Organic chemistry

有机化学是化学的一个分支，专注于对含碳化合物及材料的科学研究。其工作包括确定有机物质的结构式、分析其物理和化学性质，以及评估其化学反应性以解释其行为方式。该领域还涵盖天然产物、药物和聚合物的化学合成，以及在实验室和通过理论计算机方法对单个有机分子的研究。研究的化学物质包括烃类（仅由碳和氢组成的化合物），以及还含有氧、氮、硫、磷（常见于生物化学物质）和卤素等元素的碳基化合物。一个相关领域——有机金属化学——研究含有碳-金属键的化合物。有机化合物是所有已知生命的基础，并构成大多数已知化学物质。由于碳能形成单键、双键和三键，以及具有离域电子的结构，这些化合物结构多样，用途广泛。它们是许多商业产品的基础，如药物、石化产品、农用化学品、润滑剂、溶剂、塑料、燃料和炸药。有机化学的研究与有机金属化学、生物化学、药物化学、高分子化学和材料科学有重叠。有机化学通常在大学或学院阶段教授。它被认为是一门非常具有挑战性的课程，尽管已有努力使其对学生更易掌握。在18世纪之前，化学家普遍认为来自生物体的化合物含有一种“生命力”，使其与无机化合物区别开来。这种观点被称为活力论。19世纪初，对有机化合物的系统研究开始。大约在1816年，米歇尔·舍弗勒研究了由脂肪和碱制成的肥皂，分离出形成肥皂的酸。他证明，无需任何生命力，就能对脂肪（传统上来自有机来源）进行化学变化。1828年，弗里德里希·维勒通过无机盐（氰酸钾和硫酸铵）合成了尿素（尿液的一种成分），这一过程现在被称为维勒合成。尽管维勒本人持谨慎态度，但这是首次在实验室中无需生物起始材料制得有机物质，现在被视为对活力论的驳斥。继维勒之后，尤斯图斯·冯·李比希帮助组织了有机化学，并被认为是其主要奠基人之一。1856年，威廉·亨利·珀金在尝试制造奎宁时意外制得有机染料苯胺紫；其商业成功引发了该领域的广泛兴趣。1858年，弗里德里希·奥古斯特·凯库勒和阿奇博尔德·斯科特·库珀独立提出了化学结构的概念，这是一个关键突破。他们提出四价碳原子可以连接形成碳骨架，并且原子键合的模式可以从化学反应中推导出来。制药工业始于19世纪90年代，当时拜耳首次生产乙酰水杨酸（阿司匹林）。到1910年，保罗·埃尔利希及其团队开发了基于砷的砷凡纳明（洒尔佛散），作为第一种有效治疗梅毒的药物，开启了化学疗法实践。埃尔利希推广了“魔法子弹”药物和系统性药物改进的理念，他的实验室还参与了抗白喉血清的开发以及治疗性血清的标准化。早期的有机反应和应用往往来自运气和意外观察，但19世纪下半叶出现了更系统的研究。合成靛蓝的发展便是一个例子：阿道夫·冯·拜耳的合成方法导致植物靛蓝产量从1897年的19,000吨下降到1914年的1,000吨；到2002年，从石化产品中生产了17,000吨合成靛蓝。20世纪初，聚合物和酶被确认为大分子有机物质，石油被证明具有生物起源。复杂有机化合物（如葡萄糖、萜品醇、胆固醇相关化合物，以及后来的麦角酸和维生素B12）的全合成日益复杂，使得人类激素及其衍生物的制造成为可能。石油的发现和石化工业的兴起进一步推动了有机化学的发展。