有机化学
有机化学是研究有机化合物的结构、性质、制备(即有机合成)的学科,是化学中极重要的一个分支。又称为碳化合物的化学。这些化合物有可能还会参与其他的元素,包括氢、 氮、氧和卤素,还有诸如磷、硅、硫等元素。[1] [2] [3]
含碳化合物被称为有机化合物是因为以往的化学家们认为含碳物质一定要由生物(有机体)才能制造;然而在1828年的时候,德国化学家弗里德里希·维勒(Friedrich Wöhler),在实验室中成功合成尿素(一种生物分子),自此以后有机化学便脱离传统所定义的范围,扩大为含碳物质的化学;不过有机化学这名字跟着这个学科一辈子,没有人尝试将其改名为“碳化学”或是其它较为贴切的说法。雖然被稱為“碳化学”,仍有少數含碳的化合物因不具有機化合物的特性,不歸類在有機化合物中,如二氧化碳(CO2)、一氧化碳(CO)、二硫化碳(CS2)、碳酸(H2CO3)、碳酸鹽(CO3−2)、碳酸氫鹽(HCO3−1)、硫氰酸盐(HSCN及其鹽類)及氰化物(HCN及其鹽類)等。
有机化合物之所以引起研究者浓厚的兴趣,是因为碳原子可以形成稳定的长碳链或碳环以及许许多多种的官能基,这种性质造就有机化合物的多样性。有机化合物可以依其分子的性质分为几个大类,常见的如
在研究有机化合物时,核磁共振、红外光谱、紫外光谱、质谱等是非常常用的分析方法。
除此之外,有机化学也是生物化学及其他一些学科的基础。
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历史 [编辑]
有机化学作为人类实践活动,可以追述到史前。酿酒、发酵之类的工艺涉及了最初的有机化学变化(也可以是生物化学变化)。
有机化学作为学科,是在19世纪确立的。最初有机化学的定义是生命力论影响下的有机体的化学,相当于生物化学。“有机化学”这个词是永斯·贝采利乌斯发明的。弗里德里希·维勒用氰酸铵热重排生成尿素,高兴地给贝采利乌斯写信说:“我可以不借助动物的肾脏来制备尿素了!”此举让有机和无机之间的界线消失,人们开始考虑给生物化学另外取个名字。19世纪初期,欧洲人积累了大量的有机化合物的转换知识,一些学术开始形成。把有机化学确立为科学的学说,当属结构学说。这个结构学说有各种流派和表现形式。最初比较有大的影响的有拜耳(?)的水型、醇型、氨型结构学说,这个学说是基于无机化学盐理论提出来的。其影响到现在仍然存在,比如说酯在当时被认为是一种含氧酸盐,所以至今英文酯的后缀跟含氧酸盐的后缀一样,都为-ate。而导向现代化学结构学说的当属俄罗斯化学家布特列洛夫的结构学说以及随后范霍夫、勒贝尔的碳四面体学说。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。
研究对象与方法 [编辑]
- 用最精炼的一句话概括有机化学的研究对象,就是“如何形成碳碳键”。有机化学是碳的化学,有机化学的内容说白了就是研究怎么搭建碳原子的大厦(或者小厦)。因为对人们有用处的有机分子一般是大而复杂的,而人们能随意支配和轻易获得的原料往往是小而简单的。
- 有机化学的研究方法就是根据研究需要,利用结构和机理来设计预测一个变化,通过实验和分析检测来验证结果,并对设计进行反馈修正。有机化学研究最重要的研究工具就是核磁共振。现代有机化学研究脱离了核磁共振简直难以想象。核磁共振就是有机化学的眼睛。核磁共振的出现也给有机化学研究带来了一场革命:反应研究第一次可以在克以下进行。核磁和质谱结合的话基本上元素分析就显得多余了,于是一些传统的分析手段也被迫退出历史舞台。
有机化合物 [编辑]
在客观世界中,要找一个纯无机的环境非常困难。即便是土壤中,也存在大量的有机物质,比如氨基酸、腐殖质之类。有机合成材料品种很多,塑料、合成纤维、合成橡胶就是我们通常所说的三大合成材料。主要是指通过化学合成将小分子有机物如:烯烃等合成大分子聚合物。现在人们用的很多东西都是有机合成材料,比如很多眼镜都是用有机玻璃做的,当然汽车上的窗、轮胎都是,生活中用的塑料袋,电磁炉上的底盘等。可以说有机合成材料在很多方面已经能够代替一些金属的耐高温的功能作用。合成纤维和合成橡胶等是重要的有机合成材料。有机合成材料的出现是对自然资源的一种补充,化学在有机合成材料的发展中起着重要的作用。新型有机合成材料必将为人类创造更加美好的未来。使用有机合成材料会对环境造成影响,如“白色污染”。用有机高分子化合物制成的材料就是有机高分子材料。
有机化学反应 [编辑]
入门版分类:
这么多反应其实更本质的来看只有两类,亲核/电取代。因为加成反应可以视为一种特殊的取代。
高级版分类:
有机反应按机理分类可以分为四大类:
- 离子反应,囊括上面入门班分类的所有门类。
- 自由基反应,特点是不涉及离子,反应可控制的程度总体偏低,尚未完全开发。
- 协同反应,特点是不涉及中间体。
- 金属有机反应,有机金属反应本质上是上述三大反应的综合,但在一些地方有其特殊性,故单列一类。
分支学科 [编辑]
参考文献 [编辑]
- ^ Robert T. Morrison, Robert N. Boyd, and Robert K. Boyd, Organic Chemistry, 6th edition (Benjamin Cummings, 1992, ISBN 0-13-643669-2) - this is "Morrison and Boyd", a classic textbook
- ^ John D. Roberts, Marjorie C. Caserio, Basic Principles of Organic Chemistry,(W. A. Benjamin, Inc. ,1964) - another classic textbook
- ^ Richard F. and Sally J. Daley, Organic Chemistry, Online organic chemistry textbook. Ochem4free.info
外部鏈接 [编辑]
参见 [编辑]
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