有機化學是研究含有碳-碳共價鍵的有機化合物的結構、性質和反應的化學分支。結構的研究決定了它們的結構式。特性研究包括物理和化學特性，以及評估化學反應性以了解它們的行為。有機反應的研究包括天然產物、藥物和聚合物的化學合成，以及在實驗室和通過理論（計算機）研究對單個有機分子進行研究。有機化學中研究的化學品范圍包括碳氫化合物（僅包含碳和氫的化合物）以及基于碳的化合物，但也包含其他元素，特別是氧、氮、硫、磷（包括在許多生化產品中）和鹵素。有機金屬化學是研究含有碳-金屬鍵的化合物。此外，當代研究的重點是涉及其他有機金屬的有機化學，包括鑭系元素，尤其是過渡金屬鋅、銅、鈀、鎳、鈷、鈦和鉻。有機化合物構成了所有地球生命的基礎，并構成了大多數已知化學物質。碳的鍵合模式及其四價——正式的單鍵、雙鍵和三鍵，加上具有離域電子的結構——使得有機化合物陣列結構多樣，應用范圍巨大。它們構成包括藥品在內的許多商業產品的基礎或組成部分；石化產品和農用化學品，以及由它們制成的產品，包括潤滑劑、溶劑；塑料；燃料和炸藥。有機化學的研究與有機金屬化學和生物化學重疊，但也與藥物化學、聚合物化學和材料科學重疊。

在18世紀之前，化學家普遍認為，從生物體中獲得的化合物具有將它們與無機化合物區分開來的生命力。根據活力論（生命力理論）的概念，有機物被賦予生命力。在19世紀上半葉，報告了一些關于有機化合物的首次系統研究。大約在1816年，MichelChevreul開始研究由各種脂肪和堿制成的肥皂。他分離出與堿結合產生肥皂的酸。由于這些都是單獨的化合物，他證明了可以在各種脂肪（傳統上來自有機來源）中進行化學變化，產生新的化合物，而無需生命力。1828年，弗里德里希·沃勒(FriedrichW?hler)用無機起始材料（氰酸鉀鹽和硫酸銨鹽）生產了有機化學尿素（尿素），這是尿液的一種成分，現在稱為沃勒合成法。盡管W?hler本人對聲稱他反駁了活力論持謹慎態度，但這是xxx次在沒有生物（有機）起始材料的情況下在實驗室合成一種被認為是有機的物質。該事件現在被普遍接受為確實反駁了活力論的學說。這是xxx次在沒有生物（有機）起始材料的情況下在實驗室合成被認為是有機的物質。該事件現在被普遍接受為確實反駁了活力論的學說。這是xxx次在沒有生物（有機）起始材料的情況下在實驗室合成被認為是有機的物質。該事件現在被普遍接受為確實反駁了活力論的學說。1856年，威廉·亨利·珀金(WilliamHenryPerkin)在嘗試制造奎寧時意外產生了現在被稱為珀金紫紅色的有機染料。他的發現因其經濟上的成功而廣為人知，極大地增加了人們對有機化學的興趣。有機化學的一個重要突破是化學結構的概念，由FriedrichAugustKekulé和ArchibaldScottCouper于1858年獨立開發。兩位研究人員都認為，四價碳原子可以相互連接形成碳晶格，并且可以通過對適當化學反應的熟練解釋來辨別原子鍵合的詳細模式。制藥工業的時代始于19世紀的最后十年，當時德國公司拜耳首先生產了乙酰水楊酸——通常稱為阿司匹林。到1910年，PaulEhrlich和他的實驗室小組開始開發以砷為基礎的阿斯芬明(Salvarsan)，作為xxx個有效的梅毒藥物治療方法，從而開始了化學療法的醫學實踐。埃利希普及了神奇子彈藥物和系統改進藥物療法的概念。他的實驗室為開發白喉抗血清和標準化治療血清做出了決定性貢獻。由于運氣和對意外觀察的準備，經常發現有機反應和應用的早期例子。然而，19世紀下半葉見證了對有機化合物的系統研究。合成靛藍的發展就是例證。由于AdolfvonBaeyer開發的合成方法，植物來源的靛藍產量從1897年的19,000噸下降到1914年的1,000噸。2002年，17,000噸合成靛藍由石化產品生產。在20世紀早期，聚合物和酶被證明是大有機分子，石油被證明是生物來源的。復雜有機化合物的多步合成稱為全合成。復雜天然化合物的全合成增加了葡萄糖和萜品醇的復雜性。例如，與膽固醇相關的化合物開辟了合成復雜人類激素及其修飾衍生物的途徑。自20世紀初以來，總合成的復雜性已經增加，包括高度復雜的分子，如麥角酸和維生素B12。石油的發現和石化工業的發展促進了有機化學的發展。通過各種化學過程將單個石油化合物轉化為不同類型的化合物導致有機反應，從而產生廣泛的工業和商業產品，其中包括（許多）其他產品：塑料、合成橡膠、有機粘合劑以及各種改性石油添加劑和催化劑.生物有機體中存在的大多數化合物是碳化合物，因此有機化學與生物化學之間的聯系如此密切，以至于生物化學本質上可以被視為有機化學的一個分支。盡管生物化學的歷史可能跨越了大約四個世紀，但對該領域的基本理解只是在19世紀后期才開始發展，而真正的生物化學一詞是在20世紀初創造的。該領域的研究在整個20世紀都有所增加，但沒有任何增長速度放緩的跡象，這可以通過對BIOSISPreviews和BiologicalAbstracts等抽象和索引服務的檢查得到證實，這些服務始于1920年代作為單一的年度卷,

由于有機化合物通常以混合物形式存在，因此還開發了多種技術來評估純度。色譜技術對此應用尤為重要，包括HPLC和氣相色譜。傳統的分離方法包括蒸餾、結晶、蒸發、磁分離和溶劑萃取。有機化合物傳統上通過各種化學測試來表征，稱為濕法，但這些測試已在很大程度上被光譜或其他計算機密集型分析方法所取代。按效用的大致順序列出，主要的分析方法是：

• 核磁共振(NMR)光譜是最常用的技術，通常允許使用相關光譜完全分配原子連接性甚至立體化學。有機化學的主要成分原子-氫和碳-天然存在于NMR響應同位素，分別為1H和13C。
• 元素分析：用于確定分子元素組成的破壞性方法。另見下文質譜法。
• 質譜法指示化合物的分子量，并根據碎片模式指示其結構。高分辨率質譜通常可以確定化合物的確切分子式，并用于代替元素分析。以前，質譜分析僅限于表現出一定揮發性的中性分子，但先進的電離技術允許人們獲得幾乎任何有機化合物的質譜。
• 當材料的單晶可用時，晶體學可用于確定分子幾何形狀。高效的硬件和軟件允許在獲得合適晶體的數小時內確定結構。

紅外光譜、旋光和紫外/可見光譜等傳統光譜方法提供了相對非特異性的結構信息，但仍用于特定應用。折射率和密度對于物質識別也很重要。

通常感興趣的有機化合物的物理性質包括定量和定性特征。定量信息包括熔點、沸點和折射率。定性特性包括氣味、稠度、溶解度和顏色。

有機化合物通常會熔化并沸騰。相比之下，雖然無機材料通常可以熔化，但許多不會沸騰，而是傾向于降解。在早期，熔點(mp)和沸點(bp)提供了有關有機化合物純度和特性的重要信息。熔點和沸點與分子的極性及其分子量有關。一些有機化合物，尤其是對稱的有機化合物，是升華的。可升華有機化合物的一個眾所周知的例子是對二氯苯，它是現代樟腦丸的氣味成分。有機化合物在300°C以上的溫度下通常不是很穩定，但也有一些例外。

中性有機化合物往往是疏水的；也就是說，它們在水中的溶解度低于在有機溶劑中的溶解度。例外情況包括含有可電離基團的有機化合物以及發生氫鍵的低分子量醇、胺和羧酸。否則，有機化合物往往會溶解在有機溶劑中。溶解度隨有機溶質和有機溶劑的不同而有很大差異。

分子晶體和具有共軛系統的有機聚合物的各種特殊性質取決于應用，例如熱機械和機電，例如壓電性、導電性（參見導電聚合物和有機半導體）和電光（例如非線性光學）屬性。由于歷史原因，這些性質主要是高分子科學和材料科學領域的主題。

有機化合物的名稱要么是系統的，從邏輯上遵循一套規則，要么是非系統的，遵循各種傳統。IUPAC的規范規定了系統命名法。系統命名法以感興趣的分子內的母體結構的名稱開始。然后通過前綴、后綴和數字修改此父名稱，以明確傳達結構。鑒于已知數以百萬計的有機化合物，嚴格使用系統名稱可能很麻煩。因此，IUPAC對簡單化合物的建議更受關注，而不是復雜分子。要使用系統命名，必須知道結構和父結構的名稱。母體結構包括未取代的烴、雜環和其單官能化衍生物。非系統命名法更簡單、更明確，至少對有機化學家來說是這樣。非系統名稱不表示化合物的結構。它們對于復雜分子很常見，其中包括大多數天然產物。因此，非正式命名的麥角酸二乙酰胺被系統命名為(6aR,9R)-N,N-diethyl-7-methyl-4,6,6a,7,8,9-hexahydroindolo-[4,3-fg]quinoline-9-甲酰胺。隨著計算使用的增加，其他旨在由機器解釋的命名方法已經發展。兩種流行的格式是SMILES和InChI。

有機分子更常見的描述是附圖或結構式、附圖和化學符號的組合。線角公式簡單明了。在該系統中，每條線的端點和交叉點代表一個碳，氫原子可以明確表示或假定為四價碳所暗示的存在。

到1880年，在新的合成和分析技術的幫助下，發現的化合物數量激增。Grignard將這種情況描述為chaoslepluscomplet（完全混亂），由于缺乏約定，同一個化合物可能有多個名稱。這導致了1892年日內瓦規則的制定。

官能團的概念是有機化學的核心，既可以作為結構分類的手段，也可以作為預測性質的手段。官能團是一個分子模塊，并且假定該官能團的反應性在一定范圍內在各種分子中是相同的。官能團對有機化合物的化學和物理性質具有決定性影響。分子根據其官能團進行分類。例如，醇都具有亞基COH。所有的醇都傾向于有些親水性，通常形成酯，并且通常可以轉化為相應的鹵化物。大多數官能團具有雜原子（C和H以外的原子）。有機化合物按官能團分類，有醇類、羧酸類、胺類等。隨著分子加成/官能團的pKa（又名堿度）增加，相應的偶極子在測量時會增加強度。指向官能團的偶極子（更高的pKa因此基團的基本性質）指向它并隨著距離的增加而降低強度。偶極子距離（以埃為單位）和對官能團的空間位阻對周圍環境和pH值具有分子間和分子內影響。不同的官能團具有不同的pKa值和鍵強度（單鍵、雙鍵、三鍵），從而導致具有較低pKa的親電性增加和具有較高pKa的親核試劑強度增加。更多堿性/親核官能團希望攻擊另一個分子（分子間）或同一分子內（分子內）具有較低pKa的親電子官能團。任何具有在范圍內的凈酸性pKa的基團，例如酰基或羰基，都是公平的游戲。由于受到攻擊的可能性隨著pKa的增加而降低，因此測量pKa值最低的酰氯組分最有可能受到攻擊，其次是羧酸(pKa=4)、硫醇(13)、丙二酸鹽(13)、醇(17)、醛類(20)、腈類(25)、酯類(25)，然后是胺類(35)。胺是非常堿性的，

脂肪烴根據其飽和狀態分為三組同源系列：

• 烷烴（鏈烷烴）：沒有任何雙鍵或三鍵的脂肪烴，即只有CC、CH單鍵
• 烯烴（烯烴）：含有一個或多個雙鍵的脂肪烴，即二烯烴（二烯烴）或聚烯烴。
• 炔烴（乙炔）：具有一個或多個三鍵的脂肪烴。

該組的其余部分根據存在的功能組進行分類。這樣的化合物可以是直鏈的、支鏈的或環狀的。支化程度會影響特性，例如石油化學中的辛烷值或十六烷值。飽和（脂環族）化合物和不飽和化合物都作為環狀衍生物存在。最穩定的環包含五個或六個碳原子，但大環（大環）和較小的環很常見。最小的環烷烴家族是三元環丙烷((CH2)3)。飽和環狀化合物僅包含單鍵，而芳環具有交替（或共軛）雙鍵。環烷烴不含多重鍵，而環烯烴和環炔烴則含有。

芳香烴含有共軛雙鍵。這意味著環中的每個碳原子都是sp2雜化的，從而增加了穩定性。最重要的例子是苯，它的結構是由Kekulé提出的，他首先提出了離域或共振原理來解釋它的結構。對于傳統的環狀化合物，芳香性由4n+2個離域pi電子的存在賦予，其中n是整數。4n共軛pi電子的存在賦予了特定的不穩定性（反芳香性）。

如果存在雜原子，則環狀烴的特性會再次改變，雜原子可以作為連接到環外部的取代基（外環）或作為環本身的成員（內環）存在。在后者的情況下，該環稱為雜環。吡啶和呋喃是芳族雜環的例子，而哌啶和四氫呋喃是相應的脂環族雜環。雜環分子的雜原子通常是氧、硫或氮，后者在生化系統中特別常見。雜環化合物常見于包括苯胺染料和藥物在內的多種產品中。此外，它們普遍存在于多種生化化合物中，例如生物堿、維生素、類固醇和核酸（例如DNA、RNA）。環可以與邊緣上的其他環融合形成多環化合物。嘌呤核苷堿基是著名的多環芳族雜環。環也可以在一個角落融合，這樣一個原子（幾乎總是碳）有兩個鍵連接到一個環，兩個鍵連接到另一個環。這種化合物被稱為螺，在幾種天然產物中很重要。

碳的一個重要特性是它很容易形成通過碳-碳（碳-碳）鍵連接的鏈或網絡。連接過程稱為聚合，而鏈或網絡稱為聚合物。源化合物稱為單體。兩大類聚合物存在合成聚合物和生物聚合物。合成聚合物是人工制造的，通常被稱為工業聚合物。生物聚合物發生在受人尊敬的自然環境中，或者沒有人為干預。

生物分子化學是生物化學家經常研究的有機化學中的一個主要類別。許多復雜的多功能基團分子在生物體中很重要。有些是長鏈生物聚合物，包括肽、DNA、RNA和多糖，如動物中的淀粉和植物中的纖維素。其他主要類別是氨基酸（肽和蛋白質的單體組成部分）、碳水化合物（包括多糖）、核酸（包括作為聚合物的DNA和RNA）和脂質。此外，動物生物化學含有許多小分子中間體，這些中間體有助于通過克雷布斯循環產生能量，并產生動物中最常見的碳氫化合物異戊二烯。動物體內的異戊二烯形成重要的類固醇結構（膽固醇）和類固醇激素化合物；另見：肽合成、寡核苷酸合成和碳水化合物合成。

在藥理學中，一類重要的有機化合物是小分子，也稱為“小有機化合物”。在這種情況下，小分子是一種具有生物活性但不是聚合物的小有機化合物。實際上，小分子的摩爾質量小于約1000g/mol。

富勒烯和碳納米管，具有球形和管狀結構的碳化合物，激發了對材料科學相關領域的大量研究。xxx個富勒烯于1985年由英國的HaroldW.Kroto爵士和美國的RichardE.Smalley和RobertF.Curl,Jr.發現。使用激光在氦氣氣氛中蒸發石墨棒，這些化學家和他們的助手獲得了由60個碳原子（C60）通過單鍵和雙鍵連接在一起的籠狀分子，形成一個具有12個五邊形和20個六邊形面的空心球體——一種類似于足球或足球的設計。1996年，這三人因其開創性的努力而獲得諾貝爾獎。C60分子以美國建筑師R.

含有碳與氮、氧和鹵素的鍵的有機化合物通常不單獨分組。其他人有時被歸入有機化學中的主要組，并在有機硫化學、有機金屬化學、有機磷化學和有機硅化學等標題下進行討論。

有機反應是涉及有機化合物的化學反應。許多這些反應與官能團有關。這些反應的一般理論涉及對關鍵原子的電子親和力、鍵強度和空間位阻等性質的仔細分析。這些因素可以決定短壽命反應中間體的相對穩定性，通常直接決定反應的路徑。基本反應類型有：加成反應、消除反應、取代反應、周環反應、重排反應和氧化還原反應。常見反應的一個例子是取代反應，寫成：否-+CX→C-否+X-其中X是一些官能團，Nu是親核試劑。可能的有機反應的數量是無限的。但是，觀察到某些一般模式可用于描述許多常見或有用的反應。每個反應都有一個逐步反應機制，可以解釋它是如何按順序發生的——盡管僅從反應物列表中并不總是清楚地描述步驟的詳細描述。任何給定反應機制的逐步過程都可以使用箭頭推動技術來表示，其中彎曲的箭頭用于跟蹤電子的移動，因為起始材料通過中間體轉變為最終產物。

合成有機化學是一門應用科學，因為它與工程、設計、分析和/或實用工程的建造有關。新化合物的有機合成是一項解決問題的任務，其中通過從最佳起始材料中選擇最佳反應來為目標分子設計合成。復雜的化合物可以有數十個反應步驟，依次構建所需的分子。通過利用分子中官能團的反應性進行合成。例如，羰基化合物可以通過將其轉化為烯醇化物而用作親核試劑，或用作親電試劑；兩者的結合稱為醛醇反應。設計實際有用的合成總是需要在實驗室進行實際合成。設計合成的策略包括由EJCorey推廣的逆合成，它從目標分子開始并根據已知反應將其拼接成碎片。零件或建議的前體接受相同的處理，直到獲得可用且理想廉價的起始材料。然后，逆合成寫反方向給出合成。可以構建合成樹，因為每種化合物以及每種前體都有多種合成。