Органика как раздел химии¶
Органика (органическая химия) — раздел химии, изучающий соединения углерода, их строение, свойства, методы получения и превращения. К органическим традиционно относят соединения углерода, за исключением простейших: оксидов углерода, угольной кислоты и её солей (карбонатов), карбидов, цианидов и некоторых других. Насчитывается свыше 200 миллионов известных органических соединений, и их число постоянно растёт.
Название «органические» закрепилось исторически: в XVIII–начале XIX века такие вещества находили только в живых организмах и продуктах их жизнедеятельности, тогда как неорганические получали из минералов. Разделение сохранилось как дань традиции, хотя уже в 1828 году Фридрих Вёлер синтезировал мочевину из неорганического аммония цианата, опровергнув представление о «жизненной силе», якобы необходимой для образования органики.
¶История
До XIX века химики делили вещества на минеральные, растительные и животные. В 1806 году Йёнс Якоб Берцелиус ввёл термин «органическая химия» для соединений, образуемых живыми организмами. Господствовала виталистическая теория: считалось, что органические вещества нельзя получить искусственно.
Перелом наступил в 1828 году (синтез мочевины Вёлером), затем последовали синтез уксусной кислоты (1845), жиров и сахаристых веществ. К середине XIX века витализм был отвергнут. Важную роль сыграли теория химического строения Александра Бутлерова (1861), теория валентности и структурные формулы. В XX веке развитие квантовой химии, спектроскопии и хроматографии превратило органику в точную науку с мощным синтетическим аппаратом.
В России органическая химия развивалась в работах Бутлерова (Казанский университет), его школы, а также Николая Зелинского, Алексея Фаворского, Владимира Ипатьева, Сергея Лебедева (синтез синтетического каучука).
¶Классификация органических соединений
Основу классификации задаёт строение углеродного скелета и наличие функциональных групп.
¶По строению скелета
- Ациклические (алифатические) — линейные и разветвлённые цепи: алканы, алкены, алкины.
- Циклические — с замкнутыми циклами:
- карбоциклические (арены, циклоалканы);
- гетероциклические (в кольце есть атомы азота, кислорода, серы — пиридин, фуран, тиофен).
¶По функциональным группам
| Класс | Функциональная группа | Пример |
|---|---|---|
| Спирты | −OH | этанол |
| Альдегиды | −CHO | формальдегид |
| Кетоны | >C=O | ацетон |
| Карбоновые кислоты | −COOH | уксусная кислота |
| Амины | −NH₂ | анилин |
| Сложные эфиры | −COO− | этилацетат |
¶По происхождению
- природные (белки, углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты);
- синтетические (полимеры, лекарства, красители);
- искусственные (модифицированные природные, например ацетатное волокно).
¶Характерные свойства
Органическим соединениям присущи общие черты:
- углерод четырёхвалентен и образует устойчивые цепи и кольца (явление изомерии);
- большинство соединений имеют молекулярное строение, низкие температуры плавления и кипения;
- многие горючи, разлагаются при нагревании;
- реакции протекают медленнее неорганических и часто требуют катализаторов;
- широко распространено явление изомерии — существования веществ одинакового состава с разными свойствами.
¶Методы исследования и синтеза
Основные методы установления строения: спектроскопия ядерного магнитного резонанса (ЯМР), инфракрасная спектроскопия, масс-спектрометрия, рентгеноструктурный анализ, хроматография. Синтетические подходы включают реакции замещения, присоединения, отщепления, полимеризации и поликонденсации. Значительное развитие получил органический синтез, в том числе тонкий синтез лекарственных веществ.
¶Значение и применение
Органические соединения лежат в основе:
- нефтехимии и топлив — бензин, дизель, мазут;
- полимеров — пластмассы, каучуки, волокна;
- фармацевтики — большинство лекарств;
- агрохимии — удобрения, пестициды;
- пищевой промышленности — красители, консерванты, ароматизаторы;
- биохимии и медицины — белки, нуклеиновые кислоты, витамины.
Органическая химия тесно связана с биологией, медициной, материаловедением и экологией. Проблемы загрязнения среды, утилизации пластиков и разработки биоразлагаемых материалов — часть прикладной органики.
¶Связь с другими науками
Органика образует стыки с биохимией (обмен веществ), молекулярной биологией (ДНК, РНК), фармакологией (дизайн лекарств), материаловедением (полимеры, композиты) и экологией (токсикология, разложение загрязнителей). Методы органического синтеза используются в производстве красителей, парфюмерии, взрывчатых веществ и полупродуктов.
¶Интересные факты
- Первый синтез органического вещества из неорганического (мочевина, 1828) считается рубежом в истории химии.
- Число известных органических соединений многократно превышает число неорганических.
- Углерод образует больше соединений, чем все остальные элементы вместе взятые.
- Явление изомерии объясняет, почему одинаковый состав может давать вещества с разными свойствами (например, этанол и диметиловый эфир).
Источники: учебники органической химии, труды А. М. Бутлерова, Н. Д. Зелинского, материалы по истории химии, энциклопедические издания по естественным наукам.