什么是有机化学的诞生和基本理论的建立?

如题所述

第1个回答  2019-04-14

贝采里乌斯

有机化学作为人类实践活动可以追溯到史前。200多年前有机化学发轫于对生命(有机)体化学组成的探索,并因而得名。“有机化学”这一名词是1806年首次由化学家贝采里乌斯(1779—1848年)提出。当时“有机化学”是作为“无机化学”的对立物而命名的。由于当时科学条件的限制,有机化学研究的对象只能是从天然动植物有机体中提取的有机物。这就是最初关于有机化学的定义,即在“生命力论”影响下的有机体的化学,相当于生物化学。很显然,这给了人们一种错觉,似乎有机物都属于“有生机之物”或“有生命之物”,并只有在一种非物质的“生命力”的作用下才能形成,而不能在实验室里用化学方法合成。显然,在当时有机化学学科发展的条件下,这种关于有机化学的“生命力论”说是存在局限性的,束缚了有机化学的发展。 1824年,德国化学家弗里德里希·维勒从氰经水解制得草酸;1828年他无意中用加热的方法又使氰酸铵转化为尿素。人工合成尿素的发现,便打破了有机化合物的“生命力”学说。因为氰和氰酸铵都是无机化合物,而草酸和尿素都是有机化合物。此后,乙酸等有机化合物相继由碳、氢等元素合成。贝采里乌斯也由此受维勒到极大启发,他想到自己也曾发现过雷酸银和氰酸银,这是两种组成相同而性质不同的物质,当时误认为是由于实验误差造成的。在维勒之后,贝采里乌斯发现酒石酸和葡萄酸也有类似情况,于是他认为必须提出一个新概念。他说:“我建议把相同组成而不同性质的物质称为‘同分异构’的物质。”同分异构现象的发现以及从理论上的阐明,是在物质组成和结构理论发展中迈出的重要一步,它开始了分子结构问题的研究,促进了有机化学的发展。

由于合成方法的改进和发展,越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成出来。其中,绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。“生命力”学说渐渐被抛弃了,“有机化学”这一名词却沿用至今。

从19世纪初到50年代是有机化学的萌芽时期。在这个时期,人们已经分离出许多有机化合物,制备了一些衍生物,并对它们作了定性描述,认识了一些有机化合物的性质。

法国化学家拉瓦锡(1743—1794年)发现,有机化合物燃烧后,产生二氧化碳和水。他的研究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。1830年,德国化学家尤斯图斯·冯·李比希(1803—1873年)发展了碳、氢分析法。1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。这些有机定量分析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。

当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上,遇到了很大的困难。最初,有机化学用二元说来解决有机化合物的结构问题。二元说认为,一个化合物的分子可分为带正电荷的部分和带负电荷的部分,二者靠静电力结合在一起。早期的化学家根据某些化学反应认为,有机化合物分子由在反应中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但这个学说本身有很大的矛盾。

类型说由法国化学家热拉尔(1816—1856年)和洛朗建立。此说否认有机化合物是由带正电荷和带负电荷的基团组成,而认为有机化合物是由一些可以发生取代的母体化合物衍生的,因而可以按这些母体化合物来分类。类型说把众多有机化合物按不同类型分类,根据它们的类型不仅可以解释化合物的一些性质,而且能够预言一些新化合物。但类型说未能回答有机化合物的结构问题。这个问题成为困扰人们多年的谜团。

从1858年价键学说的建立,到1916年价键的电子理论的引入,才解开了这个不解的谜团,这一时期是经典有机化学时期。

1858年,德国化学家凯库勒(1829—1896年)和英国化学家库珀(1789—1851年)等提出价键的概念,并第一次用短划“—”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合而成的。由于在所有已知的化合物中,一个氢原子只能与一个别的元素的原子结合,氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的氢原子的个数。凯库勒还提出,在一个分子中,碳原子之间可以互相结合这一重要的概念。

范托夫

1848年,法国微生物学家、化学家路易斯·巴斯德(1821—1895年)分离到2种酒石酸结晶,一种半面晶向左,一种半面晶向右。前者能使平面偏振光向左旋转,后者则使之向右旋转,角度相同。在对乳酸的研究中也遇到类似现象。为此,1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫分别提出一个新的概念:同分异构体,圆满地解释了这种异构现象。

他们认为:分子是个三维实体,碳的4个价键在空间是对称的,分别指向一个正四面体的4个顶点,碳原子则位于正四面体的中心。当碳原子与4个不同的原子或基团连接时,就产生1对异构体,它们互为实物和镜像,或左手和右手的手性关系,这一对化合物互为旋光异构体。勒贝尔和范托夫的学说,是有机化学中立体化学的基础。

1900年第一个自由基——三苯甲基自由基被发现,这是个长寿命的自由基。不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。

在这个时期,有机化合物在结构测定以及反应和分类方面都取得很大进展。但价键只是化学家从实践经验得出的一种概念,价键的本质尚未解决。

路易斯

在物理学家发现电子并阐明原子结构的基础上,美国物理化学家路易斯等人于1916年提出价键的电子理论。他们认为:各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起的原因。相互作用的外层电子如从一个原子转移到另一个原子,则形成离子键;2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,使相互作用的原子的外层电子都获得惰性气体的电子构型。这样,价键的图像表示法中用来表示价键的短划“—”,实际上是2个原子共用的1对电子。

1927年以后,海特勒和伦敦等用量子力学,处理分子结构问题,建立了价键理论,为化学键提出了一个数学模型。后来马利肯用分子轨道理论处理分子结构,其结果与价键的电子理论所得的结论大体一致。由于计算简便,解决了许多当时不能回答的问题。

19世纪有机化学形成和完善了结构学说,到了20世纪,导致了构象分析理论的建立,从此有机化学的发展进入一个全面增长的阶段。结构学说催生出了很多理论,比如电子理论、机理学说。这些理论极大地指导了有机合成的研究,而有机合成实践又不断地提出新问题来挑战和充实结构理论。这种相互促进产生了今天有机化学的全新面貌。

有200多年发展史的有机化学现在依然生机蓬勃,不断迎接新的挑战。

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