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从分子构造到分子构型和分子构象
凌永乐
分子构造(constitution)是指分子中原子相互联结的方式和次序,过去长期以来称为分子结构(structure),根据国际纯粹和应用化学联合会的建议,改为“构造”。“结构”一词应用在广泛的范围,例如物质结构、原子的电子结构等等。分子结构也具有广泛的含意,除包括分子构造外,还包括分子构型(configuration)和分子构象(conformation)等。从分子构造到分子构型和分
子构象是化学家们一个接一个对化学物质性质的研究逐渐认识到的,推动了化学科学的发展。
分子构造的研究是从同分异构体的出现开始的。
18世纪末、19世纪初,由于分析化学迅速发展,新的化合物不断被发现。19世纪20年代里,化学家们开始发现到一些物质的化学组成相同,但是性质各异。这在当时来说,是不可思议的。因为当时化学家们认为物质的性质只决定于它的组成,每一个物质有一固定的组成,这是18世纪末确立的定组成定律。后来,这个定律的逆定律也被确认,即具有相同组成的物质必定是同一种物质。现在竞然出现组成相同而性质各异的物质了。
这些物质首先发现是在1823年。这一年德国化学家李比希(Liebig , Justus von l803~1873)制得雷酸银,分析了它的组成,%,%,确定了它的化学式,。这个分析结果得到的化学组成正和一年前他的同国化学家武勒(wohler, Friedrich 1800~1882)完全相同,%,%。二者组成成分几乎一致,但是性质完全不同,雷酸银是一种猛烈的炸药,而氰酸银不是。
他们二人在共同研究分析所遇到的难题时,却发现到一个更难解释的情况,即氰酸不仅和雷酸组成相同,而且也和氰尿酸(又称三聚氰酸H3O3C3N3)一致.
1828年,武勒利用氯化铵和氰酸银反应,,结果却生成尿素CO(NH2)2。这不仅摧毁了当时有机化合物生成的“生命力”论,铲除了当时无机化合物和有机化合物之间不可逾越的鸿沟,而且又为这种不可思议的现象提供了又一确实可靠的实例。
关于尿素的组成,英国化学家普劳特(Prout,william 1785-1850)曾经分析过,得出的结果如下:
元素
百分数
原子数
氮

2
碳

1
氢

4
氧

1

武勒分析了氰酸铵的组成,得出的结果是:
元素
百分数
原子数
氮

2
碳

1
氢

4
氧

1

这二者分析结果的相近引起当时欧洲化学界权威人士、武勒的老师和朋友、瑞典化学家贝齐里乌斯(Berzelius,Jons Jakob 1779~1848)的注意。他在武勒和李比希发现雷酸银和氰酸银两种组成相同而性质各异的物质时,曾经认为这两个人中必有人分析错误。1830年他自己也发现了酒石酸和葡萄酸也是组成相同而性质各异的两种物质。酒石酸是从酒石中分离出来的,早在1769年瑞典化学家谢勒( Scheele,Carl Wilhelm 1742~l786)发现了它,葡萄酸首先由法国化学品制造商人凯斯特勒(Kestner,Cha