协作知识建构视角下虚拟社会管理创新－丛书名：管理学系列丛书－作者：张会平著
《有机化学》以官能团结构为顺序，以各类有机化合物的结构、光谱性质、物理性质、化学性质及制备为主要内容，对相关教学内容精心组织。按照工科有机化学的教学特点，突出结构与性质的关系、结构与反应机理的内在联系。
《有机化学》主要内容分为四个部分：第一部分主要涉及常见有机化合物的结构、性质和主要制备方法，包括烃、卤代烃、醇酚醚、醛酮、羧酸及其衍生物、含氮有机化合物、杂环化合物、糖类等；第二部分为立体化学；第三部分为有机波谱分析；第四部分为协同反应及有机合成路线设计。
《有机化学》利用杂化轨道理论、分子轨道理论及电子效应、空间效应等解释有机反应的基本规律，注重理论与实践结合。每章后附有习题，结合与《有机化学》配套的学习指导，有利于读者对有机化学相关内容的理解和掌握。
科学出版社中图法分类：C916 页码：428纸张：胶版纸版次：1开本：16K9748971043703">目录
第1章绪论1
1.1研究背景和问题1
1.2相关研究述评5
1.3研究目标和意义15
1.4研究内容和方案17
第2章互联网协作知识建构20
2.1互联网协作知识建构内涵、层次与特征20
2.2典型网络平台中协作知识建构比较分析26
2.3互联网协作知识建构主体类型及其特征32
2.4政治知识互联网协作建构及其影响因素的实证分析37
第3章虚拟社会管理创新研究46
3.1网络空间中相关主体的博弈学习行为46
3.2基于扎根理论的政务微博运营模式创新机理分析54
3.3虚拟社会管理创新动力及其障碍分析61
3.4政府网站信息提供与公众获取的演化博弈分析67
第4章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新模式设计75
4.1制度参与模式75
4.2对话交流模式82
4.3协同解决模式89
第5章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新案例分析98
5.1案例：《社会救助暂行办法》制定过程中的网络参与98
5.2案例：21个省会城市医疗卫生政务微博的内容提供107
5.3案例：2010年海地地震运用社交媒体管理应急知识114
第6章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新对策建议120
6.1完善制度体系，提升创新价值120
6.2引导理性表达，改善创新环境123
6.3加强过程管理，深化创新路径125
6.4加强业务协同，优化创新机制128
6.5升级技术平台，支撑创新实践131
参考文献133
附录一典型网络平台中协作知识建构状况调查问卷140
附录二政治知识互联网协作建构调查问卷144
第1章绪论
1.1有机化学的发展史
有机化学是一门非常重要的科学，它和人类生活有着密切的关系。人类生存的三大基础物质――脂肪、蛋白质和碳水化合物都是有机化合物，而这些化合物在体内通过有机化学反应转化为人体所需要的各种营养物质；煤、石油和天然气――人类赖以生存的能源是有机化合物；人们身上穿的各种样式的服装，脸上、手上涂抹的各种化妆品，日常生活中的各种食品添加剂，脚上穿的各种运动鞋、塑料鞋等，其主要成分也都是有机化合物；能给病人消除病魔、解除痛苦的各种药物，绝大多数也是有机化合物。生产和制造这些有机化合物又离不开必要的有机化学反应。因此，可以说人类生存一刻也离不开有机化合物及有机化学。
有机化合物在生活和生产中应用已久。据我国《周礼》记载，当时已设专官管理染色、制酒和制醋；周朝时代已使用胶；汉朝时代发明了造纸术；在《神农本草经》中载有几百种重要药物，其中大部分是植物，这是世界上昀早的一部药书。
“有机化学”一词于1806年首次由瑞典的贝采里乌斯（Berzelius）提出，当时是作为无机化学的对立物而命名的。19世纪初期几乎所有化学家都相信，由于生物体内存在所谓的“生命力”，因此只有在生物体内才能存在有机物，有机物是不可能在实验室里用无机物来合成的。1824年，德国化学家维勒（W.hler）用氰经水解制得了草酸；1828年，他在无意中用加热的方法又使氰酸铵转化成了尿素。氰和氰酸铵都是无机物，而草酸和尿素都是有机物。维勒的实验给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸、油脂等有机化合物相继被人工合成出来，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃，有机化学进入了合成时代。
有机化学的历史大致可以分为三个时期：
（1）萌芽时期，从19世纪初到提出价键概念之前。这一时期已经分离出许多有机物，也制备出一些衍生物，并对它们作了某些定性的描述。当时的主要问题是如何表示有机物分子中各原子间的关系，以及建立有机化学的体系。法国化学家拉瓦锡（Lavoisier）发现，有机物燃烧后生成二氧化碳和水，他的工作为有机物的定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希（Liebig）发展了碳氢分析法；1883年，法国化学家杜马（Dumas）建立了氮分析法。这些有机物定量分析方法的建立，使化学家们能够得出一种有机化合物的实验式。1848年，德国化学家葛美林（Gmelin）将有机化合物定义为含碳的化合物，将有机化学定义为研究碳的化学。当然，这一定义也包括了一些含碳的无机化合物，如二氧化碳、碳酸盐等。
（2）经典有机化学时期，1858年价键学说的建立到1916年价键电子理论的引入。1858年，德国化学家凯库勒（Kekùle）等提出碳是四价的概念，并第一次用一条短线“―”表示“键”。凯库勒还提出在一个分子中碳原子可以相互结合，且碳原子之间不仅可以单键结合，还可以双键或叁键结合。此外，凯库勒还提出了苯的结构。这些工作奠定了有机化合物的结构基础。
早在1848年，法国科学家巴斯德（Pasteur）发现了酒石酸的旋光异构现象。1874年，荷兰化学家范特霍夫（van’tHoff）和法国化学家列别尔（LeBel）分别独立地提出了碳价四面体学说，即碳原子占据四面体的中心，它的4个价键指向四面体的4个顶点。这一学说揭示了有机物旋光异构现象的原因，也奠定了有机立体化学的基础，推动了有机化学的发展。后来，德国化学家肖莱马（Schorlemmer）提出碳的四个价键除各自相连外，其余都与氢相连，于是有了烃的概念，而其他含碳化合物都是其他元素取代烃中的氢衍生而来的，因此把烃及其衍生物定义为有机化合物，有机化学则被定义为研究烃及其衍生物的化学，这一概念一直沿用至今。
在这一时期，有机物结构的测定以及在反应和分类方面都取得了很大的进展。但价键还只是化学家在实践中得出的一种概念，有关价键的本质问题还没有得到解决。
（3）现代有机化学时期。1916年，美国化学家路易斯（Lewis）等在物理学家发现电子并阐明原子结构的基础上，提出了价键的电子理论。他们认为，各原子外层电子的相互作用是使原子结合在一起的原因。相互作用的外层电子如果从一个原子转移到另一个原子，则形成离子键；两个原子如果共用外层电子，则形成共价键。通过电子的转移或共用，使相互作用原子的外层电子都获得稀有气体的电子构型。这样，价键图像中用于表示价键的“―”，实际上就是两个原子共用的一对电子。价键电子理论的运用赋予经典的价键图像表示法以明确的物理意义。
1927年以后，德国物理学家海特勒（Heitler）等用量子力学的方法处理分子结构的问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来，美国化学家米利肯（Mulliken）用分子轨道理论处理分子结构，其结果与价键电子理论所得的结果大体一致，由于计算比较简便，解决了许多此前不能解决的问题。但对于复杂的有机物分子，要得到波函数的精确解是很困难的，德国物理化学家休克尔（Hückel）创立了一种近似解法，为后来的有机化学家们广泛采用。20世纪60年代，在大量有机合成反应经验的基础上，美国化学家伍德沃德（Woodward）和美国有机化学家霍夫曼（Hofmann）认识到化学反应与分子轨道的关系，他们研究了电环化反应、σ键迁移重排和环加成反应等一系列反应，提出了分子轨道对称守恒原理。日本科学家福井谦一也提出了前线轨道理论。这些理论奠定了有机协同反应的理论基础。
这一时期的主要成就还有取代基效应、线性自由能关系、构象分析等。
自从1828年合成尿素以来，有机化学的发展日新月异，其发展速度越来越快。近两个世纪来，有机化学学科的发展揭示了构成物质世界的有机化合物分子中原子键合的本质以及有机分子转化的规律，设计、合成了大量具有特定性能的有机分子；它也为相关学科（如材料科学、生命科学、环境科学等）的发展提供了理论、技术和材料。有机化学是一系列相关工业的基础，在能源、信息、材料、人口与健康、环境、国防计划的实施中，在为推动科技发展、社会进步，提高人类生活质量，改善人类生存环境的努力中，已经并将继续显示它的高度开创性和解决重大问题的巨大能力。
此外，有机化学还是一门极具创新性的学科。在有机化学的发展中，它的理论和方法也得到长足的进步。建立在现代物理学（特别是量子力学）和物理化学基础上的物理有机化学，在定量地研究有机化合物的结构、反应活性和反应机理等方面所取得的成果，不仅指导着有机合成化学，而且对生命科学的发展也有重大意义。有机合成化学在高选择性反应方面的研究，特别是不对称催化方法的发展，使得更多具有高生理活性、结构新颖分子的合成成为可能。金属有机化学和元素有机化学为有机合成化学提供了高选择性的反应试剂和催化剂，以及各种特殊材料及其加工方法。有机化学以它特有的分离、结构测定、合成等手段，已经成为人类认识自然、改造自然的具有非凡能动性和创造力的武器。近年来，计算机技术的引入使有机化学在结构测定、分子设计和合成设计上如虎添翼，发展更为迅速。同时，组合化学的发展不仅为有机合成提出了一个新的研究内容，而且也使高通量的自动化合成有机化合物成为现实。
在21世纪，有机化学面临新的发展机遇。一方面，随着有机化学本身的发展及新的分析技术、物理方法以及生物学方法的不断涌现，人类在了解有机化合物的性能、反应及合成方面将有更新的认识和研究手段；另一方面，材料科学和生命科学的发展，以及人类对于环境和能源的新的要求，都对有机化学提出新的课题和挑战。
1.2共价键知识简介
1.2.1共价键的基础知识
1.价键理论
基于原子是由一个中心带正电的原子核及一群环绕在核周围的带负电的核外电子所组成，路易斯提出了共价键的概念。他解释原子的电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成一种稳定的具有惰性气体核外电子结构的电子构型。
以氯化氢为例，H原子与Cl原子外层都有一个未成对电子
形成氯化氢分子时，氢原子并没有将它的外层电子交给氯原子，而是两个原子共用一对外层电子均达到稳定结构。该共用电子对可用一条短线表示（如H―Cl）。
由于成键的两个原子都具有未成键的电子，且自旋相反，能通过配对来获得昀外层电子以达到稳定构型，形成共价键，成键的电子只定域于成键的两个原子之间。共价键也可看成是成键原子的原子轨道重叠的结果，两个原子的原子轨道重叠越多，所形成的共价键就越牢固。例如，碳原子和氢原子结合成甲烷分子时，各出一个电子配对成共用电子对，形成四个C―H键。
如果两个原子各有两个或三个未成对电子形成共价键，则为双键或叁键。例如：
共价键的特征如下：
（1）饱和性。一般情况下，原子的价键数目等于未成键的电子数，当某原子未成键的一个电子与另一原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对了，这就是共价键的饱和性。
（2）方向性。共价键是原子轨道重叠而形成的，重叠程度的大小决定了共价键的稳定性。除s轨道是球形外，其他原子轨道在空间都有其固定的延展方向，成键时，轨道会沿昀大重叠的方向结合形成稳定的共价键，故共价键有方向性，并且共价键的方向决定了分子的构型。
2.杂化轨道理论碳原子昀外层只有2个未成对电子，甲烷分子中的碳原子却与4个氢原子形成了4个等同的共价键，鲍林（Pauling）提出的杂化轨道理论对此现象作了解释。中心原子能量相近的不同轨道在外界的影响下会发生“混合”，形成数量相等、能量完全相同的新轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨道的杂化，形成的新的原子轨道称为杂化轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的原子轨道更为集中，重叠程度也更大，更有利于成键；
参加杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相等；不同类型的杂化轨道，其空间取向不同（此为杂化轨道的空间取向，不是化合物的结构）。
例如，碳原子外层电子排布2s2p2p1，其中2s轨道的1个电子获得能量跃迁到2p轨道，
形成2s2p2p2p1，这4个轨道杂化形成y4个能量相同的sp3杂化轨道（图1-1），每个sp3杂化轨道上各有1y个电子，故甲烷分子中碳与4个氢形成4个等同的共价键。
图1-1碳原子sp3杂化轨道形成过程
3.分子轨道理论
量子化学所说的分子轨道并不是指分子本身运动的轨道，而是指分子中每个电子的运动状态。分子轨道理论的基本要点如下：
（1）在分子中，电子不再从属于某一个原子，而属于整个分子；每个电子的运动状态即分子轨道，用波函数ψ表示。
（2）分子轨道由原子轨道线性组合而成，组合前后的轨道数目和轨道的总能量相等。例如，两个原子轨道组成两个分子轨道，其中一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成，另一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相减组成。
ψ1与ψ2分别表示两个分子轨道的波函数，.与.分别表示两个原子轨道的波函数。在分子轨道ψ1中，两个原子轨道的波函数符1号相同2，即波相相同，它们之间的作用犹如波峰与波峰相遇时相互加强，如图1-2所示。
图1-2波相相同的波（或波函数）之间的相互作用
在分子轨道ψ2中，两个原子轨道的波函数符号不同，即波相不同，它们之间的作用犹如波峰与波谷相遇时相互减弱，波峰与波谷相遇处出现节点，如图l-3所示。
图1-3波相不同的波（或波函数）之间的相互作用两个分子轨道波函数的平方，即分子轨道电子云密度分布，如图1-4所示。
图1-4分子轨道的电子云密度分布（对称轴的）图
从图1-4可以看出，分子轨道ψ1在核间的电子云密度很大，该轨道称为成键轨道；分子轨道ψ2在核间的电子云密度很小，该轨道称为反键轨道。根据理论计算，成键轨道的能量较两个原子轨道的能量低，反键轨道的能量较两个原子轨道的能量高。
（3）电子在分子轨道中排布时，遵守能量昀低原理、泡利（Pauli）不相容原理和洪德（Hund）规则。根据泡利不相容原理及能量昀低原理，能量较低的分子轨道即成键轨道。例如，氢分子中两个1s电子，占据成键轨道且自旋反平行，而反键轨道是空的。图1-5所示为氢分子基态的电子排布。
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《有机化学》主要内容分为四个部分：第一部分主要涉及常见有机化合物的结构、性质和主要制备方法，包括烃、卤代烃、醇酚醚、醛酮、羧酸及其衍生物、含氮有机化合物、杂环化合物、糖类等；第二部分为立体化学；第三部分为有机波谱分析；第四部分为协同反应及有机合成路线设计。
《有机化学》利用杂化轨道理论、分子轨道理论及电子效应、空间效应等解释有机反应的基本规律，注重理论与实践结合。每章后附有习题，结合与《有机化学》配套的学习指导，有利于读者对有机化学相关内容的理解和掌握。
科学出版社中图法分类：C916 页码：428纸张：胶版纸版次：1开本：16K9748971043703">目录第1章绪论1
1.1研究背景和问题1
1.2相关研究述评5
1.3研究目标和意义15
1.4研究内容和方案17
第2章互联网协作知识建构20
2.1互联网协作知识建构内涵、层次与特征20
2.2典型网络平台中协作知识建构比较分析26
2.3互联网协作知识建构主体类型及其特征32
2.4政治知识互联网协作建构及其影响因素的实证分析37
第3章虚拟社会管理创新研究46
3.1网络空间中相关主体的博弈学习行为46
3.2基于扎根理论的政务微博运营模式创新机理分析54
3.3虚拟社会管理创新动力及其障碍分析61
3.4政府网站信息提供与公众获取的演化博弈分析67
第4章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新模式设计75
4.1制度参与模式75
4.2对话交流模式82
4.3协同解决模式89
第5章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新案例分析98
5.1案例：《社会救助暂行办法》制定过程中的网络参与98
5.2案例：21个省会城市医疗卫生政务微博的内容提供107
5.3案例：2010年海地地震运用社交媒体管理应急知识114
第6章协作知识建构视角下虚拟社会管理创新对策建议120
6.1完善制度体系，提升创新价值120
6.2引导理性表达，改善创新环境123
6.3加强过程管理，深化创新路径125
6.4加强业务协同，优化创新机制128
6.5升级技术平台，支撑创新实践131
参考文献133
附录一典型网络平台中协作知识建构状况调查问卷140
附录二政治知识互联网协作建构调查问卷144
第1章绪论
1.1有机化学的发展史
有机化学是一门非常重要的科学，它和人类生活有着密切的关系。人类生存的三大基础物质――脂肪、蛋白质和碳水化合物都是有机化合物，而这些化合物在体内通过有机化学反应转化为人体所需要的各种营养物质；煤、石油和天然气――人类赖以生存的能源是有机化合物；人们身上穿的各种样式的服装，脸上、手上涂抹的各种化妆品，日常生活中的各种食品添加剂，脚上穿的各种运动鞋、塑料鞋等，其主要成分也都是有机化合物；能给病人消除病魔、解除痛苦的各种药物，绝大多数也是有机化合物。生产和制造这些有机化合物又离不开必要的有机化学反应。因此，可以说人类生存一刻也离不开有机化合物及有机化学。
有机化合物在生活和生产中应用已久。据我国《周礼》记载，当时已设专官管理染色、制酒和制醋；周朝时代已使用胶；汉朝时代发明了造纸术；在《神农本草经》中载有几百种重要药物，其中大部分是植物，这是世界上昀早的一部药书。
“有机化学”一词于1806年首次由瑞典的贝采里乌斯（Berzelius）提出，当时是作为无机化学的对立物而命名的。19世纪初期几乎所有化学家都相信，由于生物体内存在所谓的“生命力”，因此只有在生物体内才能存在有机物，有机物是不可能在实验室里用无机物来合成的。1824年，德国化学家维勒（W.hler）用氰经水解制得了草酸；1828年，他在无意中用加热的方法又使氰酸铵转化成了尿素。氰和氰酸铵都是无机物，而草酸和尿素都是有机物。维勒的实验给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸、油脂等有机化合物相继被人工合成出来，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃，有机化学进入了合成时代。
有机化学的历史大致可以分为三个时期：
（1）萌芽时期，从19世纪初到提出价键概念之前。这一时期已经分离出许多有机物，也制备出一些衍生物，并对它们作了某些定性的描述。当时的主要问题是如何表示有机物分子中各原子间的关系，以及建立有机化学的体系。法国化学家拉瓦锡（Lavoisier）发现，有机物燃烧后生成二氧化碳和水，他的工作为有机物的定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希（Liebig）发展了碳氢分析法；1883年，法国化学家杜马（Dumas）建立了氮分析法。这些有机物定量分析方法的建立，使化学家们能够得出一种有机化合物的实验式。1848年，德国化学家葛美林（Gmelin）将有机化合物定义为含碳的化合物，将有机化学定义为研究碳的化学。当然，这一定义也包括了一些含碳的无机化合物，如二氧化碳、碳酸盐等。
（2）经典有机化学时期，1858年价键学说的建立到1916年价键电子理论的引入。1858年，德国化学家凯库勒（Kekùle）等提出碳是四价的概念，并第一次用一条短线“―”表示“键”。凯库勒还提出在一个分子中碳原子可以相互结合，且碳原子之间不仅可以单键结合，还可以双键或叁键结合。此外，凯库勒还提出了苯的结构。这些工作奠定了有机化合物的结构基础。
早在1848年，法国科学家巴斯德（Pasteur）发现了酒石酸的旋光异构现象。1874年，荷兰化学家范特霍夫（van’tHoff）和法国化学家列别尔（LeBel）分别独立地提出了碳价四面体学说，即碳原子占据四面体的中心，它的4个价键指向四面体的4个顶点。这一学说揭示了有机物旋光异构现象的原因，也奠定了有机立体化学的基础，推动了有机化学的发展。后来，德国化学家肖莱马（Schorlemmer）提出碳的四个价键除各自相连外，其余都与氢相连，于是有了烃的概念，而其他含碳化合物都是其他元素取代烃中的氢衍生而来的，因此把烃及其衍生物定义为有机化合物，有机化学则被定义为研究烃及其衍生物的化学，这一概念一直沿用至今。
在这一时期，有机物结构的测定以及在反应和分类方面都取得了很大的进展。但价键还只是化学家在实践中得出的一种概念，有关价键的本质问题还没有得到解决。
（3）现代有机化学时期。1916年，美国化学家路易斯（Lewis）等在物理学家发现电子并阐明原子结构的基础上，提出了价键的电子理论。他们认为，各原子外层电子的相互作用是使原子结合在一起的原因。相互作用的外层电子如果从一个原子转移到另一个原子，则形成离子键；两个原子如果共用外层电子，则形成共价键。通过电子的转移或共用，使相互作用原子的外层电子都获得稀有气体的电子构型。这样，价键图像中用于表示价键的“―”，实际上就是两个原子共用的一对电子。价键电子理论的运用赋予经典的价键图像表示法以明确的物理意义。
1927年以后，德国物理学家海特勒（Heitler）等用量子力学的方法处理分子结构的问题，建立了价键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来，美国化学家米利肯（Mulliken）用分子轨道理论处理分子结构，其结果与价键电子理论所得的结果大体一致，由于计算比较简便，解决了许多此前不能解决的问题。但对于复杂的有机物分子，要得到波函数的精确解是很困难的，德国物理化学家休克尔（Hückel）创立了一种近似解法，为后来的有机化学家们广泛采用。20世纪60年代，在大量有机合成反应经验的基础上，美国化学家伍德沃德（Woodward）和美国有机化学家霍夫曼（Hofmann）认识到化学反应与分子轨道的关系，他们研究了电环化反应、σ键迁移重排和环加成反应等一系列反应，提出了分子轨道对称守恒原理。日本科学家福井谦一也提出了前线轨道理论。这些理论奠定了有机协同反应的理论基础。
这一时期的主要成就还有取代基效应、线性自由能关系、构象分析等。
自从1828年合成尿素以来，有机化学的发展日新月异，其发展速度越来越快。近两个世纪来，有机化学学科的发展揭示了构成物质世界的有机化合物分子中原子键合的本质以及有机分子转化的规律，设计、合成了大量具有特定性能的有机分子；它也为相关学科（如材料科学、生命科学、环境科学等）的发展提供了理论、技术和材料。有机化学是一系列相关工业的基础，在能源、信息、材料、人口与健康、环境、国防计划的实施中，在为推动科技发展、社会进步，提高人类生活质量，改善人类生存环境的努力中，已经并将继续显示它的高度开创性和解决重大问题的巨大能力。
此外，有机化学还是一门极具创新性的学科。在有机化学的发展中，它的理论和方法也得到长足的进步。建立在现代物理学（特别是量子力学）和物理化学基础上的物理有机化学，在定量地研究有机化合物的结构、反应活性和反应机理等方面所取得的成果，不仅指导着有机合成化学，而且对生命科学的发展也有重大意义。有机合成化学在高选择性反应方面的研究，特别是不对称催化方法的发展，使得更多具有高生理活性、结构新颖分子的合成成为可能。金属有机化学和元素有机化学为有机合成化学提供了高选择性的反应试剂和催化剂，以及各种特殊材料及其加工方法。有机化学以它特有的分离、结构测定、合成等手段，已经成为人类认识自然、改造自然的具有非凡能动性和创造力的武器。近年来，计算机技术的引入使有机化学在结构测定、分子设计和合成设计上如虎添翼，发展更为迅速。同时，组合化学的发展不仅为有机合成提出了一个新的研究内容，而且也使高通量的自动化合成有机化合物成为现实。
在21世纪，有机化学面临新的发展机遇。一方面，随着有机化学本身的发展及新的分析技术、物理方法以及生物学方法的不断涌现，人类在了解有机化合物的性能、反应及合成方面将有更新的认识和研究手段；另一方面，材料科学和生命科学的发展，以及人类对于环境和能源的新的要求，都对有机化学提出新的课题和挑战。
1.2共价键知识简介
1.2.1共价键的基础知识
1.价键理论
基于原子是由一个中心带正电的原子核及一群环绕在核周围的带负电的核外电子所组成，路易斯提出了共价键的概念。他解释原子的电子可以配对成键（共价键），使原子能够形成一种稳定的具有惰性气体核外电子结构的电子构型。
以氯化氢为例，H原子与Cl原子外层都有一个未成对电子
形成氯化氢分子时，氢原子并没有将它的外层电子交给氯原子，而是两个原子共用一对外层电子均达到稳定结构。该共用电子对可用一条短线表示（如H―Cl）。
由于成键的两个原子都具有未成键的电子，且自旋相反，能通过配对来获得昀外层电子以达到稳定构型，形成共价键，成键的电子只定域于成键的两个原子之间。共价键也可看成是成键原子的原子轨道重叠的结果，两个原子的原子轨道重叠越多，所形成的共价键就越牢固。例如，碳原子和氢原子结合成甲烷分子时，各出一个电子配对成共用电子对，形成四个C―H键。
如果两个原子各有两个或三个未成对电子形成共价键，则为双键或叁键。例如：
共价键的特征如下：
（1）饱和性。一般情况下，原子的价键数目等于未成键的电子数，当某原子未成键的一个电子与另一原子的一个电子配对之后，就不能再与第三个电子配对了，这就是共价键的饱和性。
（2）方向性。共价键是原子轨道重叠而形成的，重叠程度的大小决定了共价键的稳定性。除s轨道是球形外，其他原子轨道在空间都有其固定的延展方向，成键时，轨道会沿昀大重叠的方向结合形成稳定的共价键，故共价键有方向性，并且共价键的方向决定了分子的构型。
2.杂化轨道理论碳原子昀外层只有2个未成对电子，甲烷分子中的碳原子却与4个氢原子形成了4个等同的共价键，鲍林（Pauling）提出的杂化轨道理论对此现象作了解释。中心原子能量相近的不同轨道在外界的影响下会发生“混合”，形成数量相等、能量完全相同的新轨道，这种混合平均化的过程称为原子轨道的杂化，形成的新的原子轨道称为杂化轨道。杂化轨道在角度分布上比单纯的原子轨道更为集中，重叠程度也更大，更有利于成键；
参加杂化的原子轨道数目与形成的杂化轨道数目相等；不同类型的杂化轨道，其空间取向不同（此为杂化轨道的空间取向，不是化合物的结构）。
例如，碳原子外层电子排布2s2p2p1，其中2s轨道的1个电子获得能量跃迁到2p轨道，
形成2s2p2p2p1，这4个轨道杂化形成y4个能量相同的sp3杂化轨道（图1-1），每个sp3杂化轨道上各有1y个电子，故甲烷分子中碳与4个氢形成4个等同的共价键。
图1-1碳原子sp3杂化轨道形成过程
3.分子轨道理论
量子化学所说的分子轨道并不是指分子本身运动的轨道，而是指分子中每个电子的运动状态。分子轨道理论的基本要点如下：
（1）在分子中，电子不再从属于某一个原子，而属于整个分子；每个电子的运动状态即分子轨道，用波函数ψ表示。
（2）分子轨道由原子轨道线性组合而成，组合前后的轨道数目和轨道的总能量相等。例如，两个原子轨道组成两个分子轨道，其中一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相加组成，另一个分子轨道是由两个原子轨道的波函数相减组成。
ψ1与ψ2分别表示两个分子轨道的波函数，.与.分别表示两个原子轨道的波函数。在分子轨道ψ1中，两个原子轨道的波函数符1号相同2，即波相相同，它们之间的作用犹如波峰与波峰相遇时相互加强，如图1-2所示。
图1-2波相相同的波（或波函数）之间的相互作用
在分子轨道ψ2中，两个原子轨道的波函数符号不同，即波相不同，它们之间的作用犹如波峰与波谷相遇时相互减弱，波峰与波谷相遇处出现节点，如图l-3所示。
图1-3波相不同的波（或波函数）之间的相互作用两个分子轨道波函数的平方，即分子轨道电子云密度分布，如图1-4所示。
图1-4分子轨道的电子云密度分布（对称轴的）图
从图1-4可以看出，分子轨道ψ1在核间的电子云密度很大，该轨道称为成键轨道；分子轨道ψ2在核间的电子云密度很小，该轨道称为反键轨道。根据理论计算，成键轨道的能量较两个原子轨道的能量低，反键轨道的能量较两个原子轨道的能量高。
（3）电子在分子轨道中排布时，遵守能量昀低原理、泡利（Pauli）不相容原理和洪德（Hund）规则。根据泡利不相容原理及能量昀低原理，能量较低的分子轨道即成键轨道。例如，氢分子中两个1s电子，占据成键轨道且自旋反平行，而反键轨道是空的。图1-5所示为氢分子基态的电子排布。
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