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理论有机化学的发展

来源:论文联盟  作者:李善婵 [字体: ]

理论有机化学的发展

一、前言
  理论有机化学在有机化学研究发展中占有重要的地位,一直贯穿于有机化学的始终。理论有机化学主要是从有机化合物的结构研究和反应机理的研究两方面去推动有机化学的研究发展。电子理论,价键理论,共振论,分子轨道理论,这些理论都有它的发展过程。
  二、研究意义
  有机物的结构决定其性能。理论研究包括取代基极性效应、基团的空间效应理论及后面发展的溶剂化效应,这些都是在有机合成研究中应重要考虑的因素。在研究反应机制上,包括复杂反应转为多步简单反应,以及价电子共享、转移。反应中分子经过活化、重排,最终归入新的化学平衡。由于这两种概念的运用,发现了许多价键异常和很不稳定的中间体。这些中间体的发现不单有助于对反应机制的了解,而且对整个有机化学领域的发展也有促进作用。
  三、研究应用
  理论有机化学的研究包括了一般典型有机结构的性质及典型有机反应机制。这些理论帮助有机合成化学家认识推测未知有机物,及其在反应中的内在联系和“中介”,从而大有利于设计具有殊特性能的新化合物,考虑合成中的最好原料和实践路线等。
  通过理论有机化学研究也发现了一些供合成用的特效试剂、溶剂和催化剂,并提供了对产品分离、提纯、鉴定方面既快又精确的方法[2,4]。因此有机合成获得飞跃发展。目前结合理论的有机研究趋向于探求具有潜在特性化合物的合成。
  (一)在合成化学上的应用
  理论有机化学的研究成果在合成化学上的也得到广泛运用。其中像分子轨道理论也被迅速推广到天然有机产物的结构方面。例本文由论文联盟http://www.LWLM.Com收集整理如如秋水仙碱中有一七员芳环结构,其结构、分子轨道理论是经典有机化学家们长期难以想到的,因而无法实现合成,而理论有机化学的发展使其合成成为可能[1]。再如早在1893年就曾合成过的?阳离子,当时因对分子轨道理论无知而被当作废液扔掉,直到1954才有人为了确证(4n+2)的芳构理论而又重新合成,也体现了理论在有机合成中重要的指导作用[5]。再到在同一平面上的共轭结构的理论研究,预测并最终证实了如周环芳结构、同芳结构、伪芳结构、反芳结构、半芳结构等结构的存在,甚至还有许多不在一个平面的芳香结构,如螺芳和双环芳结构等,是理论有机化学、分子轨道理论的发展促使它们的被发现[6,7]。推算这类结构的分子轨道理论也适用于周环反应的过渡态,而后更是指导了维生素B12的合成,这便是在合成化学上的一个重大理论成就——“分子轨道对称守恒原理”。
  (二)特殊性能结构的合成
  理论上认为有特殊性能的结构如某些生物高分子、复杂的电荷转移复体和内包复体等尚有待解决,而合成这些化合物将为研究生命现象和设计各种具有特殊要求的工程材料提供关键的材料。
  1.芳香结构
  苯的结构虽已确定了百年之久,而对其特性的了解却很迟缓。如联苯铬于半个世纪之前合成,然对结构的正确认识却在一世代之后,即直到有机化学中的分子轨理论普及之后。包括这类结构的芳香物、电荷转移复体、离子基等是研究有机半导体、导体、超导体、光导体的主要对象。还有像过渡金属的有机络合物是有机催化合成的研究对象,其中铂镍铜的平面形鳌合物是研究有机导体和超导体的对象。按分子轨道理论还曾设计许多有待合成的立体芳结构[8,9]。如纵向芳环结构、侧向芳环结构,垂向芳环结构等。
  2.具有特殊物理性能的有机物
  由于某些有机物具有易于进人不同能量变化的化学结构,能产生压色、热色、光色、磷光、荧光、冷光、光电、热电,压电等特性。合成这类化合物作进一步联系实际的研究是今后化学工作的重要方向[1]。高能燃料与炸药、机动化学、化学发光、燃料电池、有机半导体、导体、超导和强磁体等属能量转化一类的研究,其中都有结构与性能和反应机理的问题。此外,等离子化学合成、热原子化学合成、低温化学合成,标记化合物合成等与理论有机化学本身的理论发展有着密切的内部联系。
  关系到植物的光合作用的光化学合成更是联系到人类未来生产斗争的重大理论课题。光化学和有机化学相结合也是今后理论有机化学的一重要发展。
  (三)有机工业的发展
  现在结合理论的研究在有机工业发展上也有卓越的贡献,两者间的关系也日益密切。对有机化学反应机理的日益深入的理解,开辟了有机合成方法的新途径,为设计生产各种不同性能的工业品提供理论指导。了解将要投产产品在反应中的机理将有利于设计工艺流程、控制操作条件,伸便减少副反应的速率或增加正反应的产率。例如副反应是分解,而正反应是化合,那么按热力学定律,前者墒值增加,后者减少,因而降低反应温度即将有利产率的提高。[1]又如钮曼酯化反应就是利用反应机制的改变乃化不利因素为有利因素。为了适应研制低价、高效、无毒害、耐气候等医药试剂、生活用品、工业、农业、国防和科研用品的需要而开展了电化学、光化学、辐射化学、胶体化学、固体化学、环境化学等直接与工业生产有联系的理论学科,建立了快速精確的分离、提纯、鉴定技术。
  四、结论
  理论的基础是实践,转过来又为实践服务。在今后有机化学的研究发展中,将会提出更多的理论有机化学问题,而这些理论基础研究也将会促进有机化学的发展与革新。知道了最低级的最简单的形式,然后才能对更高级的和更复杂的形式有所阐明。理论有机化学的理论和实验方法在有机合成中得到广泛的运用,证明这门科学的发展和存在意义。然而对待理论发展时,应注意避免唯理论、经验论、机械唯物论等错误观点。像是在对待国内外的已有有机理论是必须细心观察,认真分析,去伪存真,去粗取精,在我们自己广泛深入实践的基础上得以升华提高。从而创造出更深刻、更正确、更完全地反映客观事物的新理论。

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