1.1　有機化學(xué)的發(fā)展和有機化合物

有機化合物的主要特征是它們都含有碳原子，即都是碳化合物，因此有機化學(xué)就是研究碳化合物的化學(xué)。作為一門單獨學(xué)科，有機化學(xué)奠基于18世紀中葉。在此之前，人們簡單地根據(jù)化合物的來源把它們分為礦物、植物和動物三類（1675，Lamery，Cours de Chymie）。到了18世紀中葉，有了元素定量分析的方法，證明動物和植物化合物中都含有碳和氫，有的還含有氮和磷。這時，人們認為有機化合物只能在有生命的生物體中得到。生物是具有生命力的，因此生命力的存在是制造或合成有機物質(zhì)的必要條件，這就是有機化學(xué)之父瑞典科學(xué)家貝采里烏斯提出的“生命力學(xué)說（vitalism）”。該學(xué)說使化學(xué)家們認識到從有生命的動植物中得到的化合物同來源于無生命的礦物中的化合物在性質(zhì)上有顯著的不同，但卻遏制了有機合成化學(xué)的發(fā)展。

直至1828年，德國化學(xué)家魏勒（W?hler F）由公認的無機物氰酸銨（NH4OCN）合成了之前認為只能從動物排泄物尿液中取得的有機化合物尿素（NH2CONH2）。1845年，德國化學(xué)家卡爾貝（Koble H）由二硫化碳合成了醋酸，醋酸是典型的有機化合物，二硫化碳是由碳和硫化鐵得到的。因此，卡爾貝的發(fā)現(xiàn)更加有力地證明了有機化合物可以由無機化合物制備。以后，越來越多的化學(xué)家在實驗室中用簡單的無機物為原料，成功地合成了許多其他的有機化合物。在大量的科學(xué)事實面前，化學(xué)家們摒棄了不科學(xué)的生命力學(xué)說，加強了有機化合物的人工合成實踐，促進了有機合成化學(xué)的發(fā)展。

19世紀下半葉，有機合成研究工作取得了迅猛的發(fā)展；在此基礎(chǔ)上，以煤焦油為原料生產(chǎn)合成染料、藥物和炸藥的有機化學(xué)工業(yè)開始興起；20世紀40年代開始的基本有機合成的研究又迅速地發(fā)展了以石油為主要原料的有機化學(xué)工業(yè)，這些有機化學(xué)工業(yè)，特別是以生產(chǎn)合成纖維、合成橡膠、合成樹脂和塑料為主的有機合成材料工業(yè)，促進了現(xiàn)代工業(yè)和科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展。

1874年，德國化學(xué)家夏勒馬在化學(xué)結(jié)構(gòu)學(xué)說的基礎(chǔ)上提出：由于有機化合物都含有碳和氫這兩種元素，故有機化合物（organic compound）是指碳氫化合物和它們的衍生物。衍生物（derivative）是指化合物中的某個原子（基團）被其他的原子（基團）取代后衍生出來的那些化合物。這一定義一直沿用至今。但是，含碳原子的化合物并不全被認為是有機化合物，如二氧化碳、碳酸鹽、氫氰酸等，一般仍歸為無機化合物一類。

1.1.1　有機化合物的特點

①數(shù)目龐大　組成有機化合物的元素并不多，絕大多數(shù)有機化合物只由碳、氫、氧、氮、磷等少數(shù)元素組成，而且一個有機化合物分子中只含有其中少數(shù)元素。但是，有機化合物的數(shù)量卻非常龐大，目前不到三秒就有一個新化合物誕生并得到注冊，美國化學(xué)學(xué)會于2012年9月登錄的化學(xué)物質(zhì)數(shù)目已達6000萬個。而由100多種元素組成的無機化合物只有幾十萬個，兩者差距懸殊。

有機化合物的數(shù)量如此之多，首先是因為碳原子相互結(jié)合的能力很強。碳原子可以互相結(jié)合成不同碳原子數(shù)目構(gòu)成的碳鏈或碳環(huán)，還能相互交聯(lián)，更有支鏈和交叉鏈存在；碳原子還可以與其他原子，如氫、氧、氮、硫、鹵素、磷以及金屬成鍵。一個有機化合物的分子中，碳原子的數(shù)目少則一二個，多則幾千幾萬甚至幾十萬個（有機高分子化合物）。此外，即使相同碳原子數(shù)目的分子，由于碳原子間連接方式的多樣，又可以組成結(jié)構(gòu)不同的許多化合物。分子式相同而結(jié)構(gòu)相異因而性質(zhì)各異的不同化合物，稱為同分異構(gòu)體（isomer），這種現(xiàn)象稱為同分異構(gòu)現(xiàn)象（isomerism）。該現(xiàn)象在有機化合物中十分普遍。例如：分子式為C4H9OH的化合物有乙醚（1）、甲丙醚（2）、正丁醇（3）、（S）-2-丁醇（4）和（R）-2-丁醇（5）。盡管組成它們的原子種類和數(shù)目都相同，但卻是性質(zhì)不同的五種化合物。

化合物1、2、3和4或5是因為分子中各原子間相互結(jié)合的順序不同而引起的異構(gòu)，稱為構(gòu)造異構(gòu)現(xiàn)象（constitution isomerism）；化合物4和5是由于構(gòu)型（configuration）不同而產(chǎn)生的異構(gòu)，稱為構(gòu)型異構(gòu)現(xiàn)象。

在有機化學(xué)中，化合物的結(jié)構(gòu)（structure）是指分子中原子間的排列次序、原子間的立體位置、化學(xué)鍵的結(jié)合狀態(tài)以及分子中電子的分布狀態(tài)等各項內(nèi)容的總稱。這些都將在以后陸續(xù)討論。

②結(jié)構(gòu)復(fù)雜　多數(shù)有機化合物的結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。20世紀80年代從海洋生物中得到的一個沙海葵毒素（palytoxin）的分子式是C129H221O53N3，即便知道了這400多個原子之間以怎樣的次序結(jié)合，但僅僅由于原子在空間取向的不同就有可能形成2×1064種立體異構(gòu)體。其中只有一種才是該化合物（見圖1-1）。

③易燃燒　有機化合物含有碳、氫等可燃元素，故絕大部分的有機化合物都可以燃燒。有些有機化合物本身是氣體，有些揮發(fā)性很大，閃點低，這就要求在處理有機化合物時要注意消防安全。

④熔點低　無機化合物的晶體組成單位多是正、負離子，存在很強的靜電引力，只有在極高的溫度下，才能克服這種強有力的靜電引力，因此，無機物的熔點一般很高。有機化合物晶體組成單位是分子，分子間的引力比靜電引力弱得多，所以有機物的熔點一般都不高。許多有機化合物的熔點在200～300℃。熔點數(shù)值是有機化合物非常重要的物理常數(shù)，絕大多數(shù)純凈的有機物有固定的熔點和很短的熔程。

⑤不溶于水　水是一種極性很強、介電常數(shù)很大的液體，有機化合物的極性一般都較弱甚至沒有，因此有機化合物和水之間只有很弱的作用，在水中不溶解或者溶解度很小。

⑥反應(yīng)慢、副反應(yīng)多　有機化合物的化學(xué)反應(yīng)多數(shù)不是離子反應(yīng)，而是分子間的反應(yīng)。除了某些反應(yīng)（多為放熱的自由基型反應(yīng)）反應(yīng)速率極快外，大多數(shù)有機反應(yīng)需要一定時間才能完成。有機反應(yīng)過程中涉及鍵的斷裂和生成，但完全專一性的斷鍵較難控制，使得反應(yīng)后得到的產(chǎn)物常常是混合物。

1.1.2　有機化合物的分類和官能團

根據(jù)有機化合物的碳架結(jié)構(gòu)和分子的官能團組成，可以對數(shù)目龐大的有機化合物進行分類。根據(jù)碳架結(jié)構(gòu)，有機化合物分為三大類。

（1）開鏈化合物

這類化合物的碳鏈兩端不相連，碳碳之間可以是單鍵、雙鍵、三鍵等。因為在油脂里有許多這種開鏈結(jié)構(gòu)的化合物，所以它們亦稱為脂肪族化合物。如：