有機化學(xué)發(fā)展史.ppt

有機化學(xué)發(fā)展史 有機化學(xué) 這一名詞于1806年首次由貝采利烏斯提出 當(dāng)時是作為 無機化學(xué) 的對立物而命名的 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)生有機化合物 而在實驗室里是不能由無機化合物合成的 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)時的許多化學(xué)現(xiàn)象 是化學(xué)發(fā)展史上第一個具有普遍適用性的化學(xué)原理 1727年 英國植物學(xué)家黑爾斯 1677 1761年 出版的 植物靜力學(xué) 中才系統(tǒng)地描述了收集各種氣體的實驗研究方法 為深入研究各種氣體提供了實驗方法 英國化學(xué)家普里斯特里 1733 1804年 于1774年通過一系列實驗發(fā)現(xiàn)了 脫燃素空氣 即氧氣 同時發(fā)現(xiàn)氧氣的還有瑞典化學(xué)家舍勒 1742 1786年 舍勒也是那個時代發(fā)現(xiàn)有機酸最多的化學(xué)家 所以舍勒也被認(rèn)為是有機化學(xué)的奠基人 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驗證實了燃素是不存在的 燃燒現(xiàn)象是一種氧化現(xiàn)象 其機理與鐵的生銹相同 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 證實了燃素說是一種完全不必要的學(xué)說 徹底清除了它對化學(xué)發(fā)展的阻礙 拉瓦錫于1789年出版了一部具有劃時代意義的巨著 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)寫成一個方程式 就可以用計算來驗證我們的實驗 再用實驗來驗證我們的計算 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)家精確測定了元素單質(zhì)及化合物中原子的相對重量 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) 在對生命力論的突破過程中 德國化學(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 說明有機化合物同樣可以人工合成 維勒的實驗結(jié)果給予 生命力 學(xué)說第一次沖擊 此后 乙酸等有機化合物相繼由碳 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(nèi)迥然不同的條件下臺成出來的 生命力 學(xué)說漸漸被拋棄了 有機化學(xué) 這一名詞卻沿用至今 從19世紀(jì)初到1858年提出價鍵概念之前是有機化學(xué)的萌芽時期 在這個時期 已經(jīng)分離出許多有機化合物 制備了一些衍生物 并對它們作了定性描述 法國化學(xué)家拉瓦錫發(fā)現(xiàn) 有機化合物燃燒后 產(chǎn)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(chǔ) 1830年 德國化學(xué)家李比希采用有機物與氧化銅一起燃燒 精確測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)了有機化學(xué)的發(fā)展 1833年法國化學(xué)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(xué)家能夠求得一個化合物的實驗式 李比希被稱為有機化學(xué)之父 當(dāng)時在解決有機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 有機化學(xué)用二元說來解決有機化合物的結(jié)構(gòu)問題 二元說認(rèn)為一個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 有機化合物分子由在反應(yīng)中保持不變的基團和在反應(yīng)中起變化的基團按異性電荷的靜電力結(jié)合 但這個學(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)有機化合物是由帶正電荷和帶負(fù)電荷的基團組成 而認(rèn)為有機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 類型說把眾多有機化合物不同類型分類 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化合物的結(jié)構(gòu)問題 有機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化合物的結(jié)構(gòu)問題 從1858年價鍵學(xué)說的建立 到1916年價鍵的電子理論的引入 是經(jīng)典有機化學(xué)時期 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鍵的概念 并第一次用短劃 表示 鍵 他們認(rèn)為有機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 一個氫原子只能與一個別的元素的原子結(jié)合 氫就選作價的單位 一種元素的價數(shù)就是能夠與這種元素的一個原子結(jié)合的氫原子的個數(shù) 凱庫勒還提出 在一個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 碳原子則位于正四面體的中心 當(dāng)碳原子與四個不同的原子或基團連接時 就產(chǎn)生一對異構(gòu)體 它們互為實物和鏡像 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 是有機化學(xué)中立體化學(xué)的基礎(chǔ) 1900年第一個自由基 三苯甲基自由基被發(fā)現(xiàn) 這是個長壽命的自由基 不穩(wěn)定自由基的存在也于1929年得到了證實 在這個時期 有機化合物在結(jié)構(gòu)測定以及反應(yīng)和分類方面都取得很大進(jìn)展 但價鍵只是化學(xué)家從實踐經(jīng)驗得出的一種概念 價鍵的本質(zhì)尚未解決 現(xiàn)代有機化學(xué)時期在物理學(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一個原了轉(zhuǎn)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(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 價鍵的圖象表示法中用來表示價鍵的短線 實際上是兩個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 建立了價鍵理論 為化學(xué)鍵提出了一個數(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)果與價鍵的電子理論所得的大體一致 由于計算簡便 解決了許多當(dāng)時不能回答的問題 有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界 有機化學(xué)之所以成為化學(xué)中的一個獨立學(xué)科 是因為有機化合物確有其內(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 這種共價鍵的結(jié)合方式?jīng)Q定了有機化合物的特性 大多數(shù)有機化合物由碳 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)有機化合物具有熔點較低 可以燃燒 易溶于有機溶劑等性質(zhì) 這與無機化合物的性質(zhì)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(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 在有機化學(xué)發(fā)展的初期 有機化學(xué)工業(yè)的主要原料是動 植物體 有機化學(xué)主要研究從動 植物體中分離有機化合物 19世紀(jì)中到20世紀(jì)初 有機化學(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 推動了對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合成興起 40年代前后 有機化學(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 以煤為原料的有機化學(xué)工業(yè)必將重新發(fā)展 當(dāng)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(xué)主要研究天然有機化合物的組成 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 有機合成方面主要研究從較簡單的化合物或元素經(jīng)化學(xué)反應(yīng)合成有機化合物 19世紀(jì)30年代合成了尿素 40年代合成了乙酸 隨后陸續(xù)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(jì)后半葉合成了多種染料 20世紀(jì)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(nóng)藥 20世紀(jì)初 合成了606藥劑 30 40年代 合成了一千多種磺胺類化合物 其中有些可用作藥物 物理有機化學(xué)是定量地研究有機化合物結(jié)構(gòu) 反應(yīng)性和反應(yīng)機理的學(xué)科 它是在價鍵的電子學(xué)說的基礎(chǔ)上 引用了現(xiàn)代物理學(xué) 物理化學(xué)的新進(jìn)展和量子力學(xué)理論而發(fā)展起來的 20世紀(jì)20 30年代 通過反應(yīng)機理的研究 建立了有機化學(xué)的新體系 50年代的構(gòu)象分析和哈米特方程開始半定量估算反應(yīng)性與結(jié)構(gòu)的關(guān)系 60年代出現(xiàn)了分子軌道對稱守恒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(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年代建立了有機微量定量分析法 70年代出現(xiàn)了自動化分析儀器 由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展 有機化學(xué)與各個學(xué)科互相滲透 形成了許多分支邊緣學(xué)科 比如生物有機化學(xué) 物理有機化學(xué) 量子有機化學(xué) 海洋有機化學(xué)等 有機化學(xué)的研究方法有機化學(xué)研究手段的發(fā)展經(jīng)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(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 使有機化學(xué)家能夠研究分子內(nèi)部的運動 使結(jié)構(gòu)測定手段發(fā)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(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)動力學(xué) 反應(yīng)機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 已能測定微克級樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu) 用電子計算機設(shè)計合成路線的研究也已取得某些進(jìn)展 未來有機化學(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 動植物和微生物 都是太陽能的化學(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(xué) 生物化學(xué)和有機化學(xué)的共同課題 有機化學(xué)可以用光化學(xué)反應(yīng)生成高能有機化合物 加以貯存 必要時則利用其逆反應(yīng) 釋放出能量 另一個開發(fā)資源的目標(biāo)是在有機金屬化合物的作用下固定二氧化碳 以產(chǎn)生無窮盡的有機化合物 這幾方面的研究均已取得一些初步結(jié)果 其次是研究和開發(fā)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(yīng)方式 這方面的研究已經(jīng)開始 今后會有更大的發(fā)展 20世紀(jì)60年代末 開始了有機合成的計算機輔助設(shè)計研究 今后有機合成路線的設(shè)計 有機化合物結(jié)構(gòu)的測定等必將更趨系統(tǒng)化 邏輯化 從學(xué)科細(xì)化到學(xué)科融合 有機化學(xué)的今天 有機合成化學(xué) 合成特定目標(biāo)有機化合物 有機分析化學(xué) 研究有機化合物結(jié)構(gòu)表征 天然有機