化学结构学说

化学术语

化学结构学说起源于18世纪的欧洲，原子价概念的形成和确立为有机化合物结构理论建立的创造了先决条件；凯库勒提出了“原子数”的概念为化学结构学的形成起了重要作用；凯库勒和库帕的学说，为有机化学结构理论的建立奠定了基础；肖莱运用了辩证唯物主义作为指导奠基了现代的科学的有机化学；化学结构学说创立过程圆满结了。

历史背景

18世纪，欧洲的一些国家相继爆发了资产阶级革命，生产力得到了解放，工业发展速度极快，随之而来的是工业中所谓的“废料”的利用问题日益亟待解决，近代有机化学就是在这样的历史背景下得以创立和发展的。

在有机化学中，原子价概念的形成和确立，是有机化合物结构理论建立的先决条件。早在1850年左右，英国化学家弗兰克兰研究了金属有机化合物，他在研究中发现，在一些金属有机化合物的分子中，有机基团的数目与金属原子的数目之间有着一定的比例关系，因而提出，金属与其他元素化合时，具有一种特殊的结合力。

原子数的提出

1857年，凯库勒提出了“原子数”的概念，他指出，化合物的分子由不同原子结合而成，与某一元素相化合的其他元素的原子的数目，取决于各成分的亲合力值。这里所谓的亲合力值即相当于现在所说的原子价。凯库勒指出了一些元素的原子价，其中碳的原子价为四价。凯库勒在这里形成起了重要作用。

1858年，凯库勒重申了碳是四价的学说，并且进一步提出了碳原子间以价相边成链状的学说。他在实验中考察了几种最简单的碳的化合物，如：沼气、氯甲烷、四氯化碳、氯仿等。他发现，化学上认为最小量的一原子的碳，总是和四个原子的一价元素或两个原子的二价元素相结合。这使他得出了碳是四价的概念。

对于碳原子间可以相连成链状的学说，凯库勒是这样解释的：“对于含有几个碳原子的物质，我们必须假定硫原子的亲合力不仅有一部分与其他种类原子结合，而且各碳原子彼此之间也可以结合而排成一线。”，由以上这种假设，他认为，在两个碳原子的2*4个亲合力单位中，最可能的是一个碳原子的一个单位亲合力用在两个碳原子的结合上，就只剩下6个单位亲合力通够用在两个碳原子结合上，就只剩下6个单位亲合力能够用于其他元素的结合上了。换言之即，两个碳原子组成的基团c2是具有6个亲合力的单位的，可以和一价元素的6个原子结合形成化合物。1861年，凯库勒在《有机化学教程》一书中运用了“香肠式”结构式来描绘有机化合物。

无独有偶，英国化学家库帕于1858年，也独立地提出了碳是四价和碳原子之间可以相连成莲状的学说。他采取以下的式子来描绘有机化合物结构。

CO…OHCO…OHCO…OH

…H2H2H2C

C…H3C…H3H3…C

甲醇乙醇乙醚

库帕那时采用的原子量O=8，如果O=16，上图式中所有相连的两个氧原子都应改为一上氧原子，这就与我们现在用的有机化合物结构式相当接近了。

结构理论

凯库勒和库帕的学说，为有机化学结构理论的建立奠定了基础。关于“化学结构”这一概念，在19世纪上半叶就已为化学家所采用了，到60年代，又得到了新的发展。1861年，俄国化学家布特洛夫在《论物质的化学结构》这一报告中，强调了“化学结构”这个概念。他指出，假设任一化学元素都有化学亲合力值，这一值可能无限亦可能有限，化学原子借这种力来形成物质。布特列洛夫建议将这种化学关系，用“化学结构”一词来表示。并且，他认为，有机化合物的化学性质与其化学结构之间存在着一定的依赖关系。因此，一方面可以依据分子的化学性质；另一方面则可以根据性质和化学反应而推测分子的化学结构。由此，人们就可能用化学方法来认识和确定有机化合物的化学结构。在此后的十几年中，布特洛夫曾预测并合成了一些有机化合物。如异丁烷。

在1860年前后，虽然弗兰克兰、凯库勒、库帕和布特列洛夫等人在化学结构理论的建设上做出了卓越的贡献，但是在这时，这种新理论和概念还很不完备，甚至有一些漏洞。摆在面前的拦路虎有两个：其一是具有CnH2n+2代数式的烷烃是否存在着两大异物系列：一是碳原子的四个价键是否相异。

这两大难题在1864年得到了圆满的解决，“擒虎人”是德国的有机化学家肖莱马。肖莱马是马克思和恩格斯的革命战友，在自然科学方面，他自觉运用了辩证唯物主义作为指导，在科研方面取得了很大成就。恩格斯评价肖莱马为“现代的科学的有机化学的奠基人之一”。

肖莱马批判地继承了布特列洛夫等人的见解，并加以严格听分析筛选。在实验中，他采用了纯度较高的样品。经过认真审慎地研究，肖莱马发表了《论二甲基和氢化乙基的同一性》这篇著名的论文，肯定地指出所谓“二甲基”和“氢化乙基”实为一物，即C2H6，从而排除了一个假想的烷烃系列，并证实了碳原子的四个化合物的等同性。

至此，近代有机化学中的化学结构学说的创立过程圆满结了。

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