有機化學基本概念
簡介
有機化合物通常含碳（不包括一氧化碳、二氧化碳以及碳酸鹽與碳酸氫鹽）。自然界中普遍存在的有機物包括碳水化合物、蛋白質與脂肪／油脂，亦有大量人造有機物應用於溶劑、聚合物、肥料、農藥、食品添加物、藥物、清潔劑、化妝品與染料等。煤與石油是兩大有機化合物來源。原油由多種烴類與其他有機物組成，可透過分餾依揮發性分離，並可經裂解將大分子烴打碎以補足輕質餾分與供應烯烴原料。 碳具有中等電負性，傾向形成共價鍵；它能與自身或其他元素形成多重鍵（如 C=C、C≡C、C=O），並具鏈化能力，可構建直鏈與環狀骨架。這些特性使有機化學呈現豐富的結構多樣性與反應性。
原油分餾與裂解
原油是複雜的碳氫化合物混合物，可透過分餾分離成不同餾分。裂解技術將大分子烴分解成小分子，熱裂解在高溫下進行，催化裂解則在催化劑作用下於較低溫進行。
碳的獨特性
碳能形成多重鍵並具鏈狀能力，可構成直鏈或環狀結構。碳的中等電負性使其多以共價鍵形式存在。
有機化合物特性
- 熔點與沸點低
- 不溶於水但可溶於有機溶劑
- 常見元素：C、H、O、N、S、P、鹵素
- 常有同分異構現象
- 燃燒時生成 CO₂ 與 H₂O
結構表示法
分子式顯示原子種類與數量，但不顯示連接方式；結構式則呈現鍵型與連接（如 dash 結構、簡式結構與骨架線式）。骨架線式以線端或交點代表碳，隱含滿足價鍵數的氫；其他原子（如 O、N、Cl）需明示。熟悉各種表示法的轉換，有助於在命名、推理反應與畫機構時保持一致與精準。
命名規則要點
IUPAC 命名以「詞幹（碳數）＋詞尾（飽和／不飽和與官能基）＋前綴（取代基與其位置）」組合。直鏈烴詞幹如：meth-（1）、eth-（2）、prop-（3）…；飽和烴用 -ane，不飽和烴以雙鍵位置＋-ene，複數雙鍵加 di-/tri- 並以 -diene/-triene。選擇母鏈時，優先包含最高優先序的官能基（如 COOH＞OH＞C=C＞C–C），並以最低序列原則標示官能基與多重鍵位置；前綴（如甲基、乙基）按字母序排列。有關有機化合物命名規則,詳見有機化合物命名規則（IUPAC）。
鍵的極性與分子極性
不同電負性原子形成的共價鍵會出現鍵極性，產生部分正負電荷（δ+／δ−）。分子是否具淨偶極與其空間構型相關：即便各鍵具極性，若對稱排列（如四面體的 CCl₄），向量相加可為零而呈非極性；相反地，若構型不對稱（如 H₂O、CH₃Cl），則可能呈極性分子。分子極性與氫鍵能力決定了沸點、熔點與溶解度等物理性質。
官能基與同系列
同系物指具有相同官能基的一系列化合物，相鄰成員通常相差一個 −CH₂− 單元，具相似化學性質且物理性質沿序列平滑變化。常見通式包括：烷烴 CₙH₂ₙ₊₂、烯烴 CₙH₂ₙ、醇 CₙH₂ₙ₊₁OH、鹵代烴 CₙH₂ₙ₊₁X 等。此序列行為有助於預測沸點、熔點與溶解度隨碳數變化的趨勢。
烷烴：性質與反應
烷烴為非極性，通常不溶於水且溶於非極性有機溶劑；隨分子量與表面積增加，范德華力增強，沸點與熔點上升。直鏈烷烴因表面積較大，沸點通常高於支鏈同分異構體。反應方面，烷烴相對不活潑，主要進行燃燒（足量氧生成 CO₂ 與 H₂O；缺氧易產生 CO／碳）與在光照或加熱下的自由基取代（與鹵素反應生成烷基鹵）。
烯烴：性質與反應
烯烴含 C=C 為反應中心，π 電子雲使其易受親電體攻擊，典型進行加成反應：氫化（H₂／金屬催化劑）、鹵化（Br₂ 於非極性溶劑）、氫氫鹵酸加成（如 HBr）、水合（H₂O／酸催化）等，雙鍵開裂生成飽和產物。物理性質與對應烷烴相近，但由於不飽和特性，在化學反應上更為活潑。
醇（酒精）：性質與反應
醇具 −OH 官能基，可形成氫鍵；小分子醇（約 C₁–C₃）與水互溶，碳鏈增長則水溶性降低。醇的沸點顯著高於相近分子量之非極性烴，源於氫鍵與偶極吸引。常見反應包含：燃燒、鹵化／取代、脫水生成烯烴、氧化（初級醇 → 醛 → 羧酸；次級醇 → 酮；三級醇通常不易氧化）、與活性金屬生成烷氧金屬、與羧酸酯化生成酯（酸催化、回流）。
羧酸：性質與反應
羧酸具 −COOH 官能基，能形成氫鍵且常以二聚體存在，沸點通常高於相近分子量的醇與烴；碳鏈愈長水溶性愈低，但在醇類與部分非極性溶劑中可見溶解。反應方面，羧酸可由初級醇或醛氧化制得；與強鹼酸鹽化並放出水；與碳酸鹽／碳酸氫鹽反應產生二氧化碳；與醇酯化生成酯，與銨鹽與加熱可生成酰胺。
化學式與結構式
- 實驗式：顯示元素原子比。
- 分子式：顯示分子中各元素原子數。
- 結構式：顯示原子排列方式與鍵結。
有機命名法（IUPAC）
有機化合物命名遵循 IUPAC 規則。直鏈烴的詞幹由碳數決定（meth-, eth-, prop-…），單鍵用 -ane，雙鍵用 -ene。分支烴選擇最長鏈為母體，分支以 -yl 表示，依字母順序排列。衍生物如羧酸、醇、烯烴等官能基有優先順序，命名時以最低數字標示位置。
極性鍵與分子
不同電負性原子形成極性共價鍵。分子是否具偶極矩取決於結構，例如 CO2 為線型無偶極矩，H2O 為彎曲型具偶極矩。