认识化学结构

　　起初, 人们从香树脂、香料油等天然物质中得到一些有特殊香味的纯物质, 现在又从煤焦油等物中, 得到了其组成、化学特性与前者相类似的东西, 尽管其气味并不芳香, 但品种却更多, 在科学研究上的意义更大, 作为有机化合物的一族, 也更具有代表性, 只是它的含义已不再是表面上有香味而已．芳香族的有机物中, 最主要的化合物便是苯．

　　最早发现苯的人是英国化学家和物理学家法拉第．他是偶然从贮运煤气的桶里所凝集的油状物中, 经过分离后得到了一种无色的液体．他用当时原子量H=１、C=６ 的标准测出它的实验式是C２H, 并测出它的蒸汽比重是氢气的３９ 倍．但他并没有推出它的分子式．如照现在原子量标准H=１、C=１２、苯的实验式则应该是CH, 根据蒸汽比重就能算出它的分於量是７８, 便很容易知道苯的真正分子式是C６H６．在约９ 年之后的１８３４ 年, 又有人把安息香酸和石灰放到一起干馏之后, 也得到一种碳氢化合物, 才给这个化合物取名叫｀苯＇(benzene) , 接着又有人测定出它的分子式是C６H６．

　　１９ 世纪中叶, 有一位德国有机化学家凯库勒 (１８２９－１８９６) , 在研究芳香族有机化合物方面, 做出了卓越贡献．他发现所有芳香性 (族) 有机化合物有一个共同的特点: 就是这们进行非彻底破坏 (不燃烧) 的激烈反应后, 经常失去了一部分碳, 但主要产物总是至少含有６ 个碳原子．这种包含有６个碳原子的化合物, 就是以苯为主体的化合物．於是１８６５ 年凯库勒提出了以苯为基团的芳香族化合物的设想, 并曾用多种图式来表示苯的分子结构, 最后确定为正六边形图式, 也就是我们现在学化学时常用的苯的结构式．

　　早些时候, 凯库勒在研究有机化合物的分子组成过程中, 於１８５７ 年提出了｀原子数＇的概念, 指出: 氢、氯、溴、钾为｀一原子的＇, 氧和硫是｀二原子的＇, 氮、磷、砷是｀三原子的＇, 而碳是｀四原子的’＇．这是化合价的早期说法, 也就是说, 这些元素分别是一价、二价、三价和四价．在这一基础上, 凯库勒认为有机化合物中, 碳原子之间可以连成链状, 这就能很好的说明．例如碳氢化合物中, 由甲烷 (CH４) 开始, 随着碳原子数目的增多, 就分别能有组成不同的乙烷 (C２H６) 、丙烷 (C３H８) 、丁烷 (C４H１０) 等一系列化合物存在的道理了．

　　几乎是同时, 英国的有机化学家库帕, 於１８５８ 年也独立的提出了碳是四价及碳原子间可以相连成链的学说．

　　凯库勒和库帕所提出的这些学说, 为有机化学结构理论的建立奠定了非常重要的基础．

　　｀化学结构＇这个概念, 在１９ 世纪上半叶就已为化学家们所采用, ｀化合价＇概念, 特别是碳为四价的共识, 更为探索有机化合物分子结构铺平了道路．但是苯 (C６H６) 分子的出现, 让凯库勒等一直认为碳原子能够连成链条的人, 为难了好久, 实验的事实证明, 苯分子中六个碳原子、六个氢原了的性质分别完全相同, 即它们分别以相同的关系, 处在相同的位置上, 如果这６ 个碳连成一个有头有尾的链条, 而且又性质完全相同, 若用碳四价的理论, 是根本解释不通的．

　　凯库勒经过冥思苦想, 终於认为可能这六个碳原子是连成一个环, 经过现代的结构理论研究确认了这个六碳环是真实存在的．

　　对於凯库勒的设想, 有人传说是他一次睡梦中见了一条蛇, 咬着自己的尾巴直打转而受到启发的．不知是否确有其事, 而他提出的苯的环状结构学说, 在有机化学发展史上的确起到了巨大的作用．１８９０ 年, 在纪念苯的结构学说发表２５ 周年时, 伦敦的化学学会指出: ｀苯作为一个封闭链式结构的巧妙构想, 对於化学理论发展的影响, 对於研究这一类及其相似化合物衍生物的异构现象的内在问题所给予的动力, 以及对於像煤焦油染料这样巨大规模的工业的前导, 都已为举世公认．＇

　　前面说到的芳香族有机物, 人们自从认识了苯环之后, 它的真实含义便是具有苯环的化合物的简称了．这其中包括了很多种染料、医药、香料和炸药．

　　自然界的煤, 开始对被人们当成黑色的石头, 在后来却发现它能燃烧, 因而在很长的时间内只被当作燃料．随着炼铁工业的发展, 大量的煤堆着闷烧成焦碳时, 便产生了浓烟而被排放到大气中, 污染环境, 损人健康．后来改为干馏炼焦, 一方面提高了焦碳的产量和质量, 同时所产生的煤气和煤焦油, 也被当作气体燃料和化工原料, 都有其各自的用途, 这样又降低了炼焦生产的成本．

　　化学家们研究了苯结构后, 发展了以煤焦油为基础的焦化工业．芳香烃有机物的提取和合成, 更极大地丰富了有机化学的内容, 并且也极大地丰富了人们的物质生活．