Historien om organisk kjemi. Faget og verdien av organisk kjemi

Få tenkte på rollen som organisk kjemi i moderne manns liv. Men det er stort, det er vanskelig å overvurdere det. Siden om morgenen, når en person våkner og går til vask, og til kvelden når han går i seng, følger han hvert minutt produktene av organisk kjemi. Tannbørste, klær, papir, kosmetikk, møbler og interiørartikler og mye mer - alt dette gir oss det. Men en gang var alt helt annerledes, og lite var kjent om organisk kjemi.

La oss se på hvordan utviklingen av organisk kjemi utviklet seg trinnvis.

1. Utviklingsperioden til XIV århundre, kalt spontan.

2. XV - XVII århundre - begynnelsen av utviklingen eller, jatrohimiya, alkymi.

3. Century XVIII - XIX - dominans av teorien om vitalisme.

4. XIX - XX århundre - intensiv utvikling, vitenskapelig scene.

Begynnende eller Elemental fase av dannelsen av kjemi av organiske forbindelser

Denne perioden innebærer selve opprinnelsen til begrepet kjemi, kilder. Og kildene går tilbake til antikkens rom og egypte, hvor meget dyktige innbyggere lærte å skaffe fargestoffer for å male gjenstander og klær fra naturlige råvarer - blader og stammer av planter. De var indigo, gir en rik blå farge, og alizolin, maler alt bokstavelig talt i saftige og attraktive nyanser av oransje og rødt. Uvanlig fleksible innbyggere av forskjellige nasjonaliteter på samme tid lærte også å motta eddik, for å lage alkoholholdige drikkevarer av sukker og stivelseholdige stoffer av vegetabilsk opprinnelse.

Det er kjent at de vanligste produktene som ble brukt i denne historiske perioden var animalske fettstoffer, harpikser og vegetabilske oljer, som ble brukt av leger og kokker. Og også i bruk av tett inkluderte forskjellige giftstoffer, som det viktigste våpenet i interne relasjoner. Alle disse stoffene er produkter av organisk kjemi.

Men dessverre eksisterte ikke begrepet "kjemi" som sådan, og studien av bestemte stoffer for å klargjøre egenskaper og sammensetning forekom ikke. Derfor kalles denne perioden spontan. Alle funn var uformell, ikke-målrettet natur av daglig betydning. Dette fortsatte til neste århundre.

Perioden for iatrokemi er en lovende begynnelse på utviklingen

Faktisk var det i det sekstitende og syttende århundre at direkte ideer om kjemi som en vitenskap begynte å dukke opp. Takket være forskere fra den tiden ble det oppnådd noen organiske stoffer, de enkleste enhetene for destillasjon og sublimering av stoffer ble oppfunnet, spesielle kjemiske redskaper ble brukt til sliping av stoffer, som separerte naturens produkter til ingredienser.

Hovedretningen til arbeidet på den tiden var medisin. Ønsket om å skaffe de nødvendige legemidlene førte til at essensielle oljer og andre råvarer ble ekstrahert fra plantene. Så, Karl Scheele fikk noen organiske syrer fra planteråvarer:

• eple;
• sitron;
• gallussyre;
• melk;
• oksalsyre.

Det tok 16 år for studiet av planter og isoleringen av disse syrene for forskeren (fra 1769 til 1785). Dette var begynnelsen på utviklingen, grunnlaget for organisk kjemi ble lagt, som, direkte som en gren av kjemi, ble definert og oppkalt senere (begynnelsen av det 18. århundre).

I samme periode i middelalderen isolerte GF Ruel urinsyrekrystaller fra urea. Andre kjemikere har fått ravsyre fra rav, vinsyre. I vanlig bruk er metoden for tørr destillasjon av plante- og dyreråstoffer, takket være eddiksyre, dietyleter, trealkohol.

Dette var starten på den intensive utviklingen av organisk kjemisk industri i fremtiden.

Vis vitalis, eller "Livskraft"

XVIII - XIX århundrer for organisk kjemi er svært todelt: på den ene side er det en rekke funn som har en stor betydning. På den annen side hindres veksten og akkumuleringen av nødvendig kunnskap og korrekte representasjoner i lang tid av den dominerende teorien om vitalisme.

Denne teorien ble introdusert og utpekt av Jens Jacobs Berzelius, som samtidig ga samme definisjon av organisk kjemi (det nøyaktige året er ukjent, enten 1807 eller 1808). Ifølge bestemmelsene i denne teorien kan organiske stoffer bare dannes i levende organismer (planter og dyr, inkludert mennesker), siden bare i levende vesener er det en spesiell "vital force" som gjør at stoffene kan produseres. Mens det er helt umulig å få økologisk fra uorganiske stoffer, siden de er produkter av livløs natur, ubrennbar, uten vis vitalis.

Den samme forskeren foreslo den første klassifiseringen av alle forbindelser som er kjent for tiden for uorganiske (ikke-levende, alle stoffer som vann og salter) og organiske (levende, de som er som olivenolje og sukker). Også Berzelius var den første som spesifisert spesifikt hva organisk kjemi er. Definisjonen hørtes slik: Det er en del av kjemi som studerer stoffer isolert fra levende organismer.

I løpet av denne perioden utførte forskere lett transformasjonen av organiske stoffer til uorganiske, for eksempel under forbrenning. Imidlertid har ingenting vært kjent om muligheten for omvendte transformasjoner ennå.

Skjebnen var glad for å avhende den slik at den var student av Jens Berzelius, Friedrich Weller, som bidro til begynnelsen av sammenbruddet av lærerens teori.

Den tyske forskeren arbeidet med forbindelser av cyanider, og i et av forsøkene var han i stand til å oppnå krystaller som ligner på urinsyre. Som et resultat av en grundigere studie var han overbevist om at han virkelig hadde klart å få organisk materiale fra det uorganiske uten noen vitalis. Men mye Berzelius var skeptisk, han måtte innrømme dette ubestridelige faktum. Dette var det første slag mot den vitalistiske utsikten. Historien om utviklingen av organisk kjemi begynte å skape fart.

En rekke funn som knuste vitalisme

Wöhlers suksess inspirerte kjemikerne fra det 18. århundre, og startet derfor omfattende tester og eksperimenter for å skaffe organiske stoffer i kunstige forhold. Slike synteseer, som er avgjørende og største betydning, har blitt begått flere ganger.

1. 1845 - Adolf Kolbe, som var student på Wöhler, klarte å skaffe eddiksyre, som er et organisk materiale, fra de enkle uorganiske stoffene C, H2, O2 _{ved en} flertrinns fullstendig syntese.
2. 1812. Konstantin Kirchhoff syntetiserte glukose fra stivelse og syre.
3. 1820 Henry Braconno denaturerte proteinet med en syre og deretter behandlet blandingen med salpetersyre og oppnådde den første av 20 syntetiserte aminosyrer, glycin.
4. 1809 Michel Chevrel studerte sammensetningen av fett og forsøkte å dele dem i deres bestanddeler. Som et resultat fikk han fettsyrer og glyserin. 1854 Jean Berthelot fortsatte arbeidet med Chevrel og oppvarmet glycerin med stearinsyre. Resultatet er fett, nøyaktig gjentatt strukturen av naturlige forbindelser. Senere klarte han å få andre fettstoffer og oljer, noe som var noe forskjellig i strukturen av molekyler fra naturlige analoger. Det viste seg at det var mulig å skaffe nye organiske forbindelser av stor betydning i laboratoriet.
5. J. Berthelot syntetisert metan fra hydrogensulfid (H2S) og karbondisulfid (CS2).
6. I 1842 kunne Zinin syntetisere anilin, et fargestoff fra nitrobenzen. Senere lyktes han å skaffe seg en rekke anilinfarger.
7. A. Bayer lager sitt eget laboratorium, som omhandler aktiv og vellykket syntese av organiske fargestoffer som ligner på naturlige: alizarin, indigoid, anthroquinon, xanthen.
8. 1846 syntese av nitroglyserin til forskeren Sobrero. Han utviklet også en teori om typer, som sier at stoffer ligner noen av de uorganiske og kan oppnås ved å erstatte hydrogenatomer i strukturen.
9. 1861 AM Butlerov syntetiserte et sakkarin stoff fra formalin. Han formulerte også bestemmelsene i teorien om den kjemiske strukturen av organiske forbindelser, som fremdeles er relevante i dag.

Alle disse funnene har bestemt emnet for organisk kjemi - karbon og dets forbindelser. Ytterligere funn var rettet mot å studere mekanismer av kjemiske reaksjoner i organikk, på etablering av den elektroniske naturen av samspill og på strukturen av forbindelser.

Den andre halvdel av XIX og XX århundre - tiden for globale kjemiske funn

Historien om utviklingen av organisk kjemi har gjennomgått stadig større endringer over tid. Arbeidet til mange forskere på mekanismene til interne prosesser i molekyler, i reaksjoner og systemer har gitt fruktbare resultater. Så i 1857 utvikler Friedrich Kekule teorien om valens. Han har også den største fortjenesten - oppdagelsen av strukturen av det aromatiske hydrokarbonmolekylet av benzen. Samtidig formulerte Butlerov posisjonene i teorien om strukturen av forbindelser, der han peker på quadrivalensen av karbon og fenomenet eksistensen av isomerisme og isomerer.

VV Markovnikov og AM Zaitsev utdyper deres studie av mekanismene for reaksjoner i organisk materiale og formulerer en rekke regler som disse mekanismene forklarer og bekrefter. I 1873 - 1875 år. Wislicenus, Vant-Goff og Le Bel studerer romlige arrangement av atomer i molekyler, oppdag eksistensen av stereoisomerer og bli grunnleggerne av en helt vitenskapelig stereokjemi. Mange forskjellige mennesker deltok i å skape det organiske området vi har i dag. Derfor fortjener forskere av organisk kjemi oppmerksomhet.

Slutten av XIX og XX århundrer er tider med globale funn i farmasi, maling og lakkindustri, kvantekjemi. La oss vurdere funnene som ga maksimal verdi av organisk kjemi.

1. 1881 M. Konrad og M. Gudseyt syntetiserte anestetika, veronal og salicylsyre.
2. 1883 L. Knorr mottok antipyrin.
3. 1884 F. Stoll mottok pyramidonen.
4. I 1869 mottok brødrene Hyatt den første kunstige fiberen.
5. 1884 D. Eastman syntetisert celluloidfilm.
6. 1890. Kobber ammoniak fiber L. Depassi ble oppnådd.
7. I 1891 mottok Charles C. Cross og hans kollegaer viskose.
8. 1897 F. Misher og Buchner grunnla teorien om biologisk oksidasjon (cellefri gjæring og enzymer ble oppdaget som biokatalysatorer).
9. 1897 F. Misher oppdaget nukleinsyrer.
10. Begynnelsen av det 20. århundre er den nye kjemi av organoelementforbindelser.
11. 1917 Lewis oppdaget den elektroniske naturen av den kjemiske bindingen i molekyler.
12. 1931. Hückel er grunnleggeren av kvantemekanismer i kjemi.
13. Fra 1931 til 1933. Lymus Pauling begrunner resonansteorien, og senere avslører hans samarbeidspartnere kjernen i retninger i kjemiske reaksjoner.
14. I 1936 ble nylon syntetisert.
15. Fra 1930 til 1940. AE Arbuzov gir anledning til utvikling av organofosforforbindelser, som danner grunnlag for produksjon av plast, narkotika og insektmidler.
16. 1960 Academic Nesmeyanov med elevene skaper den første syntetiske maten i laboratoriet.
17. 1963 Du Vinhu mottar insulin, som er et stort skritt fremover i medisin.
18. 1968 Indisk HG Koran var i stand til å oppnå et enkelt gen, som hjalp til med å dekode den genetiske koden.

Dermed er betydningen av organisk kjemi i folks liv ganske enkelt enorm. Plast, polymerer, fibre, maling og lakkprodukter, gummi, PVC, PVC-materialer, polypropylener og polyetylener og mange andre moderne stoffer, uten som livet bare ikke virker mulig i dag, gikk gjennom en vanskelig vei til oppdagelsen. Hundrevis av forskere har gjort sine mange år med omhyggelig arbeid for å utvikle en felles historie om utvikling av organisk kjemi.

Moderne system av organiske forbindelser

Etter å ha gjort en stor og kompleks sti i utvikling, står ikke organisk kjemi fortsatt stille. Mer enn 10 millioner tilkoblinger er kjent, og dette tallet vokser hvert år. Derfor er det en viss systematisk struktur av plasseringen av stoffer som organisk kjemi gir oss. Klassifisering av organiske forbindelser er presentert i tabellen.

Tilkoblingsklasse	Funksjoner av strukturen	Den generelle formelen
Hydrokarboner (kun sammensatt av karbon og hydrogenatomer)	Mettet (bare Sigma St.); Umettet (sigma og pi sv.); asyklisk; syklisk.	Alkanene CnH2n + 2; Alkener, cykloalkaner CnH2n; Alkiner, alkadiener CnH2n -2; Arenaer C6H2n-6.
Stoffer som inneholder forskjellige heteroatomer i hovedgruppen	halogener; Gruppe OH (alkoholer og fenoler); Gruppering av ROR (etere).	R-Hal; R-OH; ROR.
Karbonylforbindelser	aldehyder; ketoner; kinoner.	RC (H) = O
Forbindelser inneholdende en karboksylgruppe	Karboksylsyrer; estere.	R-COOH; R-COOR.
Forbindelser som inneholder svovel, nitrogen eller fosfor i molekylet	Kan være syklisk og acyklisk	-
Organoelementforbindelser	Karbonet er bundet direkte til et annet element, ikke hydrogen	C-E
Organometalliske forbindelser	Karbon er bundet til metall	Med-Me
Heterocykliske forbindelser	Kjernen i strukturen er en syklus med bestanddelene heteroatomer	-
Naturlige stoffer	Store polymermolekyler som inngår i naturlige forbindelser	Proteiner, nukleinsyrer, aminosyrer, alkaloider etc.
polymerene	Stoffer med stor molekylvekt, som er basert på monomere enheter	N (-RRR-)

Studien av hele spekteret av stoffer og reaksjoner som de kommer inn i, og er gjenstand for organisk kjemi hittil.

Typer av kjemiske bindinger i organiske stoffer

For noen forbindelser er elektron-statiske interaksjoner i molekyler karakteristiske, som i organisk materiale uttrykkes i nærvær av kovalente polære og kovalente, ikke-polare bindinger. Uorganiske forbindelser, dannelsen av en svak ionisk interaksjon er mulig.

Kovalente, ikke-polare bindinger oppstår mellom C-C-interaksjonen i alle organiske molekyler. Den kovalente polære interaksjonen er karakteristisk for forskjellige ikke-metalliske atomer i molekylet. For eksempel er C-Hal, CH, CO, CN, CP, CS. Dette er alle koblingene i organisk kjemi som eksisterer for dannelsen av forbindelser.

Varianter av formler av stoffer i organisk

De vanligste formlene som uttrykker den sammensatte sammensetningen av en forbindelse kalles empirisk. Slike formler finnes for hver uorganisk substans. Men når det gjaldt komponerende formler i organikk, møtte forskere mange problemer. For det første teller massen av mange av dem i hundrevis eller tusenvis. Det er vanskelig å bestemme empirisk formel for en så stor substans. Derfor viste det seg over tid en slik del av organisk kjemi som organisk analyse. Dens grunnleggere er forskere Libich, Weller, Gay-Lussac og Berzelius. De, sammen med verkene fra AM Butlerov, bestemte eksistensen av isomerer - stoffer som har samme kvalitative og kvantitative sammensetning, men varierer i strukturen av molekylet og egenskapene. Det er derfor strukturen av organiske forbindelser uttrykkes i dag ikke som en empirisk, men som en strukturell komplett eller strukturell forkortet formel.

Disse strukturene er et karakteristisk og karakteristisk trekk ved organisk kjemi. Formler skrives ved hjelp av bindestrek som indikerer kjemiske bindinger. For eksempel vil den reduserte strukturelle formel for butan ha formen CH3-CH2-CH2-CH3. Den komplette strukturformel viser alle kjemiske bindinger som er tilstede i molekylet.

Det finnes også en måte å skrive molekylære formler av organiske forbindelser på. Det ser ut som det empiriske fra det uorganiske. For butan vil det for eksempel være: C ₄ H ₁₀ . Dvs., molekylformelen gir kun en ide om sammensetningens kvalitative og kvantitative sammensetning. Strukturelle karakteristika karakteriserer bindingene i molekylet, derfor er det mulig å forutsi stoffets fremtidige egenskaper og kjemiske oppførsel fra dem. Dette er funksjonene som organisk kjemi har. Formler er skrevet i noen form, hver av dem anses riktig.

Typer av reaksjoner i organisk kjemi

Det er en viss klassifisering av organisk kjemi i henhold til type reaksjoner som oppstår. Videre er det flere slike klassifiseringer, i henhold til forskjellige kriterier. Tenk på de viktigste.

Mekanismer for kjemiske reaksjoner ved brudd og binding:

• Homolytisk eller radikal;
• Heterolytisk eller ionisk.

Reaksjoner etter typer transformasjoner:

• Kjede radikal;
• Nukleofil alifatisk substitusjon;
• Nukleofil aromatisk substitusjon;
• Elimineringsreaksjoner;
• Elektrofil forbindelse;
• kondensering;
• ringdannelse;
• Elektrofil substitusjon;
• Omgruppereaksjoner.

Forresten reaksjonen (initiering) og den kinetiske rekkefølge utløses, noen ganger er reaksjonene også klassifisert. Dette er hovedtrekkene i reaksjonene som organisk kjemi har. Teorien som beskriver detaljene i løpet av hver kjemisk reaksjon ble oppdaget i midten av det 20. århundre og er bekreftet og supplert med hver ny oppdagelse og syntese.

Det skal bemerkes at reaksjonene i organisk forekommer generelt under strengere forhold enn i uorganisk kjemi. Dette skyldes større stabilisering av molekyler av organiske forbindelser på grunn av dannelsen av interne og intermolekylære sterke bindinger. Derfor kan praktisk talt ingen reaksjon gjøre uten å øke temperaturen, trykk eller påføring av katalysatoren.

Modern definisjon av organisk kjemi

Generelt har utviklingen av organisk kjemi vært på en intensiv vei i flere århundrer. En stor mengde informasjon om stoffene, deres strukturer og reaksjoner som de kan komme inn på, er akkumulert. Millioner av nyttige og bare nødvendige råvarer som brukes i ulike fagområder innen vitenskap, teknologi og industri er blitt syntetisert. Begrepet organisk kjemi i dag oppfattes som noe grandiose og stort, mangfoldig og komplekst, mangfoldig og betydelig.

På en gang var den første definisjonen av denne store delen av kjemi hva Berzelius ga: det er kjemi som studerer stoffer som er isolert fra organismer. Siden den tiden har det gått mye tid, mange funn har blitt gjort og et stort antall mekanismer for intra-kjemiske prosesser er blitt realisert og avslørt. På grunn av dette er det i dag et annet konsept, hva er organisk kjemi. Definisjon av det er gitt dette: det er kjemien til karbon og alle dens forbindelser, samt metoder for deres syntese.