Органическая химия/История органической химии
Краткая история
править
Йенс Якоб Берцелиус, врач по профессии, впервые ввел термин «органическая химия» в 1806 году для изучения соединений, полученных из биологических источников. Вплоть до начала 19 века натуралисты и ученые наблюдали критические различия между соединениями, полученными из живых существ, и теми, которые не были таковыми.
Химики того периода отмечали, что, по-видимому, существует существенная, но необъяснимая разница между свойствами двух различных типов соединений. Поэтому была предложена и широко принята теория жизненной силы, иногда называемая «витализмом» (vital в переводе - «жизненная сила»), как способ объяснения этих различий, согласно которой «жизненная сила» существует в органическом материале, но не существует ни в одном неорганическом материале.
Синтез мочевины
править
Фридрих Вёлер широко известен как пионер органической химии, поскольку он синтезировал биологическое соединение мочевины (компонент мочи многих животных) с помощью того, что сейчас называется «синтезом Вёлера».
Вёлер смешал цианат серебра или свинца с нитратом аммония; согласно теории дуализма Берцелиуса, это должно было дать цианат аммония в результате реакции обмена. Однако Вёлер обнаружил, что конечным продуктом этой реакции является не цианат аммония (NH4OCN), неорганическая соль, а мочевина ((NH2)2CO), биологическое соединение. (Более того, нагревание цианата аммония превращает его в мочевину.) Столкнувшись с этим результатом, Берцелиус был вынужден признать, что (NH2)2CO и NH4OCN являются изомерами. До этого открытия в 1828 году химики широко полагали, что органические вещества могут образовываться только под влиянием «жизненной силы» в телах животных и растений. Синтез Вёлера убедительно доказал ложность этой точки зрения.
Синтез мочевины был важнейшим открытием для биохимиков, поскольку он показал, что соединение, которое, как известно, производится в природе только биологическими организмами, может быть получено в лаборатории в контролируемых условиях из неживой материи. Этот синтез органического вещества «in vitro» опроверг общепринятую теорию (витализм) о vis vitalis, трансцендентной «жизненной силе», необходимой для производства органических соединений.
Органическая vs неорганическая химия
правитьХотя изначально органическая химия определялась как химия биологических молекул, с тех пор она была переопределена, как химия связанная конкретно с углеродными соединениями — даже к тем, которые имеют небиологическое происхождение. Некоторые молекулы углерода не считаются органическими, причем диоксид углерода является наиболее известным и распространенным неорганическим углеродным соединением, но такие молекулы являются исключением, а не правилом.
Органическая химия фокусируется на углероде и последующем движении электронов в углеродных цепях и кольцах, а также на том, как электроны распределяются с другими атомами углерода и гетероатомами. Органическая химия в первую очередь занимается свойствами ковалентных связей и неметаллическими элементами, хотя ионы и металлы действительно могут играть решающую роль в некоторых органических реакциях.
Применение органической химии действительно огромно: все виды пластика, красителей, ароматизаторов, отдушек, моющих средств, взрывчатых веществ, топлива и многих, многих других продуктов. Прочитайте список ингредиентов практически для любого вида пищи, которую вы едите, — или даже для вашего шампуня — и вы увидите, что там перечислены творения рук химиков-органиков.
Основные достижения в области органической химии
править
Конечно, в учебнике по химии как минимум должен быть упомянут Антуан Лоран Лавуазье. Французского химика часто называют «отцом современной химии», и его место — первое в любом пантеоне великих деятелей химии. Любой учебник по общей химии должен содержать информацию о конкретных работах и открытиях Лавуазье — они не будут здесь повторяться, поскольку его открытия не имели прямого отношения к органической химии в частности. Берцелиус и Вёлер обсуждались выше, и их работа была основополагающей для конкретной области органической химии. После этих двоих еще трое ученых прославились тем, что независимо друг от друга предложили элементы структурной теории. Этими химиками были Август Кекуле, Арчибальд Купер и Александр Бутлеров.
Кекуле был немцем, архитектором по образованию, и он, возможно, был первым, кто предположил, что изомерия обусловлена склонностью углерода к образованию четырех связей. Его способность связываться с четырьмя другими атомами сделала его идеальным для формирования длинных цепочек атомов в одной молекуле, а также сделала возможным соединение того же количества атомов огромным количеством способов. Купер, шотландец, и Бутлеров, русский, пришли ко многим из тех же выводов в то же время или вскоре после этого.
В течение девятнадцатого века и в двадцатом веке экспериментальные результаты пролили свет на множество новых знаний об атомах, молекулах и молекулярных связях. В 1916 году именно Гилберт Льюис из Калифорнийского университета в Беркли описал ковалентную связь в значительной степени такой, какой мы ее знаем сегодня (обмен электронами). Лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг развил концепции Льюиса, предложив резонанс, когда он был в Калифорнийском технологическом институте. Примерно в то же время сэр Роберт Робинсон из Оксфордского университета сосредоточился в основном на электронах атомов как двигателях молекулярных изменений. Сэр Кристофер Ингольд из Лондонского университетского колледжа организовал то, что было известно об органических химических реакциях, организовав их в схемы, которые мы теперь знаем как механизмы, чтобы лучше понять последовательность изменений в синтезе или реакции.
Область органической химии, вероятно, является самой активной и важной областью химии в настоящее время из-за ее чрезвычайной применимости как к биохимии (особенно в фармацевтической промышленности), так и к нефтехимии (особенно в энергетической промышленности). Органическая химия имеет относительно недавнюю историю, но у нее будет чрезвычайно важное будущее, влияющее на жизнь каждого человека во всем мире в течение многих, многих лет.