有机化合物概述

第五单元有机化合物概述

第一节有机化合物及其特性

自然界的物质种类繁多，数不胜数。为了系统研究各种物质，根据它们的组成、结构、性质及来源，通常将物质分为无机化合物和有机化合物两大类。化学家最初界定无机物和有机物就是从它们的来源的不同出发的。19世纪以前，人们已知的有机物都从动植物等有机体中取得，所以把这类化合物叫做有机物。到19世纪20年代，科学家先后用无机物人工合成了许多有机物，如尿素、醋酸、脂肪等等，从而打破有机物只能从有机体中取得的观念。现在有机化合物的名称已失去原有的意义，只是化学界仍在沿用这一习惯名称。有机物遍布于人类的物质世界，在人们的衣食住行、医疗卫生、工农业生产、能源、材料、生命科学等领域中起着重要的作用。在本章中，我们主要学习有机物的概念、结构、特性和分类等一些基础知识。

一、有机化合物的概念

大多数有机化合物由碳、氢、氧、氮等元素组成，少数还含有硫、磷、卤素等。这几种为数不多的元素，以不同的原子数目和排列方式组成不同的有机化合物分子。任何一种有机化合物，其分子组成中都含有碳元素，绝大多数还含有氢元素。由于有机化合物分子中的氢原子可以被其他的原子或原子团所替代，从而衍生出许多不同种类的有机化合物，所以现代人们把碳氢化合物及其衍生物称为有机化合物，简称有机物。研究有机化合物的化学称为有机化学。但并非所有的含碳化合物都是有机物，少数含碳化合物如：一氧化碳、二氧化碳、碳酸及其盐、金属碳化物等，由于其组成和性质与无机物相似，习惯上仍把它们归为无机物。

有机化合物与医学的关系十分紧密。人体组织主要由有机物组成，如生命物质蛋白质、糖类、脂肪、维生素等都属于有机物，人类生命的过程，主要为人体内有机化学反应的结果；绝大多数合成药物和中草药的有效成分，都是有机物，它们的结构和性质决定了应用及疗效。所以学习有机化学基础知识，对学习医学、护理学、药学等科学是非常必要的。

二、有机化合物的结构

有机化合物的结构特点，主要是由碳原子的结构特点决定的。

（一）碳原子的结构

碳原子位于元素周期表中第2周期第ⅣA族，最外层有4个电子，它既不容易失去电子也不容易得到电子，为不活泼的非金属元素。因此，在有机化合物中碳原子易与其它原子共用4对电子达到8电子的稳定结构，表现为4价。我们把原子间通过共用电子对形成的化学键称为共价键，可用短线“—”表示。

例如：甲烷（CH4）分子中，碳原子最外电子层的4个电子，能与4个氢原子各出一个电子配对成共用电子对，形成4个共价键。如果以“×”表示氢原子的1个电子，以“·”表示碳原子的最外层电子，则是甲烷分子的电子式；如果把电子式中的共用电子对用短线“—”表示，则为甲烷分子的结构式。

电子式结构式

这种能表示有机化合物分子中原子之间的连接顺序和方式的图式，称为分子结构式，简称结构式。

（二）碳碳键的类型

有机化合物中，碳原子的4个价电子不仅能与氢原子或其他原子（O、N、S等）形成共价键，而且碳原子之间也能相互形成共价键。两个碳原子之间共用一对电子形成的共价键称为碳碳单键；两个碳原子之间共用两对电子形成的共价键称为碳碳双键；两个碳原子之间共用三对电子形成的共价键称为碳碳叁键。碳原子之间的单键、双键、叁键可表示如下：

单键双键叁键碳原子之间还能够相互连接形成长短不一的链状和各种不同的环状，构成有机化合物的基本骨架。例如：

C C C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

C

这些结构上的特点，是造成有机化合物种类繁多的原因之一。

三、有机化合物的特性

不同的有机化合物，它们的性质各不相同。但有机化合物也具有共性，碳原子的特殊结构导致了大多数有机物与无机物相比具有下列特性：

（一）易燃烧

绝大多数有机化合物都可以燃烧，如棉花、油脂、酒精、汽油等。如果有机化合物只含有碳和氢两种元素，则燃烧的最终产物是二氧化碳和水。而大部分无机物如酸、碱、盐、氧化物等则不能燃烧。因此，通过检验物质是否燃烧可初步区别有机物和无机物。

（二）熔点低

有机化合物的熔点都较低，一般不超过400℃。如尿素的熔点为133℃，无水葡萄糖的熔点为146℃。而无机化合物的熔点一般较高，如氯化钠的熔点是800℃，氧化铝的熔点则高达2050℃。

（三）难溶于水，易溶于有机溶剂

绝大多数有机化合物难溶或不溶于水，而易溶于酒精、汽油、乙醚等有机溶剂。因此，有机物反应常在有机溶剂中进行。而无机化合物则相反，大多易溶于水，难溶于有机溶剂。（四）稳定性差

多数有机化合物不如无机化合物稳定，常因温度、细菌、空气或光照的影响而分解变质。例如维生素C片剂是白色的，若长时间放置于空气中会被氧化而变质呈黄色，失去药效。此外许多抗生素片剂或针剂，经过一定时间后也会发生变质而失效，就是因为这些药物稳定性差，所以常注明有效期。

（五）反应速度比较慢

有机化合物之间的反应速度较慢，有时需要几小时、几天，甚至更长时间才能完成，所以常采用加热、光照或使用催化剂等方法加快反应的进行。而无机化合物之间的反应主要是阴阳离子间的反应，因此反应速度很快，如酸碱中和反应能在瞬间完成。 （六）反应产物复杂

多数有机化合物之间的反应，常伴有副反应发生，所以反应产物复杂，常常是混合物。而无机物之间的反应比较专一，一般没有副反应发生。 （七）普遍存在同分异构现象

化合物具有相同分子式，但结构不同，从而性质各异的现象，称为同分异构现象。具有同分异构现象的化合物互为同分异构体。有机化合物中普遍存在同分异构现象，并且同分异构体的数目随着碳原子数目的增多而增多，这是造成有机化合物数目繁多的主要原因之一。如分子组成为C 2H 6O 的物质就有乙醇和甲醚两种性质不同的化合物，两者互为同分异构体：

C

C O H H

H

H H H C

C O H

H

H

H H H

乙醇（沸点 ℃） 甲醚（沸点 －℃）

第二节 有机化合物的分类

有机化合物的数目众多，种类繁杂，为方便学习和研究，需要对其进行科学分类。常用的分类方法有两种：按碳链分类和按官能团分类。 一、按碳链分类

有机化合物

开链化合物（脂肪族化合物）

闭链化合物

碳环化合物 杂环化合物

脂环族化合物

芳香族化合物