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国外名校名著--有机化学:结构与功能 《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。
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 绝对构型: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 金属有机试剂:醇合成中的亲核性碳的来源 323 8-7 利用金属有机试剂合成醇 327 8-8 成功的关键:合成策略简介 329 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 330 8-9 解题练习:综合运用概念 340 新反应 343 重要概念 347 习题 347 9 醇的其他反应和醚的化学 353 9-1 醇与碱的反应:烷氧基负离子的制备 354 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 356 9-3 碳正离子重排 359 9-4 醇生成酯以及卤代烷的合成 366 9-5 醚的命名和性质 370 9-6 Willamson醚合成法 373 真实生活:自然 9-1 1,2- 二氧杂环丁烷的化学发光 374 9-7 醚的合成:醇与无机酸 378 9-8 醚的反应 381 真实生活:医药 9-2 睾酮合成所用的保护基 383 9-9 氧杂环丙烷的反应 383 真实生活:化学 9-3 氧杂环丙烷的水解动力学拆分 387 9-10 醇和醚的硫类似物 389 9-11 醇和醚的生理作用及应用 392 9-12 解题练习:综合运用概念 396 新反应 399 重要概念 402 习题 402 10 利用核磁共振波谱解析结构 411 10-1 物理和化学测试 412 10-2 波谱的定义 412 10-3 氢核磁共振 415 真实生活:波谱 10-1 记录一张NMR谱图 419 10-4 利用NMR分析分子结构:质子的化学位移 420 10-5 化学等价性的判定 425 真实生活:医药 10-2 医学中的核磁共振成像(MRI) 429 10-6 NMR信号的积分 429 10-7 自旋- 自旋裂分:非等价邻位氢的效应 431 10-8 自旋- 自旋裂分:一些复杂因素 440 真实生活:波谱 10-3 非对映异构位质子的非等价性 442 10-9 13C的核磁共振 447 真实生活:波谱 10-4 如何确定NMR中各原子的连接顺序 454 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 456 10-10 解题练习:综合运用概念 458 重要概念 461 习题 462 11 烯烃 红外光谱与质谱 469 11-1 烯烃的命名 470 11-2 乙烯的结构和化学键:π键 476 11-3 烯烃的物理性质 479 11-4 烯烃的核磁共振谱 480 真实生活:医药 11-1 复杂化合物的核磁共振——前列腺素 486 11-5 烯烃的催化氢化反应:双键的相对稳定性 487 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 489 11-7 由醇的脱水反应制备烯烃 494 11-8 红外光谱 496 11-9 测定有机化合物的分子量:质谱 501 真实生活:医药 11-2 质谱检测兴奋剂类药物 504 11-10 有机分子的裂解模式 505 11-11 不饱和度:确定分子结构的另一种辅助手段 510 11-12 解题练习:综合运用概念 513 新反应 516 重要概念 517 习题 519 12 烯烃的反应 525 12-1 加成反应的驱动力:热力学可行性 526 12-2 催化氢化反应 527 12-3 π 键的碱性和亲核性:卤化氢的亲电加成反应 531 12-4 亲电水合反应合成醇:热力学控制 535 12-5 卤素对烯烃的亲电加成反应 538 12-6 亲电加成反应的通性 540 12-7 羟汞化-脱汞反应:一种特殊的亲电加成反应 544 真实生活:医药 12-1 与虫媒疾病作斗争的保幼激素类似物 546 12-8 硼氢化- 氧化反应:立体专一性的反马氏水合反应 548 12-9 重氮甲烷、卡宾以及环丙烷的合成 551 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 554 12-11 利用四氧化锇的邻位顺式双羟基化反应 556 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 557 12-12 氧化断裂:臭氧化分解反应 558 12-13 自由基加成反应:反马氏产物的形成 561 12-14 烯烃的二聚、寡聚和聚合反应 564 12-15 聚合物的合成 566 12-16 乙烯:重要的工业原料 568 12-17 自然界中的烯烃:昆虫信息素 569 真实生活:医药 12-3 烯烃末端交叉复分解反应——环的构建 570 12-18 解题练习:综合运用概念 573 新反应 575 重要概念 578 习题 579 13 炔烃 碳-碳叁键 589 13-1 炔烃的命名 590 13-2 炔烃的性质和成键 591 13-3 炔烃的谱学特征 594 13-4 通过双消除反应制备炔烃 599 13-5 从炔基负离子制备炔烃化合物 601 13-6 炔烃的还原:两个π键的相对反应性 603 13-7 炔烃的亲电加成反应 607 13-8 叁键的反马氏加成 611 13-9 烯基卤化物的化学 612 真实生活:合成13-1 金属催化的Stille、Suzuki和Sonogashira偶联反应 614 13-10 作为工业原料的乙炔 615 13-11 自然界和药物中的炔烃 617 13-12 解题练习:综合运用概念 620 新反应 622 重要概念 625 习题 625 14 离域的π体系 应用紫外-可见光谱进行研究 633 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 634 14-2 烯丙基的自由基卤化反应 637 14-3 烯丙基卤化物的亲核取代反应:SN1和SN2 639 14-4 烯丙基金属有机试剂:有用的三碳亲核试剂 641 14-5 两个相邻的双键:共轭二烯 642 14-6 对共轭二烯的亲电进攻:动力学控制和热力学控制 646 14-7 两个以上π键间的离域作用:扩展的共轭体系和苯 651 14-8 共轭二烯的特殊转化: Diels-Alder环加成反应 653 真实生活:材料 14-1 有机聚烯烃导电 658 真实生活:可持续性 14-2 Diels-Alder反应是“绿色”的 663 14-9 电环化反应 665 14-10 共轭二烯的聚合:橡胶 671 14-11 电子光谱:紫外-可见光谱 675 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) 679 14-12 解题练习:综合运用概念 681 新反应 684 重要概念 686 习题 686 幕间曲 693 15 苯和芳香性 芳香亲电取代反应 699 15-1 苯的命名 701 15-2 苯的结构和共振能:对芳香性的初步认识 703 15-3 苯的π分子轨道 705 15-4 苯环的谱学特征 708 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 714 15-5 多环芳烃 716 15-6 其他环状多烯:Hückel规则 719 15-7 Hückel规则和带电荷分子 723 15-8 苯衍生物的合成:芳香亲电取代反应 726 15-9 苯的卤化反应:需要催化剂 728 15-10 苯的硝化和磺化反应 730 15-11 Friedel-Crafts烷基化反应 734 15-12 Friedel-Crafts烷基化反应的局限性 738 15-13 Friedel-Crafts酰基化反应 741 15-14 解题练习:综合运用概念 745 新反应 748 重要概念 748 习题 750 16 苯衍生物的亲电进攻 取代基控制区域选择性 757 16-1 取代基对苯环的活化或钝化作用 758 16-2 烷基的给电子定位效应 761 16-3 与苯环共轭的取代基的定位效应 765 真实生活:材料 16-1 爆炸性硝基芳烃——TNT和苦味酸 768 16-4 双取代苯的亲电进攻 773 16-5 成功的关键:取代苯的合成策略 777 16-6 多环芳烃的反应性 783 16-7 多环芳烃与癌症 786 16-8 解题练习:综合运用概念 789 新反应 792 重要概念 793 习题 794 17 醛和酮 羰基化合物 801 17-1 醛和酮的命名 802 17-2 羰基的结构 805 17-3 醛和酮的谱学特征 806 17-4 醛和酮的制备 812 17-5 羰基的反应性:加成反应机理 814 17-6 与水加成形成水合物 817 17-7 与醇加成形成半缩醛和缩醛 819 17-8 缩醛作为保护基 822 17-9 氨及其衍生物的亲核加成 827 真实生活:生物化学 17-1 亚胺介导的氨基酸的生物化学 829 17-10 羰基的脱氧反应 833 17-11 与氰化氢加成形成氰醇 835 17-12 与磷叶立德加成:Wittig反应 836 17-13 过氧羧酸的氧化:Baeyer-Villiger氧化反应 840 17-14 醛的氧化反应试验 841 17-15 解题练习:综合运用概念 843 新反应 845 重要概念 848 习题 849 18 烯醇、烯醇负离子和羟醛缩合反应 α,β-不饱和醛与酮 859 18-1 醛和酮的酸性:烯醇负离子 860 18-2 酮式- 烯醇式平衡 864 18-3 醛和酮的卤代反应 868 18-4 醛和酮的烷基化反应 870 18-5 烯醇负离子对羰基的进攻: 羟醛缩合反应 873 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 877 18-6 交叉羟醛缩合反应 878 18-7 成功的关键:竞争性反应途径及分子内羟醛缩合反应 880 真实生活:自然 18-2 不饱和醛吸收光子实现“可视化” 882 18-8 α,β-不饱和醛、酮的性质 883 18-9 α,β-不饱和醛、酮的共轭加成反应 886 18-10 与金属有机试剂的1,2-和1,4-加成 888 18-11 烯醇负离子的共轭加成:Michael加成反应和Robinson环化反应 892 18-12 解题练习:综合运用概念 896 新反应 899 重要概念 901 习题 902 19 羧酸 911 19-1 羧酸的命名 912 19-2 羧酸的结构和物理性质 915 19-3 羧酸的光谱和质谱分析 916 19-4 羧酸的酸性和碱性 920 19-5 羧酸的工业合成 923 19-6 引入羧基官能团的方法 924 19-7 羧基碳上的取代反应: 加成-消除机理 927 19-8 羧酸衍生物:酰卤和酸酐 931 19-9 羧酸衍生物:酯 934 19-10 羧酸衍生物:酰胺 939 19-11 羧酸通过氢化铝锂还原 941 19-12 羧基邻位的溴化反应:Hell-Volhard-Zelinsky反应 942 19-13 羧酸的生物活性 943 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 944 真实生活:健康 19-2 逐渐淘汰导致动脉阻塞的反式脂肪酸 947 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 949 19-14 解题练习:综合运用概念 951 新反应 954 重要概念 957 习题 957 20 羧酸衍生物 967 20-1 羧酸衍生物的相对反应性、结构和谱学特征 968 20-2 酰卤的化学 973 20-3 酸酐的化学 977 20-4 酯的化学 979 20-5 自然界中的酯:蜡、脂肪、油和类脂 986 真实生活:可持续性 20-1 远离石油——源于植物油的绿色燃料 988 20-6 酰胺:反应活性最小的羧酸衍生物 989 真实生活:医药 20-2 杀死抗药性细菌——抗生素的战争 992 20-7 酰胺负离子和它们的卤代反应:Hofmann重排 995 20-8 烷基腈:一类特殊的羧酸衍生物 998 20-9 解题练习:综合运用概念 1002 新反应 1005 重要概念 1009 习题 1010 21 胺及其衍生物 含氮官能团 1017 21-1 胺的命名 1018 真实生活:医药 21-1 生理活性的胺和体重控制 1020 21-2 胺的结构和物理性质 1022 21-3 胺的谱学特征 1024 21-4 胺的酸性和碱性 1028 21-5 烷基化合成胺 1032 21-6 还原胺化法合成胺 1035 21-7 由酰胺合成胺 1039 21-8 季铵盐的反应:Hofmann消除反应 1040 21-9 Mannich反应:亚胺离子的烯醇烷基化反应 1041 21-10 胺的亚硝化反应 1044 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 1045 真实生活:材料 21-3 胺在工业上的应用——尼龙,“神奇的纤维” 1050 21-11 解题练习:综合运用概念 1053 新反应 1056 重要概念 1060 习题 1061 22 苯取代基的化学 烷基苯、苯酚和苯胺 1067 22-1 苯甲基(苄基)碳的反应性:苄基的共振稳定性 1068 22-2 取代苯的氧化和还原 1072 22-3 酚的命名和性质 1077 真实生活:医药 22-1 新闻中的两种酚——双酚A和白藜芦醇 1078 22-4 酚的制备:芳香亲核取代反应 1081 22-5 酚的醇化学 1092 真实生活:医药 22-2 阿司匹林——一种神奇的药物 1094 22-6 酚的亲电取代反应 1095 22-7 苯环的电环化反应:Claisen重排 1099 22-8 酚的氧化:苯醌 1103 真实生活:生物 22-3 自然界中的化学战争——庞巴迪(炮手)甲虫 1104 22-9 自然界中的氧化还原过程 1105 22-10 芳基重氮盐 1110 22-11 芳基重氮盐的亲电取代:重氮偶联反应 1113 22-12 解题练习:综合运用概念 1116 新反应 1118 重要概念 1123 习题 1124 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 1131 23-1 β-二羰基化合物:Claisen缩合 1132 真实生活:自然 23-1 Claisen缩合反应组装生物分子 1138 23-2 作为合成中间体的β-二羰基化合物 1141 23-3 β-二羰基负离子化学:Michael加成反应 1147 23-4 酰基负离子等价体:α-羟基酮的制备 1150 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 1154 23-5 解题练习:综合运用概念 1157 新反应 1160 重要概念 1162 习题 1162 24 碳水化合物 自然界中的多官能团化合物 1169 24-1 碳水化合物的命名和结构 1170 24-2 糖的构象和环状形式 1174 24-3 单糖的端基异构体:葡萄糖的变旋作用 1179 24-4 糖多官能团的化学:氧化成羧酸 1181 24-5 糖的氧化断裂 1183 24-6 单糖还原为糖醇 1185 24-7 羰基和胺衍生物缩合 1186 24-8 酯和醚的形成:糖苷 1187 24-9 糖的逐步构建和降解 1190 真实生活:自然 24-1 糖的生物合成 1192 24-10 醛糖的相对构型: 结构测定练习 1194 24-11 自然界中复杂的糖:二糖 1197 真实生活:食品化学 24-2 控制我们的甜食 1200 24-12 自然界中的多糖和其他糖 1202 真实生活:医药 24-3 唾液酸、“禽流感”和合理药物设计 1208 24-13 解题练习:综合运用概念 1210 新反应 1213 重要概念 1215 习题 1216 25 杂环 环状有机化合物中的杂原子 1221 25-1 杂环的命名 1224 25-2 非芳香杂环 1225 真实生活:医药 25-1 吸烟、尼古丁、癌症和药物化学 1228 25-3 芳香杂环戊二烯的结构和性质 1230 25-4 芳香杂环戊二烯的反应 1234 25-5 吡啶(氮杂苯)的结构和制备 1238 25-6 吡啶的反应 1243 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 1244 25-7 喹啉和异喹啉:苯并吡啶 1247 真实生活:生物学 25-3 叶酸、维生素D、胆固醇和你的肤色 1249 25-8 生物碱:自然界中具有有效生理活性的氮杂环化合物 1250 真实生活:自然 25-4 大自然并非总是“绿色的”——天然杀虫剂 1252 25-9 解题练习:综合运用概念 1255 新反应 1258 重要概念 1260 习题 1261 26 氨基酸、肽、蛋白质和核酸 自然界中的含氮聚合物 1271 26-1 氨基酸的结构和性质 1272 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 1277 26-2 氨基酸的合成:胺化学与羧酸化学的结合 1279 26-3 对映体纯的氨基酸的合成 1282 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 1284 26-4 肽和蛋白质:氨基酸的寡聚体和多聚体 1285 26-5 一级结构的确定: 氨基酸测序 1293 26-6 多肽的合成:对保护基应用的挑战 1298 26-7 Merrifield固相法合成肽 1302 26-8 自然界中的多肽:肌红蛋白和血红蛋白的输氧作用 1304 26-9 蛋白质的生物合成:核酸 1306 真实生活:医药 26-3 医药中合成的核酸碱基和核苷 1309 26-10 通过RNA合成蛋白质 1312 26-11 DNA测序和合成:基因工程的奠基石 1314 真实生活:自然 26-4 法医DNA指纹识别 1322 26-12 解题练习:综合运用概念 1325 新反应 1328 重要概念 1330 习题 1331 练习答案 1337 索引 1411
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