有機(jī)化學(xué)是研究有機(jī)化合物的來(lái)源、合成方法、組成、結(jié)構(gòu)、性能、應(yīng)用及有關(guān)理論的一門基礎(chǔ)學(xué)科。
有機(jī)化合物簡(jiǎn)稱有機(jī)物,指碳?xì)浠衔锛捌溲苌?。早期已知的有機(jī)物都是從生物體得到的,認(rèn)為有機(jī)物只有在生物的細(xì)胞中受“生命力”的作用才能產(chǎn)生出來(lái),對(duì)有機(jī)物的產(chǎn)生帶有神秘的色彩。自1828年人工合成尿素后,有機(jī)合成得到迅速發(fā)展,“生命力”的觀點(diǎn)逐新失去影響,有機(jī)物和無(wú)機(jī)物之間的界線也隨之消失。但歷史上和習(xí)慣上沿用的“有機(jī)”這個(gè)名詞,仍廣泛地在化學(xué)中使用。在已知的由制備和分離所得的化合物品種中,有機(jī)化合物約占90%。據(jù)地球化學(xué)測(cè)算元素豐度得知,碳在地殼中的含量按質(zhì)量計(jì)只占0.027%,數(shù)量很少,況且其中的99.7%以煤、甲烷和碳酸鹽的形式存在,0.2%在大氣中以二氧化碳和甲烷出現(xiàn),剩余不到0.1%的碳構(gòu)成地球上全部生命物種的主要物質(zhì)基礎(chǔ),即有機(jī)化合物。碳能以很少的數(shù)量構(gòu)成種類達(dá)數(shù)千萬(wàn)種的有機(jī)化合物,關(guān)鍵在于碳原子間能形成豐富多彩的化學(xué)鍵。由于單質(zhì)的成鍵規(guī)律,在一定的程度上由這些元素所形成的化合物中得到繼承。根據(jù)碳的三種晶態(tài)異構(gòu)體的結(jié)構(gòu)特征和成鍵規(guī)律,可將有機(jī)化合物分成三族,如下表所示。
碳的異構(gòu)體 | 相應(yīng)有機(jī)化合物 | 通式 | 典型代表 |
金剛石 | 脂肪族化合物 | RX | CnH2n+2 |
石墨 | 芳香族化合物 | ArX | C6H6 |
球碳 | 球碳族化合物 | FuX | C60Br6 |
脂肪族化合物通式RX中,R是脂肪烴基團(tuán),其中除飽和脂肪烴基團(tuán)外,還包括烯和炔等不飽和脂肪烴基團(tuán),X為置換H原子的各種基團(tuán)。它的典型代表是烷烴(CnH2n+2),它的結(jié)構(gòu)特征是由四面體取向成鍵的碳原子連接而成。芳香族化合物通式ArX,Ar為芳香烴基團(tuán),X為置換H原子的各種基團(tuán)。它的典型代表是苯(C6H6),它的結(jié)構(gòu)特征是由多個(gè)按平面三角形成鍵的碳原子相互形成離域鍵,使它具有芳香性。球碳族化合物通式為FuX,F(xiàn)u為球碳基團(tuán),X為加成于球面上和包合在球體內(nèi)部的各種基團(tuán)。它的典型代表是含C60基團(tuán)的化合物。球碳基團(tuán)的結(jié)構(gòu)特征是由球面形成鍵的碳原子組成三維封閉的多面體。另外球碳分子和其他試劑反應(yīng)產(chǎn)生的各種開口多面體化合物,也屬球碳化合物。
有機(jī)化學(xué)包括天然產(chǎn)物化學(xué)、有機(jī)合成化學(xué)、物理有機(jī)化學(xué)、元素有機(jī)化學(xué)、高分子化學(xué)、有機(jī)分析化學(xué)、生物有機(jī)化學(xué)、燃料化學(xué)等。有機(jī)化學(xué)與人的物質(zhì)生活、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、醫(yī)藥衛(wèi)生有密切關(guān)系,對(duì)藥物、農(nóng)藥、染料、香料、炸藥、食品與營(yíng)養(yǎng)素、高分子材料、高能燃料、石油與煤化學(xué)、日用品化學(xué)、農(nóng)副產(chǎn)品利用等的發(fā)展起了奠定基礎(chǔ)的作用,對(duì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)、改善生活有極其重要的意義。復(fù)雜生命現(xiàn)象的研究對(duì)象主要是有機(jī)分子,因此有機(jī)化學(xué)的深入研究也為研究生物活性物質(zhì)與解決生命科學(xué)的課題提供必要的基礎(chǔ)與條件。
生物有機(jī)化學(xué)是應(yīng)用有機(jī)化學(xué)的理論和方法研究生命現(xiàn)象的化學(xué)本質(zhì),是當(dāng)前非?;钴S的前沿領(lǐng)域。它的主要研究對(duì)象是核酸、蛋白質(zhì)和多糖三類生物大分子以及參與生命過(guò)程的其他有機(jī)分子,它們是維持生命運(yùn)轉(zhuǎn)的最重要基礎(chǔ)物質(zhì)。生物有機(jī)化學(xué)研究的前景廣闊無(wú)比,粗略地歸納一下重要的有下列幾個(gè)方面:
(1)從生物體中分離、提取得到的生物大分子化合物的序列分析和鑒定、測(cè)定結(jié)構(gòu)和構(gòu)象,了解它的性質(zhì)和功能。
(2)從生物體中得到的有機(jī)小分子的組成、結(jié)構(gòu)和性能,并進(jìn)行人工合成及其應(yīng)用的研究。特別注意含量很低而活性很高的那些物種。
(3)生物膜化學(xué)和信息傳遞的分子的化學(xué)。
(4)生物催化的機(jī)理及體系模擬的化學(xué)。
(5)光合作用中的化學(xué)問題。