發(fā)現(xiàn)

對有機化合物的這一項研究是從酒石酸旋光異構現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)開始的。所謂酒石酸，是指存在于葡萄中的酒石在釀造過程中沉淀出之后經(jīng)鹽酸酸化得到的物質。發(fā)現(xiàn)酒石酸的旋光性是法國化學家巴斯德。1848年，他研究了19世紀酒石酸鹽的結晶，他發(fā)現(xiàn)這些晶體都表現(xiàn)了半個晶面，并且每種酒石酸鹽的半個晶體面都出現(xiàn)在同一個方向。經(jīng)過分析之后，巴斯德推測酒石酸鹽的半面晶狀可能和它的旋光性有關，因為如果這一現(xiàn)象與旋光性無關的話，其晶態(tài)應該是對稱的。為了弄清楚這個問題，巴斯德又進一步研究了酒石酸銨鈉和葡萄酸銨鈉，發(fā)現(xiàn)不僅酒石酸鹽晶體具有半個晶面，而且葡萄酸鹽也有半個晶面。又經(jīng)過仔細分析，發(fā)現(xiàn)酒石酸鹽的半個晶面全部向右，而葡萄酸鹽的半個晶面全部向左，在旋光儀上則分別表現(xiàn)為右旋和左旋。在這上面的實驗中，巴斯德將一個不旋光的物質析解成了兩個旋光的部分，再將這兩個組分沉淀為鉛鹽，用硫酸酸化之后，就得到一個與天然右旋的酒石酸相同的酸，另一個卻是左旋的酒石酸。如果將等量的兩種酒石酸混合，就得到了不旋光的葡萄酸。

乳酸的旋光性

巴斯德推測，右旋酒石酸的原子是組合在一個右向的螺旋上，或者是一個不規(guī)則的四面體頂點上，或是它們具有一些其他的非對稱組合。與巴斯德研究酒石酸同時，人們也注意到了乳酸的旋光性。乳酸是從酸牛奶中分離出來的一種有機酸，是一種乳糖經(jīng)細菌發(fā)酵生成的一種產物，又稱為發(fā)酵乳酸。之后，人們又從肌肉的水提取液中得到一種酸性化合物，經(jīng)過分析其化學組成與乳酸相同，稱為肌肉乳酸。但是經(jīng)過研究之后，人們發(fā)現(xiàn)肌肉乳酸具有右旋光性，而發(fā)酵乳酸是不旋光的。從1863年起，德國人威利森努斯對乳酸進行了一系列的研究，到1873年利用合成和降解的方法，終于得到了確切的證據(jù)證明了發(fā)酵乳酸和肌肉乳酸具有相同的結構。最后，他得到了這樣的結論，如果分子在結構上等同性質卻有所不同，這一事實是由于原子在空間上有不同的排列造成的。

碳的四面體構型學說

在酒石酸和乳酸等有機物的旋光異構性研究的基礎上，范霍夫于1874年提出了碳的四面體構型學說。范霍夫指出，如果假設組成分子的原子是處于同一平面的，則碳原子的四個從指向四個不同的方向，它們將彼此間相互垂直。依據(jù)這個假設，來看甲烷衍生物的異構體，如對于C來說則有三個，這個數(shù)目比實際已知的要多。如果假定碳原子的四個價分別指向四面體的頂點，碳原子居于四面體中心，C的異構體數(shù)目就減少為兩個，與事實相符。這樣，范霍夫得出了結論，當碳原子的四個價鍵被四個不同的基團飽和時，所得到的四面體只可能有兩個，其中一個是另一個的鏡像，不可能重合，故而在空間有兩個異構體。

結構的張力學說

1885年，德國化學家拜爾又提出了結構的張力學說，認為在有機化合物中的碳原子位于正面體中心，四個價鍵指向四個頂點，各價鍵形成了109°28′的角度。如果這個角度偏離了則會產生張力，偏離的多少決定著張力大小。由此分析可知，各種碳環(huán)中丙烷的偏離度最大，張力亦最大，因此化學性質最活潑；環(huán)戊烷中鍵角偏離最小，其張力最小，最穩(wěn)定。但是，從環(huán)已烷開始，按理論應該又有張力出現(xiàn)，然而事實是環(huán)已烷的性質更為穩(wěn)定?？梢?，張力學說只能適用于三元環(huán)及四元環(huán)和五元環(huán)的有機化合物。

結構的無張力環(huán)

在張力學說之后，薩赫斯又于1890年提出了結構的無張力環(huán)的概念。他說，在環(huán)已烷中，如果成環(huán)碳原子不在同一平面上，就可以保持正常鍵角，形成了無張力環(huán)。這種無張力環(huán)形成之后，有兩種配置方式，一種是對稱的椅型，另一種是不對稱的船型。這一概念在化學中占有重要的地位，但是由于實驗條件不好，用物理方法尚不能測出環(huán)已烷確實的立體形象，所以并沒能引起人們足夠的注意。直到1918年，德國人莫爾根據(jù)X衍射法得出了金剛石的立體形象，驗證了無張力環(huán)學說，這一概念才被人們逐漸接受了下來。

環(huán)已烷的結構

挪威人哈塞爾在1943年用電子衍射的方法研究了環(huán)已烷的結構，發(fā)現(xiàn)環(huán)已烷的各個鍵角都非常接近109°28′，又一次從實驗上證實了無張力學說。1950年，英國化學家巴頓在哈塞爾等人的研究成果基礎上，使構象理論進一步發(fā)展，提出了甾族化合物的構象，并明確地將構象分析引入有機化學。

有機化學在今天仍然不斷地發(fā)展，對于有機化合物，揭示了其內在規(guī)律，解釋了諸多化合物的性質來源，具有不可忽視的作用。

異構體、立體構型與生物效應

由于有機物空間構象復雜，其不同的異構體對生物活性有著很大的差異，這對一些藥物及污染物的監(jiān)測與生物效應評價產生重要的影響，典型的例子是六六六，有七種同分異構體：常用的有α、β、γ和δ等，其中γ和δ－六六六具有急性毒性強的特征，而β－六六六則急性毒性不強，但慢性毒性作用則較大；α、γ－六六六對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有很強的興奮作用，而β、δ－六六六則對中樞神經(jīng)系統(tǒng)有抑制作用?？梢姡瑯拥挠袡C物，由于存在著不同的空間構象，其理化性質與生物效應將可能存在較大的區(qū)別。一般來說，帶兩個基團的苯環(huán)化合物的毒性是：對位>鄰位>間位，分子對稱的>不對稱的。