有机化学起源于19世纪初，一般认为，物理化学作为一门学科的正式形成，是从1877年化学家奥斯特瓦尔德和荷兰化学家范托夫创刊的《物理化学杂志》开始的。而物理有机化学是依据物理化学的基本原理来诠释、探讨有机化合物的结构、性质与反应机理，并归纳法则及发展新说的一门科学，它的发展是在建立在有机化学和物理化学发展的基础上的，因此它是一门比较年轻的学科。物理有机化学的研究可以追溯到 20世纪初，但到30年代才成为一门独立的分支学科，但除了在 60年代曾一度跻身有机化学之主流外，多年来其相关研究都不是化学研究的热门课题。我国物理有机化学研究起步于 60年代，70年代后期以来得到发展， 主要研究成果基本上是在 80年代以来取得的。
20世纪物理有机化学的发展经历了一个漫长的过程。从J.Stiegliz首次发表关于碳阳离子的文章到卡宾中间体的发现，再到 1914年W.Schlenk和E.Marcus发现带阴电荷的中间体，人们开始了对物理有机化学的探索。随着中间体的研究的深入，人们开始着手研究涉及中间体的反应机理，并对影响结构一活性关系的关键因素如立体化学、空间效应、取代基电子效应等有了初步的认识。30年代开始物理有机化学有了很快的发展，并将有机反应机理应用于分析生物化学过程，开创了高聚物化学。1952年，由于Wiinson和Woodward的智慧以及Fischer的工作．使二茂铁的结构得以阐明。这是一个重要的转折点，由此带来了金属有机化学飞速的发展，大量的过渡金属元素有机物被合成出来并得到广泛的应用。由于金属有机化学的突出发展，在此后的20多年中有多位化学家因此获得诺贝尔奖。60年代以后，由于量子化学特别是分子轨道法用于研究有机结构和反应性，物理有机化学进入了一个新的研究阶段，对于有机结构的研究直接立足于微观结构，而不再是由宏观现象推测，研究手段由宏观观测向微观观测发展，研究方法由静态向动态发展。
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