有机化学：结构与功能

《有机化学：结构与功能》读者指南

《有机化学：结构与功能》第八版中，我们保持了理解当代有机化学的逻辑框架，这是本书的一个特点。同时也更加强调如何帮助学生理解反应及其反应机理，合成路线的分析以及它们在实际中的应用。本书的经典架构强调有机分子的结构决定其功能，不论在物理性质方面或是化学反应活性方面。第八版的大量修订就是建立在这个框架基础上的，并且基于教学经验提出了一个更为精练的方法，促进学生理解，培养他们解决问题的能力，并将有机化学在生命和材料科学中的应用加以展示。《有机化学：结构与功能》也提供了一种划算的SaplingPlus 模式，它是一个可互动且完全移动化的电子书，因为它的界面互动性强，并且有著名的Sapling Learning私人教师式习题。下面介绍第八版的主要创新以及本书的特点。

在经典架构内以易于理解的方式编排内容

·本书的架构一直强调有机分子的结构（电子以及空间结构）决定了其功能，即决定了它们的物理性质以及化学反应。我们在前几章中着重强调这一联系以便让学生真正领悟反应的机理，从而避免死记硬背。

·新：章节开始处新增的学习目标以及章节后的小结与总结给学生一个明晰的学习框架并制定了每章的学习目标。以下示例为第四章的学习目标及该章总结。

·在前面的章节里即介绍推电子弯箭头的使用，并在后面的章节中进一步强化，从而帮助学生理解反应中电子和原子的移动。

专注于反应机理

·关键反应的动画为学生提供可视化的反应机理和其动力学过程的动态图。

·新：教室里用的新幻灯片也含有动画及问题，适用于课堂教学或有公开问答的场合。

·新：对关键机理步骤的新注释有利于复习和巩固反应机理中的主要原理。

·成功的关键各节旨在讲授和强化对反应机理的概念理解。以下为几个示例：

第3章，3-6节　成功的关键：使用“已知”机理作为“未知”的模板

第6章，6-9节　成功的关键：从多个机理途径中选择

第7章，7-8节　成功的关键：取代还是消除——结构决定功能

第8章，8-8节　成功的关键：合成策略简介

·幕间曲：有机反应机理总结（第14章后）回顾了可以使大多数有机反应发生的关键机理，鼓励学生理解更胜于强记硬背。

·反应总结路线图给出了各主要官能团的反应活性总结。合成路线图提示了各种官能团可能的前体官能团。反应图则显示了各种官能团都能用来做什么。章节编号则可以指引学生找到课本中的相应位置。

解题技巧和策略

·每章的解题练习中都包含了扩展的WHIP习题解决环节，为学生如何解题提供思路：

W（What）：有何信息？提供了哪些信息？

H（How）：如何进行？

I（Information）：需用的信息？

P（Proceed）：继续进行！一步一步地，不要跳过任何步骤。

·课本中的习题可以帮助学生练习新知识的运用，指导他们找到解题方法，并教他们如何认识以后可能遇到的问题的基本类型。

新：指导原则给出了各个步骤的蓝图，可以帮助学生运用概念、有条理地组织解题的步骤和方法。例如：直链烷烃命名的IUPAC 规则（第79 页）。

新：众多的页边“记住” 栏目特别指出学生可能遇到的各种常见难题，尤其是对于反应机理的书写。

·ChemCasts重现了面对面观看老师解题的过程。ChemCast中的有机化学老师使用一个虚拟的白板向学生展示解题实例所涉及的步骤，同时解释一些概念。ChemCasts中的解题实例是由有机化学专业的学生帮助挑选的。

·章后有一系列不同难度和涉及各种实际应用的习题。

·解题练习：综合运用概念将分步解题的过程与这些问题涉及的各章内和各章间的多个概念综合在一起。

·团队练习鼓励学生参与讨论和合作学习。

·预科练习为学生提供在美国医学院入学考试（MCAT）中有可能遇到的类似问题的练习机会，特别是那些关于科学探究、推理和研究相关的试题。

实际应用与可视化

·每一章都有关于有机化学在生物学、医学和工业中应用的讨论，其中许多是本版的新内容。

·真的吗？页边的这一栏目内容突出了有机化学概念不寻常和令人惊讶的方面，用来激起学生对有机化学的喜爱。

·真实生活通过化学从业人员来讲述真正的化学。

·药物化学：有70多个药物化学基础知识介绍了药物设计、吸收、代谢、作用方式和医学术语。

·动画帮助学生形象理解有机化学中重要的结构和概念。

·新：增加了许多反应势能图，从视觉上增强对反应能量学的理解。

更新的和现代化的主题

和所有的新版本一样，每一章都经过了仔细的审查、修订和扩充。

新：有机分子命名已根据2013 年IUPAC 建议的有关部分纳入本版。

·对于环状碳氢化合物，无论烷基取代基（饱和或不饱和）的长度如何，环都是主体。

·对于非环状的不饱和烃，无论双键或叁键的存在与否及位置如何，都是以长的链为主体。

硫醚命名为烷硫基烷烃（alkylthioalkane），类似于醚的烷氧基烷烃。

新：增加了220多个新的章节内习题，帮助学生练习和运用学习的新知识和新概念。

新：条目更新和改进包括：

　　扩展和提升了酸碱化学的覆盖面（第2章）

　　改进了决定键强度因素的表述（第2、3、6、11和20章）

　　改进了离去基团能力的表述（第6章）

　　引进了许多新反应以及扩充了反应机理（第6章至第26章）

　　更新了臭氧层的覆盖范围（第3章）

　　改进和拓展了烷基氧离子的取代以及消除反应的讨论（第9章）

　　更新了Wittig 反应机理（第17章）

　　扩大了烯醇化学的范围（第18章）

　　扩大了羧酸及其衍生物的反应机理的范围（第19章和第20章）

　　扩大了胺合成的范围（第21章）

　　扩大了亚硝化反应机理的范围（第21章）

　　扩大了取代苯的氧化以及还原反应范围——Birch还原反应（第22章）

　　全面修订并更新了“十大”药品清单（第25章）

　　修订并扩大了杂环芳烃化合物的范围（第25章）

Sapling Plus中的资源

每个问题都很重要

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Sapling在线家庭作业

已经证明它在提高学生的理解力和解题能力方面有显著效果。近还添加了数百个习题。尤其是在波谱、合成分析以及反应机理等方面增加了大量的习题。Sapling Learning在线学习家庭作业提供：

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SaplingPlus的丰富内容　每道习题都是有价值的

Vollhardt 和Schore 的《有机化学：结构与功能》（第八版）的SaplingPlus有如下特点：

·新！互动的电子书。可以通过应用程序在 Mac，Windows，iOS，Android，Chrome和Kindle等客户端进行访问。允许学生离线阅读。可以让学生大声朗读书中的内容，突出重点，记笔记以及检索关键字。

·Sapling Learning习题。私人教师式的问题。每一个题都强调通过提示、有针对性的反馈和详细的解答以及特殊的教师用绘图工具进行学习。专为Vollhardt 和Schore的《有机化学》设计的Sapling Learning包含每章节后面的习题，尤其是与医药应用相关的问题。

·新增了波谱学、反应机理以及合成相关的习题。

·通过动画形式让学生对反应机理从视觉上以动图的形式加以认识和理解。新的课堂幻灯片包括嵌入式动画——适合课堂问题或开放式回答形式的教学。

·Sapling中的动画　反应过程的动画（以及动画形式的反应机理）可以帮助学生以可视方式认识有机化学中的重要的结构以及概念。

·ChemCasts 重现了面对面观看老师解答习题的过程。ChemCast中的有机化学老师使用一个虚拟的白板向学生展示解题练习中所涉及的步骤，同时解释该过程所涉及的概念。ChemCasts中的解题练习都是由有机化学专业的学生帮助挑选的。

·分子模型习题提供额外的适用于电子结构软件的习题库。

·授课幻灯片改编自Peter Vollhardt课程中使用的幻灯片，作为授课大纲的框架。

·PNG和PPT中的文本内容，包括文本中的所有图形，已优化为可适用于大型演讲厅。

其他资源

《学习指导和答案手册》，Neil E.Schore著，加州大学戴维斯分校ISBN ： 978-1-319-19574-8

由《有机化学：结构与功能》合著者Neil E. Schore撰写。这本非常有价值的手册包括以突出新内容为主的章节介绍，章节大纲，每章的详细评论，词汇表，以及章节后面习题的答案。习题答案以向学生展示如何推理得出答案的方式呈现。

分子模型包

分子模型包为学生提供了一种简单、实用的方法来观察、操作和研究分子行为。用多面体模拟原子，以短棒作为键，椭圆形圆盘作为轨道。Maruzen 公司基本分子模型包：

ISBN：978-1-319-12052-8；Darling分子模型包 #3：ISBN：978-1-319-08374-8。

《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*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*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。

戴立信，中国科学院上海有机化学研究所，院士、博士生导师，有机化学家；中国科学院上海有机化学研究所研究员、博士生导师。1993年当选为中国科学院院士。曾任上海有机所学位委员会主任，中国化学会理事、副秘书长、上海市化学化工学会名誉理事长等职，以及第19届国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）国际金属有机化学会议和第七届IUPAC国际杂原子化学会议主席。

戴立信共发表学术论文200余篇，中英文著作11本，授权中国专利13项，培养博士和硕士研究生40余名。曾获得两次国家自然科学奖二等奖、何梁何利基金科学与技术进步奖等奖励。

2018年5月，在中国化学会第31届学术年会开幕式上，戴立信被授予中国化学会终身成就奖。

1　有机分子的结构与成键 1

1-1　有机化学的范围： 总览 2

真实生活：自然 1-1　尿素——从尿液到Wlher 合成再到工业肥料 4

1-2　库仑力：成键的一种简化观点 5

1-3　离子键和共价键：八隅律 7

1-4　成键的价电子模型：Lewis结构 13

1-5　共振式 18

1-6　原子轨道：对绕核电子的量子力学描述 23

1-7　分子轨道和共价键 29

1-8　杂化轨道：复杂分子中的成键 32

1-9　有机分子的结构和分子式 37

1-10　解答有机化学问题的一般策略 41

解题练习：综合运用概念 43

重要概念 45

习题 46

2　结构和反应性

酸和碱、极性和非极性分子 51

2-1　简单化学过程的动力学和热力学 52

2-2　 成功的关键：使用“推电子”弯箭头描述化学反应 59

2-3　酸和碱 63

真实生活：医药 2-1　胃酸、胃溃疡、药理学和有机化学 64

2-4　官能团：反应性中心 73

2-5　直链和支链烷烃 76

2-6　烷烃命名 77

2-7　烷烃的结构性质和物理性质 83

真实生活：自然 2-2　化学模拟的“性欺骗” 86

2-8　单键的旋转：构象 87

2-9　取代乙烷的转动 90

2-10　解题练习：综合运用概念 94

重要概念 97

习题 98

3　烷烃的反应

键解离能、自由基卤化和相对反应性 103

3-1　烷烃键的键强度：自由基 104

3-2　烷基自由基的结构：超共轭效应 108

3-3　石油加工：热解 110

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 112

3-4　甲烷的氯化：自由基链式机理 113

3-5　甲烷的其他自由基卤化反应 119

3-6　成功的关键：使用“已知”机理作为“未知”的模板 122

3-7　高级烷烃的氯化：相对反应性及选择性 122

3-8　自由基氟化和溴化反应的选择性 126

3-9　自由基卤化反应的合成应用 128

真实生活：医药 3-2　氯化、氯醛和DDT——根除疟疾的探索 130

3-10　合成氯化物与平流层中的臭氧层 130

3-11　烷烃的燃烧及相对稳定性 133

3-12　解题练习：综合运用概念 135

重要概念 137

习题 138

4　环烷烃 143

4-1　环烷烃的命名和物理性质 144

4-2　环烷烃的结构和环张力 147

4-3　环己烷：无张力的环烷烃 152

4-4　取代环己烷 157

4-5　较大的环烷烃 163

4-6　多环烷烃 163

4-7　自然界中的碳环产物 165

真实生活：材料 4-1　环己烷、金刚烷和类金刚石——金刚石“分子” 165

真实生活：医药 4-2　胆固醇——怎么不好？有多不好？ 170

真实生活：医药 4-3　节育——从“避孕药”到RU-486再到男性避孕药 171

4-8　解题练习：综合运用概念 173

重要概念 176

习题 177

5　立体异构体 183

5-1　手性分子 185

真实生活：自然 5-1　自然界中的手性物质 188

5-2　光学活性 189

5-3　构型：R，S顺序规则 192

5-4　Fischer投影式 197

5-5　具有多个手性中心的分子： 非对映异构体 201

真实生活：自然 5-2　酒石酸的立体异构体 203

5-6　内消旋化合物 205

5-7　化学反应中的立体化学 207

真实生活：医药 5-3　手性药物——消旋的还是对映体纯的？ 210

真实生活：医药 5-4　为什么自然界是“手性的”？ 215

5-8　拆分：对映体的分离 216

5-9　解题练习：综合运用概念 219

重要概念 222

习题 223

6　卤代烷的性质和反应

双分子亲核取代反应 229

6-1　卤代烷的物理性质 230

真实生活：医药 6-1　氟代药物 232

6-2　亲核取代反应 232

6-3　 包含极性官能团的反应机理：使用“推电子”弯箭头 236

6-4　亲核取代反应机理的进一步研究：动力学 238

6-5　正面进攻还是背面进攻？ SN2反应的立体化学 241

6-6　SN2反应中构型翻转的结果 244

6-7　结构和SN2反应的活性： 离去基团 247

6-8　结构和SN2 反应的活性：亲核试剂 248

6-9　成功的关键：从多个机理途径中选择 254

6-10　结构和SN2反应的活性：底物 257

6-11　SN2反应一览 260

6-12　解题练习：综合运用概念 262

重要概念 263

习题 264

7　卤代烷的其他反应

单分子取代反应和消除反应历程 269

7-1　三级卤代烷和二级卤代烷的溶剂解反应 270

7-2　单分子亲核取代反应 271

7-3　SN1反应的立体化学特征 274

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 276

7-5　SN1反应中的烷基效应：碳正离子的稳定性 279

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 282

7-6　单分子消除反应：E1 283

7-7　双分子消除反应：E2 286

7-8　成功的关键：取代还是消除——结构决定功能 290

7-9　卤代烷反应性总结 293

7-10　解题练习：综合运用概念 295

新反应 297

重要概念 298

习题 298

8　羟基官能团：醇

性质、制备以及合成策略 305

8-1　醇的命名 306

8-2　醇的结构和物理性质 308

8-3　醇的酸性和碱性 310

8-4　利用亲核取代反应合成醇 313

8-5　 醇的合成：醇与羰基化合物之间的氧化还原关系 315

真实生活：医药 8-1　身体中的氧化和还原反应 316

真实生活：医药 8-2　不要酒后驾车——呼吸式酒精检测仪 321

8-6　金