有機化學富有歷史意義的分子是什么?
作者:訪客發布時間:2021-10-08分類:有機原料瀏覽:99
1,尿素
維勒加熱氨水和氰酸的混合物,想要制取氰酸銨,結果得到的物質與之前的氰酸鹽類根本不一樣。維勒根本沒有意識到原來他一個偉大的發現就在他的眼前,而是一直重復試驗。經過了4年的仔細研究,他終于發現他得到的不是無機的氰酸鹽,而是常見的尿素,有機物第一次被人們用無機物合成出來了!
【從小在家做電化學實驗,將自己的親妹妹擊傷的熊孩子,因為愛好科學發現沒少被父母臭罵,還好最終修成正果,在化學史上留下自己的名字。】
維勒制造出尿素之后,給了化學家們巨大的鼓舞,醋酸、酒石酸等有機物如雨后春筍般的被制造出來,人們終于意識到:有機物也是一種普通的物質,根本沒有什么“生命力”在里面,“生命力學說”該破產了!
長久以來,各種類型的宗教都告訴人民,人是神創造的,因此人必須接受神和神使們的統治。即使哥白尼提出日心說,即使牛頓告訴我們萬物之間皆有引力,即使化學家們發現了那么多神奇的現象,新創造了世界上沒有的物質。宗教觀念仍然抱著“生命力學說”這最后一根稻草:你們說的都對,但是“生命力”是上帝創造的,生命之所以有靈氣是因為上帝創造了“生命力”埋藏在有機物里面。
因此,維勒的發現不僅影響了化學界,更是給搖搖欲墜的宗教統治宣布了死刑。
【 “生命力學說”被打破,“神創論”可以休矣!設計臺詞:上帝老爹,你該哪去哪去吧!我們不再需要你這個假設!】
2,酒石酸、乳酸
化學家們又發現了光通過一些有機物溶液,偏振面會發生偏轉,這被稱為做旋光現象。然鵝,巴斯德后來卻發現,有兩種酒石酸,分子式完全一樣,但發生旋光現象的時候偏轉方向竟然相反,一左一右。這又如何解釋呢?后來發現葡萄酸、乳酸等物質也有這樣的反常現象。
【發明巴氏消毒的巴斯德】
在那個時代,化學家習慣于在紙面上涂畫,試圖在二維平面上勾畫出有機物分子的結構,最讓人熟知的就是凱庫勒夢見蛇而苯分子結構的故事。然而苯分子也只是在一張紙上就能畫出來的呢,化學家們根本沒想過給這些有機物“加一個維度”。
【一條長蛇首尾相連,在古印度傳說中也有體現。如果凱庫勒早點接觸古印度思想,估計早就能想到苯結構了。】
1874年,還是博士研究生的荷蘭人范霍夫正在閱讀一篇關于乳酸的論文,乳酸的分子式很簡單:C3H6O3,結構是CH3CH(OH)COOH,貌似平淡無奇。而當范霍夫將它的基團在紙上畫出來,卻成了另一幅景象,一個碳原子在中間,四周環布著四個基團“CH3”、“H”、“OH”、“COOH”。范霍夫立即聯想到,如果把這四個基團都變成氫原子,那不就成了甲烷(CH4)了嗎?
【甲烷,二維紙上可以這么寫,但不要以為三維空間這些原子是這樣分布的。】
當時一般把甲烷的分子結構畫成四個氫原子在一個平面,四氫原子形成一個正方形。范霍夫立馬想到,這太不“科學”了!按照能量最低原理,在三維空間中,四個氫原子最恰當的空間排列方式應該是形成一個正四面體。
回到乳酸,四個基團“CH3”、“H”、“OH”、“COOH”各不相同,這就有意思了,范霍夫立即畫出了兩種乳酸的正四面體結構,它們一左一右,似乎是鏡子內外的鏡像,也像人的左右手,這種異構現象也被稱為“手性”。范霍夫驚奇地發現,某些物質旋光特性的差異,正是來源于它們分子空間結構的差異。
【你看看,有機化學太奇妙了,即使是同樣的分子式也可能有不同的結構,有相同的基團,在三維空間中竟然因為空間位置的不同,也會有鏡像的異構體。】
在他得到博士學位前三個月,他將自己的理論發表,這篇論文被后世稱為“立體化學”創立的奠基石!化學這門學科終于從二維的紙面上站起來了!
【立體化學(stereo chemistry)誕生以后,化學世界更加精彩】
博士生范霍夫并沒有因為這篇論文立馬大紅大紫,畢業后他只得到了烏德勒支大學獸醫學院的職位。而這段時間里,范霍夫“立體化學”這個理論也基本上被科學界忽視,當時有一位著名化學家赫爾曼·科爾貝對他進行了嚴厲的批評:“獸醫學院的范霍夫先生顯然不喜歡進行精確的化學研究,他覺得更容易的是,騎上佩格薩斯(天馬座,意思是范霍夫是獸醫)的背上,攀登上帕納索斯化學高山,宣稱他的什么“太空化學”,然后就能看到原子是如何在宇宙中排布的。”
到了1880年,范霍夫的“立體化學”出現了轉機,包括邁耶、維斯利塞努斯等著名的化學家站在了他這一邊,“立體化學”的觀念逐漸深入人心!
【1904年的范霍夫】
3,高分子(聚乙烯、聚異丁烯、聚異戊二烯等)
哥倫布發現新大陸的時候,歐洲人發現拉美的土著們在玩一種很有意思的球,這種球彈性很大。原來,這種球是用硬化了的植物汁液來做的。說到這里,你一定想到了,這種樹就是橡樹。 歐洲人將這種材料視為珍品,運回了歐洲,人們發現這種橡膠球可以擦去鉛筆的痕跡,所以給它起了個名字:“rubber”,意思就是擦子,這個名字也一直用到現在。
1839年美國人固特異(這個名字你肯定非常熟悉)發現在橡膠中加入硫磺可以使橡膠更加耐久,從此以后橡膠就走上了工業應用的舞臺。
現在我們知道這些天然的橡膠其實是一種聚合物:聚異戊二烯。
【天然橡膠到了今天仍然不能完全被合成橡膠取代,東南亞、拉美是重要的橡膠資源的來源地。】
到了19世紀末20世紀初,酚醛樹脂、人造絲、賽璐珞、合成橡膠等材料如同雨后春筍般的被制造出來,人們也認識到淀粉、多肽等有機物是有重復的結構單元的。但是關于這些新型有機物究竟是什么樣的結構,還是有很多種意見,大部分人認為這些重復的結構單元是很多小分子通過一些類似于范德華力的“價鍵”結合在一起的,而不是共價鍵。因為當時,大部分化學家都熟悉了簡單的小分子,對于“大分子”這種概念感到陌生和恐懼。
【一種多肽的分子結構】
一直到了1922年,德國化學家施陶丁格提出高分子是長鏈的大分子,遭到了很多同行強烈的反對。但是施陶丁格堅持自己的觀點,并通過好幾年的實驗得出了更加強有力的證據,他將天然橡膠加氫,得到的不是烷烴而是加氫橡膠。類似的,他也證明了多聚甲醛和聚苯乙烯也是大分子。1926年,瑞典化學家斯維德貝格測出了蛋白質的分子量竟然有幾萬到幾百萬,更是成為了大分子理論的直接證據。1926年底的化學年會上,不支持施陶丁格的化學家只剩下一個人了。
1932年,施陶丁格出版了《高分子有機化臺物》,這是高分子化學誕生的標志。對高分子的研究有了理論的指導,再也不像之前是點對點的探索,而是鋪開面的大規模研究,各種各樣的橡膠、塑料、樹脂、纖維如同雨后春筍般的來到我們日常生活的方方面面,改變了我們的世界。施陶丁格也因此獲得了1953年的諾貝爾獎。
【施陶丁格,他對高分子化學開創性的貢獻一直影響到現在,高分子材料與金屬材料、無機非金屬材料并稱工程材料的三大支柱。】
4,乙烯
乙烯是產量最大的石油化工產品,是石油化工的核心,超過75%的石油化工產品走的都是“乙烯”這條線,一個國家的石油化工發展水平的標志就是乙烯的產量!
乙烯的主要下游在四個方向:環氧乙烷、苯乙烯、聚乙烯、聚氯乙烯。這里面每一個產品都是石化產業的支柱產品!
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