什麼是有機化學？
碳是唯一同時具備四個鍵、中等電負性、以及願意與自身成鍊形成環、支鏈和骨架的元素——以至於有機化學（碳化合物的化學）覆蓋數百萬種已知物質，而其餘一百多種元素加起來也只佔其中一小部分。這個名字是歷史的殘留：化學家曾以為這些化合物需要來自生命體的“生命力”，直到 1828 年 Wöhler 用無機鹽合成了尿液中的化合物尿素。這門學科的骨架一句話就能說完：一條大體惰性的烴骨架，攜帶一個或多個真正發生化學反應的官能團。
要記住的一條規則：官能團是分子的性格。每個乙醇分子的行為都和其他乙醇分子一樣，因為真正參與反應的是 –OH 基團——不是它身後的兩個碳。
官能團：反應性的來源
官能團面板按 IUPAC 命名優先順序列出 18 個官能團。這裡的優先順序指命名，不是反應活性：當分子攜帶多個官能團時，優先順序最高的那個取得字尾，其餘降級為字首——乳酸 CH3CH(OH)COOH 的正式名稱是 2-hydroxypropanoic acid：“oic acid”的優先順序高於“ol”。通式中的 R（任意碳鏈）只是旁觀者，而這正是要點：把 R 換掉，官能團的化學幾乎察覺不到。
IUPAC 命名是一套演算法
命名按四個固定步驟進行：(1) 找到包含主官能團的最長連續碳鏈，(2) 編號使主官能團（或第一個取代基）獲得最低位次，(3) 按字母順序列出取代基並標位次號，(4) 接上獲勝官能團的後綴。烷烴面板的示例 CH3CH(CH3)CH2CH3 演示了經典陷阱：最長鏈裡有五個原子嗎？不——是四個，所以它是 2-methylbutane，不是戊烷。有兩類官能團完全免於編號：醛碳和羧基碳按定義永遠是 C1。
結構異構體：同分子式，不同構造
單憑分子式對結構一言不發。C4H10 可以是丁烷（直鏈）或 2-methylpropane（支鏈）——原子相同、連線不同、沸點不同（−0.5 °C 對 −11.7 °C）。C2H6O 可以是乙醇（液體、有氫鍵）或二甲醚（氣體）——一種官能團異構，兩者幾乎互不相像。異構體型別面板把這一切整理出來：碳鏈、位置、官能團異構，加上互變異構（酮 ↔ 烯醇）——生物化學不斷利用的動態平衡。
立體異構體：原子相同，空間排布不同
連線方式可以完全相同，分子卻仍有兩個版本。幾何（順/反，E/Z）異構需要受限旋轉——一個雙鍵或環——讓各個部分鎖在各自的半邊。對映異構體是不可重疊的映象（你的雙手）：它們使偏振光向相反方向旋轉，而且至關重要的是，因為酶和受體本身就是手性的，兩者可以有不同的生物效應。非對映異構體是不互為映象的立體異構體，內消旋化合物帶有手性中心卻在內部抵消。就連繞單鍵的旋轉也會產生構象異構體——環己烷的椅式和船式是著名的一對。E/Z 命名是順/反的嚴格版本：Z（zusammen，同側）把高優先順序基團放在同側，E（entgegen，對面）放在異側——在兩端都不帶相同基團時必不可少。
飽和與不飽和
烷烴是飽和的：CnH2n+2，每個碳都掛滿氫，化學上遲鈍。加上雙鍵或三鍵，化合物就變成不飽和——一個雙鍵時為 CnH2n——並出現一塊招引進攻的高電子密度區。這一個差異驅動了各反應家族：烯烴發生加成（HBr 加到雙鍵兩側，馬氏規則把 H 放在取代較少的碳上），而烷烴在紫外光下只能勉強進行自由基取代。拿 CnH2n+2 數氫是從分子式找出環和多重鍵的標準方法。
機理家族
十四張反應卡片歸結為幾種反覆出現的邏輯模式。取代通過兩條對手路線用一個親核試劑換下一個離去基團：SN1 經由碳正離子分兩步走（先慢後快），一級動力學，利於三級底物和極性質子溶劑；SN2 是一步背面進攻，二級動力學並完全翻轉構型，利於一級底物和極性非質子溶劑。加成和消除互為逆操作（生成或破壞雙鍵）。氧化爬梯子——伯醇 → 醛 → 羧酸——而還原（NaBH4、LiAlH4、H2/Pt）下梯子，每一級其實是改頭換面的雙電子步驟（見氧化還原頁）。
常見誤解
- “有機”意味著天然或來自生命。它的意思是含碳。塑膠、汽油和阿斯匹靈與糖一樣是有機物；Wöhler 的尿素合成在 1828 年終結了生命力說。
- 異構體性質相近。乙醇 78 °C 沸騰；它的異構體二甲醚 −24 °C。構造不同，物理性質就不同。
- 優先順序表排序的是反應活性。它只排序命名優先順序——醯氯的反應活性遠高於羧酸，儘管它在命名順序上更低。
- 2-methylbutane 和 pentane 是同一個東西。要看最長連續鏈：支鏈不算數。pentane 需要五個相連的碳。
相關工具：波譜分析（如何鑑定這些官能團）、化學成鍵（為什麼 C–C 鏈穩定），以及用於繪製它們的結構編輯器。
