Класифікація органічних сполук
ПРЕДМЕТ І ШЛЯХИ РОЗВИТКУ ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ
Важко уявити прогрес у будь-якій галузі господарства без хімії – зокрема, без органічної хімії. Усі сфери господарства пов'язані із сучасною хімічною наукою та технологією.
Органічна хімія вивчає речовини, що містять у своєму складі вуглець, за винятком окису вуглецю, вуглекислого газу та солей вугільної кислоти (ці сполуки за властивостями ближчі до неорганічних сполук).
Як наука органічна хімія до середини XVIII століття не існувала. На той час розрізняли три види хімії: хімію тварин, рослинну та мінеральну. Хімія тварин вивчала речовини, що входять до складу тваринних організмів; рослинна – речовини, що входять до складу рослин; мінеральна – речовини, що входять до складу неживої природи. Цей принцип, проте, не дозволяв відокремити органічні речовини від неорганічних. Наприклад, бурштинова кислота відносилася до групи мінеральних речовин, так як її отримували перегонкою викопного бурштину, поташ входив у групу рослинних речовин, а фосфат кальцію - в групу тварин речовин, тому що їх отримували прожарювання відповідно рослинних (деревина) і тварин (кістки) матеріалів .
У першій половині ХІХ століття було запропоновано виділити сполуки вуглецю у самостійну хімічну дисципліну – органічну хімію.
Серед вчених на той час панував віталістичний світогляд, згідно з яким органічні сполуки утворюються тільки в живому організмі під впливом особливої надприродної "життєвої сили". Це означало, що отримати органічні речовини шляхом синтезу з неорганічних неможливо, що між органічними та неорганічними сполуками лежить непереборна прірва. Віталізм настільки зміцнився в умах вчених, щодовгий час не робилося жодних спроб синтезу органічних речовин. Проте віталізм був спростований практикою, хімічним експериментом.
У 1828 р. німецький хімік Велер, працюючи з ціановокислим амонієм, випадково отримав сечовину
У 1854 р. француз Бертло синтезував речовини, що належать до жирів, а 1861 р. український вчений Бутлеров синтезував речовини, що належать до класу цукрів. Це були важкі удари по віталістичній теорії, які остаточно розбивали переконання про неможливість синтезу органічних сполук.
Ці та інші досягнення хіміків вимагали теоретичного пояснення та узагальнення можливих шляхів синтезу органічних сполук та зв'язку їх властивостей із будовою.
Теорію радикалів змінила більш досконала і що охоплює більший експериментальний матеріал теорія типів (О. Лоран, Ш. Жерар, Ж. Дюма). Теорія типів класифікувала органічні речовини за типами перетворень. До типу водню відносили вуглеводні, типу хлороводню – галогенопроизводные, типу води – спирти, ефіри, кислоти та його ангідриди, типу аміаку – аміни. Однак величезний експериментальний матеріал, що накопичується, вже не вкладався у відомі типи і, крім того, теорія типів не могла передбачити існування і шляхи синтезу нових органічних сполук. Розвиток науки вимагало створення нової, більш прогресивної теорії, для народження якої вже існували деякі передумови: встановлена чотиривалентність вуглецю (А. Кекуле та А. Кольбе, 1857), показана здатність атома вуглецю утворювати ланцюжки атомів (А. Кекуле і А. Купер, 1857).
Основні положення теорії хімічної будови А.М.Бутлерова можна звести до такого.
1. Усі атоми в молекулі органічної сполуки пов'язані один з одним у певнійпослідовності відповідно до їх валентності. Зміна послідовності розташування атомів призводить до утворення нової речовини з новими властивостями. Наприклад, складу речовини С2Н6О відповідають дві різні сполуки: диметиловий ефір (СН3-О-СН3) і етиловий спирт (С2Н5ОН).
2. Властивості речовин залежать від їхньої хімічної будови. Хімічна будова – це певний порядок у чергуванні атомів у молекулі, у взаємодії та взаємному впливі атомів один на одного – як сусідніх, так і через інші атоми. У результаті кожна речовина має свої особливі фізичні та хімічні властивості. Наприклад, диметиловий ефір – це газ без запаху, нерозчинний у воді, t° пл. = -138 ° C, t ° кип. = 23,6 ° C; етиловий спирт – рідина із запахом, розчинна у воді, t° пл. = -114,5 ° C, t ° кип. = 78,3 ° C . Дане положення теорії будови органічних речовин пояснило явище ізомерії, поширене в органічній хімії. Наведена пара сполук – диметиловий ефір та етиловий спирт – один із прикладів, що ілюструють явище ізомерії.
3. Вивчення властивостей речовин дозволяє визначити їхню хімічну будову, а хімічну будову речовин визначає їх фізичні та хімічні властивості.
4. Атоми вуглецю здатні з'єднаються між собою, утворюючи вуглецеві ланцюги різного виду. Вони можуть бути як відкритими, і замкнутими (циклічними), як прямими, і розгалуженими. Залежно від кількості зв'язків, що витрачаються атомами вуглецю на з'єднання один з одним, ланцюги можуть бути насиченими (з одинарними зв'язками) або ненасиченими (з подвійними та потрійними зв'язками).
5. Кожна органічна сполука має одну певну формулу будівлі або структурну формулу, яку будують, ґрунтуючись на положенні про чотиривалентневуглецю та здатності його атомів утворювати ланцюги та цикли. Будова молекули як реального об'єкта можна вивчити експериментально хімічними та фізичними методами.
А.М.Бутлеров не обмежився теоретичними поясненнями своєї теорії будівлі органічних сполук. Він провів ряд експериментів, підтвердивши прогнози теорії отриманням ізобутану, трет. бутилового спирту тощо. Це дозволило А.М.Бутлерову заявити 1864 року, що існуючі факти дозволяють ручатися можливість синтетичного отримання будь-якого органічного речовини.
У подальшому розвитку та обґрунтуванні теорії будови органічних сполук велику роль відіграли послідовники Бутлерова - В.В.Марковников, Є.Є.Вагнер, Н.Д.Зелінський, А.Н.Несмеянов та ін.
Сучасний період розвитку органічної хімії в галузі теорії характеризується все більшим проникненням методів квантової механіки в органічну хімію. З їх допомогою вирішуються питання причин тих чи інших проявів взаємного впливу атомів у молекулах. В галузі розвитку органічного синтезу сучасний період характеризується значними успіхами в отриманні численних органічних сполук, до яких входять природні речовини - антибіотики, різноманітні лікарські сполуки, численні високомолекулярні сполуки. Органічна хімія глибоко проникла у сферу фізіології. Так, з хімічної точки зору вивчено гормональну функцію організму, механізм передачі нервових імпульсів. Вчені впритул підійшли до вирішення питання про будову та синтез білка.
Органічна хімія як самостійна наука продовжує існувати та інтенсивно розвиватися. Це пояснюється такими причинами:
1. Різноманіттям органічних сполук , обумовленим тим, що вуглець на відміну іншихелементів здатний з'єднуватись один з одним, даючи довгі ланцюжки (ізомери). Нині відомо близько 6 млн. органічних сполук, тоді як неорганічних - лише близько 700 тисяч.
2. Складністю молекул органічних речовин, що містять до 10 тисяч атомів (наприклад, природні біополімери – білки, вуглеводи).
3. Специфічністю властивостей органічних сполук порівняно з неорганічними (нестійкістю за порівняно невисоких температур, низькою – до 300°С – температурою плавлення, горючістю).
4. Реакціями, що повільно йдуть між органічними речовинами порівняно з реакціями, характерними для неорганічних речовин, утворенням побічних продуктів, специфікою виділення речовин і технологічним обладнанням.
5. Величезним практичним значенням органічних сполук. Вони - наша їжа та одяг, паливо, різноманітні лікарські препарати, численні полімерні матеріали тощо.
Класифікація органічних сполук
Величезна кількість органічних сполук класифікують з урахуванням будови вуглецевого ланцюга (вуглецевого скелета) та наявності у молекулі функціональних груп.
На схемі представлено класифікацію органічних сполук залежно від будови вуглецевого ланцюга.