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有機化學的研究對象和研究內容是什麽?

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麽搭建碳原子的大廈。因為對人們有用處的有機分子壹般是大而復雜的,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壹個獨立學科,是因為有機化合物的確存在其內在的聯系和特性。

位於周期表當中的碳元素,壹般是通過與別的元素的原子***用外層電子而達到穩定的電子構型的(即形成***價鍵)。這種***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、易溶於有機溶劑等性質,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,沒有壹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年代以後,以乙炔為原料的有機合成興起。40年代前後,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。由於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,先後確定了單糖、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,確定了壹些維生素、甾族激素、多聚糖的結構,完成了壹些甾族激素和維生素的結構與合成的研究;四五十年代前後,發現青黴素等壹些抗生素,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並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,隨後陸續合成了葡萄糖酸、檸檬酸、琥珀酸、蘋果酸等壹系列有機酸;19世紀後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。

由於科學技術的發展,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。