化學結構學說起源於18世紀的歐洲，原子價概念的形成和確立為有機化合物結構理論建立的創造了先決條件；凱庫勒提出了“原子數”的概念為化學結構學的形成起了重要作用；凱庫勒和庫帕的學說，為有機化學結構理論的建立奠定了基礎；肖萊運用了辯證唯物主義作為指導奠基了現代的科學的有機化學；化學結構學說創立過程圓滿結了。
基本介紹
- 中文名：化學結構學說
- 起源：18世紀
- 區域：歐洲
- 奠基人：肖萊
歷史背景,原子數的提出,有機化學結構理論,
歷史背景
18世紀，歐洲的一些國家相繼爆發了資產階級革命，生產力得到了解放，工業發展速度極快，隨之而來的是工業中所謂的“廢料”的利用問題日益亟待解決，近代有機化學就是在這樣的歷史背景下得以創立和發展的。
在有機化學中，原子價概念的形成和確立，是有機化合物結構理論建立的先決條件。早在1850年左右，英國化學家弗蘭克蘭研究了金屬有機化合物，他在研究中發現，在一些金屬有機化合物的分子中，有機基團的數目與金屬原子的數目之間有著一定的比例關係，因而提出，金屬與其他元素化合時，具有一種特殊的結合力。
原子數的提出
1857年，凱庫勒提出了“原子數”的概念，他指出，化合物的分子由不同原子結合而成，與某一元素相化合的其他元素的原子的數目，取決於各成分的親合務值。這裡所謂的親合力值即相當於現在所說的原子價。凱庫勒指出了一些元素的原子價，其中碳的原子價為四價。凱庫勒在這裡形成起了重要作用。
1858年，凱庫勒重申了碳是四價的學說，並且進一步提出了碳原子間以價相邊成鏈狀的學說。他在實驗中考察了幾種最簡單的碳的化合物，如：沼氣、氯甲烷、四氯化碳、氯仿等。他發現，化學上認為最小量的一原子的碳，總是和四個原子的一價元素或兩個原子的二價元素相結合。這使他得出了碳是四價的概念。
對於碳原子間可以相連成鏈狀的學說，凱庫勒是這樣解釋的：“對於含有幾個碳原子的物質，我們必須假定硫原子的親合力不僅有一部分與其他種類原子結合，而且各碳原子彼此之間也可以結合而排成一線。”，由以上這種假設，他認為，在兩個碳原子的2*4個親合力單位中，最可能的是一個碳原子的一個單位親合力用在兩個碳原子的結合上，就只剩下6個單位親合力通夠用在兩個碳原子結合上，就只剩下6個單位親合力能夠用於其他元素的結合上了。換言之即，兩個碳原子組成的基團c2是具有6個親合力的單位的，可以和一價元素的6個原子結合形成化合物。1861年，凱庫勒在《有機化學教程》一書中運用了“香腸式”結構式來描繪有機化合物。
無獨有偶，英國化學家庫帕於1858年，也獨立地提出了碳是四價和碳原子之間可以相連成蓮狀的學說。他採取以下的式子來描繪有機化合物結構。
C{O…OHC{O…OHC{O…OH
…H2H2H2}C
C…H3C…H3H3…C
甲醇乙醇乙醚
庫帕那時採用的原子量O=8，如果O=16，上圖式中所有相連的兩個氧原子都應改為一上氧原子，這就與我們現在用的有機化合物結構式相當接近了。
有機化學結構理論
凱庫勒和庫帕的學說，為有機化學結構理論的建立奠定了基礎。關於“化學結構”這一概念，在19世紀上半葉就已為化學家所採用了，到60年代，又得到了新的發展。1861年，俄國化學家布特洛夫在《論物質的化學結構》這一報告中，強調了“化學結構”這個概念。他指出，假設任一化學元素都有化學親合力值，這一值可能無限亦可能有限，化學原子借這種力來形成物質。布特列洛夫建議將這種化學關係，用“化學結構”一詞來表示。並且，他認為，有機化合物的化學性質與其化學結構之間存在著一定的依賴關係。因此，一方面可以依據分子的化學性質；另一方面則可以根據性質和化學反應而推測分子的化學結構。由此，人們就可能用化學方法來認識和確定有機化合物的化學結構。在此後的十幾年中，布特洛夫曾預測併合成了一些有機化合物。如異丁烷。
在1860年前後，雖然弗蘭克蘭、凱庫勒、庫帕和布特列洛夫等人在化學結構理論的建設上做出了卓越的貢獻，但是在這時，這種新理論和概念還很不完備，甚至有一些漏洞。擺在面前的攔路虎有兩個：其一是具有CnH2n+2代數式的烷烴是否存在著兩大異物系列：一是碳原子的四個價鍵是否相異。
這兩大難題在1864年得到了圓滿的解決，“擒虎人”是德國的有機化學家肖萊馬。肖萊馬是馬克思和恩格斯的革命戰友，在自然科學方面，他自覺運用了辯證唯物主義作為指導，在科研方面取得了很大成就。恩格斯評價肖萊馬為“現代的科學的有機化學的奠基人之一”。
肖萊馬批判地繼承了布特列洛夫等人的見解，並加以嚴格聽分析篩選。在實驗中，他採用了純度較高的樣品。經過認真審慎地研究，肖萊馬發表了《論二甲基和氫化乙基的同一性》這篇著名的論文，肯定地指出所謂“二甲基”和“氫化乙基”實為一物，即C2H6，從而排除了一個假想的烷烴系列，並證實了碳原子的四個化合物的等同性。
至此，近代有機化學中的化學結構學說的創立過程圓滿結了。
