真实生活：医药 11-2  质谱检测兴奋剂类药物
  11-10  有机分子的裂解模式
  11-11  不饱和度：确定分子结构的另一种辅助手段
  11-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
12  烯烃的反应
  12-1  加成反应的驱动力：热力学可行性
  12-2  催化氢化反应
  12-3  π 键的碱性和亲核性：卤化氢的亲电加成反应
  12-4  亲电水合反应合成醇：热力学控制
  12-5  卤素对烯烃的亲电加成反应
  12-6  亲电加成反应的通性
  12-7  羟汞化-脱汞反应：一种特殊的亲电加成反应
  真实生活：医药 12-1  与虫媒疾病作斗争的保幼激素类似物
  12-8  硼氢化- 氧化反应：立体专一性的反马氏水合反应
  12-9  重氮甲烷、卡宾以及环丙烷的合成
  12-10  氧杂环丙烷衍生物（环氧化物）的合成：过氧羧酸的环氧化反应
  12-11  利用四氧化锇的邻位顺式双羟基化反应
  真实生活：医药 12-2  抗肿瘤药物的合成——Sharpless对映选择性的氧杂环丙烷化（环氧化）和双羟基化反应
  12-12  氧化断裂：臭氧化分解反应
  12-13  自由基加成反应：反马氏产物的形成
  12-14  烯烃的二聚、寡聚和聚合反应
  12-15  聚合物的合成
  12-16  乙烯：重要的工业原料
  12-17  自然界中的烯烃：昆虫信息素
  真实生活：医药 12-3  烯烃末端交叉复分解反应——环的构建
  12-18  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
13  炔烃
  碳-碳叁键
  13-1  炔烃的命名
  13-2  炔烃的性质和成键
  13-3  炔烃的谱学特征
  13-4  通过双消除反应制备炔烃
  13-5  从炔基负离子制备炔烃化合物
  13-6  炔烃的还原：两个π键的相对反应性
  13-7  炔烃的亲电加成反应
  13-8  叁键的反马氏加成
  13-9  烯基卤化物的化学
  真实生活：合成13-1  金属催化的Stille、Suzuki和Sonogashira偶联反应
  13-10  作为工业原料的乙炔
  13-11  自然界和药物中的炔烃
  13-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
14  离域的π体系
  应用紫外-可见光谱进行研究
  14-1  三个相邻p 轨道的重叠：2-丙烯基( 烯丙基) 体系中电子的离域
  14-2  烯丙基的自由基卤化反应
  14-3  烯丙基卤化物的亲核取代反应：SN1和SN
  14-4  烯丙基金属有机试剂：有用的三碳亲核试剂
  14-5  两个相邻的双键：共轭二烯
  14-6  对共轭二烯的亲电进攻：动力学控制和热力学控制
  14-7  两个以上π键间的离域作用：扩展的共轭体系和苯
  14-8  共轭二烯的特殊转化： Diels-Alder环加成反应
  真实生活：材料 14-1  有机聚烯烃导电
  真实生活：可持续性 14-2  Diels-Alder反应是“绿色”的
  14-9  电环化反应
  14-10  共轭二烯的聚合：橡胶
  14-11  电子光谱：紫外-可见光谱
  真实生活：谱学 14-3  红外光谱、质谱和紫外-可见光谱用于表征葡酚酮（viniferone）
  14-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
  幕间曲
15  苯和芳香性
  芳香亲电取代反应
  15-1  苯的命名
  15-2  苯的结构和共振能：对芳香性的初步认识
  15-3  苯的π分子轨道
  15-4  苯环的谱学特征
  真实生活：材料 15-1  纯碳构成的化合物——石墨、石墨烯、金刚石（钻石）和富勒烯
  15-5  多环芳烃
  15-6  其他环状多烯：Hückel规则
  15-7  Hückel规则和带电荷分子
  15-8  苯衍生物的合成：芳香亲电取代反应
  15-9  苯的卤化反应：需要催化剂
  15-10  苯的硝化和磺化反应
  15-11  Friedel-Crafts烷基化反应
  15-12  Friedel-Crafts烷基化反应的局限性
  15-13  Friedel-Crafts酰基化反应
  15-14  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
16  苯衍生物的亲电进攻
  取代基控制区域选择性
  16-1  取代基对苯环的活化或钝化作用
  16-2  烷基的给电子定位效应
  16-3  与苯环共轭的取代基的定位效应
  真实生活：材料 16-1  爆炸性硝基芳烃——TNT和苦味酸
  16-4  双取代苯的亲电进攻
  16-5  成功的关键：取代苯的合成策略
  16-6  多环芳烃的反应性
  16-7  多环芳烃与癌症
  16-8  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
17  醛和酮
  羰基化合物
  17-1  醛和酮的命名
  17-2  羰基的结构
  17-3  醛和酮的谱学特征
  17-4  醛和酮的制备
  17-5  羰基的反应性：加成反应机理
  17-6  与水加成形成水合物
  17-7  与醇加成形成半缩醛和缩醛
  17-8  缩醛作为保护基
  17-9  氨及其衍生物的亲核加成
  真实生活：生物化学 17-1  亚胺介导的氨基酸的生物化学
  17-10  羰基的脱氧反应
  17-11  与氰化氢加成形成氰醇
  17-12  与磷叶立德加成：Wittig反应
  17-13  过氧羧酸的氧化：Baeyer-Villiger氧化反应
  17-14  醛的氧化反应试验
  17-15  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
18  烯醇、烯醇负离子和羟醛缩合反应
  α，β-不饱和醛与酮
  18-1  醛和酮的酸性：烯醇负离子
  18-2  酮式- 烯醇式平衡
  18-3  醛和酮的卤代反应
  18-4  醛和酮的烷基化反应
  18-5  烯醇负离子对羰基的进攻： 羟醛缩合反应
  真实生活：生物和医药 18-1  在自然界和实验室中的立体选择性羟醛缩合反应——有机小分子催化
  18-6  交叉羟醛缩合反应
  18-7  成功的关键：竞争性反应途径及分子内羟醛缩合反应
  真实生活：自然 18-2  不饱和醛吸收光子实现“可视化”
  18-8  α，β-不饱和醛、酮的性质
  18-9  α，β-不饱和醛、酮的共轭加成反应
  18-10  与金属有机试剂的1，2-和1，4-加成
  18-11  烯醇负离子的共轭加成：Michael加成反应和Robinson环化反应
  18-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
19  羧酸
  19-1  羧酸的命名
  19-2  羧酸的结构和物理性质
  19-3  羧酸的光谱和质谱分析
  19-4  羧酸的酸性和碱性
  19-5  羧酸的工业合成
  19-6  引入羧基官能团的方法
  19-7  羧基碳上的取代反应： 加成-消除机理
  19-8  羧酸衍生物：酰卤和酸酐
  19-9  羧酸衍生物：酯
  19-10  羧酸衍生物：酰胺
  19-11  羧酸通过氢化铝锂还原
  19-12  羧基邻位的溴化反应：Hell-Volhard-Zelinsky反应
  19-13  羧酸的生物活性
  真实生活：材料 19-1  由长链羧酸盐和磺酸盐制造肥皂和洗涤剂
  真实生活：健康 19-2  逐渐淘汰导致动脉阻塞的反式脂肪酸
  真实生活：材料 19-3  源于生物质羟基酯的绿色塑料、纤维和能源
  19-14  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
20  羧酸衍生物
  20-1  羧酸衍生物的相对反应性、结构和谱学特征
  20-2  酰卤的化学
  20-3  酸酐的化学
  20-4  酯的化学
  20-5  自然界中的酯：蜡、脂肪、油和类脂
  真实生活：可持续性 20-1  远离石油——源于植物油的绿色燃料
  20-6  酰胺：反应活性最小的羧酸衍生物
  真实生活：医药 20-2  杀死抗药性细菌——抗生素的战争
  20-7  酰胺负离子和它们的卤代反应：Hofmann重排
  20-8  烷基腈：一类特殊的羧酸衍生物
  20-9  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
21  胺及其衍生物
  含氮官能团
  21-1  胺的命名
  真实生活：医药 21-1  生理活性的胺和体重控制
  21-2  胺的结构和物理性质
  21-3  胺的谱学特征
  21-4  胺的酸性和碱性
  21-5  烷基化合成胺
  21-6  还原胺化法合成胺
  21-7  由酰胺合成胺
  21-8  季铵盐的反应：Hofmann消除反应
  21-9  Mannich反应：亚胺离子的烯醇烷基化反应
  21-10  胺的亚硝化反应
  真实生活：医药 21-2  食品添加剂亚硝酸钠、N-亚硝基二烷基胺和癌症
  真实生活：材料 21-3  胺在工业上的应用——尼龙，“神奇的纤维”
  21-11  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
22  苯取代基的化学
  烷基苯、苯酚和苯胺
  22-1  苯甲基（苄基）碳的反应性：苄基的共振稳定性
  22-2  取代苯的氧化和还原
  22-3  酚的命名和性质
  真实生活：医药 22-1  新闻中的两种酚——双酚A和白藜芦醇
  22-4  酚的制备：芳香亲核取代反应
  22-5  酚的醇化学
  真实生活：医药 22-2  阿司匹林——一种神奇的药物
  22-6  酚的亲电取代反应
  22-7  苯环的电环化反应：Claisen重排
  22-8  酚的氧化：苯醌
  真实生活：生物 22-3  自然界中的化学战争——庞巴迪（炮手）甲虫
  22-9  自然界中的氧化还原过程
  22-10  芳基重氮盐
  22-11  芳基重氮盐的亲电取代：重氮偶联反应
  22-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
23  烯醇酯和Claisen缩合
  β-二羰基化合物的合成；酰基负离子等价体
  23-1  β-二羰基化合物：Claisen缩合
  真实生活：自然 23-1  Claisen缩合反应组装生物分子
  23-2  作为合成中间体的β-二羰基化合物
  23-3  β-二羰基负离子化学：Michael加成反应
  23-4  酰基负离子等价体：α-羟基酮的制备
  真实生活：自然 23-2  硫胺素：一种天然的、有代谢活性的噻唑盐
  23-5  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
24  碳水化合物
  自然界中的多官能团化合物
  24-1  碳水化合物的命名和结构
  24-2  糖的构象和环状形式
  24-3  单糖的端基异构体：葡萄糖的变旋作用
  24-4  糖多官能团的化学：氧化成羧酸
  24-5  糖的氧化断裂
  24-6  单糖还原为糖醇
  24-7  羰基和胺衍生物缩合
  24-8  酯和醚的形成：糖苷
  24-9  糖的逐步构建和降解
  真实生活：自然 24-1  糖的生物合成
  24-10  醛糖的相对构型： 结构测定练习
  24-11  自然界中复杂的糖：二糖
  真实生活：食品化学 24-2  控制我们的甜食
  24-12  自然界中的多糖和其他糖
  真实生活：医药 24-3  唾液酸、“禽流感”和合理药物设计
  24-13  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
25  杂环
  环状有机化合物中的杂原子
  25-1  杂环的命名
  25-2  非芳香杂环
  真实生活：医药 25-1  吸烟、尼古丁、癌症和药物化学
  25-3  芳香杂环戊二烯的结构和性质
  25-4  芳香杂环戊二烯的反应
  25-5  吡啶（氮杂苯）的结构和制备
  25-6  吡啶的反应
  真实生活：生物化学 25-2  自然界中氧化还原活性吡啶盐的实例——烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD）、二氢吡啶（NADH）及其合成
  25-7  喹啉和异喹啉：苯并吡啶
  真实生活：生物学 25-3  叶酸、维生素D、胆固醇和你的肤色
  25-8  生物碱：自然界中具有有效生理活性的氮杂环化合物
  真实生活：自然 25-4  大自然并非总是“绿色的”——天然杀虫剂
  25-9  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
26  氨基酸、肽、蛋白质和核酸
  自然界中的含氮聚合物
  26-1  氨基酸的结构和性质
  真实生活：医药 26-1  生物化学和医学中的精氨酸和一氧化氮
  26-2  氨基酸的合成：胺化学与羧酸化学的结合
  26-3  对映体纯的氨基酸的合成
  真实生活：化学 26-2  对映选择性合成光学纯氨基酸——相转移催化
  26-4  肽和蛋白质：氨基酸的寡聚体和多聚体
  26-5  一级结构的确定： 氨基酸测序
  26-6  多肽的合成：对保护基应用的挑战
  26-7  Merrifield固相法合成肽
  26-8  自然界中的多肽：肌红蛋白和血红蛋白的输氧作用
  26-9  蛋白质的生物合成：核酸
  真实生活：医药 26-3  医药中合成的核酸碱基和核苷
  26-10  通过RNA合成蛋白质
  26-11  DNA测序和合成：基因工程的奠基石
  真实生活：自然 26-4  法医DNA指纹识别
  26-12  解题练习：综合运用概念
  新反应
  重要概念
  习题
  练习答案
索引