有機(jī)化學(xué)發(fā)展史課件

有機(jī)化學(xué)發(fā)展史“有機(jī)化學(xué)”這一名詞于1806年首次由貝采利烏斯提出。當(dāng)時(shí)是作為“無機(jī)化學(xué)”的對(duì)立物而命名的。19世紀(jì)初，許多化學(xué)家相信，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。從斯塔爾到拉瓦錫——燃素說的終結(jié)，氧化理論的興起德國(guó)化學(xué)家貝歇爾(1635－1682年)在他的《地下物理學(xué)》一書中首先提出了燃素(phlogiston)的概念，認(rèn)為燃素就是物質(zhì)中可燃燒的組分。燃素說經(jīng)過斯塔爾(1660－1734年)的解說逐漸流行開來。燃素說解釋了當(dāng)時(shí)的許多化學(xué)現(xiàn)象，是化學(xué)發(fā)展史上第一個(gè)具有普遍適用性的化學(xué)原理。

氧氣的發(fā)現(xiàn)使得人們重新審視燃燒問題。拉瓦錫(1743－1794年)的工作成為近代化學(xué)的開端。他通過大量縝密的實(shí)驗(yàn)證實(shí)了燃素是不存在的，燃燒現(xiàn)象是一種氧化現(xiàn)象，其機(jī)理與鐵的生銹相同。1787年拉瓦錫與化學(xué)家德莫瓦、貝托萊合作出版了《化學(xué)命名法》，建立了一套嶄新的化合物命名方法，是近代化學(xué)史上第一套完整的、系統(tǒng)的物質(zhì)命名法。1783年，拉瓦錫在他的論文中全面闡述了氧化學(xué)說，指出了燃素說面臨的困難，證實(shí)了燃素說是一種完全不必要的學(xué)說，徹底清除了它對(duì)化學(xué)發(fā)展的阻礙。拉瓦錫于1789年出版了一部具有劃時(shí)代意義的巨著《化學(xué)綱要》，系統(tǒng)地闡述了氧化理論。

化學(xué)的任務(wù)是將自然界的物質(zhì)分解為基本的元素；提出了化學(xué)反應(yīng)過程中物質(zhì)守恒的觀念，即將化學(xué)反應(yīng)寫成一個(gè)方程式，“就可以用計(jì)算來驗(yàn)證我們的實(shí)驗(yàn)，再用實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證我們的計(jì)算”。拉瓦錫的《化學(xué)綱要》之于化學(xué)就如同牛頓的《自然哲學(xué)的數(shù)學(xué)原理》之于物理學(xué)，開辟了化學(xué)發(fā)展的新紀(jì)元。原子學(xué)說在被英國(guó)化學(xué)家道爾頓全面闡釋后，被引入到化學(xué)研究當(dāng)中。很多科學(xué)家精確測(cè)定了元素單質(zhì)及化合物中原子的相對(duì)重量。1811年意大利物理學(xué)家阿伏伽德羅(1776－1856年)提出了分子的概念。直到1858年意大利化學(xué)家康尼查羅(1826－1910年)發(fā)表論文提出重視阿伏伽德羅的工作，原子-分子論才最終成為化學(xué)理論的基礎(chǔ)。在對(duì)生命力論的突破過程中，德國(guó)化學(xué)家維勒(1800－1882年)的工作起了決定性的作用。1824年，維勒從氰經(jīng)水解制得草酸；1825年，維勒在進(jìn)行氰化物研究過程中，意外地得到一種白色晶體，經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)是尿素，1828年維勒發(fā)表了“論尿素的人工合成”，說明有機(jī)化合物同樣可以人工合成。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)迥然不同的條件下臺(tái)成出來的?！吧Α睂W(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(duì)它們作了定性描述。法國(guó)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(guó)化學(xué)家李比希采用有機(jī)物與氧化銅一起燃燒，精確測(cè)定生成的二氧化碳和水來確定元素含量的方法，研究了大量的有機(jī)物，確定了它們的分子式，這種定量分析的方法大大推進(jìn)了有機(jī)化學(xué)的發(fā)展。1833年法國(guó)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。

李比希被稱為有機(jī)化學(xué)之父

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。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，是經(jīng)典有機(jī)化學(xué)時(shí)期。1858年，德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒和英國(guó)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(kù)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(duì)乳酸的研究中也遇到類似現(xiàn)象。為此，1874年法國(guó)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，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(duì)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(duì)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(duì)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)。

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(jiǎn)便，解決了許多當(dāng)時(shí)不能回答的問題。

有機(jī)化合物和無機(jī)化合物之間沒有絕對(duì)的分界。有機(jī)化學(xué)之所以成為化學(xué)中的一個(gè)獨(dú)立學(xué)科，是因?yàn)橛袡C(jī)化合物確有其內(nèi)在的聯(lián)系和特性。位于周期表當(dāng)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(dá)到穩(wěn)定的電子構(gòu)型的。這種共價(jià)鍵的結(jié)合方式?jīng)Q定了有機(jī)化合物的特性。大多數(shù)有機(jī)化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構(gòu)成，少數(shù)還含有鹵素和硫、磷元素。因而大多數(shù)有機(jī)化合物具有熔點(diǎn)較低、可以燃燒、易溶于有機(jī)溶劑等性質(zhì)，這與無機(jī)化合物的性質(zhì)有很大不同。在含多個(gè)碳原子的有機(jī)化合物分子中，碳原子互相結(jié)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(jié)合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式，有直鏈、支鏈、環(huán)狀等。

在有機(jī)化學(xué)發(fā)展的初期，有機(jī)化學(xué)工業(yè)的主要原料是動(dòng)、植物體，有機(jī)化學(xué)主要研究從動(dòng)、植物體中分離有機(jī)化合物。

19世紀(jì)中到20世紀(jì)初，有機(jī)化學(xué)工業(yè)逐漸變?yōu)橐悦航褂蜑橹饕?。合成染料的發(fā)現(xiàn)，使染料、制藥工業(yè)蓬勃發(fā)展，推動(dòng)了對(duì)芳香族化合物和雜環(huán)化合物的研究。30年代以后，以乙炔為原料的有機(jī)合成興起。40年代前后，有機(jī)化學(xué)工業(yè)的原料又逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橐允秃吞烊粴鉃橹?，發(fā)展了合成橡膠、合成塑料和合成纖維工業(yè)。由于石油資源將日趨枯竭，以煤為原料的有機(jī)化學(xué)工業(yè)必將重新發(fā)展。當(dāng)然，天然的動(dòng)、植物和微生物體仍是重要的研究對(duì)象。

天然有機(jī)化學(xué)主要研究天然有機(jī)化合物的組成、合成、結(jié)構(gòu)和性能。20世紀(jì)初至30年代，先后確定了單糖、氨基酸、核苷酸牛膽酸、膽固醇和某些萜類的結(jié)構(gòu)，肽和蛋白質(zhì)的組成；30～40年代，確定了一些維生素、甾族激素、多聚糖的結(jié)構(gòu)，完成了一些甾族激素和維生素的結(jié)構(gòu)和合成的研究；40～50年代前后，發(fā)現(xiàn)青霉素等一些抗生素，完成了結(jié)構(gòu)測(cè)定和合成；50年代完成了某些甾族化合物和嗎啡等生物堿的全合成，催產(chǎn)素等生物活性小肽的合成，確定了胰島素的化學(xué)結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)了蛋白質(zhì)的螺旋結(jié)構(gòu)，DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)；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(jìn)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(jié)構(gòu)并完成了它們的全合成等等。

有機(jī)分析即有機(jī)化合物的定性和定量分析。19世紀(jì)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(jī)化合物中各種元素的常量分析法在19世紀(jì)末基本上已經(jīng)齊全；20世紀(jì)20年代建立了有機(jī)微量定量分析法；70年代出現(xiàn)了自動(dòng)化分析儀器。

由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，有機(jī)化學(xué)與各個(gè)學(xué)科互相滲透，形成了許多分支邊緣學(xué)科。比如生物有機(jī)化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、量子有機(jī)化學(xué)、海洋有機(jī)化學(xué)等。有機(jī)化學(xué)的研究方法

有機(jī)化學(xué)研究手段的發(fā)展經(jīng)歷了從手工操作到自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)化，從常量到超微量的過程。20世紀(jì)40年代前，用傳統(tǒng)的蒸餾、結(jié)晶、升華等方法來純化產(chǎn)品，用化學(xué)降解和衍生物制備的方法測(cè)定結(jié)構(gòu)。后來，各種色譜法、電泳技術(shù)的應(yīng)用，特別是高壓液相色譜的應(yīng)用改變了分離技術(shù)的面貌。各種光譜、能譜技術(shù)的使用，使有機(jī)化學(xué)家能夠研究分子內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)，使結(jié)構(gòu)測(cè)定手段發(fā)生了革命性的變化。電子計(jì)算機(jī)的引入，使有機(jī)化合物的分離、分析方法向自動(dòng)化、超微量化方向又前進(jìn)了一大步。帶傅里葉變換技術(shù)的核磁共振譜和紅外光譜又為反應(yīng)動(dòng)力學(xué)、反應(yīng)機(jī)理的研究提供了新的手段。這些儀器和x射線結(jié)構(gòu)分析、電子衍射光譜分析，已能測(cè)定微克級(jí)樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)。用電子計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)合成路線的研究也已取得某些進(jìn)展。

未來有機(jī)化學(xué)的發(fā)展首先是研究能源和資源的開發(fā)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(dòng)植物和微生物，都是太陽(yáng)能的化學(xué)貯存形式。今后一些學(xué)科的重要課題是更直接、更有效地利用太陽(yáng)能。對(duì)光合作用做更深入的研究和有效的利用，是植物生理學(xué)、生物化學(xué)和有機(jī)化學(xué)的共同課題。有機(jī)化學(xué)可以用光化學(xué)反應(yīng)生成高能有機(jī)化合物，加以貯存；必要時(shí)則利用其逆反應(yīng)，釋放出能量。另一個(gè)開發(fā)資源的目標(biāo)是在有機(jī)金屬化合物的作用下固定二氧化碳，以產(chǎn)生無窮盡的有機(jī)化合物。這幾方面的研究均已取得一些初步結(jié)果。從學(xué)科細(xì)化到學(xué)科融合——有機(jī)化學(xué)的今天

有機(jī)合成化學(xué)：合成特定目標(biāo)有機(jī)化合物；有機(jī)分析化學(xué)：研究有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)表征；天然有機(jī)化學(xué)：研究從天然產(chǎn)物中分離提取特定有機(jī)化合物；金屬有機(jī)化學(xué)：研究含碳-金屬鍵有機(jī)化合物的合成及結(jié)構(gòu)表征；物理有機(jī)化學(xué)：研究有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理及有機(jī)化學(xué)中的理論