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有機(jī)化學(xué)的發(fā)展簡史

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  “有機(jī)化學(xué)”這一名詞于1806年首次由貝采里烏斯提出。當(dāng)時(shí)是作為“無機(jī)化學(xué)”的對立物而命名的。由于科學(xué)條件限制,有機(jī)化學(xué)研究的對象只能是從天然動(dòng)植物有機(jī)體中提取的有機(jī)物。因而許多化學(xué)家都認(rèn)為,在生物體內(nèi)由于存在所謂“生命力”,才能產(chǎn)生有機(jī)化合物,而在實(shí)驗(yàn)室里是不能由無機(jī)化合物合成的。

  1824年,德國化學(xué)家維勒從氰經(jīng)水解制得草酸;1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉(zhuǎn)化為尿素。氰和氰酸銨都是無機(jī)化合物,而草酸和尿素都是有機(jī)化合物。維勒的實(shí)驗(yàn)結(jié)果給予“生命力”學(xué)說第一次沖擊。此后,乙酸等有機(jī)化合物相繼由碳、氫等元素合成,“生命力”學(xué)說才逐漸被人們拋棄。

  由于合成方法的改進(jìn)和發(fā)展,越來越多的有機(jī)化合物不斷地在實(shí)驗(yàn)室中合成出來,其中,絕大部分是在與生物體內(nèi)迥然不同的條件下合成出來的。“生命力”學(xué)說漸漸被拋棄了,“有機(jī)化學(xué)”這一名詞卻沿用至今。

  從19世紀(jì)初到1858年提出價(jià)鍵概念之前是有機(jī)化學(xué)的萌芽時(shí)期。在這個(gè)時(shí)期,已經(jīng)分離出許多有機(jī)化合物,制備了一些衍生物,并對它們作了定性描述,認(rèn)識了一些有機(jī)化合物的性質(zhì)。

  法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)現(xiàn),有機(jī)化合物燃燒后,產(chǎn)生二氧化碳和水。他的研究工作為有機(jī)化合物元素定量分析奠定了基礎(chǔ)。1830年,德國化學(xué)家李比希發(fā)展了碳、氫分析法,1833年法國化學(xué)家杜馬建立了氮的分析法。這些有機(jī)定量分析法的建立使化學(xué)家能夠求得一個(gè)化合物的實(shí)驗(yàn)式。

  當(dāng)時(shí)在解決有機(jī)化合物分子中各原子是如何排列和結(jié)合的問題上,遇到了很大的困難。最初,有機(jī)化學(xué)用二元說來解決有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)問題。二元說認(rèn)為一個(gè)化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負(fù)電荷的部分,二者靠靜電力結(jié)合在一起。早期的化學(xué)家根據(jù)某些化學(xué)反應(yīng)認(rèn)為,有機(jī)化合物分子由在反應(yīng)中保持不變的基團(tuán)和在反應(yīng)中起變化的基團(tuán)按異性電荷的靜電力結(jié)合。但這個(gè)學(xué)說本身有很大的矛盾。

  類型說由法國化學(xué)家熱拉爾和洛朗建立。此說否認(rèn)有機(jī)化合物是由帶正電荷和帶負(fù)電荷的基團(tuán)組成,而認(rèn)為有機(jī)化合物是由一些可以發(fā)生取代的母體化合物衍生的,因而可以按這些母體化合物來分類。類型說把眾多有機(jī)化合物按不同類型分類,根據(jù)它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質(zhì),而且能夠預(yù)言一些新化合物。但類型說未能回答有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)問題。這個(gè)問題成為困擾人們多年的謎團(tuán)。

  從1858年價(jià)鍵學(xué)說的建立,到1916年價(jià)鍵的電子理論的引入,才解開了這個(gè)不解的謎團(tuán),這一時(shí)期是經(jīng)典有機(jī)化學(xué)時(shí)期。

  1858年,德國化學(xué)家凱庫勒和英國化學(xué)家?guī)扃甑忍岢鰞r(jià)鍵的概念,并第一次用短劃“—”表示“鍵”。他們認(rèn)為有機(jī)化合物分子是由其組成的原子通過鍵結(jié)合而成的。由于在所有已知的化合物中,一個(gè)氫原子只能與一個(gè)別的元素的原子結(jié)合,氫就選作價(jià)的單位。一種元素的價(jià)數(shù)就是能夠與這種元素的一個(gè)原子結(jié)合的氫原子的個(gè)數(shù)。凱庫勒還提出,在一個(gè)分子中碳原子之間可以互相結(jié)合這一重要的概念。

  1848年巴斯德分離到兩種酒石酸結(jié)晶,一種半面晶向左,一種半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋轉(zhuǎn),后者則使之向右旋轉(zhuǎn),角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現(xiàn)象。為此,1874年法國化學(xué)家勒貝爾和荷蘭化學(xué)家范托夫分別提出一個(gè)新的概念:同分異構(gòu)體,圓滿地解釋了這種異構(gòu)現(xiàn)象。

  他們認(rèn)為:分子是個(gè)三維實(shí)體,碳的四個(gè)價(jià)鍵在空間是對稱的,分別指向一個(gè)正四面體的四個(gè)頂點(diǎn),碳原子則位于正四面體的中心。當(dāng)碳原子與四個(gè)不同的原子或基團(tuán)連接時(shí),就產(chǎn)生一對異構(gòu)體,它們互為實(shí)物和鏡像,或左手和右手的手性關(guān)系,這一對化合物互為旋光異構(gòu)體。勒貝爾和范托夫的學(xué)說,是有機(jī)化學(xué)中立體化學(xué)的基礎(chǔ)。

  1900年第一個(gè)自由基,三苯甲基自由基被發(fā)現(xiàn),這是個(gè)長壽命的自由基。不穩(wěn)定自由基的存在也于1929年得到了證實(shí)。

  在這個(gè)時(shí)期,有機(jī)化合物在結(jié)構(gòu)測定以及反應(yīng)和分類方面都取得很大進(jìn)展。但價(jià)鍵只是化學(xué)家從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)得出的一種概念,價(jià)鍵的本質(zhì)尚未解決。

  現(xiàn)代有機(jī)化學(xué)時(shí)期 在物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)電子,并闡明原子結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,美國物理化學(xué)家路易斯等人于1916年提出價(jià)鍵的電子理論。

  他們認(rèn)為:各原子外層電子的相互作用是使各原子結(jié)合在一起的原因。相互作用的外層電子如從—個(gè)原了轉(zhuǎn)移到另一個(gè)原子,則形成離子鍵;兩個(gè)原子如果共用外層電子,則形成共價(jià)鍵。通過電子的轉(zhuǎn)移或共用,使相互作用的原子的外層電子都獲得惰性氣體的電子構(gòu)型。這樣,價(jià)鍵的圖象表示法中用來表示價(jià)鍵的短劃“—”,實(shí)際上是兩個(gè)原子共用的一對電子。

  1927年以后,海特勒和倫敦等用量子力學(xué),處理分子結(jié)構(gòu)問題,建立了價(jià)鍵理論,為化學(xué)鍵提出了一個(gè)數(shù)學(xué)模型。后來馬利肯用分子軌道理論處理分子結(jié)構(gòu),其結(jié)果與價(jià)鍵的電子理論所得的大體一致,由于計(jì)算簡便,解決了許多當(dāng)時(shí)不能回答的問題。

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主講老師:劉 楝老師

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