有機化學的研究對象和研究內容是什么?
作者:化工綜合網發布時間:2022-03-13分類:石油化工瀏覽:180
簡單地講,有機化學的研究對象就是“如何形成碳碳鍵”。有機化學是碳的化學,因此有機化學的研究內容也可以說就是研究怎么搭建碳原子的大廈。因為對人們有用處的有機分子一般是大而復雜的,而人們能隨意支配和輕易獲得的原料往往是小而簡單的。根據有機化學的概念,我們可以得知,有機化學的研究內容包括有機化合物的來源、制備、結構、性質、應用及其有關理論。
有機化合物和無機化合物之間沒有絕對的分界。有機化學之所以成為化學中的一個獨立學科,是因為有機化合物的確存在其內在的聯系和特性。
位于周期表當中的碳元素,一般是通過與別的元素的原子共用外層電子而達到穩定的電子構型的(即形成共價鍵)。這種共價鍵的結合方式決定了有機化合物的特性。大多數有機化合物由碳、氫、氮、氧幾種元素構成,少數還含有鹵素和硫、磷等元素。因而大多數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,這與無機化合物的性質有很大不同。
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合。由碳原子形成的分子骨架有多種形式,有直鏈、支鏈、環狀等。
在有機化學發展的不同歷史階段,其研究內容也是有所不同的。下面我們將簡括之。
在有機化學發展的初期,有機化學工業的主要原料是動植物體,有機化學主要研究從動植物體中分離有機化合物。
煤焦油
19世紀中到20世紀初,有機化學工業逐漸變為以煤焦油為主要原料。合成染料的發現,使染料、制藥工業蓬勃發展,推動了對芳香族化合物和雜環化合物的研究。20世紀30年代以后,以乙炔為原料的有機合成興起。40年代前后,有機化學工業的原料又逐漸轉變為以石油和天然氣為主,發展了合成橡膠、合成塑料與合成纖維工業。由于石油資源將日趨枯竭,以煤為原料的有機化學工業必將重新發展。當然,天然的動植物和微生物體仍是重要的研究對象。
乙炔炭黑粉狀
天然有機化學主要研究天然有機化合物的組成、合成、結構和性能。20世紀初至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構,肽和蛋白質的組成;三四十年代,確定了一些維生素、甾族激素、多聚糖的結構,完成了一些甾族激素和維生素的結構與合成的研究;四五十年代前后,發現青霉素等一些抗生素,完成了結構測定與合成;50年代完成了某些甾族化合物和嗎啡等生物堿的全合成,催產素等生物活性小肽的合成,確定了胰島素的化學結構,發現了蛋白質的螺旋結構、DNA的雙螺旋結構;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,進行了前列腺素、維生素、昆蟲信息素激素的全合成,確定了核酸和美登木素的結構并完成了它們的全合成等。
有機合成方面,主要研究從較簡單的化合物或元素經化學反應合成有機化合物。19世紀30年代合成了尿素;40年代合成了乙酸,隨后陸續合成了葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等一系列有機酸;19世紀后半葉合成了多種染料;20世紀初,合成了606藥劑;三四十年代,合成了1000多種磺胺類化合物,其中有些可用作藥物;20世紀40年代合成了DDT和有機磷殺蟲劑、有機硫殺菌劑、除草劑等農藥。
物理有機化學是定量地研究有機化合物結構、反應性和反應機理的學科。它是在價鍵的電子學說的基礎上,引用了現代物理學、物理化學的新進展和量子力學理論而發展起來的。20世紀二三十年代,通過反應機理的研究,建立了有機化學的新體系;50年代的構象分析和哈米特方程開始半定量估算反應性與結構的關系;60年代出現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世紀末基本上已經齊全;20世紀20年代建立了有機微量定量分析法;70年代出現了自動化分析儀器。
由于科學技術的發展,有機化學與各個學科互相滲透,形成了許多邊緣學科,比如生物有機化學、物理有機化學、量子有機化學、海洋有機化學等。
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