化学自习室移动版

作者：叶枕流

链接：https://www.zhihu.com/question/26998987/answer/34855240

来源：知乎

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楼主现为大学有机老师，本科和博士都是有机化学专业，高二参加化学奥林匹克竞赛时，已自学完大学有机课程，考研的有机试卷当作平常练习题已无压力。那么在高二时还未学过高数和大学物理的情况下，是如何着手进行高效自学的呢？

简单来说，有机化学的得名源于化学发展早期的“生命论”：那时认为那些冷冰冰的矿石啥的，实验室能够人工鼓捣的都属于无机范畴，而那些生命体所生成的化合物比如乙醇，醋酸，尿素，糖等，则必须来源于生物体的代谢等。所以如图：由器官（有机体organism）衍生出了形容词organic有机的，进而衍生organic compound有机化合物，而研究这些化合物的学科，则是organic chemistry有机化学（对应的，无机化学则是Inorganic chemistry,否定前缀）。所以基于这样的原因，有机便有了非人工、纯天然的意思；于是现代商家为了炒作，把同样是化肥和农药搞出来的农产品，冠上有机两字，价格就飕飕往上涨，实际质量却可能更糟糕。有机食品、纯天然非转基因等等，学过生物或者化学的同学，一定要有基本的抗洗脑能力哈。

不过在1828年，德国化学家Wohler做浓缩NH4+CNO-实验时，一不小心却得到了尿素（NH₂CONH₂)，这下可不得了啦，化学家一不小心闯进了上帝造物的领域，于是生命论学者争辩到，尿素是人体的排出体外用不到废物，没有生命力不算；于是CH₃COOH和油脂等陆续被有机化学家在瓶瓶罐罐里合成出来，彻底让有机化学前面的有机两个字，失去了其原本的意义。但日久情深，有机两字也就沿袭了下来。

某种程度上来说，有机化学从1828年开始，就与合成有了最密切的关系，时至今日，有机化合物数量已经逼近1亿的数量，每年新增化合物数百万，其中90%以上都是有机化合物。

其实大学有机，真正用到高等数学和物理的并不多，我们只要记住中学学习元素周期律学到两大基本常识就足以应付了：电子云的概念和s、p轨道的空间分布；稀有气体是最稳定的元素，对于C（4）,N（5）,O（6）,F（7）都希望通过和其他原子成键共用电子，达到最外层满足Ne(8)八隅体的稳定结构，相应的需要形成8-4，8-4，8-6，8-7根化学键。对于它们来说，稀有气体那种睡觉睡到自然醒，数钱数到手抽筋（电子富足，完美无缺）的人生，就是他们做梦都想要去达成的至高目标。

为了便于理解，以Ne(8)为例，我们假设最外层的电子为未婚青年（里层的都配对也就是都结婚了），如果能够形成4对夫妻，则是最理想的情况（从元素周期表知道，最外层电子数最大为8，这个是由薛定谔方程解出，暂时我们不管）；s、p轨道，由于能量差异（s长得匀称，好看；p轨道只是特定角度看去才不错），s总是比p轨道优先成键（优先结婚）。出于对人性的了解，我们都知道，p一般不太嫉妒远比它们有优势的s,但px,py,pz三者之间出身一样，则必须享受同等待遇，要么都单身（N 2s²2p³)，要么都成对(Ne 2s²2p⁶)，决不能容忍个别成对，个别却单着(O 2s²2p⁴, F 2s²2p⁵)。

对于屌丝C来说，必须从外面引进4个电子才可以向Ne(8)这样的高富帅看齐，遵循“对称就是和谐"的原则，有机村里的C村长，高瞻远瞩地把所有适婚青年 （s²p²，最外层4个电子）召集起来，然后把已经内部搭对的s²拆散，和p_x,p_y,p_z一起改头换面的包装出四个富有吸引力的适龄青年（每人都是sp³的1/4)，把最光鲜的穿在外面，把寒碜的藏起来。各自找个方向出去求偶，比如甲烷，形成四根C-H共价键从而满足4对夫妇共八人的和谐一代。为了最大减少彼此求偶时的不必要摩擦（各自之间电子相互排斥），四个方向最理想的就是正四面体了。

与甲烷的幸运相比（1C4H），不同的C有不同的不幸：

乙烷CH₃－CH₃，每个C形成3根C-H键以后，不得不捏着鼻子，C-C之间来个同性婚姻。

乙烯CH₂=CH₂，在乙烷基础上又少了2H, C-C之间不得不再合作一次；由于电子排斥的原因，电子云空间排布必须彼此错开，所以聪明的C村长，留出一个p轨道，把其余的sp2进行无差别杂化，3个轨道，3个方向彼此干扰最小的，自然是正三角形，各自如愿成婚（σ键,被法律认可的婚姻，相对稳定)。刚留出来的p轨道，和三角形所在的平面垂直从而错开彼此的求偶路线；这两个C的p轨道，由于距离和社会道德阻碍等原因，没法光明正大的成婚（空间原因无法再头碰头），只能凑合着过露水姻缘（只好肩并肩形成π键），这样的露水姻缘，一旦各自有机会重新找到合适的情侣，则就会被拆散（π键容易被破坏）。为了方便，乙烯这样C和C之间，由一对合法婚姻（σ键）和一对露水姻缘（π键）所形成的两对共价键，我们称之为双键。

乙炔则更惨，C均比乙烯还少1H，不得不在乙烯的基础上，再添加一段露水姻缘，也就是说，C的两个p轨道，和另一个C的两个p轨道，相应地组合成了两对野鸳鸯。C村长把剩下sp两青年，改头换面，让他们朝相反方向（180度，电子间排斥最小）努力求偶，其中一个幸运和H结成了夫妻，而另一个不得不结成C-C之间的同性婚姻。为了方便，乙炔这样C和C之间，由一对合法婚姻（σ键）和2对露水姻缘（π键）所形成的3对共价键，我们称之为叁键。

有机化合物种类繁多的根本原因，在于C的最外层是4个电子，可以通过各种各样的方式和各种各样的原子结合（C,H,O,N,S,P,X卤素，M金属）。

学习有机，就应该从最难的机理入手，开头虽然有点难，但花点苦功一旦上手以后，整个有机的学习，也就豁然开朗了。

有机机理主要就三种：碳正离子（自由基类同）、碳负离子和没有明显正负离子之分的协同反应（比如4+2 Diels-Alder 反应，3，3-重排反应等）；掌握了这些，也就基本掌握了记忆有机知识的规律。说到规律，我们先来说有机化合物命名的规律；有机化学和其他自然科学一样，早期是从日本那边借鉴过来，再经过民国时文化底蕴深厚的大师们适当增益，以决定化合物主要化学性质的官能团依次分类为：

1）烃（分子仅含C和H，取tan的声母、 qing的韵母组合成ting，汉字取氢字下部为读音，部首取火表明其易燃烧的特性）：

a) 烷烃（烷，完字表示具有（全部为单键时）最大的氢数，完整无缺）

b) 烯烃（和烷烃相比，分子中由于多了C=C双键，从而相应少了2H，故用稀少的希来构成汉字）

c) 炔烃（和烷烃相比，分子中由于多了CC叁键，比稀还要缺2H，故取字为炔）；

d) 如果分子内含有n个C=C双键或叁键，就叫n烯或n炔；若是同时含有m个双键和n个叁键则称为m烯-n炔；举例来说，n烯取值为二烯，这二烯中的两个双键如同两个国家，隔得太遥远（间隔2个C-C单键以上）彼此没有联系，各自发展各自的，和普通单烯并没有什么区别，不值得特别重视；而如果挨得太近，两个双键直接连在同一个C上，就如巴以国家间彼此争夺边界领土，往往不稳定，命名为联烯（中科院的麻生明士专门研究它）；而如果距离不近不远（两双键中间间隔一个单键），这就好比中间间隔一个太平洋的美国和日韩以及东南亚国家，或者中国和巴基斯坦等，相互间互补有无，却不用担心利益冲突，往往就可以成为密切的战略伙伴关系，这种关系，在有机化学里称为“共轭”（本意：两头牛背上的架子称为轭，轭使两头牛同步行走。共轭即为按一定的规律相配的一对。通俗点说就是孪生。），比如1.3-丁二烯4个p电子在四个C上顺畅流动，就如国家间面签的自由行，看着就是那么的和谐和稳定。

e) 环烃，故名思议，就是C骨架首尾相连，如同贪吃蛇的嘴衔住了自己的尾巴，形成了一个环。环烃相应包括：环烷烃、环烯烃和环炔烃；由于成环首尾互助，比相应的开链烃节省了2H。环烃就好比大锅饭，虽然比各家做各饭可以很有效的节省一些重复的炊具购买等，但每个碳就和每个人一样，都有自己的生物天性，拘束得太过，大家就不干了。对于碳来说，天性就是不同杂化的碳，必须满足其相应的成键角度：单键sp3杂化正四面体109.5度，双键sp2杂化正三角形120度，叁键sp杂化直线型180度。对于环烷烃来说，一般5、6个碳组成的环，既能达到节省不必要的重复开支（5C共同节省了2H，每C节省0.4H)，彼此间又有足够的弹性空间保持彼此的个性（键角），所以非常和谐稳定，在有机化合物中比比皆是，故称为普通环；3、4个C组成的环，由于空间太小，强行凑在一块彼此个性（键角）被压抑得太厉害，往往容易散伙，不常见，因其比56小，命名为小环；7-12C组成的环，空间倒是能满足，但C均节省H的效率相对一般，不上不下，故名为中环；13C以上，C均节省H的效率过于鸡肋，所以在有机化合物当中也就较为少见，以其C数多名为大环。相应的，分子中含有两个环以上，就叫双环或者多环，多环间共用一条边，边为桥连通两边取名为桥环；而双环间共用一点（C原子），因为形似两螺尖尖相对，故名为螺环。

f) 芳香烃苯、萘、蒽、菲等，具有草木芳香味的一类具有特殊稳定性的烃类化合物，草字头表明性质，本、奈、恩和非等表示音译过来的读音)，其实芳香烃是共轭烯烃与环烃的结合体，以苯为例：由1，3，5-己三烯，首尾相连组成苯环（C₆H₆,当时苦思冥想其分子结构的化学家凯库勒到贪吃蛇首尾相连，受到启迪，给出了苯环的结构），其特殊芳香性，来自于4n+2的休克尔规则；其中苯环芳香性最显著，因为共轭烯烃的P电子数必然为偶数，6元环完美满足每个sp²杂化120度键角的需求，首尾相连让电子从123456以后迅速回到1，然后234561；和1，3，5-己三烯相比，不得不从，654321这样退回来，大大提高了效率，而这额外的效率，就是芳香性（特殊的稳定性）。而如果两个苯环共用一条边（2C组成），则形成了萘，三个苯环并排相连，则称为蒽等，这样苯环密集堆积在一起，取其稠密的意思，命名为稠环。而如果苯环与苯环之间是通过一根单键联系在一起，则称为联苯。

2）烃类的含氧衍生物（糖、醇、醛、酮、酸、酯等）：

其他有机化合物都是烃类的C-H，其中的H被相应官能团替代的衍生物。比如乙烷(CH₃CH₃)的一个C-H被C-OH取代，就成了乙醇（CH₃CH₂OH)；古代文明里从食物酿造了酒，而酒中精华其味醇厚，故酒精也就称为乙醇；分子中含有两个OH以上则称为二醇，三醇。。。其中比较特殊的是，1，2，3-丙三醇在生活中非常常见，拥有其俗名甘油（其实就是化妆品中保湿的主要成分）。而如果酿酒时间过长，乙醇就会被空气氧化成醋酸(CH₃COOH)，又称为乙酸，这个大家都很熟悉；大家在炒菜的时候，会加一勺料酒和陈醋，在锅里加热后散发出浓郁的芬芳，其实是乙醇和乙酸加热时缩合掉一个水分子后生成乙酸乙酯(CH₃COOCH₂CH₃)，乙酸乙酯其实也就是茅台等名贵白酒散发出浓郁芬芳的主要原因；而甘油的高级脂肪酸酯，则是动物脂肪的主要组成部分，大约是这个原因，酸和醇的缩合产物，取名为酯（酒字旁表示来源于酿造，旨表示读音，脂）。酯在生活中极为常见，比如各种水果成熟时散发的香气，就是相应的酯，比如香蕉的乙酸异戊酯,香梨的乙酸丙酯，苹果的丁酸甲酯等（水果没成熟时多为成分主要为酸，这时又酸又涩甚至会吃坏肚子；而种子发育成熟后，则生成具有浓郁芬芳的酯吸引动物来吃食以后，代谢产物帮忙果树的种子发芽。），由于其香气，酯不仅用于酿酒（各种果酒），也用于香水等。

而香水的最主要来源，则是醛，酒字旁表示其来源，多是通过末端的醇（OH在链端的C上，俗称伯醇）氧化，减去2H后得到（比如我们喝酒，乙醇（CH₃CH₂OH)进入体内后由肝脏先代谢成乙醛（CH₃CHO)，再把乙醛代谢成乙酸(CH₃COOH)，最后经过三羧酸循环生成CO₂和水），荃则是香草的意思，寓意其来源，生活中常见的有香草醛俗称香兰素），是香草豆的香味成分，有浓烈的香气。这里具有浓烈味道的醛，按比较稀释的浓度配成乙醇溶液成了市场上的香水，使用时碰洒少量到脖子等部位，一段时间内随着乙醇挥发，能够向周围散发出芬芳。醛之所以能够被鼻子强烈识别，可能原因之一就在于其化学性质的不稳定，很活泼从而容易气味识别器官发生分子间的作用而被识别；同时由于其不稳定，也就容易失效，为保持香气，隔一段时间就得重复喷洒。化学中太过活泼的东西往往意味着毒性、易燃或易爆等危险。比如甲醛，装修中常见的污染，长期呼吸容易让人得白血病等；酒精乙醇在人体代谢的初级产物乙醛，也是毒性相当大的物质，如果不能及时转化为乙酸，滞留体内，就会让人心跳加速（脸红）和恶习呕吐。

醇的OH不仅可以连在末端C(R－CH₃中的一个C－H被取代成RCH₂OH，1个R取代的甲醇，称为1级醇，或者伯醇)，而如果OH取代的是RCH₂R的C-H，则是RCHOHR，两个R取代，这样我们称为2级醇，或者仲醇；而如果3个R取代的甲醇R₃COH，则成为3级醇或者叔醇；因为C最多只能形成四根键，所以不可能有4R取代的甲醇了，也就是4级醇和季醇不存在（4C-R,加上C-OH，形成5根键）；另外一种情况，OH取代的不是普通sp3杂化的C-H键，而是sp²杂化比如苯环上的C-H键的话（C₆H₆苯转化为C₆H₅OH苯酚），则取名为酚，得名自然是因为芳香化合物特有的芬芳。简单来说醇能被氧化，是因为C-OH的C和O各失去1H从而形成C=O双键，所以，R₃COOH的C上已经没有H的就不能被氧化为C=O了。相应的，由RCHOHR氧化失去2H得到的RC=OR，取其英文名tone为同，配以酒，即为酮，最小的如CH₃COCH₃，3个C数，丙酮。

以上的醛、酮和酸以及酸的衍生物，共有的一个官能团是RCO-，我们把它命名为酰基，,旧称“醯（xi,醋的意思”[acyl]，后来大概是由于旧称太难写，在简体字改革中，也就调整成了酰。酰基加个H，就是醛RCHO，加个R就是RCOR酮，加个OH就是RCOOH羧酸，加个OR就是RCOOR酯，加个-NHR就是酰胺RCONHR，加个卤素X就是RCOX酰卤，而再加个酯基则是RCOOOR酸酐；后面这些都是羧酸和醇ROH,胺RNH₂，HX（氢卤酸，酰卤太过活泼，反应一般逆向进行）和羧酸RCOOH分子间缩合，减去一分子H₂O所形成的衍生物，酸与酸缩合去掉一分子水，也就变得干燥缺水，所以取字为酐。这个缩合反应个可逆反应，如果加水，则反应有利于逆向进行，俗称水解：最经典的比如甘油脂肪酸酯在碱性条件下的水解，生成甘油和脂肪酸的钠盐（也就是肥皂），所以这个水解反应，也就称为皂化反应（PS:因为碱性条件会分解我们的皮肤里的脂肪，所以手接触氢氧化钠溶液后，容易变得滑滑的，就是因为脂肪被水解成肥皂。另外由于肥皂是强碱弱酸盐，显碱性，所以皮肤敏感的人如小孩不宜使用肥皂洗手或洗衣服。）

谈到缩合，不仅羧酸RCOOH自身会缩合，RCOOH会和RCH₂OH醇发生缩合，其实醇与醇之间，也会发生缩合：比如两分子乙醇CH₃CH₂OH，缩去1H₂O，变成CH₃CH₂OCH₂CH₃，我们称为乙醚，醚字的迷代表的是乙醚的麻醉作用，动物吸多了乙醚会被迷倒。

对于以上含氧的衍生物，我们认识得差不多了，也就有必要进一步了解一下反复出现的一些官能团-OH我们称为羟基，羊字旁，表示含氧的意思，右边部分则表示氢，读音qiang是qing和yang的结合；-C=O，羰基，则是碳（tan）和氧（yang)的结合；-COOH，羧基，则是酸的右边部分（suo)和羊的结合。同学们稍微陌生点的是，ROR的O如何和H^＋结合生成O正离子怎么称呼呢？答案是金字旁加个羊，也读氧。

在这里，让我们稍微回忆一下，氮（dan）、NH₃(氨气 an)， NH₄^＋(离子性质和Na^＋，K^＋等相似，所以叫铵an,金字旁表示性质同金属离子），所以顺利成章，我们就理解金羊的命名了。除碳原子外，表示带有正电荷的非金属离子，我们统一命名为鎓离子;-onium ion：以上的氧鎓离子，N鎓离子；相应的，对于C=C双键和Br+所形成的三元环的正离子，称为溴鎓离子。

最后，还有一类特殊的含氧衍生物，由于其来源不是出自酿造工艺，而是来自大米小麦等主食的消化代谢产物，具有甜味的糖。糖的分子式一般符合C_nH_2nO_n，看着就是n(C+H₂O),所以又称碳水化合物。最常见的有葡萄糖(C₆H₁₂O₆，醛糖)、果糖(C₆H₁₂O₆，酮糖），这样分子式一样，但结构不同的化合物，我们称为同分异构体；还有由这样单一的糖，两分子之间缩合掉一分子水而成的麦芽糖（葡萄糖和葡萄糖）和蔗糖（葡萄糖和果糖）。葡萄糖和麦芽糖甜度较差，所以我们吃饭的时候，并不能感受到特别的甜味；而果糖与蔗糖较甜，所以水果和甘蔗等吃起来往往很美味。糖不仅是我们人类主要供能物质，也是微生物新陈代谢的供能物质，因而糖吃多了而不容易刷牙的话容易蛀牙，吃太多消化不了，累积起来的话，容易导致肥胖。而有些糖尿病患者由于缺乏胰岛素不能正常代谢这些糖，是不是他们的人生就彻底告别甜味了呢？答案是不，有机化学家专门合成了一类具有果糖几百倍甜度，而又不会被人体吸收导致能量过剩的化合物，就是我们熟悉的糖精（邻苯甲酰磺酰亚胺）和甜精（乙氧基苯脲（Dulcin）或者甜蜜素等）了。这类人工合成的糖，是正常的食品添加剂，只要量严格控制，食用是无害的；但由于它们并无实际营养，单纯为了甜味而痴迷太过，则显然是不对的。

3）烃类的含氮衍生物（胺、肼、肟、腙、胍、腈、氨基酸等）：

R-H的H容易被卤素X取代成相应的卤代烃，也容易被-NO₂取代成硝基化合物，不过这两类取代，在有机里属于屌丝的命运，他们的优先级还不如H，只能当作取代基，而不能作为有冠名地位的官能团，我们不多说。

含氮衍生物里最有名的自然是氨基酸了，RCHNH₂COOH，我们每天必须补充的营养，来自于各类蛋白先分解成多肽，后再进一步水解成小分子氨基酸。因为最早的含氮衍生物，都是通过生物降解蛋白质（主要是肉）分解得到，比如多肽，用月表明其来源，太表示音译的读音。蛋白质和多肽是不能被人体吸收的，吃进肚子必然被分解成氨基酸，所以那些保健品各类胶原蛋白啊，什么激素啊，多肽啊，都还不吃吃一块猪肉来得有效；同样花钱去买氨基酸更是没有任何意义，吃肉和鸡蛋等，自然就补够了。

相应的，RNH₂，氨基为官能团，则取名为胺；胺是蛋白质腐化的产物，一般具有难闻的气味，根据生物进化的本能，闻着很恶心的东西，往往都是有毒的：比如NH₂CH₂CH₂CH₂CH₂NH₂，1，4-丁二胺，俗名腐胺，是顶风臭出几里地的超级臭弹，空气中浓度达到几十个ppm就能把人给熏晕，剧毒；比如1,5-戊二胺，俗称尸胺，是尸臭的主要味道之一。

胺可以看作是NH₃的H被烷基R取代的衍生物，1个R取代，RNH₂称为1级胺也就是伯胺；2个R取代，R₂NH称为2级胺也就是仲胺；3个R取代，R₃N称为3级胺也就是叔胺；而如果N上的孤对电子也参与成键，和NH₄^＋类似，形成NR₄^＋，则称为季铵盐，是常见的表面活性剂。以上R一般为烷基，如果换成苯环等芳香基团ArNH₂，则称为芳香胺。

相应地，左边月表示来源，右半表示音译读音的衍生物还有：RCN，腈jing（HCN氰的H被R取代）；RnH－NH₂，肼（联氨H2N-NH2的H被R取代）；H₂NCONH₂，脲，又称尿素；胍(CH₅N₃)可看做是脲分子中的氧原子被亚氨基(=NH)取代而生成的化合物。胍分子中除去一个氢原子后的基团叫胍基(CH₄N₃)，除去一个氨基后的基团叫脒基(CH₃N₂)。

相应的，普通羰基化合物（醛酮）和含氮化合物，缩合掉一分子水，形成的亚胺（C=N-R）类衍生物分别有：R₂C=N-OH肟，R₂C=N-NH₂腙等等。

4）有机砷和有机磷等衍生物

As和P是N的同族元素，具有相应类似的化学性质：和NH₃上的N-H被N-R取代得到胺类似，AsH₃和PH₃被相应烷基取代的，分别取名为胂和膦，偏旁月代表其腐肉般难闻的气味，一般是臭屁的重要组成部分，基本都是剧毒的，所以闻到臭屁，人赶紧掩住口鼻尽量远离，是生物躲避危险的本能：

胂，一般用于有机合成、军用毒气，及应用于科研或某些特殊实验中。

膦是一类通式为PH₃−xRx的化合物，当x=0时，得到母体化合物磷化氢PH₃。它是胺的同类物，也为三角锥构型，但由于磷原子半径较大的缘故，膦分子的键角比同类的胺要小，常用作过渡金属催催化剂的有机配体。

5）有机硅和有机硫等衍生物：

硅是C同族元素，所以SiR4, 只需在相应的烷烃前面加个硅字即可；

S则是O的同族元素，相应的ROH醇转化成RSH，命名为硫醇，-OH羟基对应的-SH，命名为巯基，CH₃OCH₃二甲基醚对应CH₃SCH₃,命名为二甲基硫醚。很简单对吧：）

4) 和  5) 这些主要是第三周期或者第四周期的非金属元素，大多是亲O（有时也亲F，如Si)，Si-O, P=O等都具有很大的键能，意味着相应SiH₄、PH₃、SH等，很容易被氧化成相应的含氧化合物，一般为酸。比如RPO(OH)₂磷酸，RSO₃H磺酸（-SO₃H磺酸基）等；其中硫的氧化物常见种类相对较多，比如CH₃SCH₃，二甲基硫醚氧化得到的CH₃S(O)CH₃，命名为二甲基亚砜，CH₃(O)S(O)CH₃，命名为二甲基砜。一般而言，这些基于非金属转化而得氧化产物，多以石为偏旁，右边表示音译的读音，如磺酸，砜等。

值得指出的是，这类非金属的H化物（很强的还原性），由于性质太过活泼，往往具有极强的毒性，接触时应特别小心；相应的后处理，就是用次氯酸钠等进行氧化处理得到相对稳定的氧化物，毒性就大大降低了。

6）杂环化合物以及有机金属试剂等

首先先说有机金属试剂，本科学习，或者单独开章，或者归类于卤代烃下面，因为诸如RLi, R₂CuLi和 RMgX( 研究生以后会学到RSnR3 Stille偶联的有机锡试剂；Suzuki偶联的有机硼试剂Rb(OH)₂等），都可以从相应的卤代烃和金属交换而得到。本科里比较重要的是RMgX格式试剂和nBuLi等有机锂试剂。

杂环化合物，望文生义，就是环状骨架上含有一个非C和H的杂原子，主要是O、S、N。除了冠醚之外，杂环化合物多以5，6的普通环为主，环多口杂，干脆以口为偏旁，右边汉字表示音译读音，一般为双字词：比如五元环的芳香杂环：呋喃（furan) 、噻吩（Thiophene）、吡咯（pyrrole)；复杂点，如图吡唑（pyrazole）、咪唑（imidazole)和噻唑（thioazole)。

六元环的如：吡啶（Pyridine)、嘧啶（Pyrimidine）、吲哚（indole)和嘌呤（Purine）等；后面这些同学们在生物化学里常碰到，因为是DNA碱基对的重要组成部分（嘧啶和嘌呤）。

相应的，以上这些芳香性的杂环化合物，分子内含有多个双键，如何催化加氢把之还原之后，比如呋喃得到四氢呋喃（THF，常见有机溶剂）、吡咯还原得到四氢吡咯（ Pyrrolidine）、以及吡啶还原得到的六氢吡啶（Piperidine）等；

比较有趣的是冠醚，因其形似皇冠而得名，可看作是多个乙二醇缩合聚集在一块，通式为CH₂CH₂O, n=5,6最为常见：前者分子骨架一共十五个原子，其中五个为O，所以叫做15-冠（醚）-5，括号内表示可以省略不写。15-冠-5分子大小正好匹配Na^＋、18-冠-6正好匹配K^＋,这样形成的稳定配位离子，从原先的水相，转移到了有机相，是很好的相转移催化剂（同季铵盐）。

机理部分：

我们知道，化学反应的本质在于旧键的断裂和新键的生成。化学反应，就如同年轻男女的恋爱，分分合合，直到最后找到相对稳定的组合方式为止。什么样的组合才是相对稳定的呢？要么是平等互爱的共价键（H-H,C-H等电负性相差0-0.6），彼此付出差不多，追求的是精神上的契合；要么是完全依附的包养模式的离子键（比如NaCl, CaF2等，电负性相差1.8以上），单方面付出财富（电子），贪图的是享受。而介于这两种模式中间的（电负性相差0.6-1.8之间，极性共价键），要么抱怨对方付出的太少，要么难过于不被理解，感情总是处于容易被外界干扰的危险模式之中。

那么，什么是电负性呢？

先回顾一下八隅体规则：稀有气体如Ne(8)是最稳定的元素，对于C（4）,N（5）,O（6）,F（7）都希望通过和其他原子成键共用电子，达到最外层满足Ne(8)八隅体的稳定结构，相应的需要形成8-4，8-4，8-6，8-7根化学键。和生活中类似，距离成功越近的人，往往有着越大的动力，而这样的人也就拥有最大的吸引力；我们把分子中原子吸引电子的能力定义为电负性。一般地电负性X>1.8的为非金属，电负性X<1.8的则为金属；1.8的硅、锗、锡则是脚踩两条船的骑墙派：半导体。

以第二周期元素为例：Li,Be,B,C,N,O,F为例，电负性从左到右依次变大；以VIIA卤素为例，F、Cl、Br、I、At，随着电子层数越多，原子核对于引进外来电子的渴望，受到自身电子的干扰，难免变得力不从心，从而电负性依次递减。这是高中元素周期律的基本知识。而大学有机，我们必须稍微延伸一点：电负性并不是孤立原子的性质，而与原子的化学环境有关。简言之，电负性取决于该原子对外来电子的吸引力，比如该原子带越多正电荷，那么对外来电子的吸引能力自然变大，于是电负性就变大（比如Fe^3＋(1.8)>Fe^2＋(1.7)。

稍微复杂点，由于钻穿效应（波函数的径向分布图）：

1、同层轨道上的电子离原子核的平均距离相等（由主量子数决定）；

2、角量子数小的电子在原子核附近有更多的机会出现，即离原子核越近，能量越低。

对于C来说，最外层的2s轨道比2p有更多的机会出现在原子核附近，所以2s轨道对外来电子的吸引力也就比2p轨道要来得大；自然地，对于sp、sp²、sp³杂化来说，这些杂化轨道里含有s的比例（1/2、1/3、1/4）越大，对外来电子的吸引能力就越大，也就是说，C电负性：sp杂化（接近于N、Cl）sp²>sp³。由于sp C-H的电负性相差0.9属于极性共价键，所以具有一定的酸性，在强碱作用下去除H^＋后生成相应的共轭碱。

一段旧感情的破裂，无非两种情况：

1）小两口感情很稳定（电负性相差0-0.6，门当户对，情投意合），比如C-H,但基于不可抗拒的外力（总有人棒打鸳鸯)，比如高温、光照或者自由基引发剂的作用下，在双方和平分手（先成键的一对电子，各自带走一个），恢复单身后，各自不得不重新寻找结婚对象去。

2）小两口感情原本就不稳定（电负性相差0.6-1.8，门不当户不对，三天两头怄气）：

a)碳正离子：比如C-Cl，电负性小的C对于Cl一贯以来的霸道忍而再忍，但终有一天，在环境的刺激和亲友的支持下，把结婚时双方共同的财产全部留给Cl，忍痛离婚；全心全意付出的感情，最后只留下一颗破碎的心，该是多么急切地渴望能有个知心人可以托付。。。由于离婚赔给Cl一个电子，这时的C最外层只有3个电子（形成三对共价键，共6个电子），十分渴望能有一个电子富足的异性比如OH^－，阴阳结合生成(CH₃)₃C－OH，于是琴瑟和谐。

b)碳负离子：比如丙炔，由于sp杂化的 C电负性=3.0，比H的电负性超出0.9左右，这时的C成为了蛮横的一方，同a)，H实在受不了这样的生活，终于在强碱如（NH2-)的诱惑下，毅然决然的把自己的电子留给C，跟着NH₂－变成NH₃跑了。留下的sp杂化的C，这时最外层虽然正好满足8个电子，但毕竟其中一个是从H那里敲诈而来的，不像F、Cl和O那样做惯了强盗，C怀揣横财，难免惴惴不安。这就像西方那些通过不正当手段敛得横财的富人，因于对原罪的恐惧，会投身于慈善，把自身一定量的财富（最外层的一对电子）和有需要的人（缺电子的碳正离子等）共享，于是化学的社会里又短暂获得了安定。

总体来说，有机机理主要就三种：碳正离子（自由基类同）、碳负离子和没有明显正负离子之分的协同反应（比如4+2 Diels-Alder 反应，3，3-重排反应等）。

卤代烃：

碳和卤素本来是为了组成美满的家庭（最外层8电子)，各自付出了自己的感情（各提供一个电子)，奈何碳慢慢发现了卤素过于自私自利（把电子云都拉向了自己），感情缺乏长期坚持的基础，或早或晚，终将破裂（所以C-X键不稳定）：决裂的速度，首先取决于卤素的负心程度，Cl<Br<I, 而F由于占有欲实在太强（大于稳定的C-H键这样美满的婚姻），碳是无法脱身的，人生悲哀，莫过于此。

C-X分手的速度，和环境（溶剂)是有密切关系的：强极性溶剂就像周围有一群非常热心肠的同学和朋友，能够抚慰C被X卷走一对电子后所受到的伤痛，有利于C主动选择放弃不良伴侣X，勇敢地单飞成为碳正离子，这样单方面做出的选择，也就是单分子反应历程。

NaOH/H₂O这样的高帅富（愿意分享电子，并且自身毛病不多（空间位阻小），也就是亲核性相对大于碱性的体系，有利于S_N1，即C^＋重新组成了幸福的家庭；而NaOR/ROH这样钱多，愿意接收单亲家庭的孩子H+,但却无心和C组成家庭的情况下（碱性大于亲核性），C^＋这样的单身母亲，只好割舍下抚养不起的孩子H^＋，消除掉负担重新成为自由人（烯烃），有利于E1。

C是否能够勇敢地选择单飞，更取决于C上的取代基，这些取代基，就是C的亲人，如果亲人很多（比如叔丁基，3级），则伤痛容易得到抚慰，就容易做出分手的决定，C-X破裂，让X-滚蛋；然后有幸碰到良人Nu（愿意共享电子，且个头比较小）就选择S_N1,不幸只能碰到只愿意领养孩子（H^＋)的，就忍痛消除，选择E1，一切重新来过。

而如果对于非极性溶剂，也就是缺乏周遭环境的支持，没有同学好友的抚慰，C就很难有足够的勇气去主动放弃X；同样的C上烷基取代这样的亲人的支持越少，比如只有一个亲人的话（一级卤代烃），考虑到亲人单飞的痛苦经历，就更难有勇气去主动舍弃X；在这样的情况下，就需要有第三方的协助，比如一个高帅富的Nu来主动追求，时间推移，在C的心目中，Nu和X就摆在天平的两端，自身不偏不倚的情况下(sp²杂化，平面垂直于Nu-C和C-X),最终权衡出Nu更值得依靠，于是把X放弃掉，这样的情况下，也就是放弃X，需要Nu的大力协助，所以是S_N2双分子取代历程；对于Nu来说，初期接触C，必须在X的背后下手，趁虚而入，对C受伤的心灵，嘘寒问暖，才可以慢慢让C把它的重要性提高到可以和X竞争的水平上。所以S_N2反应，Nu要从背面进攻，立体构型会翻转（瓦尔登翻转）

这时候，如果C没能碰到良人，只碰到了愿意接收她的孩子（H^＋)，考虑到现实中破碎的家庭，强撑着不离婚，无非是因为孩子的牵绊；现在发现有了一个碱来接收自家的孩子，承诺带给孩子幸福，C也就放下了包袱，让X灰溜溜带着电子滚蛋去，自己重新恢复自由身，成为烯烃，这种时候，需要有一个碱来主动接收孩子H^＋的消除反应，就是E₂消除。

简单总结一下：

强极性溶剂，如H₂O，温馨的环境很好地抚慰了C^＋受伤的心灵（同理，HCl气态是共价键，到H₂O里，就电离成H₃O^＋和Cl^－了），C^＋容易获得稳定，也就容易生成，有利于单分子历程；亲核性强且个头小的Nu容易发生S_N1单分子亲核取代; 碱性强且个头大的易于发生E1单分子消除。

弱极性溶剂下，C+缺乏极性溶剂分子的稳定作用，不稳定也就不容易生成，这时必须得有外来第三者的强势介入，C-X才会断裂：亲核性强且个头小的Nu, 从C-X键的背后趁虚而入，发生双分子历程的亲核取代反应，S_N2，手性构型翻转；个头大亲核性差的的碱，在X的背后看不到的情况下趁虚而入收留了β-H，让C消除了包袱，于是C有了足够的底气，让X带着一对电子滚蛋。考试喜欢考的是，1级R，亲核性强的Nu，S_N2；3级R, 亲核性强的Nu, S_N1; 个头大的碱，E1; 烯丙基或者苄基,由于自身很稳定，所以很容易生成，什么反应都有利，主要取决于环境；乙烯式卤代烃，C-X键很难断裂，什么反应都很难进行。