第二章 有機化合物

目次 2.1 飽和烴-烴與環烷烴 2.2 不飽和烴-烯與炔烴 2.3 烴的命名 2.4 異構物 2.5 芳香烴 2.6 官能基及有機化合物的分類 2.7 生物體中的有機物

2-1 飽和烴-烷烴與環烷烴 烴的分類 簡單的烷烴(甲烷、乙烷、丙烷) 烷烴的性質 環烷烴

烴的分類 烷：CC單鍵 烯：CC雙鍵 炔：CC参鍵 僅含CH原子 脂肪烴

簡單的烷烴 烷烴：僅含碳-碳單鍵及碳-氫單鍵的飽和烴。 通式：CnH2n+2 同系物：通式相同，性質相似，分子式相差(CH2)n的有機化合物，如：甲烷(CH4) 、乙烷(C2H6) 、丙烷(C3H8)。

甲烷的四種表示法 路易斯結構 結構式 球-棍模型 填空模型

乙烷的四種表示法 路易斯結構 結構式 球-棍模型 填空模型

丙烷的四種表示法 路易斯結構 結構式 球-棍模型 填空模型

烷烴的性質 烷烴為石油(液化石油-丙烷、丁烷)及天然氣(液化天然氣-甲烷)的主要成份，可作為燃料。 烷烴的沸點隨著碳數增加而增加。 烷烴均不溶於水，可溶於氯仿、乙醚、四氯化碳、苯等溶劑。

正烷類碳原子數與熔沸點關係 碳數 狀態 1~4 氣態 5~17 液態 >18 固態

環烷烴 環烷烴(cycloalkanes)：僅含碳、氫兩種原子及碳-碳單鍵的環狀化合物，如環丙烷、 環丁烷、 環戊烷、 環己烷等。 通式： CnH2n 表2-1：簡單的環烴例子。

簡單的環烷烴

2-2 不飽和烴-烯與炔烴 烯烴 炔烴 環烯烴與環炔烴

烯烴 烯烴：含碳碳雙鍵的烴類，為不飽和烴。 只含一個雙鍵的烯烴通式：CnH2n 例子：乙烯(C2H4，最簡單的烯烴) 丙烯(C3H6) 烯烴的性質

最簡單的烯烴：乙烯C2H4 工業界年產量最大的有機化合物 乙烯經聚合可得聚乙烯(polyethylene, PE) 具有催熟的功效。 乙烯的四種表示方式：

科學報導－奇妙的乙烯(1) 乙烯是一種植物荷爾蒙，由植物的胺基酸轉化而得，可促使種子發芽、花朵盛開及果實成熟。 用塑膠袋(聚乙烯)封存蘋果與香蕉的情形。 較快成熟 塑膠袋(聚乙烯)

科學報導－奇妙的乙烯(2) 化學家常以間接的方法讓植物吸收乙烯。 此技術已應用於：番茄、鳳梨、蘋果、櫻桃、棉花、小麥等 例如： 2-氯乙基磷酸ClCH2CH2P(O)(OH)2的水溶液灌溉植物，經植物根部吸收後，分解出乙烯可控制果實成長。 2-氯乙基磷酸用量少，不至於造成環境汙染。

丙烯C3H6 全世界產量第二名，產量僅乙烯的一半。 主要用途在製備聚丙烯(polypropylene, PP) 丙烯的結構式及模型：

烯烴的性質 不溶於水，易溶於有機溶劑(四氯化碳、氯仿、苯及乙醚)。 沸點隨碳原子數的增加而上升。常見烯烴的熔點及沸點：

炔烴 炔烴：僅含碳-碳參鍵的烴類。 通式：CnH2n-2 炔的性質：與烷、烯相似，不溶於水，溶於有機溶劑(氯仿、乙醚、四氯化碳、苯)。 常見炔烴的熔點及沸點。 乙炔是最簡單的炔烴。

常見炔烴的熔點及沸點

乙炔C2H2 最簡單的炔烴 可由CaC2(碳化鈣，俗稱電石)與水反應製得 (乙炔，電石氣)。 乙炔的四種表示方法： 乙炔的應用：乙炔氧焰

乙炔氧焰 製備：乙炔與氧的混合氣體燃燒可得 乙炔氧焰：溫度高達3000℃ 應用：常用來切割或熔合鋼鐵。

環烯烴與環炔烴 環烯烴 環炔烴 環烯烴：環內含有碳-碳雙鍵的環狀碳氫化合物。 通式：CnH2n-2 例子：環已烯C6H10 環炔烴：環內含有碳-碳參鍵的環狀碳氫化合物。 通式：CnH2n-4 例子：環辛炔C8H12(最小的環炔烴)

2-3 烴的命名 鏈狀烷烴的命名 環烷烴的命名 烯烴與環烯烴的命名 炔烴的命名

鏈狀烷烴的命名 命名 俗名 IUPAC系統命名法 正(n-)：表示直鏈 異(iso- 或 i- )：表示支鏈 新(neo-)：表示第三異構物

IUPAC系統命名法 國際純化學暨應用化學聯合會(IUPAC)創立以英文為主的IUPAC系統命名法。 中文系統命名法以天干代表碳的數目。 主鏈以外的支鏈稱為取代基，取代基若由C,H組成的原子團稱為烷基，以R表示。 碳數 １ ２ ３ ４ ……. ９ １０ １１ １２ １３ 代號 甲 乙 丙 丁 壬 十一 十二 十三 主鏈 支鏈(取代基)

常見的烷烴及烷基的對應表 烷基：烷分子中少一個氫

先寫取代基的位置和名稱，再寫主鏈的基本名稱。 IUPAC系統命名法－步驟 主鏈 支鏈(取代基) 先寫取代基的位置和名稱，再寫主鏈的基本名稱。 尋找最長的連續碳鏈，即主鏈，算出主鏈的碳原子個數。 從主鏈上最接近取代基的一端開始以阿拉伯數字編號。編號與取代基以短線分開。 若取代基相同時，以中文表示取代基個數，阿拉伯數字表位置，並以「,」 分開。 若取代基碳數不同，先寫碳數少的取代基。

IUPAC系統命名法－範例一 2-甲基 戊烷 尋找最長的連續碳鏈，即主鏈，算出主鏈的碳原子個數。 １ ２ ３ ４ ５ ５個碳 2-甲基 戊烷 甲基 尋找最長的連續碳鏈，即主鏈，算出主鏈的碳原子個數。 從主鏈上最接近取代基的一端開始以阿拉伯數字編號。編號與取代基以短線分開。

IUPAC系統命名法－範例二 2,3-二甲基 戊烷 甲基 ５個碳 甲基 尋找最長的連續碳鏈，即主鏈，算出主鏈的碳原子個數。 從主鏈上最接近取代基的一端開始以阿拉伯數字編號。 若取代基相同時，以中文表示取代基個數，阿拉伯數字表位置，並以「,」 分開。

IUPAC系統命名法－範例三 甲基 ６個碳 乙基 3-甲基-4-乙基 己烷 若取代基碳數不同，先寫碳數少的取代基。

例題2-1 戊烷的分子式為C5H12，請寫出戊烷所有的結構異構物的俗名及其中文系統命名法的名稱。 １ ２ 甲基 甲基 １ ２

例題2-2 以中文系統命名法命名下列化合物。 乙基 １ ２ ３ ４ 甲基 2-甲基4-乙基 己烷

環烷烴的命名 環烷烴的命名與直鏈烷烴相似，須注意下列兩步驟： 確定環上的碳原子數。若為6個碳，則為環己烷。 取代基不只一個時，從取代基連接的碳開始編號，先寫碳數少的取代基且使取代基的數目總和最小。

環烷烴的命名－範例一 1 2 3 4 5 6 甲基 甲基 環己烷 確定環上的碳原子數。若為6個碳，則為環己烷。

環烷烴的命名－範例二 1,2-二甲基 環戊烷 甲基 甲基 1 5 2 4 3 取代基不只一個時，從取代基連接的碳開始編號，先寫碳數少的取代基且使取代基的數目總和最小。

環烷烴的命名－範例三 甲基 先寫碳數少的取代基且使取代基的數目總和最小 1 2 3 4 5 6 7 1-甲基-4-乙基 環庚烷 乙基

例題2-3 以中文系統命名法命名下列分子： 甲基 1 2 3 4 5 1 2 3 甲基 甲基 甲基環丙烷 1,3-二甲基環戊烷

烯烴的命名 烯烴命名法與烷烴相似。 須選取含有雙鍵的最長鏈作為主鏈 以最近雙鍵的一端依序將碳編號。 丙烯 2-甲基-1-丙烯 1-丁烯

烯烴的命名－範例 1 2 3 4 5 6 甲基 甲基 1 2 3 4 5 6 順5-甲基-2-己烯 反5-甲基-2-己烯

X 環烯烴的命名 環烯烴的命名與環烷烴類似。 化合物中的編號須先數完雙鍵，且使取代基數愈小愈好。 1,2-二甲基環己烯 環己烯 1,5-二甲基環戊烯 1,2-二甲基環己烯

炔烴的命名 炔烴的命名與烯烴類似。 先選取含有參鍵的最長鏈為主鏈。 編號須從最近參鍵的一端算起。 甲基 2-戊炔 3-甲基-1-丁炔

2-3 烴的命名 一、鏈狀烷烴的命名 二、環烷烴的命名 三、烯烴與環烯烴的命名 四、炔烴的命名

鏈狀烷烴的命名 1.異構物的數目在三個以下的烷類，常用俗名來稱呼，如戊烷（C5H12）有三種不同的異構物，直鏈者為正戊烷，有一分支鏈者為異戊烷，而一個碳接4個CH3的為新戊烷。

鏈狀烷烴的命名 2.中文系統命名法則以天干（甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸）代表碳的數目，若超過十個碳，則以十一、十二、十三等依次表示。另外將長主鏈外的支鏈稱為烴基（如烷基），即烴分子中少一個氫原子，通常以R代表。

常見的烷烴及烷基的對應表 烷基：烷分子中少一個氫

鏈狀烷烴的命名規則 命名鏈狀烷烴時，將支鏈的原子團稱為取代基，先寫取代基的位置及名稱，再寫主鏈的基本名稱，其規則如下： (1) 尋找最長的連續碳鏈為主鏈，並知道這主鏈有幾個碳原子。 例：主鏈有五個碳，主名為戊烷。若主鏈超過一個時，則以取代基多者為主鏈。

鏈狀烷烴的命名規則 (2) 從主鏈上最接近取代基的一端開始標號，並以阿拉伯數字表示取代基的位置，編號與取代基名稱之間須以短線分開。 3 1 5 2 4 ▲ 2－甲基戊烷

鏈狀烷烴的命名規則 (3) 若取代基相同時，則以中文表示取代基的個數，阿拉伯數字間以「，」隔開。 3 1 5 2 4 ▲ 2,3－二甲基戊烷 3,4－二甲基戊烷

鏈狀烷烴的命名規則 (4) 若取代基碳數不同時，先寫出碳數少的取代基。如下圖先寫甲基，再寫乙基。 6 4 2 5 3 1 ▲ 3－甲基－4－乙基己烷 3－乙基－4－甲基己烷 4－甲基－3－乙基己烷

環烷烴的命名 環烷烴的命名與一般直鏈烷烴相似。但須注意下列兩步驟： 1. 確定環上的碳原子數，若為六個碳，則為環己烷。若含有取代基，則以環己烷為主幹，將此化合物命名為含烷基的環己烷，如下圖的分子。 ▲ 甲基環己烷的結構式

環烷烴的命名 2. 取代基不只一個時，則從取代基連接的碳開始編號，先寫碳數少的取代基且使取代基的編號數目總和最小。有不同取代基時，按天干次序排列。 1 1 5 5 2 2 4 3 4 3 1－甲基－3－乙基環戊烷 1,2－二甲基環戊烷 1－甲基－4－乙基環戊烷

範例 2-3.1 寫出下列烷烴的IUPAC名稱：　 [答] (A) 3-甲基-4-乙基辛烷；(B) 2,2,4-三甲基戊烷；(C) 4-甲基-4-乙基辛烷；(D)乙基環丙烷；(E)異丙基環己烷；(F) 1,3-二甲基環戊烷。

類題 2-3.1 寫出下列烷烴的IUPAC名稱： [答] (A) 1,1-二甲基環戊烷； (B) 3-甲基-4-異丙基辛烷；

烯烴與環烯烴的命名 1. 烯烴命名法與烷烴相似，但須選取含有雙鍵的最長鏈作為主鏈，並以最近雙鍵的一端依序將碳編號，以決定雙鍵及支鏈的位置，其命名的方式可參照下圖。 1 2 3 丙烯 2－甲基－1－丙烯 2 5 2 5 順5－甲基－2－己烯 反5－甲基－2－己烯

烯烴與環烯烴的命名 2. 環烯烴的命名與環烷烴類似，要注意的是化合物中的編號需先數完雙鍵，且使取代基數的編號數字愈小愈好。 1 5 2 1 3 5 4 2 4 3 環己烯 1,5－二甲基環戊烯 1,2－二甲基環戊烯

炔烴的命名 炔烴的命名與烯烴類似，先選取含有參鍵的最長鏈為主鏈，再以烯烴的方式予以命名，將字尾的烯改為炔，取代基與參鍵的位置均予標號，並從最近參鍵的一端算起。 1 2 3 4 1 2 3 4 5 2－戊炔 3－甲基－1－丁炔

範例 2-3.2 下列化合物命名何者正確？ CH(CH3)2CH(CH3)2為2,3-二甲基丁烯 (B) 為 5-甲基環己烯 下列化合物命名何者正確？ 　 CH(CH3)2CH(CH3)2為2,3-二甲基丁烯　 (B) 為 5-甲基環己烯 (C) CH3－CH＝CH－CH(CH3)2為2-甲基-3-戊烯　 (D) CH3CH2CH(CH3)C≡CH為 3-甲基-1-戊炔 [答] (D) [解] (A) 2,3-二甲基丁烷；(B) 4-甲基環己烯； (C) 4-甲基-2-戊烯。

類題 2-3.2 下列各有機物依IUPAC之命名何者不適當？ (A) 2,3-二甲基-1-丁烯　(B) 3,3-二甲基-4-戊烯(C) 2-甲基-2-己炔　 (D) 4-甲基-2-戊烯 [答] (B) [解] 應為3,3-二甲基-1-戊烯。 2-3 結束

課本2-4 異構物 同分異構物 分子式相同而結構不同 結構異構物 幾何異構物

結構異構物 分子式相同而原子間連接方式不同的異構物。 正丁烷與異丁烷有不同的熔點、沸點及密度。

幾何異構物 原子連接次序相同，而相關幾何位置不同的異構物。

同分異構物的例子：C4H8 共有4種同分異構物 共有3種結構異構物 共有2種幾何異構物

例題2-4 寫出戊烷及戊烯所有的異構物。 1.戊烷所有的異構物： 正戊烷 異戊烷 新戊烷

例題2-4 2.戊烯所有的異構物： 不含環烷類!

例題2-5 二氯乙烯的異構物有哪些？它們互為何種異構物？ 結構異構物 順反異構物

講義2-4 異構物 一、異構物的定義 二、幾何異構物

異構物的定義 1.分子式相同的不同化合物稱為同分異構物，簡稱異構物（isomers）。 例：正丁烷與異丁烷有相同的分子式，而原子間的連接方式不同，屬於結構異構物。 正丁烷 異丁烷

範例 2-4.1 下列各組化合物中，何者屬於結構異構物？ (A)乙醇和乙醚 (B)異辛烷和正庚烷 (C)異戊烷和新戊烷 (D) □和 CH2=CH-CH=CH2 [答] (C) [解] (A)乙醇與甲醚 (D)環丁烷與1,3-丁二烯，兩者分子式不同。

類題 2-4.1 下列各組化合物，何者互為結構異構物? (A) 與 (B) 與 (C) 與 (D) CH3CH2CH2CH2OH 與 下列各組化合物，何者互為結構異構物?　 (A) 與　 (B)　 與 (C) 與　 (D) CH3CH2CH2CH2OH 與 [答] (D)

幾何異構物 1.分子中原子連接次序相同，而相關幾何位置不同的異構物，互稱為幾何異構物。 例： 2-丁烯有順反幾何異構物。 2-丁烯 反-2-丁烯 順-2-丁烯

幾何異構物 2. 當2-丁烯中的兩個甲基（或兩個氫）在雙鍵同側稱順式異構物（cis isomer）不在同一側稱反式異構物（trans isomer）。 說明： 含碳-碳雙鍵分子，幾何異構物存在結構式： ，其中a≠b且c≠d才有幾何異構物。

範例 2-4.2 下列各化合物，何者具有順反異構物？ (A) CH2＝CHF (B) CHBr＝CHCl 下列各化合物，何者具有順反異構物？　 (A) CH2＝CHF　 (B) CHBr＝CHCl　 (C) CHCl＝CH－CH＝CH2　 (D) CH3CH＝CHCH2CH3　 (E) BrCH2CBr＝CH2 [答] (B)(C)(D) [解] 找符合此通式的化合物 a≠b，c≠d

類題 2-4.2 下列化合物何者存在順反異構物？ (A)丙烯 (B) 2-戊烯 (C) 1,3-二甲基環己烷 下列化合物何者存在順反異構物？ 　 (A)丙烯　(B) 2-戊烯　(C) 1,3-二甲基環己烷　 (D) 2-甲基-2-丁烯　(E) 1,1-二氯乙烯 [答] (B)(C) [解] (B) CH3-CH2-CH=CH-CH3 (C) 2-4 結束

課本2-5 芳香烴 芳香烴 (含有苯及苯的衍生物) 苯 苯的衍生物 兩個苯環以上的芳香烴

苯C6H6 含六個碳的環狀不飽和烴 苯的電子雲、球-棍模型、填空模型 俗稱安息油，為無色有特殊氣味液體 熔點5.5 ℃，沸點80.1 ℃，不溶於水，能溶解脂肪、石蠟及橡膠等有機物。

苯C6H6 碳-碳鍵長完全相同，具共振式。 鍵結數為 ,可以下結構式表示之。 鍵結數為 ,可以下結構式表示之。 共振式：由兩個或兩個以上的路易斯結構混合而成，和種共振結構源自價電子位置的轉移。

苯的衍生物 甲苯、乙苯及苯乙烯是有機化學工業的重要原料，可由苯製得。 苯乙烯是工業上製作聚苯乙烯(保麗龍)的原料。

苯的衍生物 二甲苯是實驗中常用的有機溶劑，有三種結構異構物。 苯為具毒性的溶劑，目前使用上大多以甲苯或二甲苯取代。

兩個苯環以上的芳香烴

例題2-6 請以中文系統命名法命名氯甲苯的三種異構物。 2-氯甲苯 3-氯甲苯 4-氯甲苯

講義2-5 芳香烴 一、苯 C6H6 二、其他的芳香烴

苯（C6H6） 芳香烴的定義：常指含有苯及苯的衍生物，由於此類化合物具有芳香味而得名。 2. 結構：為一含有六個碳環狀不飽和烴，六個碳原子與六個氫原子都在同一平面上。 (1) (2) (3) (1)苯中雙鍵電子雲示意圖；(2)苯的球－棍模型；(3)苯的填空模型

苯（C6H6） 經實驗證實苯環中每一個碳－碳鍵的長度完全相同，任何兩個鍵間角度均為120°，因此 苯的結構應以共振式1及2或用3來表示苯結構的特性，即碳－碳鍵介於單鍵（1.54 Å）與雙鍵（1.34 Å）之間，既非單鍵亦非雙鍵，視為1.5鍵。 苯的共振結構

苯（C6H6） 性質： (1) 俗稱安息油，沸點80.1 ℃，熔點 5.5 ℃，為無色有特殊氣味的揮發性液體。 (2) 與水不互溶，能溶解脂肪、石蠟及橡膠等有機物，為實驗室及工業常用的溶劑，但最近發現苯可能誘發白血病（即具毒性），因而漸被甲苯或二甲苯所取代。 (3) 苯為化工之重要原料，廣泛用於醫藥、染料、塑膠及其他芳香族的製造。

範例 2-5.1 下列有關於苯的敘述，何者錯誤？ (A)苯之六個碳－碳鍵有三個雙鍵、三個單鍵 (B)分子形狀為六角平面環，12個原子共平面 下列有關於苯的敘述，何者錯誤？　 (A)苯之六個碳－碳鍵有三個雙鍵、三個單鍵 (B)分子形狀為六角平面環，12個原子共平面　 (C)屬於不飽和烴　 (D)苯環中任何兩鍵的夾角均為120°　 (E)一分子苯在空氣中燃燒，會產生6分子二氧化碳和6分子水 [答] (A) (E) [解] (A)苯之碳—碳鍵長、鍵數皆相同； (E) 1C6H6＋15/2 O2 → 6 CO2＋3 H2O。

類題 2-5.1 下列哪些是平面分子？ (A)苯 (B)乙烯 (C)丙烷 (D)環戊烷 (E)環戊烯 [答] (A) (B) 下列哪些是平面分子？　 (A)苯　(B)乙烯　(C)丙烷　(D)環戊烷　 (E)環戊烯 [答] (A) (B) [解]由球—棍模型可判斷分子是否為平面分子。

其他的芳香烴 (1) 1.苯的衍生物：分子具有烷基或其他簡單的取代基連接於苯，苯用來做母體名稱。 甲　　苯 乙　　苯 苯乙烯（乙烯苯） 廣泛用於醫藥、火藥、染料、塑膠及其他苯衍生物之製造，如苯乙烯即是工業上製造聚苯乙烯（保麗龍塑膠）的原料。 89

其他的芳香烴 (2)二甲苯是實驗中常用的有機溶劑，有三種結構異構物，如下表所示： 1,2-苯（鄰苯） 1,3-苯（間苯） 1,4-苯（對苯） 說明：表中二甲苯的學名用數字，俗名用鄰、間及對。 90

其他的芳香烴 2.兩個以上苯環拼合： C10H8 C14H10 萘 （naphthalene） 蒽 （anthracene） 菲（phenanthracene） C10H8 C14H10 說明：萘為白色片狀結晶，俗稱焦油腦，易昇華，可作為消毒、殺蟲和防腐劑，也可用於生產染料、樹脂等。 91

其他的芳香烴 2.兩個苯環相聯： 聯苯（biphenyl） 多氯聯苯 （PCBs） 戴奧辛 C12H10 C12H10－xClx C12H4O2Cl4 說明：多氯聯苯曾被使用當殺蟲劑，因不易被環境所分解，現已禁用；戴奧辛是一種致癌物，因燃燒廢電纜、垃圾等所產生，有世紀之毒的稱號。 92

範例 2-5.2 下列關於芳香烴的敘述，何者正確？ (A)苯為非極性物質，與水不互溶，能溶解脂肪、樹脂等有機物 下列關於芳香烴的敘述，何者正確？ 　 (A)苯為非極性物質，與水不互溶，能溶解脂肪、樹脂等有機物　 (B)含碳之重量百分率：苯＞萘＞蒽　 (C)萘易揮發可做殺蟲劑及防腐劑　 (D)苯乙烯是製造保麗龍的原料　 (E)苯和甲苯可由煤分餾產物中之輕油提取 [答] (A) (C)(D)(E)

範例 2-5.2 [答] (A) (C)(D)(E) [解]

類題 2-5.2 苯曾是油漆時之重要原料，但可能引發白血病，目前已被下列何者物質所取代？ (A)環己烷 (B)環己烯 (C)萘 (D)甲苯 苯曾是油漆時之重要原料，但可能引發白血病，目前已被下列何者物質所取代？ 　 (A)環己烷　(B)環己烯　(C)萘　(D)甲苯 [答] (D) [解] 苯毒性較高，現已由甲苯取代作為溶劑。

類題 2-5.3 下列何者不屬於芳香烴？ (A)乙苯 (B)萘 (C)聯苯 (D)六氯化苯 [答] (D) 下列何者不屬於芳香烴？ 　 (A)乙苯　(B)萘　(C)聯苯　(D)六氯化苯 [答] (D) [解]可由苯與氯反應製得，故命名為六氯化苯。 2-5 結束