學有機化學?你可能只需要……

 

     之前我寫過一些關於有機化學的文章，《21世紀的有機化學》和《怎樣學好有機化學》都建立在已經擁有知識框架的基礎上，那麼，今天我們來聊一聊有機化學如何入門。

一、有機化學概述    

    有機化學與化學其他領域最大的區別在於其抽象與獨特的表述方式。由於有機分子常常十分複雜，因而採用無機化學中的化學鍵表述未免太複雜，因而在有機分子中常常將配位鍵、離子鍵、非極性共價鍵與極性共價鍵都用短實線表示，碳原子則呈現為結點，不再標出，這也是有機化學中最為常用的表述方法。

    雖然在書寫時將上面的幾種化學鍵混為一談，但是在閱讀時有必要想清楚其性質——無論是做題還是預測實驗結果都是至關重要的。另外，一些離子鍵和次級鍵、離域鍵有時採用虛線標出。

    前面已經提到分子的鍵型以及表述方式，我們需要做的，僅僅是將簡單的鍵線式轉化為電子結構。有機分子的絕大多數性質都來自於其電子結構，常用的表徵有機分子的電子結構的方法有分子軌道、靜電勢能圖、自旋密度等，即使是激發態分子，性質也主要取決於其電子的分布。如果不能完全理解其機制，記憶一些模板也是很有用的。

    簡單一點的體系，例如多烯類，可以採用HMO方法和一維勢箱理解其能級。複雜一些的系統可以根據經驗近似判斷其局部的性質，至少能夠判定電荷密度和反應活性。利用計算化學的手段可以更嚴謹的量化其電子結構，不過很多時候沒這個必要。（例如自旋密度往往能給出分子的活性位點，參見《如何繪製分子自旋密度圖》）下圖是一個蛋白質結構的優化，是很耗資源的計算類型=·ω·=）

    雖然有機化學的很多表述因為一些理解原因而飽受詬病，其理論體系卻是自洽的，即使是有一些反常情況，也僅限於一些複雜分子體系中。因此，新手在學習有機化學的過程中，應當更注重分子的通性而非個別反應體系的特殊情況——很多反應受反應條件影響，而這些條件一般不會在考試內容中出現（先抓住基礎內容，再考慮特殊情況）。

二、有機化學中的結構類問題

    在有機化學中有一些讓人頭疼的結構類問題——因為結構決定性質，很多性質類問題也在其類——涉及很多需要記憶的內容，很多初學者會因為對有機化學的語言不熟悉而導致知識理解的困難。

    對於這些問題，一個很好的記憶方法是通過比較來記憶，而不是每一個知識點都從頭背誦（比較記憶也更有利於知識框架的建立）。

    舉一個淺顯的例子，在學習親核取代反應時，SN1和SN2反應分別記憶就顯得異常繁瑣，在後續理解SNi、SN2'、SN1'等會出現困難。從中間體/過渡態角度來講，SN1（和SN1'）的反應決速步是離去基團離去，中間體極性增大，因而強極性溶劑有利於SN1，SN2（和SN2'）決速步含有親核試劑與底物，反應過渡態極性減小，因而弱極性有利於SN2反應。

    從反應結果來看，SN2是立體專一的，能發生Walden轉換，SN1則容易外消旋（不發生Walden轉換就有可能是發生了NGP（鄰基參與））。這裡只是舉個例子，更多親核取代的內容會在以後的推送中介紹。

    背誦並不是解決問題的全部，要善於整合知識，關注知識之間的聯繫。

三、有機化學中的機理問題

    有機反應機理是有機化學的重要部分，在理解反應性與推理未知產物都有輔助作用。（我感覺我寫的公眾號一多半都是機理 /狗頭）

    對於反應機理的考慮首先應該從底物入手——如果給出了產物也要在底物上找到反應位點——推測底物的性質（主要是親核性、親電性以及軌道方面的作用）。接著分析反應條件，判斷可能的機理（例如，看到hv就可以考慮環加成、卡賓光解、自由基等）。

    機理方面的問題可以非常複雜，也可以很基礎，是非常考驗有機化學功底的內容。

四、有機化學與譜學

    譜學是有機化學研究中很關鍵的知識，但是在本科階段涉及並不多。考研最多只要求了解核磁共振大致的分區、簡單的耦合裂分，紅外光譜主要是活潑氫與芳香區、羰基區，質譜中主要的碎片化方式。

    這些簡單的內容只需要練習一些課後題便足以應付考研的題型，更複雜的譜學知識會在接下來的推送中出現。

五、知識體系的構建

    有了上面的方法，構建知識體系就不那麼困難了。

    首先要確保已經基本掌握了課程知識，接著將知識分類，並明確各個知識點之間的聯繫。這一步驟可以加深對知識的理解，如果這一步有困難，建議複習知識點或與同學討論。

    接下來對照課本或者手頭資料，依次對照是否有疏漏的地方。很多教科書作者會不經意間在靠前的部分涉及一些後面學到的知識，如果只是初學就很容易漏掉或者理解錯誤。這一步可以依靠記憶來對照，也可以使用思維導圖等工具。

    如果遇到了未知的知識，就很容易和已知的知識聯繫起來，從而更快的掌握。一般來說，建立知識體系後，解決問題就變得容易很多，學習有機化學也就得心應手了。