⑴ 什麼是有機化學的誕生和基本理論的建立
貝采里烏斯
有機化學作為人類實踐活動可以追溯到史前。200多年前有機化學發軔於對生命(有機)體化學組成的探索,並因而得名。「有機化學」這一名詞是1806年首次由化學家貝采里烏斯(1779—1848年)提出。當時「有機化學」是作為「無機化學」的對立物而命名的。由於當時科學條件的限制,有機化學研究的對象只能是從天然動植物有機體中提取的有機物。這就是最初關於有機化學的定義,即在「生命力論」影響下的有機體的化學,相當於生物化學。很顯然,這給了人們一種錯覺,似乎有機物都屬於「有生機之物」或「有生命之物」,並只有在一種非物質的「生命力」的作用下才能形成,而不能在實驗室里用化學方法合成。顯然,在當時有機化學學科發展的條件下,這種關於有機化學的「生命力論」說是存在局限性的,束縛了有機化學的發展。 1824年,德國化學家弗里德里希·維勒從氰經水解製得草酸;1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉化為尿素。人工合成尿素的發現,便打破了有機化合物的「生命力」學說。因為氰和氰酸銨都是無機化合物,而草酸和尿素都是有機化合物。此後,乙酸等有機化合物相繼由碳、氫等元素合成。貝采里烏斯也由此受維勒到極大啟發,他想到自己也曾發現過雷酸銀和氰酸銀,這是兩種組成相同而性質不同的物質,當時誤認為是由於實驗誤差造成的。在維勒之後,貝采里烏斯發現酒石酸和葡萄酸也有類似情況,於是他認為必須提出一個新概念。他說:「我建議把相同組成而不同性質的物質稱為『同分異構』的物質。」同分異構現象的發現以及從理論上的闡明,是在物質組成和結構理論發展中邁出的重要一步,它開始了分子結構問題的研究,促進了有機化學的發展。
由於合成方法的改進和發展,越來越多的有機化合物不斷地在實驗室中合成出來。其中,絕大部分是在與生物體內迥然不同的條件下合成出來的。「生命力」學說漸漸被拋棄了,「有機化學」這一名詞卻沿用至今。
從19世紀初到50年代是有機化學的萌芽時期。在這個時期,人們已經分離出許多有機化合物,制備了一些衍生物,並對它們作了定性描述,認識了一些有機化合物的性質。
法國化學家拉瓦錫(1743—1794年)發現,有機化合物燃燒後,產生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物元素定量分析奠定了基礎。1830年,德國化學家尤斯圖斯·馮·李比希(1803—1873年)發展了碳、氫分析法。1833年法國化學家杜馬建立了氮的分析法。這些有機定量分析法的建立使化學家能夠求得一個化合物的實驗式。
當時在解決有機化合物分子中各原子是如何排列和結合的問題上,遇到了很大的困難。最初,有機化學用二元說來解決有機化合物的結構問題。二元說認為,一個化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分,二者靠靜電力結合在一起。早期的化學家根據某些化學反應認為,有機化合物分子由在反應中保持不變的基團和在反應中起變化的基團按異性電荷的靜電力結合。但這個學說本身有很大的矛盾。
類型說由法國化學家熱拉爾(1816—1856年)和洛朗建立。此說否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成,而認為有機化合物是由一些可以發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。類型說把眾多有機化合物按不同類型分類,根據它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質,而且能夠預言一些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。這個問題成為困擾人們多年的謎團。
從1858年價鍵學說的建立,到1916年價鍵的電子理論的引入,才解開了這個不解的謎團,這一時期是經典有機化學時期。
1858年,德國化學家凱庫勒(1829—1896年)和英國化學家庫珀(1789—1851年)等提出價鍵的概念,並第一次用短劃「—」表示「鍵」。他們認為有機化合物分子是由其組成的原子通過鍵結合而成的。由於在所有已知的化合物中,一個氫原子只能與一個別的元素的原子結合,氫就選作價的單位。一種元素的價數就是能夠與這種元素的一個原子結合的氫原子的個數。凱庫勒還提出,在一個分子中,碳原子之間可以互相結合這一重要的概念。
范托夫
1848年,法國微生物學家、化學家路易斯·巴斯德(1821—1895年)分離到2種酒石酸結晶,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,後者則使之向右旋轉,角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現象。為此,1874年法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家范托夫分別提出一個新的概念:同分異構體,圓滿地解釋了這種異構現象。
他們認為:分子是個三維實體,碳的4個價鍵在空間是對稱的,分別指向一個正四面體的4個頂點,碳原子則位於正四面體的中心。當碳原子與4個不同的原子或基團連接時,就產生1對異構體,它們互為實物和鏡像,或左手和右手的手性關系,這一對化合物互為旋光異構體。勒貝爾和范托夫的學說,是有機化學中立體化學的基礎。
1900年第一個自由基——三苯甲基自由基被發現,這是個長壽命的自由基。不穩定自由基的存在也於1929年得到了證實。
在這個時期,有機化合物在結構測定以及反應和分類方面都取得很大進展。但價鍵只是化學家從實踐經驗得出的一種概念,價鍵的本質尚未解決。
路易斯
在物理學家發現電子並闡明原子結構的基礎上,美國物理化學家路易斯等人於1916年提出價鍵的電子理論。他們認為:各原子外層電子的相互作用是使各原子結合在一起的原因。相互作用的外層電子如從一個原子轉移到另一個原子,則形成離子鍵;2個原子如果共用外層電子,則形成共價鍵。通過電子的轉移或共用,使相互作用的原子的外層電子都獲得惰性氣體的電子構型。這樣,價鍵的圖像表示法中用來表示價鍵的短劃「—」,實際上是2個原子共用的1對電子。
1927年以後,海特勒和倫敦等用量子力學,處理分子結構問題,建立了價鍵理論,為化學鍵提出了一個數學模型。後來馬利肯用分子軌道理論處理分子結構,其結果與價鍵的電子理論所得的結論大體一致。由於計算簡便,解決了許多當時不能回答的問題。
19世紀有機化學形成和完善了結構學說,到了20世紀,導致了構象分析理論的建立,從此有機化學的發展進入一個全面增長的階段。結構學說催生出了很多理論,比如電子理論、機理學說。這些理論極大地指導了有機合成的研究,而有機合成實踐又不斷地提出新問題來挑戰和充實結構理論。這種相互促進產生了今天有機化學的全新面貌。
有200多年發展史的有機化學現在依然生機蓬勃,不斷迎接新的挑戰。
⑵ 有機化學的發展史
有機化學發展史
「有機化學」這一名詞於1806年首次由貝采利烏斯提出。當時是作為「無機化學」的對立物而命名的。19世紀初,許多化學家相信,在生物體內由於存在所謂「生命力」,才能產生有機化合物,而在實驗室里是不能由無機化合物合成的。
1824年,德國化學家維勒從氰經水解製得草酸;1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉化為尿素。氰和氰酸銨都是無機化合物,而草酸和尿素都是有機化合物。維勒的實驗結果給予「生命力」學說第一次沖擊。此後,乙酸等有機化合物相繼由碳、氫等元素合成,「生命力」學說才逐漸被人們拋棄。
由於合成方法的改進和發展,越來越多的有機化合物不斷地在實驗室中合成出來,其中,絕大部分是在與生物體內迥然不同的條件下台成出來的。「生命力」學說漸漸被拋棄了, 「有機化學」這一名詞卻沿用至今。
從19世紀初到1858年提出價鍵概念之前是有機化學的萌芽時期。在這個時期,已經分離出許多有機化合物,制備了一些衍生物,並對它們作了定性描述。
法國化學家拉瓦錫發現,有機化合物燃燒後,產生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物元素定量分析奠定了基礎。1830年,德國化學家李比希發展了碳、氫分析法,1833年法國化學家杜馬建立了氮的分析法。這些有機定量分析法的建立使化學家能夠求得一個化合物的實驗式。
當時在解決有機化合物分子中各原子是如何排列和結合的問題上,遇到了很大的困難。最初,有機化學用二元說來解決有機化合物的結構問題。二元說認為一個化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分,二者靠靜電力結合在一起。早期的化學家根據某些化學反應認為,有機化合物分子由在反應中保持不變的基團和在反應中起變化的基團按異性電荷的靜電力結合。但這個學說本身有很大的矛盾。
類型說由法國化學家熱拉爾和洛朗建立。此說否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成,而認為有機化合物是由一些可以發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。類型說把眾多有機化合物不同類型分類,根據它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質,而且能夠預言一些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。
有機化合物按不同類型分類,根據它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質,而且能夠預言一些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。
從1858年價鍵學說的建立,到1916年價鍵的電子理論的引入,是經典有機化學時期。
1858年,德國化學家凱庫勒和英國化學家庫珀等提出價鍵的概念,並第一次用短劃「-」表示「鍵」。他們認為有機化合物分子是由其組成的原子通過鍵結合而成的。由於在所有已知的化合物中,一個氫原子只能與一個別的元素的原子結合,氫就選作價的單位。一種元素的價數就是能夠與這種元素的一個原子結合的氫原子的個數。凱庫勒還提出,在一個分子中碳原子之間可以互相結合這一重要的概念。
1848年巴斯德分離到兩種酒石酸結晶,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,後者則使之向右旋轉,角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現象。為此,1874年法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家范托夫分別提出一個新的概念,圓滿地解釋了這種異構現象。
他們認為:分子是個三維實體,碳的四個價鍵在空間是對稱的,分別指向一個正四面體的四個頂點,碳原子則位於正四面體的中心。當碳原子與四個不同的原子或基團連接時,就產生一對異構體,它們互為實物和鏡像,或左手和右手的手性關系,這一對化合物互為旋光異構體。勒貝爾和范托夫的學說,是有機化學中立體化學的基礎。
1900年第一個自由基,三苯甲基自由基被發現,這是個長壽命的自由基。不穩定自由基的存在也於1929年得到了證實。
在這個時期,有機化合物在結構測定以及反應和分類方面都取得很大進展。但價鍵只是化學家從實踐經驗得出的一種概念,價鍵的本質尚未解決。
現代有機化學時期 在物理學家發現電子,並闡明原子結構的基礎上,美國物理化學家路易斯等人於1916年提出價鍵的電子理論。
他們認為:各原子外層電子的相互作用是使各原子結合在一起的原因。相互作用的外層電子如從—個原了轉移到另一個原子,則形成離子鍵;兩個原子如果共用外層電子,則形成共價鍵。通過電子的轉移或共用,使相互作用的原子的外層電子都獲得惰性氣體的電子構型。這樣,價鍵的圖象表示法中用來表示價鍵的短劃「-」,實際上是兩個原子共用的一對電子。
1927年以後,海特勒和倫敦等用量子力學,處理分子結構問題,建立了價鍵理論,為化學鍵提出了一個數學模型。後來馬利肯用分子軌道理論處理分子結構,其結果與價鍵的電子理論所得的大體一致,由於計算簡便,解決了許多當時不能回答的問題。有機化學的研究內容
有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界。有機化學之所以成為化學中的一個獨立學科,是因為有機化合物確有其內在的聯系和特性。
位於周期表當中的碳元素,一般是通過與別的元素的原子共用外層電子而達到穩定的電子構型的。這種共價鍵的結合方式決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構成,少數還含有鹵素和硫、磷元素。因而大多數有機化合物具有熔點較低、可以燃燒、易溶於有機溶劑等性質,這與無機化合物的性質有很大不同。
在含多個碳原子的有機化合物分子中,碳原子互相結合形成分子的骨架,別的元素的原子就連接在該骨架上。在元素周期表中,沒有一種別的元素能像碳那樣以多種方式彼此牢固地結合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式,有直鏈、支鏈、環狀等。
在有機化學發展的初期,有機化學工業的主要原料是動、植物體,有機化學主要研究從動、植物體中分離有機化合物。
19世紀中到20世紀初,有機化學工業逐漸變為以煤焦油為主要原料。合成染料的發現,使染料、制葯工業蓬勃發展,推動了對芳香族化合物和雜環化合物的研究。30年代以後,以乙炔為原料的有機合成興起。40年代前後,有機化學工業的原料又逐漸轉變為以石油和天然氣為主,發展了合成橡膠、合成塑料和合成纖維工業。由於石油資源將日趨枯竭,以煤為原料的有機化學工業必將重新發展。當然,天然的動、植物和微生物體仍是重要的研究對象。
天然有機化學主要研究天然有機化合物的組成、合成、結構和性能。20世紀初至30年代,先後確定了單糖、氨基酸、核苷酸牛膽酸、膽固醇和某些萜類的結構,肽和蛋白質的組成;30~40年代,確定了一些維生素、甾族激素、多聚糖的結構,完成了一些甾族激素和維生素的結構和合成的研究;40~50年代前後,發現青黴素等一些抗生素,完成了結構測定和合成;50年代完成了某些甾族化合物和嗎啡等生物鹼的全合成,催產素等生物活性小肽的合成,確定了胰島素的化學結構,發現了蛋白質的螺旋結構,DNA的雙螺旋結構;60年代完成了胰島素的全合成和低聚核苷酸的合成;70年代至80年代初,進行了前列腺素、維生素B12、昆蟲信息素激素的全合成,確定了核酸和美登木素的結構並完成了它們的全合
成等等。
有機合成方面主要研究從較簡單的化合物或元素經化學反應合成有機化合物。19世紀30年代合成了尿素;40年代合成了乙酸。隨後陸續合成了葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等一系列有機酸;19世紀後半葉合成了多種染料;20世紀40年代合成了滴滴涕和有機磷殺蟲劑、有機硫殺菌劑、除草劑等農葯;20世紀初,合成了606葯劑,30~40年代,合成了一千多種磺胺類化合物,其中有些可用作葯物。
物理有機化學是定量地研究有機化合物結構、反應性和反應機理的學科。它是在價鍵的電子學說的基礎上,引用了現代物理學、物理化學的新進展和量子力學理論而發展起來的。20世紀20~30年代,通過反應機理的研究,建立了有機化學的新體系;50年代的構象分析和哈米特方程開始半定量估算反應性與結構的關系;60年代出現了分子軌道對稱守恆原理和前線軌道理論。
有機分析即有機化合物的定性和定量分析。19世紀30年代建立了碳、氫定量分析法;90年代建立了氮的定量分析法;有機化合物中各種元素的常量分析法在19世紀末基本上已經齊全;20世紀20年代建立了有機微量定量分析法;70年代出現了自動化分析儀器。
由於科學和技術的發展,有機化學與各個學科互相滲透,形成了許多分支邊緣學科。比如生物有機化學、物理有機化學、量子有機化學、海洋有機化學等。有機化學的研究方法
有機化學研究手段的發展經歷了從手工操作到自動化、計算機化,從常量到超微量的過程。
20世紀40年代前,用傳統的蒸餾、結晶、升華等方法來純化產品,用化學降解和衍生物制備的方法測定結構。後來,各種色譜法、電泳技術的應用,特別是高壓液相色譜的應用改變了分離技術的面貌。各種光譜、能譜技術的使用,使有機化學家能夠研究分子內部的運動,使結構測定手段發生了革命性的變化。
電子計算機的引入,使有機化合物的分離、分析方法向自動化、超微量化方向又前進了一大步。帶傅里葉變換技術的核磁共振譜和紅外光譜又為反應動力學、反應機理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線結構分析、電子衍射光譜分析,已能測定微克級樣品的化學結構。用電子計算機設計合成路線的研究也已取得某些進展。
未來有機化學的發展首先是研究能源和資源的開發利用問題。迄今我們使用的大部分能源和資源,如煤、天然氣、石油、動植物和微生物,都是太陽能的化學貯存形式。今後一些學科的重要課題是更直接、更有效地利用太陽能。
對光合作用做更深入的研究和有效的利用,是植物生理學、生物化學和有機化學的共同課題。有機化學可以用光化學反應生成高能有機化合物,加以貯存;必要時則利用其逆反應,釋放出能量。另一個開發資源的目標是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳,以產生無窮盡的有。機化合物。這幾方面的研究均已取得一些初步結果。
其次是研究和開發新型有機催化劑,使它們能夠模擬酶的高速高效和溫和的反應方式。這方面的研究已經開始,今後會有更大的發展。
20世紀60年代末,開始了有機合成的計算機輔助設計研究。今後有機合成路線的設計、有機化合物結構的測定等必將更趨系統化、邏輯化。
參考資料:http://www.chemoffice.cn/info/200610/369.html
⑶ 理論有機化學的學科簡史
早在19世紀末,J.H.范托夫和J.-A.勒貝爾的四價碳學說、F.A.凱庫勒關於苯的結構和Α.М.布特列洛夫的經典有機化學結構理論等構成了早期有機化學理論的基本內容。20世紀30年代,R.羅賓森和C.K.英戈爾德在總結大量有機化學事實的基礎上提出了有機化學電子理論,確立了現代有機化學理論的初步基礎。然而,隨著有機化學的迅速發展,有機化合物及其反應的多樣性和復雜性表現得越來越明顯,應用經典的電子理論解釋這些現象,就顯得過分宏觀和簡單。30~40年代,L.C.鮑林提出的共振論、E.休克爾的分子軌道理論及雜化軌道理論等,推動了有機化學的發展,這是理論有機化學的開始階段。人們為了逐步運用量子化學計算有機化學課題,相繼提出了各種半經驗的近似計算方法,主要是自洽場分子軌道法和60年代開始發展的從頭演算法。這些純理論計算的方法,對於半定量甚至定量地預示有機分子靜態的電子結構及其性能方面有了重大進展。70年代出現的分子前線軌道理論在解釋許多有機化學反應,特別是在協同反應方面有廣泛的應用。所有上述理論及其進展構成了理論有機化學的主要內容。
⑷ 金屬有機化學的簡史
金屬有機化學和有機金屬化學是同一概念不同的說法,直譯英文為有機金屬化學(Organometallic Chemistry),中文習慣為金屬有機化學。縱觀金屬有機化學發展史,其特點是——有趣又有用,有趣在於其具有多樣性和意外性,因此,有人說:金屬有機化學的歷史是一部充滿意外發現的歷史。
最早的金屬有機化合物是1827年由丹麥葯劑師Zeise用乙醇和氯鉑酸鹽反應而合成的;比俄國門捷列夫1869年提出元素周期表約早40年,與有機合成之父Wöher合成尿素幾乎同一時期(1828年)(附:有機化學發展之父Liebig, Jusius Liebig's Annalen 的創刊人)。
金屬與烷基以s鍵直接鍵合的化合物是1849年由Frankland在偶然的機會中合成的(Frankland是He的發現人)。他設計的是一個獲取乙基游離基的實驗:
實驗中誤將C4H10當成了乙基游離基;但是這卻是獲得二乙基鋅的驚人發現。所以,人們稱這個實驗為「收獲最多的失敗」。直到1900年Grignard試劑發現前,烷基鋅一直作為是重要的烷基化試劑使用。
1890年Mond發現了羰基鎳的合成方法;1900年Grignard發現了Grignard試劑(獲得1912年諾貝爾化學獎)。但是,金屬有機化學飛速發展的契機仍是:1951年Pauson和Miller合成著名的「夾心餅干」——二茂鐵,及1953年末Ziegler領導的西德MaxPlank煤炭研究所發現的Ziegler催化劑。隨後,Natta發現Natta催化劑,史合稱Ziegler-Natta催化劑。Wilkison, Fischer(1973年),Ziegler, Natta(1963年)等由於這些研究獲得了諾貝爾化學獎。 1950年初,是金屬有機化學新紀雲的開端。
1979年研究烯烴硼氫化的H.C.Brown與有機磷Wittig反應者Wittig獲得諾貝爾化學獎。Lipscomb(1976年)由於對硼烷類的缺電子鍵的理論研究獲得了諾貝爾化學獎。
2000年Alan J. Heeger, Alan G. MacDiarmid, Hideki Shirakawa因Ziegler-Natta催化合成導電高分子——聚乙炔而獲得諾貝爾獎。
2010年Richard F. Heck、Ei-ichi Negishi、Akira Suzuki因「有機合成中鈀催化交叉偶聯」的研究而獲得諾貝爾獎
⑸ 有機化學
有機化學 又稱為碳化合物的化學,是研究有機化合物的結構、性質、制備的學科,是化學中極重要的一個分支。含碳化合物被稱為有機化合物是因為以往的化學家們認為含碳物質一定要由生物(有機體)才能製造;然而在1828年的時候,德國化學家弗里德里希·維勒,在實驗室中成功合成尿素(一種生物分子),自此以後有機化學便脫離傳統所定義的范圍,擴大為含碳物質的化學。
「有機化學」這一名詞於1806年首次由貝采里烏斯提出。當時是作為「無機化學」的對立物而命名的。由於科學條件限制,有機化學研究的對象只能是從天然動植物有機體中提取的有機物。因而許多化學家都認為,在生物體內由於存在所謂「生命力」,才能產生有機化合物,而在實驗室里是不能由無機化合物合成的。
1824年,德國化學家維勒從氰經水解製得草酸;1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸銨轉化為尿素。氰和氰酸銨都是無機化合物,而草酸和尿素都是有機化合物。維勒的實驗結果給予「生命力」學說第一次沖擊。此後,乙酸等有機化合物相繼由碳、氫等元素合成,「生命力」學說才逐漸被人們拋棄。
由於合成方法的改進和發展,越來越多的有機化合物不斷地在實驗室中合成出來,其中,絕大部分是在與生物體內迥然不同的條件下合成出來的。「生命力」學說漸漸被拋棄了,「有機化學」這一名詞卻沿用至今。
從19世紀初到1858年提出價鍵概念之前是有機化學的萌芽時期。在這個時期,已經分離出許多有機化合物,制備了一些衍生物,並對它們作了定性描述,認識了一些有機化合物的性質。
法國化學家拉瓦錫發現,有機化合物燃燒後,產生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物元素定量分析奠定了基礎。1830年,德國化學家李比希發展了碳、氫分析法,1833年法國化學家杜馬建立了氮的分析法。這些有機定量分析法的建立使化學家能夠求得一個化合物的實驗式。
當時在解決有機化合物分子中各原子是如何排列和結合的問題上,遇到了很大的困難。最初,有機化學用二元說來解決有機化合物的結構問題。二元說認為一個化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分,二者靠靜電力結合在一起。早期的化學家根據某些化學反應認為,有機化合物分子由在反應中保持不變的基團和在反應中起變化的基團按異性電荷的靜電力結合。但這個學說本身有很大的矛盾。
類型說由法國化學家熱拉爾和洛朗建立。此說否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成,而認為有機化合物是由一些可以發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。類型說把眾多有機化合物按不同類型分類,根據它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質,而且能夠預言一些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。這個問題成為困擾人們多年的謎團。
從1858年價鍵學說的建立,到1916年價鍵的電子理論的引入,才解開了這個不解的謎團
經典有機化學時期。
1858年,德國化學家凱庫勒和英國化學家庫珀等提出價鍵的概念,並第一次用短劃「—」表示「鍵」。他們認為有機化合物分子是由其組成的原子通過鍵結合而成的。由於在所有已知的化合物中,一個氫原子只能與一個別的元素的原子結合,氫就選作價的單位。一種元素的價數就是能夠與這種元素的一個原子結合的氫原子的個數。凱庫勒還提出,在一個分子中碳原子之間可以互相結合這一重要的概念。
1848年巴斯德分離到兩種酒石酸結晶,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,後者則使之向右旋轉,角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現象。為此,1874年法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家范托夫分別提出一個新的概念:同分異構體,圓滿地解釋了這種異構現象。
他們認為:分子是個三維實體,碳的四個價鍵在空間是對稱的,分別指向一個正四面體的四個頂點,碳原子則位於正四面體的中心。當碳原子與四個不同的原子或基團連接時,就產生一對異構體,它們互為實物和鏡像,或左手和右手的手性關系,這一對化合物互為旋光異構體。勒貝爾和范托夫的學說,是有機化學中立體化學的基礎。
1900年第一個自由基,三苯甲基自由基被發現,這是個長壽命的自由基。而不穩定自由基的存在也於1929年得到了證實。
在這個時期,有機化合物在結構測定以及反應和分類方面都取得很大進展。但價鍵只是化學家從實踐經驗得出的一種概念,價鍵的本質尚未解決。
編輯本段現代有機化學時期
在物理學家發現電子,並闡明原子結構的基礎上,美國物理化學家路易斯等人於1916年提出價鍵的電子理論。
他們認為:各原子外層電子的相互作用是使各原子結合在一起的原因。相互作用的外層電子如從—個原子轉移到另一個原子,則形成離子鍵;兩個原子如果共用外層電子,則形成共價鍵。通過電子的轉移或共用,使相互作用的原子的外層電子都獲得惰性氣體的電子構型。這樣,價鍵的圖象表示法中用來表示價鍵的短劃「—」,實際上是兩個原子的一對共用電子對。
1927年以後,海特勒和倫敦等用量子力學,處理分子結構問題,建立了價鍵理論,為化學鍵提出了一個數學模型。後來馬利肯用分子軌道理論來處理分子結構,其結果與價鍵的電子理論所得的大體一致,由於計算簡便,解決了許多當時不能回答的問題。
編輯本段有機化學的研究內容
有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界。有機化學之所以成為化學中的一個獨立學科,是因為有機化合物確有其內在的聯系和特性。
位於周期表當中的碳元素,一般是通過與別的元素的原子共用外層電子而達到穩定的電子構型的(即形成共價鍵)。這種共價鍵的結合方式決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構成,少數還含有鹵素和硫、磷、氮等元素。因而大多數有機化合物具有熔點較低、可以燃燒、易溶於有機溶劑等性質,這與無機化合物的性質有很大不同。
在含多個碳原子的有機化合物分子中,碳原子互相結合形成分子的骨架,別的元素的原子就連接在該骨架上。在元素周期表中,沒有一種別的元素能像碳那樣以多種方式彼此牢固地結合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式,有直鏈、支鏈、環狀等。
在有機化學發展的初期,有機化學工業的主要原料是動、植物體,有機化學主要研究從動、植物體中分離有機化合物。
19世紀中到20世紀初,有機化學工業逐漸變為以煤焦油為主要原料。合成染料的發現,使染料、制葯工業蓬勃發展,推動了對芳香族化合物和雜環化合物的研究。30年代以後,以乙炔為原料的有機合成興起。40年代前後,有機化學工業的原料又逐漸轉變為以石油和天然氣為主,發展了合成橡膠、合成塑料和合成纖維工業。由於石油資源將日趨枯竭,以煤為原料的有機化學工業必將重新發展。當然,天然的動、植物和微生物體仍是重要的研究對象。
編輯本段天然有機化學主要研究
天然有機化學主要研究天然有機化合物的組成、合成、結構和性能。20世紀初至30年代,先後確定了單糖、氨基酸、核苷酸、牛膽酸、膽固醇和某些萜類的結構,肽和蛋白質的組成;30~40年代,確定了一些維生素、甾族激素、多聚糖的結構,完成了一些甾族激素和維生素的結構和合成的研究;40~50年代前後,發現青黴素等一些抗生素,完成了結構測定和合成;50年代完成了某些甾族化合物和嗎啡等生物鹼的全合成,催產素等生物活性小肽的合成,確定了胰島素的化學結構,發現了蛋白質的螺旋結構,DNA的雙螺旋結構;60年代完成了胰島素的全合成和低聚核苷酸的合成;70年代至80年代初,進行了前列腺素、維生素B12、昆蟲信息素激素的全合成,確定了核酸和美登木素的結構並完成了它們的全合成等等。
有機合成方面主要研究從較簡單的化合物或元素經化學反應合成有機化合物。19世紀30年代合成了尿素;40年代合成了乙酸。隨後陸續合成了葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等一系列有機酸;19世紀後半葉合成了多種染料;20世紀40年代合成了DDT和有機磷殺蟲劑、有機硫殺菌劑、除草劑等農葯;20世紀初,合成了606葯劑,30~40年代,合成了一千多種磺胺類化合物,其中有些可用作葯物。
編輯本段物理有機化學
物理有機化學是定量地研究有機化合物結構、反應性和反應機理的學科。它是在價鍵的電子學說的基礎上,引用了現代物理學、物理化學的新進展和量子力學理論而發展起來的。20世紀20~30年代,通過反應機理的研究,建立了有機化學的新體系;50年代的構象分析和哈米特方程開始半定量估算反應性與結構的關系;60年代出現了分子軌道對稱守恆原理和前線軌道理論。
有機分析即有機化合物的定性和定量分析。19世紀30年代建立了碳、氫定量分析法;90年代建立了氮的定量分析法;有機化合物中各種元素的常量分析法在19世紀末基本上已經齊全;20世紀20年代建立了有機微量定量分析法;70年代出現了自動化分析儀器。
由於科學和技術的發展,有機化學與各個學科互相滲透,形成了許多分支邊緣學科。比如生物有機化學、物理有機化學、量子有機化學、海洋有機化學等。
有機化學的研究方法
有機化學研究手段的發展經歷了從手工操作到自動化、計算機化,從常量到超微量的過程。
20世紀40年代前,用傳統的蒸餾、結晶、升華等方法來純化產品,用化學降解和衍生物制備的方法測定結構。後來,各種色譜法、電泳技術的應用,特別是高壓液相色譜的應用改變了分離技術的面貌。各種光譜、能譜技術的使用,使有機化學家能夠研究分子內部的運動,使結構測定手段發生了革命性的變化。
電子計算機的引入,使有機化合物的分離、分析方法向自動化、超微量化方向又前進了一大步。帶傅里葉變換技術的核磁共振譜和紅外光譜又為反應動力學、反應機理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線結構分析、電子衍射光譜分析,已能測定微克級樣品的化學結構。用電子計算機設計合成路線的研究也已取得某些進展。
未來有機化學的發展首先是研究能源和資源的開發利用問題。迄今我們使用的大部分能源和資源,如煤、天然氣、石油、動植物和微生物,都是太陽能的化學貯存形式。今後一些學科的重要課題是更直接、更有效地利用太陽能。
對光合作用做更深入的研究和有效的利用,是植物生理學、生物化學和有機化學的共同課題。有機化學可以用光化學反應生成高能有機化合物,加以貯存;必要時則利用其逆反應,釋放出能量。另一個開發資源的目標是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳,以產生無窮盡的有。機化合物。這幾方面的研究均已取得一些初步結果。
其次是研究和開發新型有機催化劑,使它們能夠模擬酶的高速高效和溫和的反應方式。這方面的研究已經開始,今後會有更大的發展。
20世紀60年代末,開始了有機合成的計算機輔助設計研究。今後有機合成路線的設計、有機化合物結構的測定等必將更趨系統化、邏輯化。
編輯本段有機化學課程
有機化學主要是介紹化學物質的科學(高中化學學習當中也會涉及部分有機化學的課程)。目前有機化學物質的分類主要是按照其決定性作用,能代表化學物質的基團也就是官能團的不同來進行分類的 。可分為:烷烴,烯烴,炔烴,芳香烴(以上為烴類);鹵代烴,醇,酚,醚,醛,酮,羧酸,羧酸衍生物,胺類,硝基化合物,腈類,含硫有機化合物(如硫醇,硫醚,硫酚,磺酸,碸與亞碸等),含磷有機化合物等元素有機化合物,雜環化合物等(以上為烴衍生物)。
具體主要是介紹這些化學物質的系統命名,化學反應,反應機理,制備方法。其中化學反應基本上為基團的取代,能否進行一個反應,取決於熱力學和動力學兩個方面的因素。而制備方法主要是通過無機物,石油提取物,以及容易制備或成本低的物質製得難以得到的物質。反應機理也為基團之間的進攻和離去傾向之間的競爭。
⑹ 化學發展的歷史階段
1、萌芽時期
遠古的工藝化學時期。這時人類的制陶、冶金、釀酒、染色等工藝,主要是在實踐經驗的直接啟發下經過多少萬年摸索而來的,化學知識還沒有形成。這是化學的萌芽時期。
2、煉丹術和醫葯化學時期。
從公元前1500年到公元1650年,煉丹術士和煉金術士們,在皇宮、在教堂、在自己的家裡、在深山老林的煙熏火燎中,為求得長生不老的仙丹,為求得榮華富貴的黃金,開始了最早的化學實驗。
記載、總結煉丹術的書籍,在中國、阿拉伯、埃及、希臘都有不少。這一時期積累了許多物質間的化學變化,為化學的進一步發展准備了豐富的素材。
這是化學史上令我們驚嘆的雄渾的一幕。後來,煉丹術、煉金術幾經盛衰,使人們更多地看到了它荒唐的一面。化學方法轉而在醫葯和冶金方面得到了正當發揮。
在歐洲文藝復興時期,出版了一些有關化學的書籍,第一次有了「化學」這個名詞。英語的chemistry起源於alchemy,即煉金術。
chemist至今還保留著兩個相關的含義:化學家和葯劑師。這些可以說是化學脫胎於煉金術和制葯業的文化遺跡了。
3、燃素時期
這個時期從1650年到1775年,是近代化學的孕育時期。隨著冶金工業和實驗室經驗的積累,人們總結感性知識,進行化學變化的理論研究,使化學成為自然科學的一個分支。
這一階段開始的標志是英國化學家波義耳為化學元素指明科學的概念。繼之,化學又借燃素說從煉金術中解放出來。燃素說認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素。
燃燒過程是可燃物中燃素放出的過程,盡管這個理論是錯誤的,但它把大量的化學事實統一在一個概念之下,解釋了許多化學現象。
4、發展期
這個時期從1775年到1900年,是近代化學發展的時期。1775年前後,拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時期,使化學沿著正確的軌道發展。
19世紀初,英國化學家道爾頓提出近代原子學說,突出地強調了各種元素的原子的質量為其最基本的特徵,其中量的概念的引入,是與古代原子論的一個主要區別。
近代原子論使當時的化學知識和理論得到了合理的解釋,成為說明化學現象的統一理論。接著義大利科學家阿伏加德羅提出分子概念。
自從用原子-分子論來研究化學,化學才真正被確立為一門科學。這一時期,建立了不少化學基本定律。俄國化學家門捷列夫發現元素周期律。
德國化學家李比希和維勒發展了有機結構理論,這些都使化學成為一門系統的科學,也為現代化學的發展奠定了基礎。
5、現代化學時期
二十世紀初,量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言,解決了化學上許多懸而未決的問題;另一方面,化學又向生物學和地質學等學科滲透,使蛋白質、酶的結構問題得到逐步的解決。
(6)有機化學學科歷史約有多少年擴展閱讀:
化學的歷史淵源非常古老,可以說從人類學會使用火,就開始了最早的化學實踐活動。我們的祖先鑽木取火、利用火烘烤食物、寒夜取暖、驅趕猛獸,充分利用燃燒時的發光發熱現象。
當時這只是一種經驗的積累。化學知識的形成、化學的發展經歷了漫長而曲折的道路。它伴隨著人類社會的進步而發展,是社會發展的必然結果。而它的發展,又促進生產力的發展,推動歷史的前進。
燃素說的影響:
可燃物如炭和硫磺,燃燒以後只剩下很少的一點灰燼;緻密的金屬煅燒後得到的鍛灰較多,但很疏鬆。這一切給人的印象是,隨著火焰的升騰,什麼東西被帶走了。
當冶金工業得到長足發展後,人們希望總結燃燒現象本質的願望更加強烈了。1723年,德國哈雷大學的醫學與葯理學教授施塔爾出版了教科書《化學基礎》。
他繼承並發展了他的老師貝歇爾有關燃燒現象的解釋,形成了貫穿整個化學的完整、系統的理論。《化學基礎》是燃素說的代表作。
舍勒和普里斯特里發現氧氣的製法:
令後人尊敬的瑞典化學家舍勒的職業是葯劑師——chemist,他長期在小鎮徹平的葯房工作,生活貧困。白天,他在葯房為病人配製各種葯劑。一有時間,他就鑽進他的實驗室忙碌起來。
有一次,後院傳來一聲爆鳴,店主和顧客還在驚詫之中,舍勒滿臉是灰地跑來,興奮地拉著店主去看他新合成的化合物,忘記了一切。對這樣的店員,店主是又愛又氣,但從來不想辭退他。
因為舍勒是這個城市最好的葯劑師。到了晚上,舍勒可以自由支配時間,他更加專心致志地投入到他的實驗研究中。對於當時能見到的化學書籍里的實驗,他都重做一遍。
他所做的大量艱苦的實驗,使他合成了許多新化合物,例如氧氣、氯氣、焦酒石酸、錳酸鹽、高錳酸鹽、尿酸、硫化氫、升汞(氯化汞)、鉬酸、乳酸、乙醚等等。
他研究了不少物質的性質和成分,發現了白鎢礦等。至今還在使用的綠色顏料舍勒綠(Scheele』s green),就是舍勒發明的亞砷酸氫銅(CuHAsO3)。
如此之多的研究成果在十八世紀是絕無僅有的,但舍勒只發表了其中的一小部分。直到1942年舍勒誕生二百周年的時候,他的全部實驗記錄、日記和書信才經過整理正式出版,共有八卷之多。
其中舍勒與當時不少化學家的通信引人注目。通信中有十分寶貴的想法和實驗過程,起到了互相交流和啟發的作用。法國化學家拉瓦錫對舍勒十分推崇,使得舍勒在法國的聲譽比在瑞典國內還高。
在舍勒與大學教師甘恩的通信中,人們發現,由於舍勒發現了骨灰里有磷,啟發甘恩後來證明了骨頭裡面含有磷。在這之前,人們只知道尿里有磷。
1775年2月4日,33歲的舍勒當選為瑞典科學院院士。這時店主人已經去世,舍勒繼承了葯店,在他簡陋的實驗室里繼續科學實驗。
由於經常徹夜工作,加上寒冷和有害氣體的侵蝕,舍勒得了哮喘病。他依然不顧危險經常品嘗各種物質的味道——他要掌握物質各方面的性質。
他品嘗氫氰酸的時候,還不知道氫氰酸有劇毒。1786年5月21日,為化學的進步辛勞了一生的舍勒不幸去世,終年只有44歲。
⑺ 有機化學的發展
有機化學聽起來是一個非常抽象的名稱,大部分人可能不怎麼了解有機化學,但我們的生活中卻處處都是有機化學。下面就讓我們一起來了解一下有機化學的發展吧!
1815——1835年比奧觀察到一些天然存在的有機化合物像松節油,樟腦,糖及酒石酸有使偏振光的平面向一方和另一方旋轉的性質,因為溶液也顯示出這種性質,說明這種性質是分子所固有的。
1844年米切利觀察到,雖然酒石酸和外消旋酒石酸互為異構體,但酒石酸和酒石酸鹽有旋光性,而外消旋酒石酸沒有旋光性。
帕斯特的重要發現是:外消旋酒石酸銨鈉的溶液緩慢的結晶時,可以得到有小面的晶體,其小面有的在左,有的在右,「我小心分開半面晶面向右的晶體和像左的晶體,然後用偏振裝置分別檢查他們的溶液,我又驚又喜地看到半面向右的晶體使偏振光平面向右旋,半面晶面向左的晶體使偏振光平面向左旋。把兩種晶體各取等重製成的混合溶液,由於兩種偏轉相等,方向相反而抵消,因而對光不產生影響」。帕斯特談到:「比奧經過三十多年的努力想引導化學家和他一樣相信旋光的研究提供了一個獲得物質分子的組成知識的最可靠的方法,但終歸無效。」
1876年,范特霍夫在烏特勒支的獸醫醫院得到助手的職位,在這兒他寫了《有機化學論》第一部分,這是一部富有獨創性,論述一般原理的書,雖然據瓦爾克講,它「幾乎不能卒讀」。1878年,他成為阿姆斯特丹的教授,教授無機化學和有機化學,結晶學,礦物學,地質學和古生物學,並指導醫學學生的實習課歷時18年之久。也就是在這個時期,他奠定了近代物理學的基礎。
1884年,范特霍夫發表了《化學動力研究》,其中闡述了反應速度的一般理論和熱力學在化學上的應用。動態平衡原理是這樣敘述的:「兩系統間的每種平衡都隨溫度的降低而發生移動」,其方向是趨於那個系統,產生此系統時有熱量放出。
1874年9月,范特霍夫論帕特斯成果的小冊子《化學的結構方式……空間分布論》在烏特勒支出版;1875年發表了增補的法文譯本《立體化學》。
按照范特霍夫的說法:「如一個碳原子的四個親和力為四個不同的一價基所飽和時,可得到兩個也僅有兩個四面體,它們彼此互為對方的鏡像……兩個立體異構體的結構式。」克庫勒在1867年曾描述過碳原子的四面體模型,其中以中心球當做碳原子,指向四面體的四個頂點的四根金屬線當做化合價,范特霍夫又說:「每種碳的化合物的溶液如能引起偏振面旋轉,則具有不對稱的碳原子。」既與碳原子相連的四個基完全不同,在這種情形下,可能存在兩個互為對方的鏡像的四面體。
維斯利采紐斯所研究的旋光乳酸,給這種類型的異構現象提供了一個例子:
——本文所有資料和些許文字出自《化學簡史》
⑻ 化學經歷了多少年的發展
1.化學的發展經歷了以下三個時期:
遠古的工藝化學時期.這時人類的制陶、冶金、釀酒、染色等工藝,主要是在實踐經驗的直接啟發下經過多少萬年摸索而來的,化學知識還沒有形成.這是化學的萌芽時期.煉丹術和醫葯化學時期.從公元前1500年到公元1650年,煉丹術士和煉金術士們,在皇宮、在教堂、在自己的家裡、在深山老林的煙熏火燎中,為求得長生不老的仙丹,為求得榮華富貴的黃金,開始了最早的化學實驗.記載、總結煉丹術的書籍,在中國、阿拉伯、埃及、希臘都有不少.這一時期積累了許多物質間的化學變化,為化學的進一步發展准備了豐富的素材.這是化學史上令我們驚嘆的雄渾的一幕.後來,煉丹術、煉金術幾經盛衰,使人們更多地看到了它荒唐的一面.化學方法轉而在醫葯和冶金方面得到了正當發揮.在歐洲文藝復興時期,出版了一些有關化學的書籍,第一次有了「化學」這個名詞.英語的chemistry起源於alchemy,即煉金術.chemist至今還保留著兩個相關的含義:化學家和葯劑師.這些可以說是化學脫胎於煉金術和制葯業的文化遺跡了.
燃素化學和定量化學時期,即近代化學時期.從1650年到1775年,隨著冶金工業和實驗室經驗的積累,人們總結感性知識,認為可燃物能夠燃燒是因為它含有燃素,燃燒的過程是可燃物中燃素放出的過程,可燃物放出燃素後成為灰燼.1775年前後,拉瓦錫用定量化學實驗闡述了燃燒的氧化學說,開創了定量化學時期.這一時期建立了不少化學基本定律,提出了原子學說,發現了元素周期律,發展了有機結構理論.所有這一切都為現代化學的發展奠定了堅實的基礎.
科學相互滲透時期,既現代化學時期.二十世紀初,量子論的發展使化學和物理學有了共同的語言,解決了化學上許多懸而未決的問題;另一方面,化學又向生物學和地質學等學科滲透,使蛋白質、酶的結構問題得到逐步的解決.
2.因為鋁的化學性質很活潑,自然界中沒有鋁單質,只能靠電解製取鋁.到17世紀才被人們發現.
⑼ 功能有機分子化學國家重點實驗室的歷史沿革
年 度學科(學術機構) 1955 創立有機化學學科 1978 教育部批准成立有機化學研究所 1981 博士學位授權專業(有機化學,首批) 1982 國家理科重點學科(有機化學,首批)(2001年再次被確定為國家理科重點學科) 1982 分析測試中心(教育部直屬院校首批利用世行貸款建立) 1985 成立應用有機化學國家重點實驗室 1985 博士後科研流動站(有機化學,首批) 1993 國家理科基礎科學研究與教學人才培養基地(化學) 1998 博士學位授權一級學科(化學) 1998 甘肅省重點學科(化學,首批) 2003更名為功能有機分子化學國家重點實驗室資料來自功能有機分子化學國家重點實驗室