Органическая химия

Что такое органическая химия?! [0:59]

Органическая химия как дисциплина — Валентин Ненайденко // ПостНаука [14:08]

Урок № 1. Введение в органическую химию // Константин Верницкий [45:06]

Органическая химия — раздел химии, изучающий структуру, свойства, методы синтеза органических соединений и реакции органических соединений.

История

Как отдельная наука органическая химия сформировалась в начале XIX века, когда ученые начали систематическое изучение органических веществ, которые в то время выделялись из живых организмов.

Сначала считали, что органические вещества можно получать только из объектов живой природы под влиянием особой «жизненной силы». Существовало даже учение о «жизненной силе» — витализм.

Долгое время ученые-химики не могли получить органические соединения из неорганических веществ. Одним из первых такой синтез осуществил немецкий химик Фридрих Веллер. В результате превращения неорганического соединения (цианата аммония) он получил органическое — мочевину.

В последующие годы синтезы органических соединений из неорганических осуществили А. Кольбе , М. Берт и А. Бутлеров. К началу XIX в. было проведено большое количество исследований, выделено в чистом виде и изучено много органических веществ, входящих в состав продуктов питания, организмов растений, животных и человека. Число изученных веществ приближался до нескольких сотен, но никакой связи между их строением и свойствами установлено не было. Тем не менее стало известно, что в состав большинства органических веществ входят элементы углерод, водород, кислород, а некоторые из веществ содержащих атомы азота и др.

В первой половине XIX в., с ростом экспериментальных исследований, начался процесс преобразования органической химии из науки описательной в науку, которая стремится вскрыть истинную сущность органических веществ, вследствие их своеобразия, закономерности превращений. На то время основным требованием при исследовании состава любого вещества являлась не только его разложение, но и получение из более простых веществ. Многие химики считали, что в области синтеза органических веществ химия абсолютно бессильна.

Особенно тяжело было во многих случаях объяснить существование изомерных соединений и классифицировать их. Единственно разумное объяснение, которое можно было дать явлению изомерии, это то, что молекулы изомеров имеют разную структуру. Термины «строение», «структура» ввел А. Бутлеров. Он утверждал, что всякое изменение в структуре молекул неизбежно влечет за собой изменение их свойств. На то время уже возникли серьезные предпосылки для создания теории химического строения. Благодаря исследованиям Кольбе и Купера было показано, что углерод является четырехвалентным, а его атомы способны соединяться друг с другом с образованием стойких веществ. Кекуле предложил циклическое строение молекулы бензола.

А. Бутлеров заявил о своей работе во время доклада на съезде немецких естествоиспытателей в 1861: «Способность атомов соединяться друг с другом различна. Особенно интересен углерод, который, по мнению А. Кекуле, является четырехвалентным. Если представить валентность в виде щупалец, с помощью которых атомы связываются между собой, то нельзя не отметить, что способ связи отражается на свойствах соответствующих соединений.» Бутлеров отметил, что, основываясь на химических реакциях, характерных для конкретного вещества, можно узнать о настоящем химическом строении данного вещества. Это возможно, так как атомы в молекуле воздействуют друг на друга, что проявляется не только в физических, но и в химических свойствах.

Теория химического строения органических соединений

Теорию химического строения органических соединений можно кратко сформулировать в следующих основных положениях.

Атомы в молекулах органических веществ соединяются друг с другом в определенной последовательности, согласно их валентности. Валентность углерода в молекулах органических соединений всегда равна четырём, водорода — одному, кислорода — двум.

Свойства веществ зависят не только от качественного и количественного состава, но и от порядка соединения атомов в молекулах. Существуют вещества, которые имеют одинаковый состав, но разную структуру и вследствие этого различные свойства. Вещества, имеющие одинаковый состав, но разную структуру, называются изомерами.

В молекулах органических веществ атомы и группы атомов взаимно влияют одни на одних. Взаимное влияние фенильной группы и аминогруппы в молекуле анилина сказывается на его химических свойствах.

Методы изучения органических веществ

Изучение органических веществ начинается с установления их качественного и количественного состава.

Органические вещества, встречающиеся в природе или получаемые синтетически, как правило, являются смесями. Для изучения строения и свойств органических соединений необходимы чистые, без примесей, вещества, поэтому очень важными являются методы очистки органических веществ. Чаще всего для очистки

После получения чистого вещества или отдельного компонента смеси начинается определение его качественного состава — наличия углерода, водорода, кислорода, азота и других элементов. Качественное обнаружение углерода и водорода в органических соединениях легко осуществить например, при их окислении оксидом меди (II) до углекислого газа и воды.

Следующим этапом исследования вещества является определение его количественного состава. Количественный состав органических соединений устанавливают при их окислении. Продукты окисления органических соединений улавливают в специальных поглотителях, которые взвешивают перед реакцией и после нее, и по разности масс находят массы воды и углекислого газа, образовавшихся в реакции. На основании полученных данных определяют простую (эмпирическую) формулу вещества, если известно относительная молекулярная масса, то и молекулярную формулу. Одним из важных методов определения строения молекул и относительной молекулярной массы является масс-спектрометрия: на вещество, предварительно приведенное в газообразное состояние, действуют пучком электронов, которые быстро двигаются.

Самая главная задача — установление химического строения вещества, то есть порядка соединения атомов в молекулах. Химическое строение органических молекул устанавливается химическими и физическими методами. Среди физических одним из важнейших является протонный магнитный резонанс.

Литература

• Химия: учеб. пособие. для 11-го кл. общеобразоват. учреждений с бел. языком обучения с 11-летним сроком обучения / А. П. Ельницкий, А. И. Шарапа; пер. с рус. языка Л. Э. Гаранин. — Минск: Нар. просвещение, 2008.