有机化学是研究有机化合物的组成、结构、性质及其制法的一门科学。
人们在很早以前就认识了有机化合物的应用和变化,但是对它们的研究只是在近代才有较大的发展。从前人们把来源于有生命的动物和植物的物质叫做有机化合物,而把从无生命的矿物中得到的物质叫无机化合物。有机化合物与生命有关,所以人们认为它们是“有机”的,故称为有机化合物。实际上,有机化合物不一定都来自有机物,也可以以无机化合物为原料在实验室中人工合成出来。
大量的研究证明,有机化合物都含有元素碳,所以人们就把含碳的化合物叫做有机化合物。然而,除了碳以外,绝大数的有机化合物还含有氢,有的也含有氧、硫、氮和卤素等。所以,现在有人把有机化合物定义为碳氢化合物及其衍生物。此外,含碳的化合物不一定都是有机化合物,如一氧化碳,二氧化碳,碳酸盐及金属氰化物等,由于它们的性质与无机化合物相似,因此习惯上仍把它们放在无机化学中讨论。所以,有机化学和有机化合物的“有机”二字,已不反映其固有的涵义,只是历史上的原因迄今仍沿用罢了。有机化合物与无机化合物之间没有绝对的界限,也不存在本质的区别。然而,由于元素碳在周期表中的特殊位置,使得有机化合物在组成、结构和性质等方面有着明显的特点,所以有必要把有机化合物与无机化合物分别进行讨论。
有机化合物主要具有下面一些特点:
1.有机化合物数目繁多,且自成系统
组成有机化合物的元素甚少,除碳以外,还有氢、氧、硫、氮、磷及卤素等为数不多的元素。但有机化合物的数目却极为庞大,迄今已逾1000万种,而且新合成或被新分离和鉴定的有机化合物还在与日俱增。由碳以外的其他100多种元素组成的无机化合物的总数,还不到有机化合物的十分之一。有机化合物数目繁多,也是我们把有机化学作为一门独立的学科进行研究的理由之一。
有机化合物之所以数目众多,主要有两个原因:(1)碳原子彼此之间能够进行多种方式的结合,生成稳定的、长短不同的直链、支链或环状化合物;(2)碳是周期表中第二周期第四族的元素,不仅能与电负性较小的氢原子结合,也能与电负性较大的氧、硫、卤素等元素形成化学键。
有机化合物的数目虽然很多,但根据它们之间的相互关系,可以统一在一个完整的体系中。
2.热稳定性差,容易燃烧
与典型的无机化合物相比,有机化合物一般对热是不稳定的,有的甚至常温下就能分解。虽然大多数的有机化合物在常温下是稳定的,但放在坩埚中加热,即炭化变黑,并且在完全燃烧后不留灰烬(有机酸的盐类等除外)。这是识别有机化合物的简单方法之一。
3.熔点较低
有机化合物的熔点通常比无机化合物要低,一般在300℃以下就熔化。
4.难溶于水,易溶于有机溶剂
多数有机化合物,易溶于有机溶剂而难溶于水。但是当有机化合物分子中含有能够同水形成氢键的羟基、磺基等时,该有机化合物也有可能溶于水中。
5.反应速度慢,常有副反应发生
虽然在有机酸和有机碱中,也有一些电离度较大的物质,但大多数的有机化合物电离度很小。所以,很多有机反应,一般都是反应速度缓慢的分子间的反应,往往需要加热或使用催化剂,而瞬间进行的离子反应很少。另外,分解或取代反应都是在分子中的某一部位发生,且在大多数情况下,反应分阶段进行。所以,往往有副产物生成或能够分离出多种反应中间产物。
二、有机化学与医学
在全部的医学课程中,有机化学是一门基础课,它为有关的后续课程奠定理论基础。研究医学的主要目的是为了防病、治病,研究的对象是组成成分复杂的人体。组成人体的物质除水和一些无机盐以外,绝大部分是有机物。例如构成人体组织的蛋白质,与体内代谢有密切关系的酶、激素和维生素,人体贮藏的养分——糖原、脂肪等。这些有机化合物在体内进行着一系列复杂的变化(也包括化学变化),以维持体内新陈代谢作用的平衡。为了防治疾病,除了研究病因以外,还要了解药物在体内的变化,它们的结构与药效、毒性的关系,这些都与有机化学密切相关。
有机化学作为医学课程的一门基础课,它为生物化学、生物学、免疫学、遗传学、卫生学以及临床诊断等提供必要的基础知识。有关生命的人工合成,遗传基因的控制,癌症、艾滋病等的治疗都是目前医学和生物学正在探索的重大课题。在这些领域中也离不开有机化学的密切配合。
有机化学与人类的生产和生活有着十分密切的关系。它涉及数目众多的天然物质和合成物质,这些物质直接关系到人类的衣、食、住、行。利用有机化学可以制造出无数种在生活和生产方面不可缺少的产品。我们身上穿的衣服,工业上使用的汽油、柴油、橡胶、塑料、油漆、染料以及杀虫剂、昆虫信息素等都是有机化合物。很难设想,在人类生活的哪一个方面是不受有机化学的影响的。这种密切的关系就明显地反映在这门内容丰富的课程中。