什麼是有機化學?
有機化學又稱為碳化合物的化學,是研究有機化合物的組成、結構、性質、制備方法與應用的科學,是化學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家們認為這樣的物質一定要由生物(有機體)才能制造;然而在1828年的時候,德國化學家弗裡德裡希·維勒,在實驗室中首次成功合成尿素(一種生物分子),自此以後有機化學便脫離傳統所定義的範圍,擴大為烴及其衍生物的化學。
有機化學發展簡史
“有機化學”(Organic Chemistry)這一名詞于1806年首次由貝采裡烏斯(“有機化學之父”)提出。當時是作為“無機化學”的對立物而命名的。由于科學條件限制,有機化學研究的對象隻能是從天然動植物有機體中提取的有機物。因而許多化學家都認為,在生物體内由于存在所謂“生命力”,才能産生有機化合物,而在實驗室裡是不能由無機化合物合成的。
1824年,德國化學家維勒從氰經水解制得草酸;1828年他無意中用加熱的方法又使氰酸铵轉化為尿素。氰和氰酸铵都是無機化合物,而草酸和尿素都是有機化合物。維勒的實驗結果給予“生命力”學說第一次沖擊。此後,乙酸等有機化合物相繼由碳、氫等元素合成,生命力學說才逐漸被人們抛棄。
因合成方法的改進和發展,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内迥然不同的條件下合成出來的。“生命力”學說漸漸被抛棄了,“有機化學”這一名詞卻沿用至今。
從19世紀初到1858年提出價鍵概念之前是有機化學的萌芽時期。在這個時期,已經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,認識了一些有機化合物的性質。
法國化學家拉瓦錫發現,有機化合物燃燒後,産生二氧化碳和水。他的研究工作為有機化合物元素定量分析奠定了基礎。1830年德國化學家李比希發展了碳、氫分析法,1833年法國化學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家能夠求得一個化合物的實驗式。
當時在解決有機化合物分子中各原子是如何排列和結合的問題上,遇到了很大的困難。最初,有機化學用二元說來解決有機化合物的結構問題。二元說認為一個化合物的分子可分為帶正電荷的部分和帶負電荷的部分,二者靠靜電力結合在一起。早期的化學家根據某些化學反應認為,有機化合物分子由在反應中保持不變的基團和在反應中起變化的基團按異性電荷的靜電力結合。但這個學說本身有很大的矛盾。
類型說由法國化學家熱拉爾和洛朗建立。此說否認有機化合物是由帶正電荷和帶負電荷的基團組成,而認為有機化合物是由一些可以發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。類型說把衆多有機化合物按不同類型分類,根據它們的類型不僅可以解釋化合物的一些性質,而且能夠預言一些新化合物。但類型說未能回答有機化合物的結構問題。這個問題成為困擾人們多年的謎團。
經典有機化學時期
從1858年價鍵學說的建立,到1916年價鍵的電子理論的引入,才解開了這個不解的謎團,這一時期是經典有機化學時期。
1858年,德國化學家凱庫勒和英國化學家庫珀等提出價鍵的概念,并第一次用短劃“—”表示“鍵”。他們認為有機化合物分子是由其組成的原子通過鍵結合而成的。由于在所有已知的化合物中,一個氫原子隻能與一個别的元素的原子結合,氫就選作價的單位。一種元素的價數就是能夠與這種元素的一個原子結合的氫原子的個數。凱庫勒還提出,在一個分子中碳原子之間可以互相結合這一重要的概念。
1848年巴斯德分離到兩種酒石酸結晶,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,後者則使之向右旋轉,角度相同。在對乳酸的研究中也遇到類似現象。為此,1874年法國化學家勒貝爾和荷蘭化學家範托夫分别提出一個新的概念:同分異構體,圓滿地解釋了這種異構現象。
他們認為:分子是個三維實體,碳的四個價鍵在空間是對稱的,分别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。當碳原子與四個不同的原子或基團連接時,就産生一對異構體,它們互為實物和鏡像,或左手和右手的手性關系,這一對化合物互為旋光異構體或對映異構體。這種現象稱為對映異構現象。這兩個互成實物與鏡像,對映但不能完全重合的分子稱為手性分子。勒貝爾和範托夫的學說,是有機化學中立體化學的基礎。[3]
1900年第一個自由基,三苯甲基自由基被發現,這是個長壽命的自由基。而不穩定自由基的存在也于1929年得到了證實。
在這個時期,有機化合物在結構測定以及反應和分類方面都取得很大進展。但價鍵隻是化學家從實踐經驗得出的一種概念,價鍵的本質尚未解決。
現代有機化學時期
在物理學家發現電子,并闡明原子結構的基礎上,美國物理化學家路易斯等人于1916年提出價鍵的電子理論。
他們認為:各原子外層電子的相互作用是使各原子結合在一起的原因。相互作用的外層電子如從—個原子轉移到另一個原子,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年以後,海特勒和倫敦等用量子力學,處理分子結構問題,建立了價鍵理論,為化學鍵提出了一個數學模型。後來馬利肯用分子軌道理論來處理分子結構,其結果與價鍵的電子理論所得的大體一緻,由于計算簡便,解決了許多當時不能回答的問題。
有機化學專業全國高校排名
有機化學目前還是蘭州大學排第一名,這也是行業裡所公認的事實。
排名 學校名稱 等級1 蘭州大學 A 2 南開大學 A 3 北京大學 A 4 浙江大學 A 5 四川大學 A 6 中國科學技術大學 A7 清華大學 A8 吉林大學 A9 山東大學 A10 南京大學 A11 中山大學 A12 複旦大學 A13 武漢大學 A14 廈門大學 A15 徐州師範大學 A16 華中師範大學 A17 天津大學 A18 鄭州大學 A19 蘇州大學 A20 湖南師範大學 A21 雲南大學 A
現代有機化學研究方向
該專業研究方向主要有:
01 物理有機化學
02 有機合成化
03 元素有機化學
04 藥物合成化
05 有機大分子化學
06 配位化學
有機化學就業前景怎麼樣?
有機化學專業畢業生可到中等以上的學校做化學教師 化學教學研究人員及其他教育工作者。亦可到生産企業從事相關的研究和應用工作,比如一些大型制藥公司,檢驗檢疫局類的單位。
衆所周知,有機化學在化學學科與國民經濟的可持續發展中起着舉足輕重的作用,一直是人們感興趣的學科。有機化學涉及到分子的設計、合成、純化分離以及目标分子的鑒定,是化學學科創新研究的龍頭,也是與化學相關的材料科學和生命科學研究中重要的組成部分,越來越引起人們的重視。有機化學專業有很好的就業前景,特别是在大、中城市,做有機合成的薪水蠻高,但是對身體的傷害也是比較大的。
北京大學有機化學教授-邢其毅教授(已故)
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