1861年 结构式
约瑟夫·洛施密特(Josef Loschmidt,1821—1895)
图为如今我们描绘的一些常见化合物的分子式,与洛施密特当时的版本相比,相似之处已不多了。
苯和芳香性(1865年),碳四面体结构(1874年)
在有些人看来,化学家们书写的分子结构式看起来非常有距离感,甚至多少有点令人惊愕。对于那些不怎么与化学沾边的职业来说,如广告、导演等职业,一提到化学,脑子里出现的除了锥形瓶可能就是这些复杂的化学结构式。
事实上,画分子结构式的规则并不难。诸如:结构式(Structural formula)中的每条线都代表了一个化学键(Chemical bond),如果没有专门标出元素种类,那么就默认为这一化学键的两端是碳原子;鉴于氢元素几乎无处不在,所以有机化学家们在画结构式时习惯于不特意标注它们;对于某些元素之间可能存在不确定单键、双键甚至三键的,化学家们有时会画一个中间带有圆圈的环来代表其具有某种芳香性(参考“苯和芳香性”一节)。当然,如果想利用好这套符号体系,人们首先得认真学习结构式各部分所代表的具体意义,这就使得结构式发明人—约瑟夫·洛施密特的工作意义非凡,几乎世人皆知。化学家洛施密特来自奥地利,他的研究工作涉及领域众多,而真正使他在科学史上名垂青史的还是他1861年出版的《化学研究》一书。在书中,他向世人展示了一系列对分子结构新的标记方法。他用不同大小的圆圈来代表各式各样的原子,又用涂黑的圆圈区分不同的元素(Element)。对于现在的化学家而言,这些结构式乍看上去是有点奇怪,但只要再仔细一看,马上就能明白这些结构式要表达的意思了。尽管他画的结构式中有几个结构式与事实不符,但他将苯及其他芳香族化合物的分子结构描绘成首尾相连的环状结构,这与我们后来对苯环结构的研究结论可是惊人的一致,要知道苯的环状结构理论正式创立是那本书出版四年之后的事了,这实在令人称奇!
用这种方法描述分子的结构对化学家们开展工作大有裨益。一个小小的结构式就可以传达出许多的信息,一位有经验的化学家通过阅读结构式马上就能清楚知道:这个物质的化学性质怎样,它的物理性质又如何,甚至还能推测出它有什么气味,该如何合成这个分子,可能会有什么应用等。如今很多化学工作者可能对化学结构式早已习以为常,认为理所应当地应该这样画,而事实上我们更应该思考结构式是如何一步一步演变成今天的样子,这或许有助于我们加深对化学这门科学的认识,要知道,整个19世纪后期几乎都是在对分子结构真实性的争辩中度过的!■