化學發(fā)展簡史大事記

1、化學開展簡史 1約50萬年前“北京人用火公元前8千年至6千年中國已開始陶器制作公元前2千年左右中國已會鑄銅公元前十世紀埃及已會制作玻璃公元前六世紀左右中國創(chuàng)造生鐵冶煉技術公元前四世紀古希臘的德謨克利特提出樸素的“原子論公元前二世紀西漢已會膽水煉銅濕法冶金公元前140-87年西漢創(chuàng)造造紙術659年孫思邈?伏硫磺法?中記載了火藥的三種成分十三世紀中葉前中國火藥傳入阿拉伯世界1596年明李時珍?本草綱目?成書，書中載藥1892種。十七世紀煉金士勒費爾和藥劑師勒梅里用鐘罩法制得硫酸1637年明宋應星?天工開物?問世，書中詳細記載了煉鋅技術。1661年英波義耳?疑心派化學家?出版，提出“元素論

2、。1763年施塔爾提出“燃素說1771年舍勒、普利斯特里等發(fā)現(xiàn)氧氣1772年拉瓦錫確定了質量守恒定律，開辟化學新紀元。1778年拉瓦錫建立燃燒新理論1800年伏特創(chuàng)造電池1803年道爾頓提出原子學說1811年阿伏加德羅提出分子學說1814年貝采尼烏斯提出了化學符號和化學方程式的書寫規(guī)那么1828年武勒合成尿素，開辟有機新紀元。1858年凱庫勒提出碳的四價學說1865年凱庫勒提出苯的結構式1869年門捷列夫發(fā)現(xiàn)元素周期律1879年湯姆生發(fā)現(xiàn)電子1887年阿侖尼烏斯提出電離學說1894年拉姆塞和瑞利發(fā)現(xiàn)氬1898年居里夫婦發(fā)現(xiàn)鐳1942年侯德榜制堿法研究成功，對氨堿法做了重大改革。1944年西博格

3、人工合成超鈾元素1965年邢其毅等中國科學家首次人工合成牛胰島素1981年中國科學家首次人工合成核糖核酸1995年荷蘭、美國等科研者闡述臭氧層破壞的化學機理1996年英、美化學家發(fā)現(xiàn)C60，從而開辟“富勒烯化學的研究。2000年美、日化學家開發(fā)了具有導電性的聚合材料?；瘜W開展簡史 2道爾頓的原子論用原子整數(shù)比解釋了定組成定律和倍比定律，這屬于原子間量的關系。但為什么原子會互相結合和分解？它們結合時遵循什么規(guī)律？這些問題似乎應該是無機化學來解決，但處于統(tǒng)治地位的貝采里烏斯的電化二元論過于籠統(tǒng)、不及實質而又十分強大，禁錮了人們的思想。在有機化學的研究中，許多現(xiàn)象使人們突破了電化二元論，勇

4、敢地探索有機物的分子結構。這一講我們將認識維勒、李比希、凱庫勒和范霍夫，這些先行者用他們的無畏和智慧，開辟了一條光明之路通過有機物的分子結構，建立、開展了原子間相互結合的價鍵理論，并使人們看清了原子在三維空間的排列情況。維勒初涉“莽林 1800年7月31日維勒出生于德國梅因河畔法蘭克福附近的埃希海姆村。他的祖父是黑森選帝侯的馬舍長，他的父親在馬爾堡大學學習獸醫(yī)和農(nóng)業(yè)，畢業(yè)后也曾在選帝侯的王子處任馬舍長，1806年在法蘭克福附近經(jīng)營起自己的莊園，1812年遷入法蘭克福擔任宮廷職務，由于學識淵博能力突出，又熱心社會公益事業(yè)，不久成了當?shù)孛?。他的母親是哈瑙一位中學校長的女兒，對幼年維勒施以良好的教

5、育。維勒七八歲時由父親啟蒙教他讀寫、繪畫，不久入普通小學，又自學了拉丁文、法文、音樂。1814年入法蘭克福的中學受到良師的教導。農(nóng)學家的父親影響他自幼熱愛自然，特別是從事理化研究的布赫醫(yī)生指引這位熱心化學試驗與采集礦物標本的中學生跟蹤前人的工作進行科學的探索：例如他們曾查知一種制硫酸用的礦石中含有硒(這項工作1821年發(fā)表在科學雜志上，是維勒發(fā)表的第一篇論文)，從鋅中制得少量鎘，以伏打電堆進行電化學試驗，以碳復原法制得金屬鉀，等等，顯示出少年維勒對化學的偏愛與才華。 1819年，維勒入馬爾堡大學學醫(yī)，次年轉入海得爾堡大學在格曼林教授指導下學習，1823年9月獲醫(yī)學(外科學及產(chǎn)科學)博士學位。格

6、曼林教授發(fā)現(xiàn)維勒的化學實驗技能很強，就建議他赴瑞典化學大事貝采里烏斯處進修，專攻化學。 1823年11月，維勒赴瑞典貝采里烏斯處進修，按貝采里烏斯制定的方法從事沸石、黑柱石的分析，制備當時還較為少見的硒、鋰、氧化鈰、鎢，研究氰酸及氰的反響，還擔當貝采里烏斯的助手，很快接觸到近代化學的前沿。在實驗室，每當維勒操作得過快時，貝采里烏斯就對他說：“快是快，但工作可不大好！真是高徒嚴師。 實驗室工作結束后，維勒隨貝采里烏斯穿越瑞典和挪威做野外地質考察：參觀著名的礦山勝跡，考察典型的地質現(xiàn)象，會晤知名學者，采集巖礦標本。1824年9月17日，維勒辭別恩師貝采里烏斯，經(jīng)丹麥做短期訪問后，于1824年10月

7、回到法蘭克福。在瑞典的學習，不但奠定了維勒與貝采里烏斯的終生友誼，也確定了維勒一生的學術方向。 1825年3月維勒應柏林工業(yè)學校之聘，任化學與礦物學教職。1828年維勒晉升為教授。1830年6月維勒教授與他的一個族妹結婚。1831年柏林霍亂流行，維勒教授偕眷至卡塞爾岳父處避疫，同年9月受新建的卡塞爾工業(yè)技術學校的聘任而離開柏林。維勒前排右二和他的家人在化學史上，維勒的名字總是與尿素的合成同留青史。從學生時代起，維勒就研究氰及其相關反響，以及氰酸及其鹽類的制備和性質(18211823)，在研究氰與硫化鉀、硫化氫或氨的反響時，注意到后者的生成物中除草酸銨外，還有一種不顯示鹽的性質的白色晶體物。 差

8、不多同時，李比希在法國研究雷酸鹽，他發(fā)現(xiàn)維勒對氰酸銀(AgCNO)組分定量分析結果與他得自雷酸銀(AgONC)的分析數(shù)據(jù)十分一致，但二者性質卻全然不同。這在人們還不理解同分異構現(xiàn)象的當時是不可思議的，他疑心維勒分析的可靠性。1824年冬，他們在法蘭克福舉行的科學家集會上會晤，討論了各自的工作。二人從此相識結交，屢次合作，“成為終生忠誠相處、在共同的研究工作中有爭有辯而又無怨無妒的最好的朋友。 針對李比希的疑心，維勒再次研究了氰酸的組成。他經(jīng)研究證明：不管是在氰與氨的反響中，或在氰酸與氨的反響中，或是在氰酸銀與氯化銨或氰酸鉛與氨水的反響中，所生成的那種中性白色晶體物質與得自動物尿液中的尿素性質相

9、同，氰酸銨在實驗室里變成了尿素。以氯化氨與氰酸銀合成尿素為例： NH4Cl + AgCNO = AgCl + NH4CNO NH4CNO = CO(NH2)2氰酸鉛與氨水的反響是： 2NH3·H2O + Pb(CNO)2 = Pb(OH)2 + 2NH4CNO NH4CNO = CO(NH2)2 在這之前，“生命力論認為動植物體內存在著一種生命力，只有依靠這種生命力，才能產(chǎn)生出有機化合物，即有機物最初只能在動植物體內產(chǎn)生?；瘜W家在實驗室只能將有機物轉化為新的有機物，而不能用無機物制造出有機物。自然界的礦物等無機物千年萬年，亙古不變，是沒有生命的；而有機物不同，是有生命的。它們之間有不

10、可逾越的鴻溝。維勒的兩位老師格曼林和貝采里烏斯都是“生命力論的維護者和宣揚者。 現(xiàn)在，維勒用無機物合成了有機物尿素，在這條鴻溝間架起了橋梁。這對“生命力論的根基是極大的沖擊。維勒認真謹慎地研究了近四年。到了1828年2月22日，維勒寫信給他的老師貝采里烏斯：“我告訴您，我已經(jīng)能夠制造出尿素，而且是不求助于動物無論是人或是狗的腎。也許您還記得，我和您在一起工作時完成的那些實驗，當我嘗試將氰酸與氨發(fā)生反響時，產(chǎn)生了一種白色結晶狀物質，它不像氰酸氨，不具有氰酸氨的性質。當這種晶體用酸處理時，不會產(chǎn)生氰氫酸，它與堿作用時也未發(fā)現(xiàn)氨的痕跡。 在1828年發(fā)表的?論尿素的人工合成?論文里，維勒明確指出：“

11、這是一項以人力從無機物制造有機物即所謂動物性物質的范例，對當時占統(tǒng)治地位的“生命力論發(fā)起了第一次沖擊，動搖了“生命力論的根基。維勒和他的這篇文章當時就受到科學界普遍的批評和關注，并且永載史冊。其實，維勒教授右下列圖在無機化學和分析化學領域有更多的成就。 1828年，他因病未能將褐鉛礦的分析進行到底，以致與“釩的發(fā)現(xiàn)(1830)失之交臂。1831年，維勒寫信給貝采里烏斯，傾訴他的苦悶讓他的同學臾夫司昌搶先發(fā)現(xiàn)了釩，而他早在1828年就將獲得的釩樣品寄給了老師。 住在斯德哥爾摩的貝采里烏斯，接到維勒的信，不由想起維勒怎樣輝煌地合成尿素這一驚世壯舉。貝采里烏斯給維勒回了封信： “親愛的維勒，今天我寄

12、給您一份樣品，這是新發(fā)現(xiàn)的釩元素。順便，我給您講個故事吧。 從前，在北方住著一位女神，她很美，又非常勤勞，她叫凡娜迪斯(Vanads)。一天，有個小伙子向她求愛，只敲了一陣門，就不再敲了。凡娜迪斯未起來開門，想試試小伙子有無耐心，過了許久，女神來到窗口，望著匆匆而去的小伙子，驚奇地發(fā)現(xiàn)他就是維勒。不免小聲埋怨:“啊，是淘氣包維勒呀!好呀，讓他白跑一趟也應該，誰叫他缺乏耐心呢？ 又過了幾天，另一位小伙子來敲門，不但敲得堅決，還干脆有力，有股不達目的不罷休的韌勁。女神感動了，站起來為他開門，熱情地邀他進屋。小伙子長得真帥，很有禮貌，和凡娜迪斯一見鐘情。相識不久，兩人結婚了，生下個活潑的小男孩，起名

13、叫元素釩(Vanadium)。您知道小伙子是誰，他就是您的同學臾夫司昌。 親愛的維勒，順便告訴您，上次帶來的樣品，不是釩，實際上是氧化釩。 貝采里烏斯又撫慰維勒:“您合成尿素，比發(fā)現(xiàn)10種新元素還要高超得多。李比希開創(chuàng)“吉森學派 1835年，維勒給貝采里烏斯寫信說：“有機化學當前足夠使人發(fā)狂。它給我的印象就好似是一片充滿了最神奇事物的原始熱帶森林；它是一片猙獰的、無邊無際的、使人沒法逃得出來的叢莽，也使人非常害怕走進去。 維勒初涉有機化學的“莽林就退縮了，他放棄了有機化學的研究，轉向無機化學和分析化學。 這片無邊的“莽林不會嚇退所有的人。德國化學大師李比希和他眾多出色的學生，就是在這“莽林中開

14、辟道路的英雄。 1803年5月12日，李比希出生于德國的達姆施塔特。父親是一位經(jīng)營藥物、油脂、染料的商人，家中有許多化學藥品。小小的李比希經(jīng)常自己動手做化學實驗，他對實驗和觀察有著濃厚的興趣。他把父親店鋪后邊的廚房改造成自己的實驗室，在閣樓上，自己偷偷做雷酸鹽的實驗。有一次他在做雷酸汞的實驗時，引起了爆炸，震動了整個樓房，屋頂?shù)囊唤且脖徽Я?，但他本人沒有受傷。對于這件事，李比希的父親并沒有責備他，反而說他有膽量、有追求精神。每當李比希回憶往事時，他都會深有感觸地說：童年的化學實驗，激發(fā)了他的想象力和對化學的熱愛。青年時代的李比希，不遠千里到波恩求學，他的第一個老師是卡斯特內。后來，李比希又隨

15、他的老師轉學到埃朗根大學，并于1822年獲博士學位。后來，他又到法國巴黎繼續(xù)求學，因為這里曾經(jīng)是化學大師拉瓦錫的所在地。經(jīng)人推薦，他進入了蓋·呂薩克的私人實驗室進行研究工作。在1822一1824兩年的研究中，在探索各種有機化合物的同時，他系統(tǒng)地研究了雷酸鹽，找到了防止雷酸鹽爆炸的填充劑。他發(fā)現(xiàn)用烘焙過的苦土MgO與雷酸鹽相混和，可以非常有效地防止雷酸鹽爆炸。李比希在1823年6月23日向科學院報告了他的研究成果。當時，會議主持人對李比希說：“您的研究不僅本身具有重要意義，更重要的是這一成果使人們感到，您是一位有杰出才干的人。年輕的李比希上圖1824年回到德國，擔任了吉森大學編外教授，

16、兩年后升為正式教授，當時年僅23歲。他在蓋·呂薩克的私人實驗室進行研究工作時就感到實驗室對科學研究的重要性，尤其化學是一門以實驗為根底的科學。而當時的實驗室又很少，大多是一些私人實驗室，只能容納一、兩位學生或助手學習和研究。回國后，他發(fā)現(xiàn)德國的化學教育落后于法國，化學實驗教學的條件就更差了。為了改變這種情況，李比希加強了實驗室的建設和化學教學法的研究，使化學教學真正具備了實驗科學的特色。他在校方和政府的支持下，經(jīng)過兩年努力，在吉森大學建立了一個完善的實驗教學系統(tǒng)，他的實驗室下列圖可以同時容納22名學生做實驗，教室可以供120人聽講，講臺的兩側有各種實驗設備和儀器，可以方便地為聽講人做

17、各種演示實驗。他要求他的學生既會定性分析，又會定量分析，然后自行制備各種有機化合物。這樣就可以培養(yǎng)出較強的實際工作能力。李比希建立的實驗室后來被稱為“李比希實驗室，由于這一實驗室培養(yǎng)出一大批第一流的化學人才，所以當時成了全世界化學化工工作者注目和向往的地方。李比希實驗室科研和教學的風格，很快傳遍了全世界。很多大學都效仿吉森大學，建立了公共的化學實驗室。李比希還制造和改良了許多化學儀器，如有機分析燃燒儀、李比希冷凝球、玻璃冷凝管等等。這些儀器下列圖方便耐用，所以德國的儀器制造商紛紛大量仿制，向國外輸出。為了開展化學教學，李比希還用新的體系編制了化學教學大綱。他認為化學是一門根底性的實驗科學，直接

18、關系到國家的命運和人民的生活。他曾談到：“學習化學的真正中心，不在于講課，而在于實際工作。李比希一生為化學事業(yè)培養(yǎng)了一大批第一流的化學家，俄國的齊寧，德國的霍夫曼、凱庫勒、武茲等，都是李比希的學生。以李比希為鼻祖的吉森學派被公認為是近代化學史上的一個大的學派。他們?yōu)槭攀兰o下半葉德國科學的超越開展，特別是為德國的化工在二十世紀初稱雄世界做出了很大的奉獻。自1901諾貝爾化學獎開始頒發(fā)的十年間，獎勵的十位化學家中有七位屬于吉森學派。李比希在化學上的建樹極多。他對無機化學、有機化學、生物化學、農(nóng)業(yè)化學都做出了卓越的奉獻。他創(chuàng)造和改良了有機分析的方法，準確地分析過大量的有機化合物，合成過氯仿CHC1

19、3、三氯乙醛CCl3CHO和多種有機酸，他還曾與杜馬等人合作，提出了有機化合物基團的概念以及多元酸的理論。李比希開創(chuàng)了農(nóng)業(yè)化學的研究，提出植物需要氮、磷，鉀等根本元素，研究了提高土壤肥力的問題，因此他被農(nóng)學界稱為“農(nóng)業(yè)化學之父。李比希在思考李比希一生獲得過許多榮譽， 1860年被選為巴伐利亞科學院院長，還曾被選為德國、法國、英國、俄國、瑞典等國家科學院的院士或名譽院士。 這里我們主要關心他對有機化學的研究成果，特別是關心他對有機物結構理論的探索。 1831年李比希分析了樟腦和樟腦酸，發(fā)現(xiàn)這兩種有機物中都含有C2H3基團，在化合物中不變地起著主體作用。 1832年李比希和維勒共同進行苦杏仁油的研

20、究，發(fā)表了?關于安息香酸基的研究?一文，提出在苦杏仁油及其衍生物中都含有起根本主體作用的基團C14H10O2 ，他們稱之為“安息香酸基。他們將苦杏仁油的分子式寫作(C14H10O2)H2 ，它在空氣中被氧化而得到的安息香酸的分子式用(C14H10O2)H2O2表示，其相應的酰氯和酰胺用(C14H10O2)Cl2 和 (C14H10O2)(NH2)2 表示。在這些化合物中，都含有安息香酸基(C14H10O2)。盡管這些化合物在一系列的化學反響中會發(fā)生各種變化，但安息香酸基那么始終保持不變。 后來，李比希通過對基團的研究，嘗試建立起有機化合物的分類體系。他指出：“無機化學中的基是簡單的；有機化學中

21、的基那么是復雜的，這是二者的不同點。但是，在無機化學和有機化學中，化學的規(guī)律是一樣的。1838年，李比希給“基下了如下的定義。1有機化學中的“基是一系列化合物中不變的局部。2.“基在化合物中，可被某種元素的單個原子所置換。3置換“基的元素，可以被其他元素所取代。李比希認為，一個原子團滿足以上三個條件中的兩條就可以稱為“基。從此，有機化學中“基的概念就確定了。李比希通過基團理論初步歸納、總結了一些有機化合物的性質，解釋了一些有機反響機理?；鶊F理論是很不完善的，但他開拓性的工作啟發(fā)化學家繼續(xù)研究有機物的分子結構，研究結構與化學性質間的關系，從而最終建立了普遍應用于單質和化合物的經(jīng)典價鍵理論。凱庫勒

22、“夢見苯分子的平面結構 苯是在1825年由英國科學家法拉第首先發(fā)現(xiàn)的。19世紀初，英國和其他歐洲國家一樣，城市的照明已普遍使用煤氣。生產(chǎn)煤氣的原料制備出煤氣之后，剩下一種油狀的液體。法拉第是第一位對這種油狀液體感興趣的科學家。他用蒸餾的方法將這種油狀液體進行別離，得到另一種液體，實際上就是苯。當時法拉第將這種液體稱為“氫的重碳化合物。1834年，德國科學家米希爾里希通過蒸餾苯甲酸和石灰的混合物，得到了與法拉第所制液體相同的一種液體,并命名為苯。 C6H5COOH + Ca(OH)2 = C6H6 + CaCO3 + H2O 脫羧反響 法國化學家日拉爾等人又確定了苯的相對分子質量為78，分子式為

23、C6H6 。苯分子中碳的相對含量如此之高，使化學家們感到驚訝。如何確定它的結構式呢？化學家們?yōu)殡y了：苯的碳、氫比值如此之大，說明苯是高度不飽和的化合物。但它又不具有典型的不飽和化合物應具有的易發(fā)生加成反響的性質。 解決苯分子結構問題的乃是李比希的學生、極富想象力的德國化學家凱庫勒。 1847年，凱庫勒考入吉森大學時是學建筑的，他的家人一心要將他培養(yǎng)為建筑設計師。但是一年后，出于對李比希所授化學課的喜愛，凱庫勒說服了家人，轉入李比希的實驗室學習。他完成的課題是“關于面筋的成份的研究，但不太理想。此后，凱庫勒征得李比希的同意，到法國化學家日拉爾處留學。 日拉爾提出的“類型論將有機化合物分為四類：氫

24、型、水型、氯化氫型、氨型。這就比擬接近研究有機物分子內各個原子間的排列情況。凱庫勒在巴黎研讀了日拉爾的?有機化學概論?，對有機物分子結構與其性質的關系有了更深入的認識和更強烈的探求欲望。 由于早年學過建筑，凱庫勒常用建筑學的觀點來思考物質的結構問題。這非常有助于他接受并完善原子價概念。如下列圖所示，他認為碳原子是四價，就用相連的四個黑球來代表一個碳原子；而氫、鹵素原子都是一價，就用一個球表示；氧和硫是二價，就用兩個藍球表示一個氧原子。碳有四價，象建筑房子一樣，下面就得砌上四個一價的氫原子，剛好形成甲烷分子；而水分子是一個氧、兩個氫。你能依此畫出二氧化碳的這種“香腸式結構圖嗎？凱庫勒還認為，在有

25、機物中碳原子和碳原子之間可以連接成鏈。如上圖中的氯乙烷、乙醛、乙醇等，碳原子的一個球相對，表示碳、碳之間各用去一價形成單鍵，還各剩余三價。這些重要的觀點標志著近代有機結構理論根底的建立。從此，各種有機物的結構逐漸明朗，它所含的官能團與其性質的關系昭然假設揭。這極大地促進了人們在實驗室和化工廠大規(guī)模地合成有機物。對苯的結構，凱庫勒在分析了大量的實驗事實之后認為：這是一個很穩(wěn)定的“核，6個碳原子之間的結合非常牢固，而且排列十分緊湊，它可以與其他碳原子相連形成芳香族化合物。于是，凱庫勒集中精力研究這6個碳原子的“核。在提出了多種開鏈式結構但又因其與實驗結果不符而一一否認之后，1865年他終于悟出閉合

26、鏈的形式是解決苯分子結構的關鍵，他先以()式(如圖1)表示苯結構。1866年他又提出了()式，后簡化為()式，也就是我們現(xiàn)在所說的凱庫勒式。 這個成環(huán)的概念在有機化學結構理論上是一個重大突破，與碳原子之間能夠形成長鏈的概念具有同等重要的意義。1890年，在紀念苯環(huán)結構學說發(fā)表25周年時，倫敦化學會指出：苯作為一個封閉鏈式結構的巧妙構思，對于化學理論的開展，對于研究這一類化合物及其衍生物中異構現(xiàn)象的指導作用，對于開展煤焦油為原料的染料工業(yè)所起的先導作用，都已經(jīng)是舉世公認的了。不規(guī)矩的舉動深為為難和憤慨。但轉念一想，兒子的肯鉆好學不該過分去責備。于是，他把自己原來的一間醫(yī)療室讓給了兒子。范霍夫有了

27、自己這一間簡陋的實驗室，干得更加起勁了。想不到少年時代的這種愛好，注定了后來范霍夫成為化學家的命運。 在荷蘭，當時人們普遍存在著輕視化學的偏見。父親反對兒子學化學，17歲那年，范霍夫中學畢業(yè)，聽從了父親的意見，1869年他先到德爾夫特高等工藝學校學習工業(yè)技術。在那里，他以優(yōu)異的成績博得了在該校任教的化學家A.C.奧德曼斯和物理學家范德·桑德·巴克胡依仁的器重，兩年就學完了規(guī)定三年學習的內容。這段學習，更增強了范霍夫畢生從事化學的信心和決心。在家里時，父親對拜倫詩篇的酷愛曾感染了他們全家。往后，康德的實證哲學思想又使范霍夫俯首傾倒。這些都使他學會了從哲學的角度來看待生活中的一

28、切。也使他一生在化學研究方面，經(jīng)常站到哲學高度來窺視大自然的奧秘。1872年，范霍夫在萊頓大學數(shù)學系畢業(yè)后，為了在化學上得到深造，他先到波恩拜已十分著名的有機化學家凱庫勒為師，受到有機分子結構方面良好的訓練。次年凱庫勒又推薦他去巴黎醫(yī)學院的武慈實驗室。在著名化學家武茲的指導下，范霍夫與他法國的同窗好友勒·貝爾得到了深造。此后他們雙雙成為新的有機立體化學的創(chuàng)立者。十九世紀中葉，人們越來越多地發(fā)現(xiàn)了某些有機化合物具有旋光現(xiàn)象。法國人巴斯德首先發(fā)現(xiàn)酒石酸、葡萄酸都具有左旋和右旋兩種不同結構。后來，德國化學家威利森努斯發(fā)現(xiàn)乳酸也具有旋光異構現(xiàn)象。范霍夫在巴黎由武茲指導，同勒·貝爾分

29、別對某些有機化合物為什么會有旋光異構現(xiàn)象的問題，進行了廣泛的實驗和探索。1874年，范霍夫和勒·貝爾分別提出了關于碳的正四面體構型學說。一天，范霍夫坐在烏德勒支大學的圖書館里，認真地閱讀著威利森努斯研究乳酸的一篇論文，他隨手在紙上畫出了乳酸的化學式，當他把視線集中到分子中心的2號碳原子上時，他立即聯(lián)想到，如果將這個碳原子上的不同取代基都換成氫原子的話，那么這個乳酸分子就變成了一個甲烷分子。由此他想像，甲烷分子中的氫原子和碳原子假設排列在同一個平面上，情況會怎樣呢？這個偶然產(chǎn)生的想法，使范霍夫沖動地奔出了圖書館。他在大街上邊走邊想，讓甲烷分子中的4個氫原子都與碳原子排列在一個平面上是否

30、可能呢？這時，具有廣博的數(shù)學、物理學等知識的范霍夫突然想起，在自然界中一切都趨向于最小能量的狀態(tài)。這種情況，只有當氫原子均勻地分布在一個碳原子周圍的空間時才能到達。那么在空間里甲烷分子是個什么樣子呢？范霍夫猛然領悟，正四面體！當然應該是正四面體！這才是甲烷分子最恰當?shù)目臻g排列方式，他由此進一步想象出，假設用4個不同的取代基換去碳原子周圍的氫原子，顯然，它們可能在空間有兩種不同的排列方式。想到這里、范霍夫重新跑回圖書館坐下來，在乳酸的化學式旁畫出了兩個正四面體，并且一個是另一個的鏡像。他把自己的想法歸納了一下，驚奇地發(fā)現(xiàn)，物質的旋光特性的差異，是和它們的分子空間結構密切相關的。這就是物質產(chǎn)生旋光

31、異構的秘密所在。 我們這里以 CHBrClF 為例說明，它有兩個異構體這兩個異構體以鏡面為對稱面，互為映像，象人的兩只手一樣，稱為對映異構，也就是旋光異構。這樣連接了不同的四個原子或原子團的碳原子，稱為不對稱碳原子或“手性碳。范霍夫認為，在已經(jīng)建立起來的經(jīng)典有機結構理論中，由于人們還不了解原子所處的實際位置，所以原有的化學結構式不能反映出某些有機化合物的立體異構現(xiàn)象。他根據(jù)自己的研究，于1874年發(fā)表了?立體化學引論?。在這本只有十一頁的小冊子中，范霍夫首次提出了“不對稱碳原子手性碳的新概念。不對稱碳原子的存在，使酒石酸分子產(chǎn)生兩個變體右旋酒石酸和左旋酒石酸；二者混合后，可得到光學上不活潑的外

32、消旋酒石酸。范霍夫用他所提出的“正四面體模型解釋了這些旋光現(xiàn)象。范霍夫關于分子的空間立體結構的假說，不僅能夠解釋旋光異構現(xiàn)象，而且還能解釋諸如二氯甲烷沒有異構現(xiàn)象的問題。平面的結構理論推測二氯甲烷應該有兩個異構體，一個分子中兩個氯原子是相鄰的關系，另一個分子中兩個氯原子是相對的關系，但從碳的四面體理論來看，兩個氯原子位于四面體的兩個頂點，總是相鄰，沒有相對的關系。所以二氯甲烷只有一種，沒有異構體。這與事實是相符的。 分子的空間結構假說的誕生，立刻在整個化學界引起了巨大的反響，一些有識之上看到了新假說的深刻含義，紛紛稱贊范霍夫這一創(chuàng)舉。荷蘭物理學教授畢易·巴洛稱“這是一個出色的假說！我

33、認為，它將在有機化學方面引起變革。著名有機化學家威利森努斯教授寫信給范霍夫說：“您在理論方面的研究成果使我感到非常快樂。我在您的文章中，不僅看到了說明迄今未弄清楚的事實的極其機智的嘗試，而且我也相信，這種嘗試在我們這門科學中將具有劃時代的意義。他們都積極支持和鼓勵范霍夫把自己的論文譯成法文、德文等多種文字予以廣泛傳播。然而在當時，許多人還不了解新學說的真正含義，他們甚至劇烈反對范霍夫的觀點。德國萊比錫的赫爾曼·柯爾貝教授寫文章鋒利地挖苦說：“有一位烏德勒支獸醫(yī)學院的范霍夫博士，對精確的化學研究不感興趣。在他的?立體化學?中宣告說，他認為最方便的是乘上他從獸醫(yī)學院租來的飛馬，當他勇敢地

34、飛向化學的帕納薩斯山的頂峰時，他發(fā)現(xiàn)，原子是如何自行地在宇宙空間中組合起來的。而菲諦格等人那么斷言范霍夫的假說與物理定律不相容。但是，這些反對意見不僅沒有損害范霍夫的新理論，反而為這一理論的推廣和傳播起了宣傳作用。因為那些但凡讀過柯爾貝等人的鋒利評論文章的人，都會對·范霍夫的理論發(fā)生興趣，都要去了解一下他論文的內容。于是，反倒使新理論在科學界迅速傳播開來。正如拜倫說過的話一樣“一朝醒來，名聲大噪?？聽栘惖热说呐u竟使范霍夫成了顯赫一時的人物。不久，范霍夫就被阿姆斯特丹大學聘為講師，1878年又成為化學教授。因此，范霍夫首創(chuàng)的“不對稱碳原子概念，以及碳的正四面體構型假說又稱為范霍夫一勒·貝爾模型的建立，盡管學術界對其褒貶不一，但以后的實踐證明，這個假說成為立體化學誕生的標志。 1878到1896年間，范霍夫在阿姆斯