Органическая химия – один из разделов химии

Органическая химия.

Все формы жизни на Земле состоят из органических молекул, строительным блоком которых является четырехвалентный атом углерода. Органическая химия – один из разделов химии, который изучает структуру, свойства, методы синтеза органических веществ и законы их превращения. Изначально, на заре появления органической химии как самостоятельного научного направления объектами ее исследований были вещества, выделенные из живых организмов. Современная наука к ряду органических веществ относит все многообразие соединений углерода с другими элементами, хотя изучением некоторые простейших углеродсодержащих молекул, таких как угольная кислота и ее производные, карбиды металлов и др., занимается неорганическая химия.
Углерод, благодаря прочности углерод-углеродной связи, в отличие от других элементов IV группы таблицы Менделеева, обладает уникальной способностью образовывать устойчивые многоатомные циклические, а также линейные и разветвленные структуры. Результатом различных сочетаний между атомами углерода и водорода является необычайно широкое разнообразие органических молекул и многообразие форм жизни на Земле. Современной науке известно более 18 млн. органических соединений.

Органическая химия – один из разделов химии.
ИСТОРИЯ СТАНОВЛЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ
С органическими веществами человечество было знакомо с глубокой древности. Издавна люди умели делать вино, получать сахар, готовить уксус из прокисшего вина или крахмалсодержащего сырья, выделять эфирные вещества из растений и природных смол, красители из растений и ракушек. К концу XVII столетия ряд известных органических соединений существенно расширился. Так, были получены новые органические вещества, в том числе и кислоты, такие как яблочная, винная, лимонная, галловая, молочная и щавелевая.
Ученые XVIII века обнаружили, что элементный состав органических веществ не отличается большим разнообразием. Оказалось, что органические молекулы состоят из углерода, водорода, кислорода, азота, серы, фосфора (последние четыре элемента входят в состав далеко не всех соединений).
Выделенные из животного или растительного сырья продукты имели между собой много общего, но в целом отличались от неорганических соединений. Они были, по большей части, горючи и менее устойчивы к термическому воздействию. Таким образом, в химии начало формироваться новое направление, объектом изучения которого становились органические вещества.
Начало становления органической химии как самостоятельного научного направления можно отнести к 1827 году, когда известный шведский химик Й. Я. Берцелиус издал учебник по химии, выделив в отдельную главу под названием «Руководство по органической химии» все известные сведения об органических веществах. В те времена считалось, что органические вещества не могут быть синтезированы человеком, поскольку их образование возможно лишь в живых организмах под действием особой «жизненной силы». Исходя из этих представлений, Берцелиус в 1806 году определил органическую химию как химию растительных и животных веществ, образующихся под влиянием «жизненной силы». Он ввел понятия «органические вещества» и «органическая химия».
Очень скоро, в 1828 году, немецкий химик Фридрих Вёлер в результате упаривания водного раствора неорганического вещества — цианата аммония (NH4OCN) — выделил известное органическое соединение — мочевину. Вскоре многочисленные успешные синтезы органических веществ окончательно опровергли идеалистическое учение Берцелиуса о «жизненной силе».
Постепенно ученые пришли к выводу, что реакции образования органических веществ подчиняются тем же законам, что и образование неорганических веществ. Однако в силу ряда особенностей учение об органических веществах продолжают выделять в отдельную научную ветку – органическую химию.
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ ОСНОВЫ
К середине XIX века органическая химия накопила сведения о колоссальном количестве органических веществ, которые нужно было систематизировать. В химии было открыто явление изомерии, введено понятие гомологии и гомологических рядов, атома, молекулы, атомных масс, валентности элементов. В 1858 году Кекуле и Кольбе установили, что углерод четырехвалентен и что его атомы могут соединяться в устойчивые длинные цепочки. Однако ученые по-прежнему не могли объяснить, например, почему углерод образует такое большое количество соединений, почему различные по количественному составу соединения имеют почти одинаковые химические свойства, в то же время соединения с одинаковым количественным и качественным составом проявляют различную химическую активность, почему количественный состав многих соединений не соответствует установленной валентности углерода и т. д.
Все накопленные сведения стали важными предпосылками для формирования научной теории строения органических соединений. Одним из создателей теории строения стал известный русский химик Александр Михайлович Бутлеров, который в 1861 году не только разработал саму теорию, но и подтвердил ее правильность экспериментальными работами.
Главные положения теории Бутлерова:
1. В органических молекулах атомы элементов соединяются в определенном порядке. Последовательность соединения атомов Бутлеров назвал структурой молекулы.
2. В молекулах органических веществ атомы соединены между собой в соответствии с их валентностью. Валентность углерода в органических молекулах равна четырем.
3. Свойства органического вещества определяются не только его элементным составом, но и порядком соединения атомов в молекуле, а также характером связей между атомами.
4. Атомы в молекуле оказывают влияние друг на друга. Наибольшее взаимное влияние наблюдается между атомами, непосредственно связанными друг с другом.
Для органической химии теория Бутлерова имела такое же значение, как Периодическая система химических элементов Д. И. Менделеева для неорганической химии. Теория строения органических соединений позволила не только систематизировать все органические вещества, но и объяснить их свойства.
ЗНАЧЕНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ.
Органические соединения, как главные компоненты живых организмов, всегда имели исключительное значение в жизни человека. Роль органической химии в жизни современного общества также трудно переоценить – ведь ни одна отрасль народного хозяйства не обходится без органической химии.
Возникшая первоначально как наука о составе и превращениях продуктов живой природы, органическая химия в дальнейшем стала развиваться в направлении искусственного получения углеродистых веществ и достигла значительных успехов как в области теории, так и в области практики.
Методами органического синтеза сегодня получают искусственные волокна, синтетические каучуки, красители для текстильной промышленности, моющие средства, пластические массы, лакокрасочные материалы, химические средства для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур, синтетические витамины, гормоны, антибиотики, пищевые консерванты и стабилизаторы, синтетическое горючее для авиамоторов и ракет, взрывчатые вещества и многое-многое другое.
Достижения современной органической химии открывают возможности для исследования тонкой структуры соединений, которые составляют основу живого организма и регулируют его обменные процессы. Широко изучаются строение и синтез сложных природных соединений: алкалоидов, ферментов, белков и нуклеиновых кислот.
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ
Развитие органической химии тесно связано с потребностями человеческого общества и с появлением новых отраслей промышленности.
В начале третьего тысячелетия органическая химия в качестве материальной базы продолжает использовать каменноугольную смолу и сырье биологического происхождения, однако объём переработки этих видов химического сырья по сравнению с переработкой нефти очень мал. Природные запасы нефти не безграничны, поэтому одним из важнейших направлений развития органической химии является поиск новой сырьевой базы для промышленной переработки.
Еще одним из самых перспективных направлений химии являются исследования на границе органической химии и молекулярной биологии. Каждая клетка живого организма представляет собой сложнейший микроскопический реактор, в котором под действием биологических катализаторов-ферментов и протекают тысячи параллельных и последовательных химических процессов со 100% селективностью. Химики-органики в содружестве с биохимиками и молекулярными биологами уже сумели выяснить механизмы многих таких превращений и промоделировать их in vitro (т. е. вне живого организма). Полученные при этом результаты открывают исключительно заманчивые перспективы создавать, подражая живой природе, искусственные катализаторы, не уступающие по активности и селективности ферментам, а в перспективе и превосходящие их.