有机化学的发展历程

有机化学的发展历程 有机化学 又称为碳化合物的化学，是研究有机化合物的结构、性质、制备

的学科，是化学中极重要的一个分支。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，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。

萌芽时期 “有机化学”这一名词于1806年首次由贝采里乌斯提出。当时是作为“无机化

学”的对立物而命名的。由于科学条件限制，有机化学研究的对象只能是从天然

动植物有机体中提取的有机物。因而许多化学家都认为，在生物体内由于存在

所谓“生命力”，才能产生有机化合物，而在实验室里是不能由无机化合物合成

的。 1824年，德国化学家维勒从氰经水解制得草酸；1828年他无意中用加热的

方法又使氰酸铵转化为尿素。氰和氰酸铵都是无机化合物，而草酸和尿素都是

有机化合物。维勒的实验结果给予“生命力”学说第一次冲击。此后，乙酸等有机

化合物相继由碳、氢等元素合成，“生命力”学说才逐渐被人们抛弃。

由于合成方法的改进和发展，越来越多的有机化合物不断地在实验室中合成

出来，其中，绝大部分是在与生物体内迥然不同的条件下合成出来的。“生命力”

学说渐渐被抛弃了，“有机化学”这一名词却沿用至今。

从19世纪初到1858年提出价键概念之前是有机化学的萌芽时期。在这个时

期，已经分离出许多有机化合物，制备了一些衍生物，并对它们作了定性描述，

认识了一些有机化合物的性质。

法国化学家拉瓦锡发现，有机化合物燃烧后，产生二氧化碳和水。他的研

究工作为有机化合物元素定量分析奠定了基础。1830年，德国化学家李比希发

展了碳、氢分析法，1833年法国化学家杜马建立了氮的分析法。这些有机定量分

析法的建立使化学家能够求得一个化合物的实验式。

当时在解决有机化合物分子中各原子是如何排列和结合的问题上，遇到了

很大的困难。最初，有机化学用二元说来解决有机化合物的结构问题。二元说认

为一个化合物的分子可分为带正电荷的部分和带负电荷的部分，二者靠静电力结合在一起。早期的化学家根据某些化学反应认为，有机化合物分子由在反应

中保持不变的基团和在反应中起变化的基团按异性电荷的静电力结合。但这个学

说本身有很大的矛盾。

类型说由法国化学家热拉尔和洛朗建立。此说否认有机化合物是由带正电

荷和带负电荷的基团组成，而认为有机化合物是由一些可以发生取代的母体化

合物衍生的，因而可以按这些母体化合物来分类。类型说把众多有机化合物按

不同类型分类，根据它们的类型不仅可以解释化合物的一些性质，而且能够预言

一些新化合物。但类型说未能回答有机化合物的结构问题。这个问题成为困扰人

们多年的谜团。

从1858年价键学说的建立，到1916年价键的电子理论的引入，才解开了这个

不解的谜团，这一时期是经典有机化学时期。

经典有机化学时期

1858年，德国化学家凯库勒和英国化学家库珀等提出价键的概念，并第一

次用短划“—”表示“键”。他们认为有机化合物分子是由其组成的原子通过键结合

而成的。由于在所有已知的化合物中，一个氢原子只能与一个别的元素的原子结

合，氢就选作价的单位。一种元素的价数就是能够与这种元素的一个原子结合的

氢原子的个数。凯库勒还提出，在一个分子中碳原子之间可以互相结合这一重

要的概念。 1848年巴斯德分离到两种酒石酸结晶，一种半面晶向左，一种半面晶向右。

前者能使平面偏振光向左旋转，后者则使之向右旋转，角度相同。在对乳酸的

研究中也遇到类似现象。为此，1874年法国化学家勒贝尔和荷兰化学家范托夫

分别提出一个新的概念：同分异构体，圆满地解释了这种异构现象。

他们认为：分子是个三维实体，碳的四个价键在空间是对称的，分别指向一

个正四面体的四个顶点，碳原子则位于正四面体的中心。当碳原子与四个不同的

原子或基团连接时，就产生一对异构体，它们互为实物和镜像，或左手和右手

的手性关系，这一对化合物互为旋光异构体。勒贝尔和范托夫的学说，是有机

化学中立体化学的基础。 1900年第一个自由基，三苯甲基自由基被发现，这是个长寿命的自由基。

而不稳定自由基的存在也于1929年得到了证实。

在这个时期，有机化合物在结构测定以及反应和分类方面都取得很大进展。

但价键只是化学家从实践经验得出的一种概念，价键的本质尚未解决。

现代有机化学

在物理学家发现电子，并阐明原子结构的基础上，美国物理化学家路易斯

等人于1916年提出价键的电子理论。

他们认为：各原子外层电子的相互作用是使各原子结合在一起的原因。相

互作用的外层电子如从—个原子转移到另一个原子，则形成离子键；两个原子如

果共用外层电子，则形成共价键。通过电子的转移或共用，使相互作用的原子

的外层电子都获得惰性气体的电子构型。这样，价键的图象表示法中用来表示价

键的短划“—”，实际上是两个原子的一对共用电子对。 1927年以后，海特勒和伦敦等用量子力学，处理分子结构问题，建立了价

键理论，为化学键提出了一个数学模型。后来马利肯用分子轨道理论来处理分

子结构，其结果与价键的电子理论所得的大体一致，由于计算简便，解决了许多

当时不能回答的问题。 有机化学的发展趋势

首先是研究能源和资源的开发利用。迄今我们使用的大部分能源和资源，如

煤、天然气、石油、动植物和微生物，都是太阳能的化学贮存形式。今后一些学

科的重要课题是更直接、更有效地利用太阳能。对知之甚久的光合作用做更深入

的研究和有效的利用，是植物生理学、生物化学和有机化学的共同课题。可以利

用光化学反应生成高能有机化合物，把太阳能加以贮存；必要时则利用其逆反应，

释放出能量。另一个开发资源的目标是在有机金属化合物的作用下固定二氧化

碳，以产生无穷尽的有机化合物。这几方面的研究均已取得一些初步结果。

其次要研究和开发新型有机催化剂，使它们能够模拟酶的高速、高效和温和

的反应方式。这方面的研究已经开始，今后会有更大的发展。60年代末，开始

了有机合成的计算机辅助设计研究。今后有机合成路线的设计、有机化合物结构

的测定等必将更趋系统化、逻辑化。

有机化学的分支学科

在有机化学的发展过程中，逐步形成了有机合成化学、天然有机化学、金属

与元素有机化学、物理有机化学以及有机物分离分析等领域。这些领域在各自的

成长过程中相互渗透、相互依靠并相互促进，为有机化学学科的繁荣发展作出重

要的贡献。70年代以来，有机化学在理论概念、研究方法和实验手段等方面都

有不少新的突破。有机化学研究正在进入一个富有发展活力的新阶段。 (一）有机合成化学

有机合成化学是有机化学的主要内容。70年代以来，有机合成步入了一个新

的高涨发展时期。 有机合成的基础是各种各样的基元合成反应，发现新的反应或用新的试剂或

技术改善提高已有的反应的效率和选择性是发展有机合成的主要途径。 合成反应方法学上的一个重大进展是大量的合成新试剂的出现，特别是元素

有机和金属有机试剂。利用光、电、声等物理因素的有机合成反应也要给以适当

的重视。 高选择性试剂和反应是有机合成化学中最主要的研究课题之一，其中包括化

学和区域选择控制，立体选择性控制和不对称合成等。后者是近年来发展得较快

的领域，包括了反应底物中手性诱导的不对称反应，化学计量手性试剂的不对称

反应，手性催化剂不对称反应，利用生物的不对称合成反应和新的拆分方法等。

反映过渡态反应部位的构象是反应选择性的关键因素。 复杂有机分子的全合成一直是最受关注的领域，体现合成化学的水平，与生

物科学相结合，重视分子的功能则是合成化学家的新热点。 （二）天然有机化学

天然有机化学是研究动植物（包括海洋、陆地和微生物的次级代谢产物）及

生物体内源性生理活性物质的有机化学。目的是希望发掘有生理活性的天然化合

物，作为发展新药先导化合物，或者直接用于临床或为农业生产服务。天然有机

化学的发展与国民经济有密切的联带关系，对于开发新型药物、新型农药至关重

要。 我国自然资源非常丰富，又有几千年传统防治疾病的经验积累，在我国大力

发展天然有机化学的研究有着非常现实的意义。

天然有机化学的研究为有机化合物新的分离分析方法，新的专一性和立体选

择性合成方法和立体化学等方面作出了重要的贡献。近年来已全合成了不少复杂

结构的天然产物，这些全合成方法大大丰富了精细有机合成化学。对内源性生理

活性物质的发现及其生理活性研究，又开辟了天然有机化学研究的新领域。 天然有机化学是植物化学、基础医学、药物化学、农业化学的基础。充分利

用开发我国动植物资源包括海洋生物资源，努力开拓新的生理活性物质，为国民

经济服务是天然有机化学的重要任务。 （三）元素有机化学和金属有机化学 金属有机化学和元素有机化学是当代有机化学研究中最为活跃的领域之一。

有机磷化学、有机氟化学、有机硼化学和有机硅化学是当前元素有机化学中四个

主要支柱。 有机磷化合物在农药、医药、萃取剂等方面以及有机合成化学中都有重要的

应用。开展有生物活性的有机磷化合物的研究，在生命科学研究中也具有极为重

要的意义。重视各种新型有机磷化合物（包括低配位、高配位磷化合物，磷杂环

等）的研究，不断开拓这些新型化合物的新的应用领域是有机磷化学的主要研究

内容。 有机氟化学，由于在原子能工业、火箭和宇航技术方面对特种材料的要求，

一直表现出蓬勃发展的趋势。近年来含氟生物活性物质的研究和应用更为深入，

新的含氟功能材料不断出现，氟化技术也不断革新发展。加强其基础和应用基础

研究，对我国的四化建设和学科发展均有重要的实际意义。 有机硼化学为有机合成提供了许多很有特色的新反应，其中高选择性反应和

手性试剂在工业上已获得应用。有机硼化合物与金属和其它杂原子的结合的高选

择性的新反应以及硼笼化合物是值得重视的发展方向。新的有机硼化合物的反应

研究也应重视。 近年生物有机硅化合物以及有机硅化合物在有机合成中的应用有新的迅速发

展。在基础和应用基础研究方面，硅烯、硅宾、硅的3d空轨道化学和多硅烷的

研究是当今有机硅化学重要研究课题。有机硅化合物在有机合成中特别在天然有

机物的合成中占有重要的地位。 金属有机化学是近代化学前沿领域之一。金属有机化合物的合成、结构和反

应性能的研究以及新型基元反应的开发和以有机合成为目标的金属有机化学都