立体化学的发展及几个立体化学概念的区分

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1、立体化学的发展及几个立体化学概念的区分范霍夫1874年提出的碳四面体理论，标志着立体化学的创立。一百多年以来，该理论的基本观点一直是有机化学核心理论的一部分，它不仅奠定了立体化学以后发展的基础，而且对整个有机化学都具有深远的意义。那么碳四面体理论是在怎样的化学背景下提出的?让我们回溯I9世纪后半叶的化学界。构型的认识必须以构造的认识为基础，对于构造的认识表现为布特列洛夫的平面结构理论，构型认识正是在经典结构理论与新的实验事实的矛盾中应运而生的。1861年布特列洛夫提出平面结构理论，布特洛夫认为，

2、从原子在分子中相互联结的方式的概念到空间相对位置的概念，只剩下一步路，而且是必然的一步，促使这一步完成的直接原因是由于对旋光异构现象的研究。19世纪中叶，在对乳酸的旋光异构体的研究中发现，乳酸旋光异构体的数目多于平面结构理论预见的异构体数。乳酸异构体数成为平面结构理论无法解释的困难，这就促使化学家不得不考虑原子在空间的排列问题。1874年，范霍夫与列贝尔分别独自提出了立体化学的基本思想使结构理论进人了新纪元。范霍夫提出的碳四面体假说，使分子由平面扩展到空间，并且从而引出了对映异构体的概念，他还提

3、出了不对称碳原子的概念，阐明了不对称原子与旋光性之间的关系，指出，可以根据结构和旋光性的关系推测有机化台物的结构式。范霍夫还预见了一种新的异构体：几何异构体(顺反异构体)。列贝尔的论文仅比范霍夫的晚两个月发表，他的论文不及范霍夫的影响大。列贝尔没有采用四面体碳的概念，他根据纯粹的几何推理提出了两条推测溶液是否具有旋光性的规则。范霍夫的理论是以承认原子的真实存在为基本前提的，他在《空间化学》一书中开宗明义地写道：“化学是关于原子的定律，而有机化学则是关于碳原子”，“现代化学有两个弱电，它既不研究原

4、子在分子中的相对位置，也不研究原子的运动”。碳四面体理论实际上是原子论必然的逻辑结果、正因为如此，范霍夫理论的反对者都是把理论攻击的目标指向它的理论基础原子论本身，而并不否认原子在空间的排列是原子论必然的逻辑结果。一种观点认为，原子论只不过是有用的假说，是一种方便的数学工具，但它不具有物理真实性，分子的真实结构是不可知的。另一种观点把原子真实性问题归于形而上学，例如开库勒写道；“原子存在与否的问题，从化学的观点看也无关紧要，这个讨论属于形而上学。在化学中，我们只决定原子的假说是否是一个适应于解释

5、化学现象的假说”。对范霍夫理论进行争论的另一个焦点是范霍夫所采用的推理方法，这反映了两种方法论观念的冲突。在19世纪的化学界，经验主义态度居于主导地位，这种方法论观念是坚决反对所谓“猜测哲学”的。如范霍夫本人的老师帕楚斯·冯·克尔克霍夫就认为：“经验是真实知识的唯一来源，原子论也不能与经验的判决相违背。我们不知道化学结合是如何发生，其中成分如何，我们与其沉溺于猜测的知识，还不如坦率地承认我们的无知。”从这种观点出发，他反对范霍夫用原子在空间的不同排列解释异构体的尝试。在德国，学术界曾经与黑格尔的

6、自然哲学进行过长期的斗争，并取得了胜利，但对黑格尔的自然哲学仍然心有余悸，因此，有些化学家就把理论推理和猜测方法的引入混同于黑格尔自然哲学卷土重来，并加以痛斥。德国化学权威柯尔比就持这种看法。他辛辣地嘲讽范霍夫：“一位雅·享·范霍夫博士，受雇于乌特勒支兽医学院，好象是对正当的化学研究不感兴趣，他认为更为方便的是乘上佩加苏斯(希腊神话中的飞马)(大概是从兽医学院借来的)，并且在他的《空间化学》中宣布，如何勇敢地飞到化学的帕纳苏斯(希腊山名)上，看到原子在空间的排列，完全是玩弄幻想，舍弃事实的根据，

7、而且对头脑清楚的化学家是不可理解的；当代化学家的一个特性就是把自己放在解释一切的位置上，当他的知识不顶用时，就用超自然的解释”。在克尔克霍夫和柯尔比看来，范霍夫大胆的理论猜测违反了经验主义的方法论观念，与精确科学的精神相左，因而完全是一种非科学的态度。另一方面，范霍夫的理论也得到了一些化学家的热情支持。德国化学家拜尔热情地评价说：“这是我们科学中又一个有价值的新思想，它将结出成熟的果实”。给予范霍夫最有力支持的是威利森努斯，他长期从事乳酸研究，积累了大量实验事实，但是他在实验上和理论上都进了死胡

8、同，范霍夫理论对乳酸异构体的出色解释使他疑团顿消，事实从模糊的迷雾中展现了真实的面貌。威利森努斯在给范霍夫的信中写道：“你的理论使我十分快乐，我不但看到了你试图解释至今仍然未知的事实的天才，而且我相信它对我们的科学会产生划时代的作用”。自1874年以后，分子式从纸面上竖起来了，新的理论不但要研究原子之间相互联结的次序和作用情况，而且表明它们在空间的相对位置，从此，化学结构的认识由“构造”进入丁“构型”阶段。由平面一I-的原子到空间中的原子标志着人类对化学结构的认识向真实逼进了一大步。与物理化学的