理論有機化學的發(fā)展

李善嬋+曹議丹+涂詩琦

摘要：理論有機化學的出現(xiàn)對有機化學研究發(fā)展有著重要意義。本文簡述了理論有機化學的研究對象，研究意義，及其研究應用。研究應用中列舉了理論有機化學在有機化學合成、特殊結構的發(fā)現(xiàn)，以及在現(xiàn)代有機工業(yè)結構優(yōu)化等領域的發(fā)展貢獻。展望了理論有機化學今后的發(fā)展。

關鍵詞：理論有機化學；有機化學；研究應用；發(fā)展展望

一、前言

理論有機化學在有機化學研究發(fā)展中占有重要的地位，一直貫穿于有機化學的始終。理論有機化學主要是從有機化合物的結構研究和反應機理的研究兩方面去推動有機化學的研究發(fā)展。電子理論，價鍵理論，共振論，分子軌道理論，這些理論都有它的發(fā)展過程。

二、研究意義

有機物的結構決定其性能。理論研究包括取代基極性效應、基團的空間效應理論及后面發(fā)展的溶劑化效應，這些都是在有機合成研究中應重要考慮的因素。在研究反應機制上，包括復雜反應轉(zhuǎn)為多步簡單反應，以及價電子共享、轉(zhuǎn)移。反應中分子經(jīng)過活化、重排，最終歸入新的化學平衡。由于這兩種概念的運用，發(fā)現(xiàn)了許多價鍵異常和很不穩(wěn)定的中間體。這些中間體的發(fā)現(xiàn)不單有助于對反應機制的了解，而且對整個有機化學領域的發(fā)展也有促進作用。

三、研究應用

理論有機化學的研究包括了一般典型有機結構的性質(zhì)及典型有機反應機制。這些理論幫助有機合成化學家認識推測未知有機物，及其在反應中的內(nèi)在聯(lián)系和“中介”，從而大有利于設計具有殊特性能的新化合物，考慮合成中的最好原料和實踐路線等。

通過理論有機化學研究也發(fā)現(xiàn)了一些供合成用的特效試劑、溶劑和催化劑，并提供了對產(chǎn)品分離、提純、鑒定方面既快又精確的方法[2，4]。因此有機合成獲得飛躍發(fā)展。目前結合理論的有機研究趨向于探求具有潛在特性化合物的合成。

（一）在合成化學上的應用

理論有機化學的研究成果在合成化學上的也得到廣泛運用。其中像分子軌道理論也被迅速推廣到天然有機產(chǎn)物的結構方面。例如如秋水仙堿中有一七員芳環(huán)結構，其結構、分子軌道理論是經(jīng)典有機化學家們長期難以想到的，因而無法實現(xiàn)合成，而理論有機化學的發(fā)展使其合成成為可能[1]。再如早在1893年就曾合成過的?陽離子，當時因?qū)Ψ肿榆壍览碚摕o知而被當作廢液扔掉，直到1954才有人為了確證（4n+2）的芳構理論而又重新合成，也體現(xiàn)了理論在有機合成中重要的指導作用[5]。再到在同一平面上的共軛結構的理論研究，預測并最終證實了如周環(huán)芳結構、同芳結構、偽芳結構、反芳結構、半芳結構等結構的存在，甚至還有許多不在一個平面的芳香結構，如螺芳和雙環(huán)芳結構等，是理論有機化學、分子軌道理論的發(fā)展促使它們的被發(fā)現(xiàn)[6，7]。推算這類結構的分子軌道理論也適用于周環(huán)反應的過渡態(tài)，而后更是指導了維生素B12的合成，這便是在合成化學上的一個重大理論成就——“分子軌道對稱守恒原理”。

（二）特殊性能結構的合成

理論上認為有特殊性能的結構如某些生物高分子、復雜的電荷轉(zhuǎn)移復體和內(nèi)包復體等尚有待解決，而合成這些化合物將為研究生命現(xiàn)象和設計各種具有特殊要求的工程材料提供關鍵的材料。

1.芳香結構

苯的結構雖已確定了百年之久，而對其特性的了解卻很遲緩。如聯(lián)苯鉻于半個世紀之前合成，然對結構的正確認識卻在一世代之后，即直到有機化學中的分子軌理論普及之后。包括這類結構的芳香物、電荷轉(zhuǎn)移復體、離子基等是研究有機半導體、導體、超導體、光導體的主要對象。還有像過渡金屬的有機絡合物是有機催化合成的研究對象，其中鉑鎳銅的平面形鰲合物是研究有機導體和超導體的對象。按分子軌道理論還曾設計許多有待合成的立體芳結構[8，9]。如縱向芳環(huán)結構、側向芳環(huán)結構，垂向芳環(huán)結構等。

2.具有特殊物理性能的有機物

由于某些有機物具有易于進人不同能量變化的化學結構，能產(chǎn)生壓色、熱色、光色、磷光、熒光、冷光、光電、熱電，壓電等特性。合成這類化合物作進一步聯(lián)系實際的研究是今后化學工作的重要方向[1]。高能燃料與炸藥、機動化學、化學發(fā)光、燃料電池、有機半導體、導體、超導和強磁體等屬能量轉(zhuǎn)化一類的研究，其中都有結構與性能和反應機理的問題。此外，等離子化學合成、熱原子化學合成、低溫化學合成，標記化合物合成等與理論有機化學本身的理論發(fā)展有著密切的內(nèi)部聯(lián)系。

關系到植物的光合作用的光化學合成更是聯(lián)系到人類未來生產(chǎn)斗爭的重大理論課題。光化學和有機化學相結合也是今后理論有機化學的一重要發(fā)展。

（三）有機工業(yè)的發(fā)展

現(xiàn)在結合理論的研究在有機工業(yè)發(fā)展上也有卓越的貢獻，兩者間的關系也日益密切。對有機化學反應機理的日益深入的理解，開辟了有機合成方法的新途徑，為設計生產(chǎn)各種不同性能的工業(yè)品提供理論指導。了解將要投產(chǎn)產(chǎn)品在反應中的機理將有利于設計工藝流程、控制操作條件，伸便減少副反應的速率或增加正反應的產(chǎn)率。例如副反應是分解，而正反應是化合，那么按熱力學定律，前者墑值增加，后者減少，因而降低反應溫度即將有利產(chǎn)率的提高。[1]又如鈕曼酯化反應就是利用反應機制的改變乃化不利因素為有利因素。為了適應研制低價、高效、無毒害、耐氣候等醫(yī)藥試劑、生活用品、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防和科研用品的需要而開展了電化學、光化學、輻射化學、膠體化學、固體化學、環(huán)境化學等直接與工業(yè)生產(chǎn)有聯(lián)系的理論學科，建立了快速精確的分離、提純、鑒定技術。

四、結論

理論的基礎是實踐，轉(zhuǎn)過來又為實踐服務。在今后有機化學的研究發(fā)展中，將會提出更多的理論有機化學問題，而這些理論基礎研究也將會促進有機化學的發(fā)展與革新。知道了最低級的最簡單的形式，然后才能對更高級的和更復雜的形式有所闡明。理論有機化學的理論和實驗方法在有機合成中得到廣泛的運用，證明這門科學的發(fā)展和存在意義。然而對待理論發(fā)展時，應注意避免唯理論、經(jīng)驗論、機械唯物論等錯誤觀點。像是在對待國內(nèi)外的已有有機理論是必須細心觀察，認真分析，去偽存真，去粗取精，在我們自己廣泛深入實踐的基礎上得以升華提高。從而創(chuàng)造出更深刻、更正確、更完全地反映客觀事物的新理論。

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