李善嬋+曹議丹+涂詩(shī)琦

摘要：理論有機(jī)化學(xué)的出現(xiàn)對(duì)有機(jī)化學(xué)研究發(fā)展有著重要意義。本文簡(jiǎn)述了理論有機(jī)化學(xué)的研究對(duì)象，研究意義，及其研究應(yīng)用。研究應(yīng)用中列舉了理論有機(jī)化學(xué)在有機(jī)化學(xué)合成、特殊結(jié)構(gòu)的發(fā)現(xiàn)，以及在現(xiàn)代有機(jī)工業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化等領(lǐng)域的發(fā)展貢獻(xiàn)。展望了理論有機(jī)化學(xué)今后的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：理論有機(jī)化學(xué)；有機(jī)化學(xué)；研究應(yīng)用；發(fā)展展望

一、前言

理論有機(jī)化學(xué)在有機(jī)化學(xué)研究發(fā)展中占有重要的地位，一直貫穿于有機(jī)化學(xué)的始終。理論有機(jī)化學(xué)主要是從有機(jī)化合物的結(jié)構(gòu)研究和反應(yīng)機(jī)理的研究?jī)煞矫嫒ネ苿?dòng)有機(jī)化學(xué)的研究發(fā)展。電子理論，價(jià)鍵理論，共振論，分子軌道理論，這些理論都有它的發(fā)展過(guò)程。

二、研究意義

有機(jī)物的結(jié)構(gòu)決定其性能。理論研究包括取代基極性效應(yīng)、基團(tuán)的空間效應(yīng)理論及后面發(fā)展的溶劑化效應(yīng)，這些都是在有機(jī)合成研究中應(yīng)重要考慮的因素。在研究反應(yīng)機(jī)制上，包括復(fù)雜反應(yīng)轉(zhuǎn)為多步簡(jiǎn)單反應(yīng)，以及價(jià)電子共享、轉(zhuǎn)移。反應(yīng)中分子經(jīng)過(guò)活化、重排，最終歸入新的化學(xué)平衡。由于這兩種概念的運(yùn)用，發(fā)現(xiàn)了許多價(jià)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(duì)反應(yīng)機(jī)制的了解，而且對(duì)整個(gè)有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展也有促進(jìn)作用。

三、研究應(yīng)用

理論有機(jī)化學(xué)的研究包括了一般典型有機(jī)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及典型有機(jī)反應(yīng)機(jī)制。這些理論幫助有機(jī)合成化學(xué)家認(rèn)識(shí)推測(cè)未知有機(jī)物，及其在反應(yīng)中的內(nèi)在聯(lián)系和“中介”，從而大有利于設(shè)計(jì)具有殊特性能的新化合物，考慮合成中的最好原料和實(shí)踐路線等。

通過(guò)理論有機(jī)化學(xué)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(duì)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(jī)合成獲得飛躍發(fā)展。目前結(jié)合理論的有機(jī)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(xué)上的應(yīng)用

理論有機(jī)化學(xué)的研究成果在合成化學(xué)上的也得到廣泛運(yùn)用。其中像分子軌道理論也被迅速推廣到天然有機(jī)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)方面。例如如秋水仙堿中有一七員芳環(huán)結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)、分子軌道理論是經(jīng)典有機(jī)化學(xué)家們長(zhǎng)期難以想到的，因而無(wú)法實(shí)現(xiàn)合成，而理論有機(jī)化學(xué)的發(fā)展使其合成成為可能[1]。再如早在1893年就曾合成過(guò)的?陽(yáng)離子，當(dāng)時(shí)因?qū)Ψ肿榆壍览碚摕o(wú)知而被當(dāng)作廢液扔掉，直到1954才有人為了確證（4n+2）的芳構(gòu)理論而又重新合成，也體現(xiàn)了理論在有機(jī)合成中重要的指導(dǎo)作用[5]。再到在同一平面上的共軛結(jié)構(gòu)的理論研究，預(yù)測(cè)并最終證實(shí)了如周環(huán)芳結(jié)構(gòu)、同芳結(jié)構(gòu)、偽芳結(jié)構(gòu)、反芳結(jié)構(gòu)、半芳結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的存在，甚至還有許多不在一個(gè)平面的芳香結(jié)構(gòu)，如螺芳和雙環(huán)芳結(jié)構(gòu)等，是理論有機(jī)化學(xué)、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(lèi)結(jié)構(gòu)的分子軌道理論也適用于周環(huán)反應(yīng)的過(guò)渡態(tài)，而后更是指導(dǎo)了維生素B12的合成，這便是在合成化學(xué)上的一個(gè)重大理論成就——“分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒原理”。

（二）特殊性能結(jié)構(gòu)的合成

理論上認(rèn)為有特殊性能的結(jié)構(gòu)如某些生物高分子、復(fù)雜的電荷轉(zhuǎn)移復(fù)體和內(nèi)包復(fù)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(shè)計(jì)各種具有特殊要求的工程材料提供關(guān)鍵的材料。

1.芳香結(jié)構(gòu)

苯的結(jié)構(gòu)雖已確定了百年之久，而對(duì)其特性的了解卻很遲緩。如聯(lián)苯鉻于半個(gè)世紀(jì)之前合成，然對(duì)結(jié)構(gòu)的正確認(rèn)識(shí)卻在一世代之后，即直到有機(jī)化學(xué)中的分子軌理論普及之后。包括這類(lèi)結(jié)構(gòu)的芳香物、電荷轉(zhuǎn)移復(fù)體、離子基等是研究有機(jī)半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)體、光導(dǎo)體的主要對(duì)象。還有像過(guò)渡金屬的有機(jī)絡(luò)合物是有機(jī)催化合成的研究對(duì)象，其中鉑鎳銅的平面形鰲合物是研究有機(jī)導(dǎo)體和超導(dǎo)體的對(duì)象。按分子軌道理論還曾設(shè)計(jì)許多有待合成的立體芳結(jié)構(gòu)[8，9]。如縱向芳環(huán)結(jié)構(gòu)、側(cè)向芳環(huán)結(jié)構(gòu)，垂向芳環(huán)結(jié)構(gòu)等。

2.具有特殊物理性能的有機(jī)物

由于某些有機(jī)物具有易于進(jìn)人不同能量變化的化學(xué)結(jié)構(gòu)，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(lèi)化合物作進(jìn)一步聯(lián)系實(shí)際的研究是今后化學(xué)工作的重要方向[1]。高能燃料與炸藥、機(jī)動(dòng)化學(xué)、化學(xué)發(fā)光、燃料電池、有機(jī)半導(dǎo)體、導(dǎo)體、超導(dǎo)和強(qiáng)磁體等屬能量轉(zhuǎn)化一類(lèi)的研究，其中都有結(jié)構(gòu)與性能和反應(yīng)機(jī)理的問(wèn)題。此外，等離子化學(xué)合成、熱原子化學(xué)合成、低溫化學(xué)合成，標(biāo)記化合物合成等與理論有機(jī)化學(xué)本身的理論發(fā)展有著密切的內(nèi)部聯(lián)系。

關(guān)系到植物的光合作用的光化學(xué)合成更是聯(lián)系到人類(lèi)未來(lái)生產(chǎn)斗爭(zhēng)的重大理論課題。光化學(xué)和有機(jī)化學(xué)相結(jié)合也是今后理論有機(jī)化學(xué)的一重要發(fā)展。

（三）有機(jī)工業(yè)的發(fā)展

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

四、結(jié)論

理論的基礎(chǔ)是實(shí)踐，轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)又為實(shí)踐服務(wù)。在今后有機(jī)化學(xué)的研究發(fā)展中，將會(huì)提出更多的理論有機(jī)化學(xué)問(wèn)題，而這些理論基礎(chǔ)研究也將會(huì)促進(jìn)有機(jī)化學(xué)的發(fā)展與革新。知道了最低級(jí)的最簡(jiǎn)單的形式，然后才能對(duì)更高級(jí)的和更復(fù)雜的形式有所闡明。理論有機(jī)化學(xué)的理論和實(shí)驗(yàn)方法在有機(jī)合成中得到廣泛的運(yùn)用，證明這門(mén)科學(xué)的發(fā)展和存在意義。然而對(duì)待理論發(fā)展時(shí)，應(yīng)注意避免唯理論、經(jīng)驗(yàn)論、機(jī)械唯物論等錯(cuò)誤觀點(diǎn)。像是在對(duì)待國(guó)內(nèi)外的已有有機(jī)理論是必須細(xì)心觀察，認(rèn)真分析，去偽存真，去粗取精，在我們自己廣泛深入實(shí)踐的基礎(chǔ)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。

參考文獻(xiàn)：

[1]曾廣植. 理論有機(jī)化學(xué)的發(fā)展及應(yīng)用[J]. 化學(xué)通報(bào)，1975，（05）：31-40.

[2]邢其毅. 指導(dǎo)有機(jī)化學(xué)發(fā)展的布特列洛夫化學(xué)結(jié)構(gòu)理論在有機(jī)化學(xué)中的產(chǎn)生與發(fā)展[J]. 化學(xué)通報(bào)，1953，（11）： 487-491.

[3]江東，王中東.有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)理論[J].化學(xué)工程與裝備，2011，（12）：134-138.DOI：10.3969/j.issn.1003-0735.2011.12.043.

[4]唐敖慶. 分子軌道對(duì)稱(chēng)守恒原理的新發(fā)展_兼評(píng)國(guó)際上三個(gè)學(xué)派的理論[J].中國(guó)科學(xué)，1975，3 （2）.

[5]許玉寧.反應(yīng)路徑研究中的“分子中的原子”理論以及應(yīng)力張量理論觀點(diǎn)[D].湖南師范大學(xué)，2016.

[6]郭世豪.結(jié)構(gòu)適應(yīng)性原理在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用[J].化學(xué)教育，2010，31（9）：1-2，5.DOI：10.3969/j.issn.1003-3807.2010.09.001.

[7]孫磊. 理論研究給—受體型有機(jī)分子激發(fā)態(tài)性質(zhì)及其在材料中的應(yīng)用[D].吉林大學(xué)，2011.

[8]黃維垣，黃鳴龍. 核磁共振譜在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用[J].科學(xué)通報(bào)，1960（11）.

[9]潘英明，張金瀟.誘導(dǎo)效應(yīng)和共軛效應(yīng)在有機(jī)化學(xué)中的應(yīng)用[J].高師理科學(xué)刊，2015，（10）：92-95，102.DOI：10.3969/ j.issn.1007-9831.2015.10.023.endprint