Istoria dezvoltării chimiei organice. Subiectul și semnificația chimiei organice

Puțini s-au gândit la rolul chimiei organice în viața omului modern. Dar este enorm, e greu să o supraestimăm. De dimineață, când o persoană se trezește și se duce să se spele și până în seara când se culcă, în fiecare minut el însoțește produsele chimiei organice. Periuța de dinți, îmbrăcămintea, hârtia, cosmeticele, mobilierul și obiectele de interior și multe altele - toate acestea ne dau. Dar, odată ce totul era complet diferit, se știa puțin despre chimia organică.

Să ne gândim cum sa dezvoltat pas cu pas istoria dezvoltării chimiei organice.

1. Perioada de dezvoltare până în secolul al XIV-lea, numită spontană.

2. sec XV - XVII - începutul dezvoltării, sau, jatrokhimiya, alchimia.

3. Centrul XVIII - XIX - dominația teoriei vitalismului.

4. Secolul XIX - XX - dezvoltare intensivă, etapă științifică.

Începutul sau etapa elementară a formării chimiei compușilor organici

Această perioadă implică însăși nașterea conceptului de chimie, surse. Iar sursele se întorc în Roma Antică și Egiptul, în care locuitorii foarte capabili au învățat să extragă coloranți pentru pictura obiectelor și hainele din materii prime naturale - frunze și tulpini de plante. Acestea erau indigo, dând o culoare albastră bogată și alizolin, colorând literalmente totul în nuanțe suculente și atrăgătoare de portocaliu și roșu. Agenții rezidenți extrem de agili de diferite naționalități, în același timp, au învățat să primească oțet, să facă băuturi alcoolice din zahăr și din substanțe de origine vegetală care conțin amidon.

Se știe că cele mai frecvente produse folosite în această perioadă istorică au fost grăsimile animale, rășinile și uleiurile vegetale, care au fost utilizate de către medici și bucătari. Și, de asemenea, în utilizarea diverselor otrăvuri numeroase, ca armă principală a relațiilor interne. Toate aceste substanțe sunt produse de chimie organică.

Dar, din păcate, ca atare, conceptul de "chimie" nu a existat, iar studiul substanțelor specifice pentru a clarifica proprietățile și compoziția nu a avut loc. Prin urmare, această perioadă se numește spontană. Toate descoperirile au fost de un caracter casual, non-scop de importanță de zi cu zi. Aceasta a continuat până în secolul următor.

Perioada iatrochimiei este un început promițător al dezvoltării

Într-adevăr, în secolele XVI-XVII, ideile directe despre chimie au început să apară ca o știință. Datorită muncii oamenilor de știință din acea vreme, s-au obținut câteva substanțe organice, au fost inventate cele mai simple dispozitive pentru distilarea și sublimarea substanțelor, au fost folosite ustensile chimice speciale pentru măcinarea substanțelor, separând produsele naturii în ingrediente.

Direcția principală a muncii din acea vreme a fost medicina. Dorința de a obține medicamentele necesare a condus la extragerea uleiurilor esențiale și a altor componente brute din plante. Deci, Karl Scheele a primit niște acizi organici din materii prime vegetale:

• malic;
• lamaie;
• galic;
• lapte;
• oxalic.

În studiul plantelor și izolarea acestor acizi, omul de știință a luat 16 ani (între 1769 și 1785). Acesta a fost începutul dezvoltării, au fost puse bazele chimiei organice, care a fost definită direct ca o secțiune a chimiei și a fost mai târziu numită (începutul secolului al XVIII-lea).

În aceeași perioadă a Evului Mediu, GF Ruel a izolat cristale de acid uric din uree. Alți chimiști au obținut acid succinic din chihlimbar, acid tartric. Utilizarea obișnuită este metoda de distilare uscată a materiilor prime vegetale și animale, prin care se obține acidul acetic, dietileterul, alcoolul lemnos.

Acesta a fost începutul dezvoltării intensive a industriei chimice organice în viitor.

Vis vitalis sau "forța vieții"

Secolele XVIII-XIX pentru chimia organică sunt foarte duble: pe de o parte, există o serie de descoperiri care au o semnificație grandioasă. Pe de altă parte, creșterea și acumularea cunoștințelor necesare și a ideilor corecte pentru o lungă perioadă de timp este împiedicată de teoria dominantă a vitalismului.

Această teorie a inventat și a subliniat principalele Jens Jakobs Berzelius, care în același timp, el însuși a dat, și definiția chimiei organice (anul exact nu este cunoscut, sau 1807 sau 1808). În conformitate cu prevederile acestei teorii, substanțele organice pot fi formate numai în organisme vii (plante și animale, inclusiv oameni), ca singurele ființe vii au o „forță de viață“ special care permite acestor substanțe produse. În timp ce substanțele anorganice obține organice absolut imposibil, deoarece acestea sunt produse neînsuflețite, non-inflamabile, fără a vis de Vitalis.

Aceleași oameni de știință prima clasificare a tuturor cunoscute în momentul compușilor din anorganic (non-vii, toate substanțele, cum ar fi apa si sare) și organice (vii, acelea care cum ar fi uleiul de măsline și zahăr) a fost propusă. De asemenea, Berzelius a fost primul care a specificat în mod specific ce este chimia organică. Definiția a sunat astfel: este o secțiune a chimiei care studiază substanțe izolate din organisme vii.

În această perioadă, oamenii de știință au efectuat cu ușurință transformarea substanțelor organice în anorganice, de exemplu, în timpul arderii. Cu toate acestea, nu sa știut nimic despre posibilitatea transformărilor inverse încă.

Soarta a fost încântată să renunțe la faptul că a fost studentul lui Jens Berzelius, Friedrich Weller, care a contribuit la începutul prăbușirii teoriei profesorului său.

Omul de știință german a lucrat asupra compușilor de cianuri și, într-unul din experimente, a reușit să obțină cristale similare cu acidul uric. Ca urmare a unui studiu mai aprofundat, el a devenit convins că a reușit să obțină materie organică din anorganic fără vreo vitalizare. Oricât de mult a fost Berzelius sceptic, a trebuit să recunoască acest fapt incontestabil. Aceasta a fost prima lovitură a vederilor vitale. Istoria dezvoltării chimiei organice a început să câștige impuls.

O serie de descoperiri care au zdrobit vitalismul

Succesul lui Wöhler a inspirat chimiștii secolului al XVIII-lea, astfel încât încercările și experimentele universale au început să producă substanțe organice în condiții artificiale. Astfel de sinteze, care au o importanță decisivă și cea mai mare, au fost comise de mai multe ori.

1. 1845 - Adolf Kolbe, care a fost student al lui Wöhler, a reușit din substanțe anorganice simple C, H₂, oh₂ în mai multe etape de sinteză completă pentru a produce acid acetic, care este o substanță organică.
2. 1812. Constantin Kirchhoff sintetiza glucoza din amidon si acid.
3. 1820 Henry Braconno a denaturat proteina cu un acid și apoi a tratat amestecul cu acid azotic și a obținut primul din 20 aminoacizi sintetizați mai târziu - glicina.
4. 1809 Michel Chevrel a studiat compoziția grăsimilor, încercând să le împartă în componentele lor constitutive. Ca urmare, el a primit acizi grași și glicerină. 1854 Jean Berthelot a continuat lucrarea lui Chevrel și glicerina încălzită acid stearic. Rezultatul este grăsime, repetând exact structura compușilor naturali. Mai târziu, el a reușit să obțină alte grăsimi și uleiuri, care erau oarecum diferite în structura moleculelor din analogii naturali. Asta a dovedit posibilitatea obținerii unor noi compuși organici de mare importanță în laborator.
5. J. Bertlo a sintetizat metanul din hidrogen sulfurat (H₂S) și disulfură de carbon (CS₂).
6. În 1842, Zinin a reușit să sintetizeze anilina, un colorant din nitrobenzen. Mai târziu a reușit să obțină un număr de coloranți anilinici.
7. A. Bayer își creează propriul laborator, care se ocupă de sinteza activă și de succes a coloranților organici, asemănători cu cele naturale: alizarin, indigoid, antrochinonă, xantină.
8. 1846 sinteza nitroglicerinei către omul de știință Sobrero. El a dezvoltat, de asemenea, o teorie a tipurilor, care spune că substanțele sunt similare cu unele dintre cele anorganice și pot fi obținute prin înlocuirea atomilor de hidrogen în structură.
9. 1861 AMButlerov îndulcitor sintetizat de formol. Ele au fost formulate de prevederile teoriei structurii chimice a compușilor organici relevanți în ziua de azi.

Toate aceste descoperiri au determinat subiectul chimiei organice - carbonul și compușii săi. Alte descoperiri au vizat studierea mecanismelor reacțiilor chimice în materie organică, stabilirea naturii electronice a interacțiunilor și luarea în considerare a structurii compușilor.

A doua jumătate a secolului al XIX-lea și al XX-lea - timpul descoperirilor chimice la nivel mondial

Istoria dezvoltării chimiei organice a suferit modificări tot mai mari în timp. Lucrarea multor oameni de știință cu privire la mecanismele proceselor interne din molecule, în reacții și sisteme a dat rezultate fructuoase. Deci, în 1857, Friedrich Kekule dezvoltă teoria valenței. El are, de asemenea, cel mai mare merit - descoperirea structurii moleculei hidrocarbură aromatică benzen. În același timp, AM Butlerov formulează teoria structurii compușilor, în care el indică quadrivalența carbonului și fenomenul existenței izomerismului și izomerilor.

VV Markovnikov și AM Zaitsev aprofundează studiul mecanismelor de reacție în materie organică și formulează o serie de reguli pe care aceste mecanisme le explică și le confirmă. În 1873 - 1875 de ani. Wislicenus, Vant-Goff și Le Bel studiază aranjamentul spațial al atomilor din molecule, descoperă existența stereoizomerilor și devin fondatorii unei întregi științe - stereochimie. O mulțime de oameni diferiți au luat parte la crearea zonei de materie organică pe care o avem azi. Prin urmare, oamenii de știință din chimia organică merită atenție.

Sfârșitul secolelor XIX și XX sunt vremurile descoperirilor la nivel mondial în industria farmaceutică, vopsele și lacuri, chimia cuantică. Să luăm în considerare descoperirile, care au oferit valoarea maximă a chimiei organice.

1. 1881 M. Conrad și M. Gudseyt au sintetizat anestezicele, acidul veronal și acidul salicilic.
2. 1883 L. Knorr a primit antipyrin.
3. 1884 F. Stoll a primit o piramidă.
4. În 1869, frații Hyatt primeau prima fibră artificială.
5. 1884 D. Eastman a sintetizat celuloidul.
6. În 1890 a fost obținută fibra cupru-amoniac a lui L. Depassi.
7. În 1891, Charles Cross și colegii săi au primit viscoză.
8. 1897 F. Misher și Buchner au fondat teoria oxidare biologică (fermentarea fără celule și enzimele au fost descoperite ca biocatalizatori).
9. 1897 F. Misher a descoperit acizi nucleici.
10. Începutul secolului XX este noua chimie a compușilor organoelemente.
11. 1917 Lewis a descoperit natura electronică a legăturii chimice în molecule.
12. 1931. Hückel este fondatorul mecanismelor cuantice în chimie.
13. Din 1931-1933. Lymus Pauling justifică teoria rezonanței, iar mai târziu angajații săi dezvăluie esența direcțiilor în reacțiile chimice.
14. În 1936 sa sintetizat nailonul.
15. 1930-1940 gg. AE Arbuzov dă naștere la dezvoltarea compușilor organofosforici, care stau la baza producției de materiale plastice, medicamente și insecticide.
16. 1960 Academicianul Nesmeyanov și elevii săi creează prima hrana sintetică în laborator.
17. 1963 Du Vinhu primește insulină, un pas imens în medicină.
18. 1968 Ingineria HG Coran a reușit să obțină o gena simplă, care a ajutat la descifrarea codului genetic.

Astfel, importanța chimiei organice în viața oamenilor este pur și simplu enormă. Materiale plastice, polimeri, fibre, vopsele și lacuri, cauciuc, cauciuc, materiale de PVC, polipropilenă și polietilenă, precum și multe alte substanțe moderne, fără de care astăzi nu este pur și simplu posibil de viață, calea complexă pentru descoperirea sa. Sute de oameni de știință au făcut lor de ani de muncă grea, așa că a existat o istorie generală a dezvoltării chimiei organice.

Sistemul modern de compuși organici

Făcând o cale imensă și complexă în dezvoltare, chimia organică nu mai rămâne în continuare. Mai mult de 10 milioane de conexiuni sunt cunoscute, iar acest număr crește în fiecare an. Prin urmare, există o anumită structură sistematizată a distribuției substanțelor pe care le oferă chimia organică. Clasificarea compușilor organici este prezentată în tabel.

Studiul întregii varietăți de substanțe și reacții la care intră și este subiectul chimiei organice până în prezent.

Tipuri de legături chimice în substanțe organice

Pentru oricare dintre compuși, interacțiunile electron-statice din interiorul moleculelor sunt caracteristice, care în materie organică sunt exprimate în prezența legăturilor covalent polar și covalent nonpolar. Compușii anorganici, este posibilă formarea unei interacțiuni ionice slabe.

Obligații covalent nonpolar apar între interacțiunea C-C în toate moleculele organice. Interacțiunea polară cvalentă este caracteristică pentru diferiți atomi nemetalici dintr-o moleculă. De exemplu, C-Hal, C-H, C-O, C-N, C-P, C-S. Acestea sunt toate legăturile din chimia organică care există pentru formarea compușilor.

Soiuri de formule de substanțe în organice

Cele mai comune formule care exprimă compoziția cantitativă a unui compus sunt numite empirice. Astfel de formule există pentru fiecare substanță anorganică. Dar când a venit să compunem formule în materie organică, oamenii de știință s-au confruntat cu multe probleme. În primul rând, masa multora dintre ei se numără în sute sau chiar mii. Este dificil să se determine formula empirică pentru o astfel de substanță uriașă. Prin urmare, în timp, a apărut o secțiune de chimie organică, cum ar fi analiza organică. Fondatorii săi sunt oamenii de știință Libich, Weller, Gay-Lussac și Berzelius. Acestea, împreună cu lucrările lui AM Butlerov, a identificat existența izomerilor - compuși care au aceeași compoziție calitativă și cantitativă, dar diferă în structură și proprietăți ale moleculei. De aceea structura compușilor organici este exprimată astăzi nu ca o formulă empirică, ci ca o structură completă sau structurală scurtă.

Aceste structuri sunt o trăsătură caracteristică și distinctivă a chimiei organice. Formulele sunt scrise cu linii de indicare a legăturilor chimice. de exemplu, formula structurală redusă de butan va avea forma CH₃ - CH₂ - CH₂ - CH₃. Formula structurală completă arată toate legăturile chimice prezente în moleculă.

Există, de asemenea, o modalitate de a scrie formule moleculare de compuși organici. Seamănă exact cu experiența empirică din partea anorganică. Pentru butan, de exemplu, va fi: C₄H₁₀. Adică, formula moleculară oferă o idee numai despre compoziția calitativă și cantitativă a compusului. Caracteristicile structurale caracterizează legăturile din moleculă, astfel încât acestea pot prezice proprietățile viitoare și comportamentul chimic al substanței. Acestea sunt caracteristicile pe care le are chimia organică. Formulele sunt scrise sub orice formă, fiecare dintre ele fiind considerată corectă.

Tipuri de reacții în chimia organică

Există o anumită clasificare a chimiei organice în funcție de tipul de reacții care apar. Și există mai multe astfel de clasificări, pe diferite motive. Să luăm în considerare principalele.

Mecanisme de reacții chimice prin metode de rupere și lipire:

• homolitic sau radical;
• heterolitic sau ionic.

Reacțiile după tipuri de transformări:

• lanț radical;
• substituție alifatică nucleofilă;
• substituție aromatică nucleofilă;
• reacții de eliminare;
• conexiune electrofilă;
• condensare;
• ciclizare;
• substituție electrofilă;
• regruparea reacțiilor.

Prin modul în care reacția (inițierea) și ordinea cinetică sunt declanșate, uneori reacțiile sunt, de asemenea, clasificate. Acestea sunt principalele trăsături ale reacțiilor pe care le are chimia organică. Teoria care descrie detaliile cursului fiecărei reacții chimice a fost descoperită la mijlocul secolului al XX-lea și este confirmată și completată de fiecare nouă descoperire și sinteză.

Trebuie remarcat faptul că, în general, reacțiile în organice apar în condiții mai stricte decât în ​​chimia anorganică. Aceasta se datorează unei stabilizări mai mari a moleculelor de compuși organici datorită formării unor legături puternice interne și intermoleculare. Prin urmare, practic nu se poate face nici o reacție fără a crește temperatura, presiunea sau aplicarea catalizatorului.

Definirea modernă a chimiei organice

În general, dezvoltarea chimiei organice a fost pe o cale intensă de câteva secole. O cantitate enormă de informații au fost acumulate despre substanțele, structurile și reacțiile lor la care pot intra. Milioane de materii prime utile și pur și simplu necesare în diferite domenii ale științei, tehnologiei și industriei au fost sintetizate. Conceptul de chimie organică astăzi este perceput ca ceva grandios și mare, numeroase și complexe, diverse și semnificative.

La un moment dat, prima definiție a acestei mari secțiuni de chimie a fost ceea ce a dat Berzelius: este o chimie care studiază substanțe izolate din organisme. De când a trecut o mulțime de timp, au fost făcute multe descoperiri și au fost realizate și dezvăluite un număr mare de mecanisme de procese intra-chimice. Din acest motiv, astăzi există un concept diferit, ceea ce este chimia organică. Definiția este dată de aceasta: este vorba despre chimia carbonului și a tuturor compușilor săi, precum și despre metodele de sinteză a acestora.