化學結構

理論創立過程

關于“化學結構”這一概念，在19世紀上半葉就已為化學家所采用了，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。

布特列洛夫建議将這種化學關系，用“化學結構”一詞來表示。并且，他認為，有機化合物的化學性質與其化學結構之間存在着一定的依賴關系。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确定有機化合物的化學結構。在此後的十幾年中，布特洛夫曾預測并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着兩大異物系列：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，并加以嚴格聽分析篩選。在實驗中，他采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，并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。

碳是四價學說

在布特列洛夫之前，有許多化學家對有機結構理論的建立做出了重要貢獻。

例如1852年，弗蘭克蘭在研究金屬有機化合物時，提出了不同的元素具有不同的給合能力的見解。

1857年，凱庫勒提出了原子數的概念，他認為：“化合物的分子，由連同原子結合而成，與某上原子相化合的其它元素的原子或基團的數目，取決于各成分的親合力值”，他說的“親合力值”就是原子價。他通過研究還進一步指出：“一個原子的碳和四個原子的氫是等價的。”這就提出了碳原子的四價學說。

1858年，英國有機化學家庫帕在《論一個新的化學理論》一文中，也提出了碳的四價學說，并闡明了碳原子可以互相聯接成鍊的思想，他指出：“碳原子可以和一定數目的氫、氯、氧、硫等元素結合，碳原子和一價元素的最高結合能力是四”，“碳原子彼此之間也可以結合”。

對于碳原子間可以相連成鍊狀的學說，凱庫勒是這樣解釋的：“對于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，就隻剩下6個單位親合力通夠用在兩個碳原子結合上，就隻剩下6個單位親合力能夠用于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。

英國化學家庫帕于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。他采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

庫帕那時采用的原子量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。