普通高中教科书·化学选择性必修3 有机化学基础.pdf

主编：麻生明 陈 寅本册主编：王全瑞编写人员：（以姓氏笔画为序）王 辉 王程杰 占小红 匡云艳孙兴文 杨海艳 沈正东 徐凯里责任编辑：张明睿美术设计：诸梦婷普通高中教科书化学选择性必修 3有机化学基础上海市中小学（幼儿园）课程改革委员会组织编写出 版 上海世纪出版（集团）有限公司上海科学技术出版社（上海市钦州南路 71 号邮政编码 200235）发 行上海新华书店印 刷当纳利（上海）信息技术有限公司版 次2021 年 3 月第 1 版印 次2021 年 3 月第 1 次开 本890 毫米 1240 毫米1/16印 张8.25字 数183 千字书 号ISBN 9787547853016/G1039定 价10.40 元版权所有未经许可不得采用任何方式擅自复制或使用本产品任何部分违者必究如发现印装质量问题或对内容有意见建议，请与本社联系。电话：02164848025，邮箱：全国物价举报电话：12315 声明按照中华人民共和国著作权法第二十三条有关规定，我们已尽量寻找原作者支付报酬。原作者如有关于支付报酬事宜可及时与出版社联系。1.1 有机化学的建立和发展 31.2有机化合物的结构 81.3 有机化合物的命名 16本章复习 212.1脂肪烃 252.2芳香烃 312.3卤代烃 37本章复习 423.1醇和酚 473.2醛和酮 553.3羧酸及其衍生物 62本章复习 694.1生物大分子 754.2 合成高分子 87本章复习 98目 录第 1 章 认识有机化学 1第 2 章 烃和卤代烃 23第 3 章 烃的含氧衍生物 45第 4 章 生物大分子与合成高分子 731 化学词汇中英文对照表 124 学生必做实验索引 126附录 12425.1有机合成初步 1035.2 研究有机化合物的一般方法 111本章复习 119第 5 章 有机化合物的合成与研究 101认识有机化学第1章 有机化合物是构成生命的基础物质，广泛存在于地球上。在浩瀚的星际空间也陆续发现了许多有机化合物。这些发现为人类探索天体演化、生命起源提供了丰富的信息。1有机化学的建立和发展有机化合物的结构有机化合物的命名1.11.21.32有机化学与人类日常生活密不可分，大到国民经济支柱产业，小到百姓衣食住行都离不开有机化学的应用，构成生命活动物质基础的核酸、蛋白质和糖类也是有机化合物。目前已知的有机化合物数量远远大于无机化合物，为何两者会存在如此大的差异，有机化合物的结构究竟有什么特点？面对数目如此庞大的有机化合物，科学家又是如何区分它们的？本章将介绍人类认识、研究和应用有机化合物的简史，初步认识有机化合物的结构特征与常见有机化合物的分类和命名，为深入学习有机化学打好坚实的基础。有机化学的建立和发展31.11.1有机化学的建立和发展有机化学的建立和早期发展 知道有机化学学科的发展简史 了解有机化学和有机化合物的定义学 习 聚 焦知 识 回 放 常见的有机化合物及其应用有机化学是研究有机物的结构、性质、制备、应用及其理论方法的学科。历经两个多世纪的演变，有机化学不仅能展示有机物的转化规律、设计并合成具有特定性能的有机物分子，还能与材料科学、环境科学及生命科学等领域不断地交叉融合，从而发展出新技术与新理论。有机化学的发展促进了国防、医药、材料、能源等方面的科技发展，为提高生活质量、改善生存环境做出了卓越的贡献。人类很早就开始对动植物进行简单加工来获取有机物，例如酿酒、发酵之类的工艺就涉及了有机反应。此外，造纸、制糖、制备染料、提炼油脂等与有机物相关的生产实践也都一直伴随着人类文明的发展。随着科学的发展，人们逐渐发现，与来自岩石、矿物等无生命体中的物质相比，从动植物中提取分离得到的某些物质在组成和性质上有很大差别，如在水中溶解性较差，熔、沸点较低，受热易分解（表 1.1）、易燃烧，发生的反应往往速率慢且复杂，常伴有副反应等等。表 1.1 萘、葡萄糖和氯化钠的熔、沸点物质熔点/沸点/有机物萘80.5217.7葡萄糖150200以上分解炭化无机物氯化钠800.81 46519 世纪初，化学家们普遍认为，生命体内存在特殊的“生命力”导致了这些物质的产生，因此称这类物质为“有机物”。1808 年，瑞典化学家贝采利乌斯(Jns Jacob Berzelius，17791848)在对有机物深入研究的基础上，首次提出了“有机化学”这一概念。19 世纪 20 年代以后，尿素、草酸、醋酸等一大批天然有机物相继被人工合成，这些成就打破了有机物的“生命力论”，同时也提示人们，需要重新对有机物进行更为科学的界定，才能更好地促进有机化学的发展。认识有机化学第 1 章4元素分析发现，所有的有机物中均含有碳元素，绝大多数还含有氢元素，部分有机物含有氧、氮等元素。于是化学家们认为，碳是构成有机物的基本元素，把含碳化合物称为有机物，把有机化学定义为研究含碳化合物的化学。值得注意的是，有机物与无机物之间没有绝对界限，在一定条件下可以相互转化。进入 19 世纪后半叶，有机化学作为独立的专业领域得到确立。伴随有机物合成方法的发展，人们对复杂有机物分子的认识不断深入，在此基础上逐步提出和建立了许多经典有机化学理论，极大促进了有机化学的发展（图 1.1）。一氧化碳、二氧化碳、碳酸、碳酸盐等化合物虽然含有碳元素，但是它们不具有有机物的性质，这些含碳化合物属于无机物。进入 20 世纪，随着原子结构的发现，有机化学从实验方法到基础理论都有了巨大的进展，也产生了不少分支学图 1.1近代有机化学的发展现代有机化学的发展鲁埃勒（H.M.Rouelle）法从尿液中分离出尿素。赛特纳（F.W.A.Sertrner）德从鸦片中获得第一个生物碱吗啡。法拉第（M.Faraday）英从鱼油等物质的热裂解产品中分离出苯。翁弗多尔本（O.Unverdorben）德在天然蔬菜提取物中发现苯胺。维勒（F.Whler）德由无机物制得尿素。李比希（J.von Liebig）德提出定量测定有机物中碳和氢元素含量的分析法。霍夫曼（A.W.von Hofmann）德将苯进行硝化后再还原，得到了苯胺。凯库勒（F.A.Kekul）德提出了碳四价概念，碳原子之间可以相互结合形成碳链。凯库勒（F.A.Kekul）德提出苯分子为单双键交替的六元环状结构。帕克斯（A.Parkes）英制造出第一个塑料硝酸纤维素。珀 金（W.H.Perkin）英在 合成奎宁的过程中意外得到紫色染料苯胺紫。范霍夫（J.H.vant Hoff）荷提出分子空间结构假说，解释了对映异构现象。有机物的发现与合成有机理论与实验技术的发展有机化学的建立和发展51.1科，包括有机合成化学、高分子化学、天然产物化学、有机分析、有机立体化学等。有机合成是创造有机物分子的主要手段。化学家们通过选择不同的起始原料，经过一系列基本合成反应，获得目标分子。通过对不同合成路线的评价，可以筛选出有工业前景的生产方法和工艺，这也是现代有机合成的发展方向之一。有机分析主要研究有机物的分离、纯化、鉴定和测定，是人类认识和获取有机物的重要手段之一。例如，我国科学家从黄花蒿茎叶中分离提取出具有抗疟活性的青蒿素（图 1.2），成为治疗疟疾的首选药物，屠呦呦因此荣获诺贝尔奖。随着近代物理学和电子学的发展和渗透，特别是半导体材料、原子能材料等新兴领域的迅速发展，有机分析从传统的化学分析逐渐发展为更高效、更灵敏的仪器分析，通过快速、准确地测定有机物的分子结构，化学家们能够更好地从分子水平去认识物质世界，从而推动有机化学的发展。21 世纪的有机化学能够合成出更多满足人们不同需要、具备各种特定性能的分子，为生产和技术部门提供尽可能多的新物质、新材料；并将更加关注研究能源和资源的开发利用，尤其是加强对绿色化学的研究，更好地促进社会可持续发展。同时，21 世纪的有机化学也将突破传统学科领域的框架，与其他自然科学进行深度的交叉融合，向着探索生命科学和宇宙起源的方向不断发展（图 1.3）。图 1.3 有机化学领域的不断细化与融合图 1.2 屠呦呦与青蒿素链接学科天然产物化学是研究源于植物、动物、微生物等天然产物中化学成分的一门学科，是有机化学的一个重要分支，主要研究具有生理活性、在医药及农药等领域有重要应用价值的天然有机物，指导人们科学、高效、合理地利用自然资源。我国天然产物资源丰富，中草药应用历史悠久，天然产物化学方面的研究工作非常活跃，取得了显著的成果，如抗疟新药青蒿素、抗肝炎药五味子丙素、重要的香料和神经兴奋药物麝香酮、抗生素创新霉素（图 1.4）等临床药物的发现及应用。天然产物化学 认识有机化学第 1 章6 几位同学针对有机物展开了讨论，他们各自提出了一些观点。甲同学：有机物都是非电解质；乙同学：熔点低的化合物都是有机物；丙同学：不含碳的化合物可能是有机物；丁同学：不含氢的化合物也可能是有机物。他们的说法是否正确？为什么？有机物是指大多数的含碳化合物，大部分有机物中都含有氢元素，也存在少量不含氢元素的有机物，如甲烷的全氯取代产物四氯化碳（CCl4）。大多数有机物是非电解质，如烷烃、乙醇、蔗糖等，但也存在一些有机物能在水中发生电离，例如乙酸。有机物熔点低的原因是它们大多由分子构成，分子间作用力较弱，一些无机物同样也存在这种现象，如氯化氢、水等。因此，只有丁同学的说法是正确的。学习指南例题导引问题：分析：天然产物在生物体内的含量很少，远远不能满足制药需求。因此，化学家们一直不断尝试人工合成天然产物。比如含有麝香酮的麝香，过去往往采用猎麝取香的方法，导致野生麝的数量锐减。经过数十年的努力，我国化学家成功研制出人工麝香，其功能与天然麝香基本相同。人工麝香的广泛使用为珍稀野生动物保护做出贡献，有利于生态环境的可持续发展。图 1.4 从植物、动物和微生物中提取的天然产物从五味子中提取的五味子丙素从麝香中提取的麝香酮从放线菌中提取的创新霉素 有机化学的建立和发展71.1练习巩固1.将左栏内容与右栏对应内容用短线连起来。.19 世纪维勒由无机物制得尿素a.有机物成为人类的重要物质基础.贝采利乌斯提出“有机化学”的概念b.有机化学成为一门完整的学科.碳的价键理论、空间结构理论的发展c.有机化学的初步形成.合成有机物在生产、生活各方面的应用d.打破了“生命力论”2.判断下列说法是否正确。（1）有机物都是从生命体中提取出来的物质。（）（2）含碳的物质一定是有机物。（）（3）有机物和无机物在性质上的差别不是绝对的。（）（4）所有的有机物都难溶于水。（）（5）所有的有机物在一定条件下都能够相互转化。（）3.古丝绸之路是我国历史上中外经济、文化交流的重要通道，其贸易范围十分广泛。判断下图中丝绸之路贸易商品的主要成分是否属于有机物。4.某有机物仅由碳、氢、氧三种元素组成，其相对分子质量小于 150。若已知该有机物中氧的质量分数为 50%，则分子中最多含有多少个碳原子？瓷器丝绸茶叶香料明矾（第 3 题）8认识有机化学第 1 章有机物中都含有碳原子。碳原子不仅能与氢、氧、氮、氯等元素原子形成化学键，而且碳原子之间还能相互结合，并连接形成直链、支链以及各种环状化合物。有机物中碳原子的成键方式有哪些特点，我们又该如何来表示有机物的结构呢？1.2有机化合物的结构 了解碳原子的成键方式与键的类型 掌握有机化合物结构的表示方法 理解有机化合物的同分异构现象 了解有机化合物的碳架分类方法学 习 聚 焦知 识 回 放 烷烃的同分异构现象 甲烷、乙烯、乙炔与苯的结构特点碳原子最外层有 4 个电子，既不容易失去也难以得到 4 个电子以达到稀有气体元素原子的稳定结构。一般情况下，碳原子利用其最外层 4 个电子分别与其他原子之间通过共用电子对形成共价键。根据共用电子对数目不同，形成通常所说的单键、双键和三键，其中双键和三键称为不饱和键，如图 1.5 所示。有机化合物中碳原子的成键特点图 1.5有机物中碳的成键方式写出甲烷、乙烯与乙炔分子的电子式、结构式与结构简式，说出它们的分子空间结构。书写表达甲烷分子中碳原子与氢原子形成四个碳氢键，任意两个键之间的夹角均为 10928。其他烷烃分子中碳原子的成