什么是有機化學(xué)如何研究
什么是有機化學(xué)如何研究
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。那么你對有機化學(xué)了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于什么是有機化學(xué)的內(nèi)容，希望大家喜歡!
有機化學(xué)的概念
有機化學(xué)又稱為碳化合物的化學(xué)，是研究有機化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備方法與應(yīng)用的科學(xué)，是化學(xué)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(xué)家們認(rèn)為含碳物質(zhì)一定要由生物(有機體)才能制造;然而在1828年的時候，德國化學(xué)家弗里德里希·維勒，在實驗室中首次成功合成尿素(一種生物分子)，自此以后有機化學(xué)便脫離傳統(tǒng)所定義的范圍，擴大為含碳物質(zhì)的化學(xué)。
有機化學(xué)的研究
研究對象
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(即形成共價鍵)。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、氮等元素。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，以乙烯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。
用最精煉的一句話概括有機化學(xué)的研究對象，就是“如何形成碳碳鍵”。有機化學(xué)是碳的化學(xué)，有機化學(xué)的內(nèi)容說白了就是研究怎么搭建碳原子的大廈(或者小廈)。因為對人們有用處的有機分子一般是大而復(fù)雜的，而人們能隨意支配和輕易獲得的原料往往是小而簡單的。
研究方面
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DDT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。
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。
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—個原子轉(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劃“—”，實際上是兩個原子的一對共用電子對。
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來處理分子結(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。
看過“有機化學(xué)的研究”的人還看了：