Введение

Около двух столетий тому назад химию — науку о веществах и их превращениях — разделили на неорганическую и органическую. Главным критерием такого разделения были объекты исследования. И первое определение органической химии формулировалось так:

Органическая химия — это ветвь химии, изучающая органические вещества.

Позже в результате дальнейшей дифференциации уже от органической химии отпочковались ряд других химий (фармацевтическая, пищевая, биологическая и др.), для которых органическая химия продолжала оставаться базовой.

Официально считается, что понятие органических веществ ввел шведский учёный Й. Я. Берцелиус в 1806 г., хотя имеются данные, что значительно раньше используемые человеком вещества стали подразделять на минеральные (неорганические) и органические, выделяемые из растительных и животных организмов. Берцелиус к концу первой четверти XIX века ввёл понятие «органическая химия». Им же написан первый учебник по органической химии (1827 г.) как завершающая часть многотомного фундаментального курса химии, над которым автор работал 20 лет. Именно в этот период он пришел к выводу о целесообразности выделения органической химии в отдельную науку. Берцелиус объяснял своё предложение тем, что вещества, названные им органическими, обладают специфическими химическими свойствами.

В период выделения органической химии в отдельную дисциплину господствовало мнение, что органические вещества образуются под влиянием некоторого фактора, названного «жизненной силой», которая присуща лишь живым организмам. Считалось, что между органическими и неорганическими веществами лежит непреодолимая грань и что невозможно органическое вещество получить из неорганического.

В 1828 г., спустя лишь год после выхода учебника Берцелиуса, его ученик немецкий химик Ф. Вёлер, нагревая неорганическое вещество — аммонийную соль циановой кислоты, получил органическое вещество живого организма — мочевину:

Этот результат был высоко оценён современниками. Вскоре в нескольких университетах из неорганических соединений были получены другие органические вещества. Таким образом, представление о жизненной силе оказалось несостоятельным. Возникла необходимость дать органической химии новое, более чёткое определение.

Ещё в 30-е гг. XIX века обратили внимание на то, что все органические вещества, выделенные из природных источников, либо полученные впервые, содержат в своем составе углерод, т.е. углерод является обязательным элементов любого органического соединения. С учётом экспериментально установленного факта появилось другое определение органической химии:

Органическая химия — это химия соединений углерода с другими элементами.

Такое определение вызвало противоречивые мнения химиков. Действительно, было известно немало углеродсодержащих соединений, не относящихся по свойствам к органическим, например, карбонаты, карбиды, оксиды углерода, синильная кислота и др.

Более точное определение органической химии предложил немецкий химик и философ К. Шорлеммер:

Органическая химия — это химия углеводородов и их производных.

Такое определение характеризует органические вещества как соединения, обладающие общностью структур и комплексом специфических свойств. Это определение оказалось весьма удачным. Оно позволило выстроить очень стройную

то номенклатуру органических соединений, основанную на структурном признаке. И тем не менее и по настоящее время абсолютно чёткую границу между органическими и неорганическими соединениями провести нельзя. Нет какого-то единого критерия. Надо принимать во внимание комплекс специфических свойств. И если в настоящее время попытаться дать обоснование выделения органической химии в отдельную дисциплину, то следует указать на ряд фактов, определяющих специфические особенности органических соединений.

  • 1. Многообразие структур и исключительная многочисленность органических соединений. В настоящее время охарактеризовано более 20 миллионов органических соединений и это количество увеличивается ежегодно на сотни тысяч, Причиной этого являются свойства атома углерода, вытекающие из его положения в Периодической системе элементов и его электронной структуры. Занимая в таблице элементов шестую ячейку (второй период, четвертая группа), атом углерода на химическое связывание расходует все свои валентные (электронные и орбитальные) возможности. В химических соединениях он, независимо от характера гибридизации его валентных орбита- лей, не имеет ни неподелённых электронных пар, ни вакантных орбиталей, которые могли бы быть вовлечены в новые акты химического связывания. Благодаря этому атом углерода способен образовывать прочные химические связи практически со всеми элементами таблицы Менделеева. Особенно важен тот факт, что атомы углерода способны образовывать ковалентные связи друг с другом. За счёт этого формируется углеродный скелет органической молекулы — цепи практически неограниченной длины, циклы и каркасы. Уникальность атома углерода проявляется и в его способности к образованию я-связей как с другими атомами углерода, так и с атомами других элементов (например, азот, кислород). Все это и привело к тому, что число производных углерода на порядок больше числа производных всех остальных известных элементов.
  • 2. Многочисленность и многообразие органических соединений обусловлены также характерным для них явлением изомерии. Это еще одно следствие особых свойств атома углерода.
  • 3. Органические соединения, не содержащие гидрофильных групп или содержащие объёмные углеводородные радикалы, не растворимы в воде.
  • 4. По сравнению с неорганическими соединениями реакции органических соединений характеризуются невысокими скоростями и часто протекают по нескольким направлениям
  • (основное и побочные). Причина — характер ковалентных связей и наличие нескольких реакционных центров в молекулах. Поэтому протекание химических процессов с участием органических соединений представляют не уравнениями реакций, а схемами превращений. Неоднозначность протекания реакции приводит к образованию сложной реакционной смеси, идентификация которой является трудоёмким процессом.
  • 5. Ещё можно отметить такое свойство органических соединений как термолабильность — склонность к деструктивному термическому разложению. Порог термической устойчивости зависит от структуры соединения и колеблется в широком диапазоне температур. Для многих соединений он начинается уже около 100 °С. Наиболее устойчивыми органическими соединениями являются углеводороды.
  • 6. Большинство органических соединений, за исключением высокомолекулярных, обладают достаточной летучестью как результат их молекулярной структуры.
  • 7. Велика роль органических соединений в жизни человека. Продукты питания — белки, жиры и углеводы — органические соединения. Лекарства — продукты преимущественно тонкого органического или биохимического синтеза. Новые материалы — главным образом продукты органического синтеза или модифицированные с помощью органических реакций природные соединения — коренным образом изменили качество жизни человека. Приглядитесь, во что вы одеты и обуты, что вас окружает дома, на улице, на работе, в транспорте. Вы обнаружите десятки примеров того, как многому мы обязаны успехам органической химии.

Примерно так выглядит перечень наиболее характерных свойств органических соединений, которые в совокупности и определяют их специфические особенности. Так что предложение Берцелиуса выделить изучение органических соединений в отдельную дисциплину — органическую химию — выглядит вполне логичным и обоснованным. Если потребность такого шага Берцелиус чувствовал интуитивно, то весь последующий путь развития органической химии и достигнутые успехи подтвердили его необходимость.

Заканчивая введение, отметим наиболее значимые события в истории этой сравнительно молодой науки. Безусловно важнейшим революционным событием в органической химии явилось создание теории химического строения, разделившей историю развития данной науки на доструктурный и структурный периоды. В доструктурный период шло медленное эмпирическое накопление фактического материала. С появлением теории химического строения начался период бурного развития органической химии. Можно сказать, что все наиболее значимые результаты, достигнутые в структурный период (стереохимические представления, трактовка электронной природы химической связи, объяснение взаимного влияния атомов в молекулах и др.), по существу являются дальнейшим развитием теории химического строения. На базе теории химического строения в настоящее время получил бурное развитие органический синтез, определяющий основное содержание органической химии. По выражению академика А. Н. Несмеянова, химики-органики могут синтезировать любое соединение, заданное разумной структурной формулой. Наиболее значимых успехов в синтезе органических соединений сложной структуры добился американский химик Р. Б. Вудворд, удостоенный в 1965 г. Нобелевской премии с формулировкой «За выдающийся вклад в искусство органического синтеза».

Так случилось, что все наиболее важные теоретические достижения органической химии сформировались в течение первых 70 лет структурного периода. Параллельно с интенсивным развитием органического синтеза, в том числе синтеза веществ с заранее заданными свойствами, шло интенсивное изучение механизмов органических реакций. Знание механизма органической реакции позволяет эффективно управлять химическим процессом, добиваясь его высокой селективности.

Таким образом, органическая химия в настоящее время одна из наиболее бурно развивающихся ветвей химии. Бурному развитию органической химии способствовало также широкое внедрение физических методов для установления структуры органических соединений. В течение структурного периода накоплен огромный экспериментальный материал, позволяющий, исходя из известной структуры, с большой достоверностью предсказывать свойства органических веществ. Это особенно важно при поиске веществ лекарственного характера, средств борьбы с вредителями сельского хозяйства и пр. Сбывается предвидение А. М. Бутлерова, сделанное ещё в XIX веке: «Нельзя не удивляться, оглядываясь назад, какой огромный шаг сделала органическая химия за время своего существования. Несравненно больше, однако, предстоит ей впереди».

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >