História vývoja organickej chémie. Predmet a význam organickej chémie

Málokto sa zamyslel nad tým, aká je to rolaorganická chémia v živote moderného človeka. Ale je obrovský, ťažko ho preceňovať. Už od rána, keď sa človek zobudí a ide sa umyť, až do večera, keď ide spať, ho každú minútu sprevádzajú produkty organickej chémie. Zubná kefka, oblečenie, papier, kozmetika, nábytok a interiérové ​​predmety a oveľa viac - to všetko nám dáva. Ale kedysi bolo všetko úplne inak a o organickej chémii sa vedelo len veľmi málo.

Uvažujme, ako sa história vývoja organickej chémie postupne vyvíjala.

1. Obdobie vývoja až do XIV storočia, nazývané spontánne.

2. XV - XVII storočia - začiatok vývoja alebo, iatrochémie, alchýmie.

3. Storočie XVIII - XIX - dominancia teórie vitalizmu.

4. XIX - XX storočia - intenzívny rozvoj, vedecká etapa.

Začiatok alebo spontánna fáza tvorby chémie organických zlúčenín

Toto obdobie znamená samotný pôrodpojmy chémie, pôvod. A počiatky siahajú do starovekého Ríma a Egypta, kde sa veľmi zdatní obyvatelia naučili získavať farbivá na farbenie predmetov a odevov z prírodných surovín – listov a stoniek rastlín. Išlo o indigo, ktoré dodáva sýtu modrú farbu a alisorín, ktorý farbí doslova všetko do šťavnatých a atraktívnych odtieňov oranžovej a červenej. Neobyčajne agilní obyvatelia rôznych národností tej istej doby sa tiež naučili získavať ocot, vyrábať alkoholické nápoje z cukru a látok rastlinného pôvodu s obsahom škrobu.

Je známe, že ide o veľmi bežné potravinyV tomto historickom období sa používali živočíšne tuky, živice a rastlinné oleje, ktoré používali liečitelia a kuchári. A tiež rôzne jedy vstúpili do každodenného života ako hlavná zbraň vnútrodomácich vzťahov. Všetky tieto látky sú produktmi organickej chémie.

Ale, bohužiaľ, pojem „chémia“ ako taký nie jeexistovali a k ​​štúdiu konkrétnych látok za účelom objasnenia vlastností a zloženia nedošlo. Preto sa toto obdobie nazýva spontánne. Všetky objavy boli náhodného, ​​necieleného charakteru každodenného významu. Toto pokračovalo až do budúceho storočia.

Sľubným začiatkom rozvoja je obdobie iatrochémie

Skutočne to bolo v 16.-17. storočíaby sa objavili priame predstavy o chémii ako vede. Vďaka práci vedcov tej doby boli získané niektoré organické látky, boli vynájdené najjednoduchšie zariadenia na destiláciu a sublimáciu látok, používali sa špeciálne chemické riady na mletie látok, oddelenie produktov prírody na zložky.

Hlavný smer práce v tom čase bolmedicína. Túžba získať potrebné lieky viedla k uvoľneniu éterických olejov a iných surovín z rastlín. Karl Scheele teda získal niektoré organické kyseliny z rastlinných materiálov:

• jablko;
• citrón;
• galský;
• mliečne výrobky;
• šťavelový.

Na štúdium rastlín a izoláciu týchto kyselínvedcovi to trvalo 16 rokov (od roku 1769 do roku 1785). To bol začiatok rozvoja, položili sa základy organickej chémie, ktorá sa priamo ako odvetvie chémie definovala a pomenovala až neskôr (začiatok 18. storočia).

V rovnakom období stredoveku G.F.Ruel izoloval kryštály kyseliny močovej z močoviny. Iní chemici získavali kyselinu jantárovú z jantáru, kyseliny vínnej. Používa sa metóda suchej destilácie rastlinných a živočíšnych surovín, vďaka ktorej sa získava kyselina octová, dietyléter, drevný alkohol.

To bol začiatok intenzívneho rozvoja organického chemického priemyslu v budúcnosti.

Vis vitalis alebo „Vitalita“

XVIII - XIX storočia pre organickú chémiu je veľmisú dvojaké: na jednej strane existuje množstvo objavov, ktoré majú veľký význam. Na druhej strane, dlhodobo bráni rastu a hromadeniu potrebných vedomostí a správnych myšlienok dominantná teória vitalizmu.

Zaviedol túto teóriu do používania a určil hlavnúJens Jacobs Berzelius, ktorý zároveň sám dal definíciu organickej chémie (presný rok nie je známy, buď 1807 alebo 1808). Podľa ustanovení tejto teórie sa organické látky môžu tvoriť iba v živých organizmoch (rastlinách a zvieratách vrátane ľudí), keďže iba živé bytosti majú špeciálnu „životnú silu“, ktorá umožňuje tieto látky produkovať. Zároveň je absolútne nemožné získať organické látky z anorganických látok, keďže ide o produkty neživej povahy, nehorľavé, bez vis vitalis.

Ten istý vedec navrhol prvýklasifikácia všetkých zlúčenín známych v tom čase na anorganické (neživé, všetky látky ako voda a soľ) a organické (živé, ako olivový olej a cukor). Berzelius bol tiež prvý, kto konkrétne definoval, čo je organická chémia. Definícia znela takto: ide o odvetvie chémie, ktoré študuje látky izolované zo živých organizmov.

Počas tohto obdobia vedci ľahko uskutočnili transformáciu organických látok na anorganické, napríklad počas spaľovania. O možnosti spätných premien sa však nič nevedelo.

Osud bol rád, že to bol Friedrich Wöhler, žiak Jensa Berzeliusa, ktorý prispel k začiatku kolapsu teórie svojho učiteľa.

Nemecký vedec pracoval na kyanidových zlúčeninácha v jednom z experimentov sa mu podarilo získať kryštály podobné kyseline močovej. V dôsledku starostlivejšieho výskumu sa presvedčil, že sa mu skutočne podarilo získať organickú hmotu z anorganickej hmoty bez akéhokoľvek vis vitalis. Akokoľvek bol Berzelius skeptický, musel priznať tento nepopierateľný fakt. To bola prvá rana pre vitalistické názory. História vývoja organickej chémie začala naberať na obrátkach.

Séria objavov, ktoré premohli vitalizmus

Vehlerov úspech inšpiroval chemikov osemnásteho storočia,preto sa začali rozsiahle testy a pokusy s cieľom získať organické látky v umelých podmienkach. Uskutočnilo sa niekoľko takýchto syntéz, ktoré majú rozhodujúci a najväčší význam.

1. 1845 - Adolf Kolbe, ktorý bol Welerovým žiakom, hospodáril z jednoduchých anorganických látok C, H.₂, O₂ viacstupňovou úplnou syntézou získať kyselinu octovú, čo je organická látka.
2. 1812 Konstantin Kirchhoff syntetizoval glukózu zo škrobu a kyseliny.
3. 1820 Henri Braconno denaturoval proteín kyselinou a potom spracoval zmes kyselinou dusičnou, čím sa získala prvá z 20 neskôr syntetizovaných aminokyselín – glycín.
4. 1809 g.Michel Chevreul študoval zloženie tukov a snažil sa ich rozložiť na ich základné zložky. V dôsledku toho dostal mastné kyseliny a glycerín. 1854 Jean Berthelot pokračoval v Chevreulovej práci a zahrieval glycerín s kyselinou stearovou. Výsledkom je tuk, ktorý presne opakuje štruktúru prírodných zlúčenín. V budúcnosti sa mu podarilo získať ďalšie tuky a oleje, ktoré sa molekulárnou štruktúrou trochu líšili od ich prirodzených náprotivkov. To znamená, že dokázal možnosť získania nových organických zlúčenín veľkého významu v laboratórnych podmienkach.
5. J. Berthelot syntetizoval metán zo sírovodíka (H₂S) a sírouhlíkom (CS₂).
6. 1842 Zinin dokázal syntetizovať anilín, farbivo z nitrobenzénu. Neskôr sa mu podarilo získať množstvo anilínových farbív.
7. A. Bayer si vytvára vlastné laboratórium, v ktorom sa venuje aktívnej a úspešnej syntéze organických farbív podobných prírodným: alizarínu, indiga, antrochinónu, xanténu.
8. 1846 syntéza nitroglycerínu vedec Sobrero. Vyvinul tiež teóriu typov, ktorá hovorí, že látky sú podobné niektorým anorganickým a možno ich získať nahradením atómov vodíka v štruktúre.
9. 1861 A.M.Butlerov syntetizoval cukrovú substanciu z formalínu. Sformuloval aj ustanovenia teórie chemickej štruktúry organických zlúčenín, ktoré sú aktuálne dodnes.

Všetky tieto objavy určili tému organickéhochémia - uhlík a jeho zlúčeniny. Ďalšie objavy boli zamerané na štúdium mechanizmov chemických reakcií v organickej hmote, na stanovenie elektrónovej povahy interakcií a na zváženie štruktúry zlúčenín.

Druhá polovica 19. a 20. storočia – doba globálnych chemických objavov

História vývoja organickej chémie v priebehu kurzudoba prechádzala čoraz väčšími zmenami. Práca mnohých vedcov o mechanizmoch vnútorných procesov v molekulách, v reakciách a systémoch priniesla plodné výsledky. Takže v roku 1857 Friedrich Kekule rozvíja teóriu valencie. Vďačí mu aj za najväčšiu zásluhu – objav štruktúry molekuly aromatického uhľovodíka benzénu. AM Butlerov zároveň sformuloval ustanovenia teórie štruktúry zlúčenín, v ktorých poukazuje na tetravalenciu uhlíka a fenomén existencie izomérie a izomérov.

V.V. Markovnikov a A.M.Zajcev sa hlbšie ponorí do štúdia mechanizmov reakcií v organickej hmote a sformuluje množstvo pravidiel, ktoré tieto mechanizmy vysvetľujú a potvrdzujú. V rokoch 1873-1875. I. Vislicenus, Van't Hoff a Le Belle študujú priestorové usporiadanie atómov v molekulách, objavujú existenciu stereoizomérov a stávajú sa zakladateľmi celej vedy – stereochémie. Mnoho rôznych ľudí sa podieľalo na vytvorení oblasti bio, ktorú dnes máme. Pozornosť si preto zaslúžia vedci organickej chémie.

Koniec 19. a 20. storočia je časom celosvetových objavov v oblasti liečiv, farieb a lakov a kvantovej chémie. Zvážte objavy, ktoré poskytli maximálnu hodnotu organickej chémie.

1. 1881 M. Konrad a M. Goodzeit syntetizovali anestetiká, veronal a kyselinu salicylovú.
2. 1883 L. Knorr dostal antipyrín.
3. 1884 F. Stoll dostal pyramidon.
4. V roku 1869 bratia Hyattovci dostali prvé umelé vlákno.
5. 1884 D. Eastman syntetizoval celuloidový fotografický film.
6. 1890 L. Získalo sa Depassiho vlákno z medi a amoniaku.
7. 1891 C. Kríž s kolegami dostal viskózu.
8. 1897 F. Mischer a Buchner založili teóriu biologickej oxidácie (bola objavená bezbunková fermentácia a enzýmy ako biokatalyzátory).
9. 1897 F. Mischer objavil nukleové kyseliny.
10. Začiatok XX storočia - nová chémia organoprvkových zlúčenín.
11. 1917 Lewis objavil elektrónovú povahu chemických väzieb v molekulách.
12. 1931 Hückel - zakladateľ kvantových mechanizmov v chémii.
13. 1931-1933 Lymus Pauling zdôvodňuje teóriu rezonancie a neskôr jeho kolegovia odhaľujú podstatu smerov v chemických reakciách.
14. Syntetizovaný nylon z roku 1936.
15. 1930-1940 AE Arbuzov vedie k vývoju organofosfátových zlúčenín, ktoré sú základom pre výrobu plastov, liekov a insekticídov.
16. 1960 Akademik Nesmeyanov a jeho študenti vytvorili prvé syntetické jedlo v laboratórnych podmienkach.
17. 1963 Du Vinho dostáva inzulín, čo je obrovský krok vpred v medicíne.
18. 1968 Indovi H.G. Koranovi sa podarilo získať jednoduchý gén, ktorý pomohol rozlúštiť genetický kód.

Teda význam organickej chémie vživoty ľudí sú jednoducho kolosálne. Plasty, polyméry, vlákna, farby a laky, kaučuky, kaučuky, PVC materiály, polypropylény a polyetylény a mnohé ďalšie moderné látky, bez ktorých je dnes život jednoducho nemožný, prešli náročnou cestou k ich objavu. Stovky vedcov prispeli svojou dlhoročnou usilovnou prácou k vytvoreniu spoločnej histórie rozvoja organickej chémie.

Moderný systém organických zlúčenín

Po obrovskej a náročnej ceste vo vývoji,organická chémia dnes nestojí na mieste. Je známych viac ako 10 miliónov spojení a toto číslo každým rokom rastie. Preto existuje určitá systematická štruktúra usporiadania látok, ktoré nám dáva organická chémia. Klasifikácia organických zlúčenín je uvedená v tabuľke.

Štúdium celej škály látok a reakcií, do ktorých vstupujú, je dnes predmetom organickej chémie.

Typy chemických väzieb v organických látkach

Akékoľvek spojenia sa vyznačujú týmelektrón-statické interakcie v rámci molekúl, ktoré sa v organickej hmote prejavujú v prítomnosti kovalentných polárnych a kovalentných nepolárnych väzieb. V organokovových zlúčeninách je možná slabá iónová interakcia.

Medzi C-C vznikajú kovalentné nepolárne väzbyinterakcie vo všetkých organických molekulách. Kovalentná polárna interakcia je charakteristická pre rôzne nekovové atómy v molekule. Napríklad C-Hal, C-H, C-O, C-N, C-P, C-S. Toto sú všetky väzby v organickej chémii, ktoré vytvárajú zlúčeniny.

Odrody vzorcov látok v organickej hmote

Najbežnejšie vzorce vyjadrujúcekvantitatívne zloženie zlúčeniny sa nazýva empirické. Takéto vzorce existujú pre každú anorganickú látku. Ale keď prišlo na formulovanie organických receptúr, vedci čelili mnohým výzvam. Po prvé, hmotnosť mnohých z nich je v stovkách alebo dokonca tisíckach. Je ťažké definovať empirický vzorec pre takú obrovskú látku. Preto sa časom objavila taká sekcia organickej chémie, ako je organická analýza. Za jeho zakladateľov sa považujú vedci Liebig, Wöhler, Gay-Lussac a Berzelius. Boli to oni, spolu s prácami A.M.Butlerova, ktorí určili existenciu izomérov - látok s rovnakým kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením, ktoré sa však líšia štruktúrou molekuly a vlastnosťami. Preto sa dnes štruktúra organických zlúčenín nevyjadruje empirickým, ale štruktúrnym úplným alebo štruktúrnym skráteným vzorcom.

Tieto štruktúry sú charakteristické a charakteristickévlastnosť, ktorú má organická chémia. Vzorce sa píšu pomocou pomlčiek označujúcich chemické väzby. napríklad skrátený štruktúrny vzorec pre bután bude CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₃... Úplný štruktúrny vzorec ukazuje všetky chemické väzby v molekule.

Existuje aj spôsob, ako zapísať molekulárne vzorce organických zlúčenín. Vyzerá to rovnako ako empirické v anorganickom. Napríklad pre bután to bude takto: С₄H₁₀... To znamená, že molekulárny vzorec dáva predstavulen o kvalitatívnom a kvantitatívnom zložení zlúčeniny. Štrukturálne väzby charakterizujú väzby v molekule, preto ich možno použiť na predpovedanie budúcich vlastností a chemického správania látky. Toto sú vlastnosti, ktoré má organická chémia. Vzorce sú napísané v akejkoľvek forme, každý z nich sa považuje za správny.

Typy reakcií v organickej chémii

Existuje určitá klasifikácia organickej chémie podľa typu reakcií, ktoré prebiehajú. Okrem toho existuje niekoľko takýchto klasifikácií podľa rôznych kritérií. Zoberme si tie hlavné.

Mechanizmy chemických reakcií metódami lámania a vytvárania väzieb:

• homolytické alebo radikálové;
• heterolytické alebo iónové.

Reakcie podľa typu transformácie:

• reťazový radikál;
• nukleofilná alifatická substitúcia;
• nukleofilná aromatická substitúcia;
• eliminačné reakcie;
• elektrofilné spojenie;
• kondenzácia;
• cyklizácia;
• elektrofilná substitúcia;
• preskupovacie reakcie.

Spôsobom spustenia reakcie (iniciácia) a pomocoukinetického poriadku tiež niekedy sú reakcie klasifikované. Toto sú hlavné črty reakcií, ktoré má organická chémia. Teória popisujúca detaily priebehu každej chemickej reakcie bola objavená ešte v polovici 20. storočia a s každým novým objavom a syntézou sa potvrdzuje a dopĺňa dodnes.

Je potrebné poznamenať, že vo všeobecnosti reakcie v organickomprebieha za tvrdších podmienok ako v anorganickej chémii. Je to spôsobené väčšou stabilizáciou molekúl organických zlúčenín v dôsledku tvorby intra a intermolekulárnych silných väzieb. Preto prakticky žiadna reakcia nie je úplná bez zvýšenia teploty, tlaku alebo použitia katalyzátora.

Moderná definícia organickej chémie

Vo všeobecnosti pokračoval vývoj organickej chémieintenzívna cesta po niekoľko storočí. O látkach, ich štruktúrach a reakciách, do ktorých môžu vstúpiť, sa nahromadilo obrovské množstvo informácií. Boli syntetizované milióny užitočných a jednoducho nevyhnutných surovín, ktoré sa používajú v rôznych oblastiach vedy, techniky a priemyslu. Pojem organická chémia je dnes vnímaný ako niečo veľké a veľké, početné a zložité, rozmanité a významné.

Kedysi prvá definícia tohto velikánaČasť chémie bola to, čo dal Berzelius: je to chémia, ktorá študuje látky izolované z organizmov. Od tohto momentu prešlo veľa času, bolo urobených veľa objavov a zrealizovaných a odhalených veľké množstvo mechanizmov intrachemických procesov. V dôsledku toho dnes existuje iný koncept toho, čo je organická chémia. Definícia je daná takto: toto je chémia uhlíka a všetkých jeho zlúčenín, ako aj spôsoby ich syntézy.