Класификация на органичните съединения
ПРЕДМЕТ И НАЧИНИ НА РАЗВИТИЕ ОРГАНИЧНА ХИМИЯ
Трудно е да си представим прогрес в която и да е област на икономиката без химия - по-специално без органична химия. Всички сфери на икономиката са свързани със съвременната химическа наука и технология.
Органичната химия изучава вещества, съдържащи въглерод в състава си, с изключение на въглероден оксид, въглероден диоксид и соли на въглеродна киселина (тези съединения са по-близки по свойства до неорганичните съединения).
Като наука органичната химия не съществува до средата на 18 век. По това време се разграничават три вида химия: животинска, растителна и минерална химия. Химията на животните изучава веществата, които изграждат животинските организми; растителни - вещества, които изграждат растенията; минерални - вещества, които са част от неживата природа. Този принцип обаче не позволяваше да се отделят органичните вещества от неорганичните. Например янтарната киселина принадлежи към групата на минералните вещества, тъй като се получава чрез дестилация на изкопаем кехлибар, поташът е включен в групата на растителните вещества, а калциевият фосфат е в групата на животинските вещества, тъй като те се получават чрез калциниране съответно на растителни (дърво) и животински (кости) материали.
През първата половина на 19 век беше предложено въглеродните съединения да се отделят в независима химическа дисциплина - органична химия.
Сред учените по това време доминира виталистичният мироглед, според който органичните съединения се образуват само в живия организъм под въздействието на специална, свръхестествена "жизнена сила". Това означаваше, че е невъзможно да се получат органични вещества чрез синтез от неорганични, че съществува непреодолима пропаст между органичните и неорганичните съединения. Витализмът дотолкова се е затвърдил в съзнанието на учените, чедълго време не са правени опити за синтез на органични вещества. Витализмът обаче беше опроверган от практиката, от химическия експеримент.
През 1828 г. немският химик Вьолер, работейки с амониев цианат, случайно получава урея
През 1854 г. французинът Бертло синтезира вещества, свързани с мазнините, а през 1861 г. българският учен Бутлеров синтезира вещества, свързани с класа захари. Това бяха тежки удари по виталистичната теория, окончателно разбивайки убеждението, че синтезът на органични съединения е невъзможен.
Тези и други постижения на химиците изискват теоретично обяснение и обобщение на възможните пътища за синтез на органични съединения и връзката на техните свойства със структурата.
Теорията на радикалите беше заменена от по-съвършена теория на типовете, обхващаща повече експериментален материал (O.Laurent, Ch.Gerard, J.Dumas). Теорията на видовете класифицира органичните вещества според видовете трансформации. Въглеводородите бяха отнесени към типа водород, халогенопроизводните към типа хлороводород, алкохолите, естерите, киселините и техните анхидриди към типа вода, а амините към типа амоняк. Но натрупаният огромен експериментален материал вече не се вписва в познатите типове и освен това теорията на типовете не може да предвиди съществуването и начините за синтезиране на нови органични съединения. Развитието на науката изисква създаването на нова, по-прогресивна теория, за раждането на която вече съществуват някои предпоставки: установена е четиривалентността на въглерода (А. Кекуле и А. Колбе, 1857 г.), показана е способността на въглеродния атом да образува вериги от атоми (А. Кекуле и А. Купър, 1857 г.).
Основните положения на теорията за химическата структура на А. М. Бутлеров могат да бъдат сведени до следното.
1. Всички атоми в една молекула на органично съединение са свързани помежду си в определенапоследователности според тяхната валентност. Промяната в последователността на подреждане на атомите води до образуването на ново вещество с нови свойства. Например, съставът на веществото C2H6O съответства на две различни съединения: диметилов етер (CH3–O–CH3) и етилов алкохол (C2H5OH).
2. Свойствата на веществата зависят от техния химичен строеж. Химическата структура е определен ред в редуването на атомите в молекулата, във взаимодействието и взаимното влияние на атомите един върху друг - както съседни, така и чрез други атоми. В резултат на това всяко вещество има свои собствени специални физични и химични свойства. Например диметиловият етер е газ без мирис, неразтворим във вода, t ° pl. = -138 ° C, t ° bp = 23,6°С; етилов алкохол - течност с мирис, разтворима във вода, t ° pl. = -114,5 °C, t ° bp = 78,3°С. Тази позиция на теорията за структурата на органичните вещества обяснява явлението изомерия, което е широко разпространено в органичната химия. Дадената двойка съединения - диметилов етер и етилов алкохол - е един от примерите, илюстриращи явлението изомерия.
3. Изследването на свойствата на веществата ви позволява да определите тяхната химическа структура, а химическата структура на веществата определя техните физични и химични свойства.
4. Въглеродните атоми могат да се комбинират помежду си, образувайки въглеродни вериги от различни видове. Те могат да бъдат както отворени, така и затворени (циклични), както прави, така и разклонени. В зависимост от броя на връзките, използвани от въглеродните атоми, за да се свържат един с друг, веригите могат да бъдат наситени (с единични връзки) или ненаситени (с двойни и тройни връзки).
5. Всяко органично съединение има една специфична структурна формула или структурна формула, която е изградена на базата на четиривалентната позициявъглерод и способността на неговите атоми да образуват вериги и цикли. Структурата на молекулата като реален обект може да се изследва експериментално чрез химични и физични методи.
А. М. Бутлеров не се ограничава до теоретични обяснения на своята теория за структурата на органичните съединения. Той проведе серия от експерименти, потвърждавайки прогнозите на теорията, като получи изобутан, трет. бутилов алкохол и др. Това позволи на А. М. Бутлеров да заяви през 1864 г., че наличните факти позволяват да се гарантира възможността за синтетично производство на всяко органично вещество.
В по-нататъшното развитие и обосноваване на теорията за структурата на органичните съединения последователите на Бутлеров - В. В. Марковников, Е. Е. Вагнер, Н. Д. Зелински, А. Н.
Съвременният период на развитие на органичната химия в областта на теорията се характеризира с все по-голямо навлизане на методите на квантовата механика в органичната химия. С тяхна помощ се решават въпроси за причините за определени прояви на взаимното влияние на атомите в молекулите. В развитието на органичния синтез съвременният период се характеризира със значителни успехи в получаването на множество органични съединения, които включват естествени вещества - антибиотици, различни лекарствени съединения и множество високомолекулни съединения. Органичната химия е навлязла дълбоко в областта на физиологията. И така, от химическа гледна точка е изследвана хормоналната функция на тялото, механизмът на предаване на нервните импулси. Учените се доближиха до разрешаването на въпроса за структурата и синтеза на протеините.
Органичната химия като самостоятелна наука продължава да съществува и да се развива интензивно. Това се дължи на следните причини:
1. Разнообразие от органични съединения поради факта, че въглеродът, за разлика от другиелементите могат да се комбинират помежду си, давайки дълги вериги (изомери). В момента са известни около 6 милиона органични съединения, докато само около 700 хиляди са неорганични.
2. Сложността на молекулите на органичните вещества, съдържащи до 10 хиляди атома (например естествени биополимери - протеини, въглехидрати).
3. Спецификата на свойствата на органичните съединения в сравнение с неорганичните (нестабилност при относително ниски температури, ниска - до 300 ° C - точка на топене, запалимост).
4. Бавно протичащи реакции между органични вещества в сравнение с реакциите, характерни за неорганичните вещества, образуването на странични продукти, спецификата на отделянето на получените вещества и технологично оборудване.
5. Огромно практическо значение на органичните съединения. Те са нашата храна и облекло, гориво, различни лекарства, множество полимерни материали и т.н.
Класификация на органичните съединения
Огромен брой органични съединения се класифицират, като се вземе предвид структурата на въглеродната верига (въглероден скелет) и наличието на функционални групи в молекулата.
Диаграмата показва класификацията на органичните съединения в зависимост от структурата на въглеродната верига.