Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Департамент здравоохранения города Москвы
ГБПОУ ДЗМ «Медицинский колледж№2»
Реферат
Краткие сведения по истории возникновения и развития органической химии.
Первая часть касается силы физико-химических групп в школах или институтах химии, которые, за некоторыми исключениями, являются теми, которые существовали более двадцати пяти лет. Большим исключением является Университет Гвадалахары, где в рамках междисциплинарных отношений с химической инженерией была разработана отличная исследовательская группа в области того, что мы теперь будем называть сложными жидкостями. В Технологическом институте Селайя штаб-квартира другой из трех «больших» в области исследований в области химической инженерии может быть аналогичной ситуацией, безусловно, иметь инфраструктуру.
Выполнила студентка 1 курса гр 675
Исупова А.С.
Проверил преподаватель
химии Сенина Е.Е.
Москва 2016
1. Введение
Заключение
Список литературы
1. Ведение
Органическая химия - это наука изучающая соединения углерода- углеводороды и их производные, в состав которых могут входить почти все элементы периодической системы.
История этой неудачи широко сообщается. За последние десять лет, особенно в последних двух администрациях, их соответствующие директора приложили очень достойные похвалы усилия по реконструкции этих старых исследовательских групп во многих областях химии, которые дали такой престиж учреждению.
Однако до сегодняшнего дня результаты не очень прозрачны, но нам придется подождать дольше, прежде чем принимать более суровые суждения. Вторая часть ответа относится к физико-химическим исследованиям, которые в настоящее время проводятся в департаментах и институтах физики в стране. Любопытно, что это намного сложнее, потому что оно богаче разнообразием и региональным распределением.
Выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину обусловлено большим числом и многообразием соединений углерода, наличием специфических свойств, отличающих их от соединений других элементов, и наконец, их исключительным значением в жизни человека.
В настоящее время известно более 4,5 миллионов органических соединений, в то время как соединений неорганических всего около 700 тыс.
Научный отдел Университета Ибероамериканы имеет ряд исследовательских проектов в прикладной физике-химии. Третья и последняя часть ответа относится к участию промышленности в этих задачах. Для ученого в исключительно академической области это не очень легко оценить. Настало время в качестве следствия этого анализа развития химии в этом столетии мы больше знали об этом компоненте. Это упражнение на будущее. Пятнадцать лет назад говорили, что наукой, химией был уродливый утенок с точки зрения его сравнительного развития со своими сестрами, физикой и математикой.
Превращения органических соединений управляются общими законами химии, а также специфическими закономерностями, характерными только для органических соединений. Органические соединения обычно менее стойки, чем неорганические, легче окисляются (горят), подавляющее большинство из них имеет только ковалентные связи между атомами.
Учитывая, что, как мы уже говорили, существует некоторая погрешность определения местонахождения химии в биологических науках, трудно понять конкретные и точные цифры. Чтобы извлечь из этого упражнения фракцию химических веществ, посвященных физико-химическому, не только смешно, но и бесполезно. Несмотря на валовой рост, который наблюдался за последние пятнадцать лет, по количеству исследователей, по характеристикам такой страны, как наша, химия находится в отсталости. Не исключено, хотя, очевидно, возможно, что страна с такими природными ресурсами, как наша, не дала первостепенное значение этой науке уже сто лет.
Особое положение органической химии в системе наук обусловлено еще и тем, что она изучает более высокоорганизованную материю, чем неорганическая химия, и тесно связана с биологией: органические вещества появились на Земле позже неорганических, они являются носителями жизнедеятельности.
2. Предмет и пути развития органической химии
В настоящее время в стране нет единого высшего учебного заведения, предлагающего аспирантуру в области нефтехимии. Это факт не только позорный, но и катастрофический. Непрозрачный, скрывает и уничтожает столь издеваемую фразу, что нефть принадлежит нам. Какая польза, если мы знаем только, как ее продать? и не говоря уже о многих других невозобновляемых природных ресурсах. Вопрос в следующем: что предлагает нам будущее? В технологических вопросах, связанных с вмешательством химии, нет. Во-первых, не принимая серьезных и здоровых мер, прежде всего, чтобы подчеркнуть важность этой науки в повседневной жизни человека, от кулинарии, загрязнения и даже использования ее при производстве продуктов, называемых «социальная выгода», и, во-вторых, сделать замечательные усилия, чтобы сделать эту науку аттрактором учеников, а не так, как она есть среди нас, отталкиватель благодаря его ужасно несовершенному обучению, особенно на среднем уровне, мы обречены быть тем, кем мы уже являемся: рабов технологического колониализма и мерзких экспортеров сырья.
Предметом органической химии является изучение способов получения, состава, строения и областей применения важнейших классов органических соединений.
В древние времена люди обладали большим жизненным опытом по получению и использованию ряда органических веществ. Они умели изготовлять спиртные напитки путем брожения сахаристых веществ (вино, пиво), приготовлять уксус путем скисания вина. В Индии из сахарного тростника умели изготавливать сахар. В древнем Риме применялись растительные красители - индиго, ализарин, «античный пурпур», получавшиеся из некоторых видов улиток. Известны были многие душистые эфирные масла, применявшиеся не только в качестве благовоний, но и как дезинфицирующие средства для сохранения трупов в виде мумий (в древнем Египте). Галлам (французам) было известно мыло.
Кто хочет знать или ценить что-то химическое? Считается «матерью современной химии», алхимия - древняя практика, широко используемая в средние века, сочетающая элементы химии, антропологии, астрологии, физики, медицины, магии, философии, металлургии, математики, мистики, искусства и религии.
Арабские народы были великими исследователями алхимии, представляя ее на европейском континенте. Эта практика развивалась в Месопотамии, Древнем Египте, исламском мире, доисторической Латинской Америке, Египте, Корее, Китае, классической Греции, Киеве и Европе и среди аборигенов.
Однако, в то время люди имели дело со смесями органических соединений. Чистые вещества стали получать значительно позже.
В средние века алхимики (алхимия происходит от арабского алькимия, которое восходит к греческому chemia cheo - лью, отливаю), что указывало на связь алхимии с искусством плавки и литья металлов, либо от chemia - Египет, что связывает алхимию с местом, где возникло это искусство.
Философ Демокрит - отличный пример алхимика древности. В практике алхимии есть четыре основные цели, а именно. Трансмутация металлов, уступающих золоту, получение эликсира долгой жизни, средство, которое вылечило бы все зло и дало бы долгую жизнь или вечную жизнь всем, кто ее принял. Алхимики активизировали свои поиски Эликсира в лабораторных экспериментах, в которых использовались четыре существенных элемента в их работе: огонь, вода, земля и воздух. Эликсир Длинной Жизни и превращение металлов в золото можно было получить, получив Философский камень, мистическую субстанцию.
Своей главной задачей алхимики считали превращение простых металлов в драгоценные (золото, серебро) посредством так называемого «философского камня», разработали методы очистки веществ, что в известном отношении подготовило почву для зарождающейся химии.
В 900 г. арабскими алхимиками был получен почти чистый винный спирт.
Создание искусственной человеческой жизни, гомункули, четвертая и конечная цель заключалась в том, чтобы сделать роялти более богаче быстрее. Эта цель, возможно, заключалась только в обеспечении ее существования, а не в философской цели. Некоторые ученые считают, что идея превращения металлов в золото - это метафора, связанная непосредственно с изменением сознания, духовным очищением. Некоторые организации, такие как Великий Алхимический Восток, утверждают, что алхимия - это трансформация человека.
Алхимия была очень важной практикой для развития знаний и процедур, которые впоследствии будут использоваться в современной химии и медицине. Некоторые алхимические знания также недавно были заняты квантовой физикой, что свидетельствует о том, что все взаимосвязано в Космосе. Этот взгляд в значительной степени повлиял на лечение, предпринятое швейцарским врачом Филиппом Парацельсом, который начал с этой концепции в своей работе, полагая, что вещества, такие как соль, ртуть и сера, пересекают все живые существа, включая людей.
В 18 веке был выделен уже целый ряд чистых органических веществ.
В 1773 г. выделена кристаллическая мочевина, затем винная, лимонная, яблочная, галловая кислота и многие др. органические соединения.
В начале развития химии исследователи не видели различий между органическими и неорганическими веществами. Однако, в дальнейшем стали замечать, что большинство веществ полученных из «мертвой» природы - различные металлы, соли и т.д. обладают сравнительно малой изменяемостью. В то время как большинство веществ, полученных из организмов растений и животных при сравнительно малых воздействиях, претерпевают глубокие изменения.
Эта вера спасена нынешней спиритуалистической антропософией, которая также сравнивает понятия алхимии с силами души. Полимеры можно назвать макромолекулами, в которых имеется повторяющаяся единица, называемая мономером. Реакция, которая образует полимеры, называется полимеризацией. Например, белок, целлюлоза, крахмал, каучук.
Пример: полиэтилен, пенополистирол. Другие полимеры Натуральные полимеры: натуральный каучук: полимер с добавлением изопрена. Крахмал: полимер конденсации альфа-глюкозы. Целлюлоза: полимер конденсации бета-глюкозы. Белок: конденсационный полимер альфа-аминокислот.
Различное поведение и, как полагали, различные пути образования веществ, получаемых из мертвой и живой природы, легли в основу деления химии на органическую и неорганическую.
К началу XIX века уже сформировалось первоначальное представление об органической химии, как науки, изучающей вещества, образующиеся в животных и растительных организмах.
Когда он не расширяется, он используется при изготовлении тарелок, чашек. Теплоизоляция и материал, используемые в обивке. Тефлон: полимер, содержащий тетрафторэтен. Материал, используемый для покрытия предметов домашнего обихода. Пластмассы: Полиизобутилен: полимер с добавлением изобутилена. Сотрудник по производству труб воздуха.
Сотрудник по производству шин. Волокна: Полиэфир: сополимер дикарбоновых кислот. Сотрудник по производству тканей. Нейлон: сополимер диаминов с дикарбоновой кислотой. Дакрон: конденсационный полимер между эфиром органической кислоты с полиспиртом типа гликоля. Сотрудник по производству парусов для яхт.
Основоположником органической химии (1806) можно назвать знаменитого шведского химика Якоба Берцелиуса (1779-1848).
Он определил органическую химию как «химию растительных и животных веществ или веществ, образующихся вод влиянием жизненной силы». В то время еще не владели методами получения органических веществ. Отсюда создавалось мнение, что в живой природе действуют особые законы, управляемые «жизненной силой». Что такое «жизненная сила», никто не мог объяснить. Считалось только, что она обусловливает образование в организмах органических веществ. Это течение в химии получило название ВИТАЛИЗМА (лат. vitalis - жизненный).
Пример. Пластмассы, которые подвергаются нагреванию, разлагаются до плавления, называются термореактивными материалами, то есть они не могут быть переделаны. Термин «органическое соединение» появился более 200 лет назад, ссылаясь на вещества, производимые живыми организмами. В настоящее время их называют соединениями, которые они содержат, независимо от того, производятся ли они живыми организмами.
Органическая химия является частью химии, которая изучает свойства, способы получения и применения соединений, образованных атомами углерода. Он играет очень важную роль в понимании свойств пластмасс, моющих средств, медикаментов, а также процессов, происходящих в живых существах.
Витализм, с одной стороны, сыграл положительную роль, поскольку он разделял органическую материю и неорганическую, но с другой стороны, он разоружал химиков, т.к. проповедовал, что безжизненной силы нельзя получить органические вещества, т.е. практически отвергался синтез.
С развитием естественных наук идеалистическому реакционному виталистическому течению стали противопоставляться материалистические.
Этот атом имеет некоторые характеристики, которые делают его особым элементом в природе. И каковы своеобразные свойства? Этот атом имеет 4 электрона в валентном слое, и поскольку он является аметалом, он может образовывать ковалентные связи с другими атомами. Сколько звонков вы считаете ими? Правильно, углерод четырехвалентный, делая четыре связи! С таким именем он выглядит супергероем.
До сих пор ничего необычного, верно?! Итак, перейдем к 2-й характеристике. Как мы видели в предыдущей теме, углерод составляет четыре облигации. Позвольте мне повторить: углерод всегда делает четыре связи. Эти соединения могут быть распределены четырьмя различными способами, представляя собой четыре простых, один двойной и два простых, один тройной и один простой или два двойных.
Действуя различными химическими реагентами на органические вещества природного происхождения, химики стали получать многочисленные продукты, уже не встречающиеся в природе.
В 1824 г. немецкий врач и химик Фридрих Велер (ученик Я. Берцелиуса) синтезировал щавелевую кислоту из дициана, а в 1833 г. - мочевину (NH4OCN). Исходным веществом при этом была неорганическая соль - цианистый калий, при окислении которого образуется циановокислый калий, обменным разложением которого с сернокислым аммонием получают циановокислый аммоний, который при нитровании превращается в мочевину.
Углеродные атомы могут объединяться вместе, образуя длинные цепи из десятков или даже тысяч атомов, связанных друг с другом. Это означает, что органические соединения с таким же количеством атомов могут иметь разные структуры, то есть способны образовывать разные вещества и, конечно, с разными свойствами и названиями.
Теперь расходы сделаны, вы должны их оплатить. Рейсс, первый в мире научный полицейский институт. Мы хотели пересмотреть работу Гай-Люссака и его современных химиков, отреставшировав их в контексте послереволюционной эпохи. Мы хотели показать, что именно в это время - после Лавуазье - эта химия характеризуется глубокими преобразованиями, как на уровне химических наук, так и их распространением, а также понятиями, более прикладной природой химии и статусом химии. Это период, в течение которого химия разыгрывается в полностью обновленном стиле: политические изменения, а также в учебных заведениях, в практике исследований и экспериментов, в демаркации между науками о природе, профессионализм химии и рост химической промышленности.
Сам Велер хорошо понимал, что синтетическое получение мочевины из неорганического вещества наносит жестокий удар представлению о жизненной силе, и он с гордостью писал своему учителю Берцелиусу: «Я должен сказать Вам, что я могу приготовить мочевину, не нуждаясь для этого ни в почке, ни в живом организме вообще...»
В последующие годы были синтезированы более сложные органические вещества.
В 1854 г. французский химик Марселен Бертло синтезировал ряд органических веществ, в том числе жир. В 1861 г. Александр Бутлеров(создатель теории химического строения органических веществ) синтезировал сахаристое вещество. Таким образом, виталистическому течению был нанесен окончательный удар.
Возникла необходимость органической химии выделиться в особый ряд, но теперь уже по совершенно другим причинам:
· Многочисленность органических соединений.
· Большое практическое значение органических соединений. Они необходимы человеку и как в виде продуктов питания (белки, жиры, углеводы), так и в виде многочисленных предметов обихода (одежда, обувь).
· Своеобразие органических соединений. Они горючи, вступают в различные реакции и обладают изомерией (соединения, имеющие один состав, но различное строение). Сущность явления изомерии была открыта А. М. Бутлеровым, который показал, что в изомерных веществах атомы соединены в различном порядке.
Важным этапом в развитии химии стала разработка теории валентности Купером и Кекуле в 1857 г., В основу этой теории была положена четырёхвалентность углерода и его способность к образованию цепей. В первом томе своего труда по органической химии, вышедшем в 1859 году Кекуле впервые вводит близкое к современному определение понятия « органическая химия » --это « химия соединений углерода », что отражено уже в самом названии этого труда, которое переводится, как «Учебник органической химии, или химии углеродистых соединений». В 1865 году Кекуле предложил структурную формулу бензола (C6H6), что стало одним из важнейших открытий в органической химии. В 1917 году Льюис предложил рассматривать химическую связь с помощью электронных пар (Электронная пара -- связанное состояние двух взаимодействующих электронов.).
В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств альтернантных ароматических углеродов, чем основал новое направление в органической химии -- квантовую химию. В 1933 г. Ингольд провёл изучение кинетики реакции замещения у насыщенного атома углерода, что привело к масштабному изучению кинетики большинства типов органических реакций.
Историю органической химии принято излагать в связи с открытиями сделанными в области строения органических соединений, однако такое изложение больше связано с историей химии вообще. Гораздо интереснее рассматривать историю органической химии с позиции материальной базы, то есть собственно предмета изучения органической химии.
На заре органической химии предметом изучения были преимущественно субстанции биологического происхождения. Именно этому факту органическая химия обязана своим названием. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и со временем основной материальной базой органической химии стала каменноугольная смола, выделяемая при получении кокса прокаливанием каменного угля. Именно на основе переработки каменноугольной смолы в конце XIX века возник основной органический синтез. В 50-60 годах прошлого века произошёл переход основного органического синтеза на новую базу -- нефть. Таким образом появилась новая область химии -- нефтехимия . Огромный потенциал, который был заложен в новом сырье вызвал бум в органической химии и химии вообще. Появление и интенсивное развитие такой области как химии полимеров обязана прежде всего новой сырьевой базе.
3. Основные этапы развития органической химии
Период развития до XIV века, называемый стихийным.
XV - XVII века - начало развития или, ятрохимия, алхимия.
Век XVIII - XIX - господствие теории витализма.
XIX - XX века - интенсивное развитие, научный этап.
· Стихийный этап становления химии органических соединений
Данный период подразумевает самозарождение понятия химии, истоки. А истоки уходят еще в Древний Рим и Египет, в которых очень способные жители научились добывать красящие вещества для окраски предметов и одежды из природного сырья. Необычайно проворные жители разных народностей того же времени также научились получать уксус, изготавливать спиртные напитки из сахаро- и крахмалосодержащих веществ растительного происхождения. как такового понятия "химия" не существовало, и изучения конкретных веществ с целью выяснения свойств и состава не происходило. Поэтому данный период и называется стихийным. Все открытия носили случайный, нецеленаправленный характер бытового значения. Так продолжалось вплоть до следующего столетия.
· Период ятрохимии - многообещающее начало развития
Именно в XVI - XVII веках начали зарождаться непосредственные представления о химии как науке. Благодаря работам ученых того времени были получены некоторые органические вещества, изобретены простейшие устройства для перегонки и возгонки веществ, использовалась специальная химическая посуда для измельчения веществ, разделения продуктов природы на ингредиенты. Основным направлением работы того времени стала медицина. Стремление получить необходимые лекарства привело к тому, что из растений выделялись эфирные масла и другие сырьевые компоненты. Так, Карлом Шееле были получены некоторые органические кислоты из растительного сырья:
v яблочная;
v лимонная;
v галловая;
v молочная;
v щавелевая.
На исследование растений и выделение этих кислот ученому потребовалось 16 лет (с 1769 г. по 1785 г.). Это стало началом развития, были заложены основы органической химии, которая непосредственно как раздел химии была определена и названа позднее. В этот же период средневековья Г. Ф. Руэль выделил кристаллы мочевой кислоты из мочевины. Другими химиками была получена янтарная кислота из янтаря, винная кислота. В обиход входит метод сухой перегонки растительного и животного сырья, благодаря которому получают уксусную кислоту, диэтиловый эфир, древесный спирт.
Так было положено начало интенсивному развитию органической химической промышленности в будущем.
· Vis vitalis, или "Жизненная сила"
XVIII - XIX века для органической химии весьма двояки: с одной стороны, происходит целый ряд открытий, которые имеют грандиозное значение. С другой, долгое время рост и накопление нужных знаний и правильных представлений тормозится господствующей теорией витализма.
Немецкий ученый работал над соединениями цианидов и в одном из проводимых опытов сумел получить кристаллы, похожие на мочевую кислоту. Так был нанесен первый удар по виталистическим взглядам. История развития органической химии начала набирать обороты.
Ряд открытий, сокрушивших витализм
Успех Велера воодушевил химиков XVIII века, поэтому начались повсеместные испытания и эксперименты с целью получения органических веществ в искусственных условиях. Таких синтезов, имеющих решающее и наибольшее значение, было совершено несколько.
Ш 1845 г. - Адольф Кольбе, который был учеником Велера, сумел из простых неорганических веществ С, Н2, О2 многоэтапным полным синтезом получить уксусную кислоту, которая является веществом органическим.
Ш 1812 г. Константином Кирхгофом осуществлен синтез глюкозы из крахмала и кислоты.
Ш 1820 г. Анри Браконно денатурировал белок кислотой и затем обработал смесь азотной кислотой и получил первую из 20 синтезированных позднее аминокислот - глицин.
Ш 1809 г. Мишель Шеврель изучал состав жиров, пытаясь расщепить их на составные компоненты. В итоге он получил жирные кислоты и глицерин.
Ш 1854 г. Жан Бертло продолжил работы Шевреля и нагрел глицерин со стеариновой кислотой. Результат - жир, точно повторяющий структуру природных соединений. В дальнейшем он сумел получить и другие жиры и масла, которые были несколько отличны по строению молекул от природных аналогов. То есть доказал возможность получения новых органических соединений, имеющих большое значение, в лабораторных условиях. Ж. Бертло синтезировал метан из сероводорода (Н2S) и сероуглерода (CS2).
Ш 1842 г. Зинин сумел синтезировать анилин, краситель из нитробензола. В дальнейшем ему удалось получить целый ряд анилиновых красителей. А. Байер создает собственную лабораторию, в которой занимается активным и успешным синтезом органических красителей, сходных с природными: ализариновые, индигоидные, антрохиноновые, ксантеновые.
Ш 1846 г. синтез нитроглицерина ученым Собреро. Им же разработана теория типов, говорящая о том, что вещества подобны некоторым из неорганических и их можно получить заменой атомов водорода в структуре.
Ш 1861 г. А. М. Бутлеров синтезировал сахаристое вещество из формалина. Им же были сформулированы положения теории химического строения органических соединений, актуальные по сей день.
Все эти открытия определили предмет органической химии - углерод и его соединения. Дальнейшие открытия были направлены на изучение механизмов химических реакций в органике, на установление электронной природы взаимодействий и на рассмотрение структуры соединений.
· Вторая половина XIX и XX век - время глобальных химических открытий
История развития органической химии с течением времени претерпевала все большие изменения. Работа множества ученых над механизмами внутренних процессов в молекулах, в реакциях и системах дала свои плодотворные результаты.
Множество разных людей принимали участие в создании той области органики, которую мы имеем сегодня. Поэтому ученые органической химии заслуживают внимания. Конец XIX и XX века - это времена глобальных открытий в фармацевтике, лакокрасочной промышленности, квантовой химии. органический химия открытие научный
Рассмотрим открытия, обеспечившие максимальное значение органической химии :
Ш 1881 г. М. Конрад и М. Гудцейт синтезировали анестетики, веронал и салициловую кислоту.
Ш 1883 г. Л. Кнорр получил антипирин.
Ш 1884 г. Ф. Штолль получил пирамидон.
Ш 1869 г. братья Хайатт получили первое искусственное волокно.
Ш 1884 г. Д. Истмен синтезировал целлулоидную фотопленку.
Ш 1890 г. получено медноаммиачное волокно Л. Депасси.
Ш 1891 г. Ч. Кросс с коллегами получил вискозу.
Ш 1897 г. Ф. Мишер и Бухнер основали теорию биологического окисления (было открыто бесклеточное брожение и энзимы как биокатализаторы).
Ш 1897 г. Ф. Мишер открыл нуклеиновые кислоты.
Ш Начало XX века - новая химия элементоорганических соединений.
Ш 1917 г. Льюис открыл электронную природу химической связи в молекулах.
Ш 1931 г. Хюккель - основатель квантовых механизмов в химии.
Ш 1931-1933 гг. Лаймус Полинг обосновывает теорию резонанса, а позже его сотрудники раскрывают сущность направлений в химических реакциях.
Ш 1936 г. синтезирован нейлон.
Ш 1930-1940 гг. А. Е. Арбузов дает начало развитию фосфоорганических соединений, которые являются основой для производства пластмасс, лекарств и инсектицидов.
Ш 1960 г. академик Несмеянов с учениками создает в лабораторных условиях первую синтетическую пищу.
Ш 1963 г. Дю Винью получает инсулин, что является огромным шагом вперед в медицине.
Ш 1968 г. индиец Х. Г. Корана сумел получить простой ген, что помогло в расшифровке генетического кода.
Таким образом, значение органической химии в жизни людей просто колоссально. Пластмассы, полимеры, волокна, лакокрасочная продукция, каучуки, резины, ПВХ-материалы, полипропилены и полиэтилены и многие другие современные вещества, без которых сегодня просто не представляется возможной жизнь, прошли сложный путь к своему открытию. Сотни ученых внесли свой многолетний кропотливый труд, чтобы сложилась общая история развития органической химии.
Заключение
Органическая химия имеет исключительно важное научное и практическое значение. Объектом её исследований является огромное число соединений синтетического и природного происхождения. Поэтому органическая химия стала крупнейшим и наиболее важным разделом современной химии.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Краткий исторический обзор развития органической химии. Первые теоретические воззрения. Теория строения А.М. Бутлерова. Способы изображения органических молекул. Типы углеродного скелета. Изомерия, гомология, изология. Классы органических соединений.
контрольная работа , добавлен 05.08.2013
Основные операции при работе в лаборатории органической химии. Важнейшие физические константы. Методы установления строения органических соединений. Основы строения, свойства и идентификация органических соединений. Синтезы органических соединений.
методичка , добавлен 24.06.2015
Период зарождения и развития химических теорий. Пути развития научных и технологических разработок в области создания лекарственных средств. Предмет медицинской химии. Фундаментальные проблемы органической химии. Органические соединения мышьяка.
презентация , добавлен 23.10.2013
Адамантан-родоначальник гомологического ряда семейства углеводородов алмазоподобного строения диамантана, триамантана. Возникновение и развитие на основе химии адамантана одной из областей современной органической химии-химии органических полиэдранов.
курсовая работа , добавлен 08.10.2008
Роль химии в развитии естественнонаучных знаний. Проблема вовлечения новых химических элементов в производство материалов. Пределы структурной органической химии. Ферменты в биохимии и биоорганической химии. Кинетика химических реакций, катализ.
учебное пособие , добавлен 11.11.2009
Основные этапы развития химии. Алхимия как феномен средневековой культуры. Возникновение и развитие научной химии. Истоки химии. Лавуазье: революция в химии. Победа атомно-молекулярного учения. Зарождение современной химии и ее проблемы в XXI веке.
реферат , добавлен 20.11.2006
Значение и место темы "Молекулярные перегруппировки" в курсе органической химии. Цели, задачи и дидактические подходы при изучении данной темы. Использование электронно-дидактических средств в обучении химии, в частности молекулярных перегруппировок.
методичка , добавлен 22.07.2010
Теоретическая основа аналитической химии. Спектральные методы анализа. Взаимосвязь аналитической химии с науками и отраслями промышленности. Значение аналитической химии. Применение точных методов химического анализа. Комплексные соединения металлов.
реферат , добавлен 24.07.2008
Жизненный путь Шарля Адольфа Вюрца, его научно-исследовательская деятельность. Научные достижения Вюрца в области органической и неорганической химии: открытие альдольной конденсации, изучение гидрила меди, исследование строения фосфорноватистой кислоты.
курсовая работа , добавлен 04.12.2010
Происхождение термина "химия". Основные периоды развития химической науки. Типы наивысшего развития алхимии. Период зарождения научной химии. Открытие основных законов химии. Системный подход в химии. Современный период развития химической науки.
Еще со времени открытия огня человек разделил вещества на две группы: горючие и негорючие. К горючим веществам относились, в частности, дерево и жир или масло, они в основном и служили топливом. Дерево - это продукт растительного происхождения, а жир и масло - продукты как животного, так и растительного происхождения. Вода, песок, различные горные породы и большинство других веществ минерального происхождения не горели, более того, гасили огонь.
Таким образом, между способностью вещества к горению и принадлежностью его к живому или неживому миру существовала определенная связь. Хотя, безусловно, были известны и исключения. Например, уголь и сера - продукты неживой материи - входили в группу горючих веществ.
Накопленные в XVIII столетии знания показали химикам, что судить о природе веществ, исходя только из их горючести или негорючести, нельзя. Вещества неживой природы могли выдерживать жесткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи такой обработки не выдерживали. Вода кипела и снова конденсировалась в воду; железо или соль расплавлялись, но, остывая, возвращались в исходное состояние. В то же время оливковое масло или сахар при нагревании (даже в условиях, исключающих возможность горения) превращались в дым и гарь. То, что оставалось, не имело уже ничего общего с. оливковым маслом или сахаром, и превратить этот остаток в оливковое масло или сахар больше не удавалось. Словом, вещества этих двух групп вели себя принципиально различным образом.
В 1807 г. Берцелиус предложил вещества, подобные оливковому маслу или сахару, которые типичны для живой природы, называть органическими . Вещества, подобные воде и соли, которые характерны для неживой природы, он назвал неорганическими .
Химиков не переставало удивлять, что органические вещества при нагревании или каком-либо другом жестком воздействии легко превращаются в неорганические вещества. (Возможность обратного превращения, т. е. превращения неорганического вещества в органическое, была установлена несколько позднее.) То время было временем господства витализма - учения, рассматривающего жизнь как особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил (vis vitalis) . Защитником витализма веком раньше был Шталь, основатель теории флогистона (см. гл. 5). Сторонники витализма утверждали, что для превращения неорганических веществ в органические требуется какое-то особое воздействие («жизненная сила»), которое проявляется только внутри живой ткани. По этой причине неорганические соединения, например воду, можно было найти повсюду - в пределах и живого, и неживого мира, тогда как органические соединения, образующиеся под воздействием жизненной силы, можно найти только в живых тканях.
Химики, имевшие дело с самыми обычными соединениями и пользовавшиеся самыми обычными методами, осуществить превращение, требовавшее участия жизненных сил, естественно, не могли.
Первые сомнения в справедливости такого утверждения возникли после опубликования в 1828 г. работы Фридриха Вёлера (1800-1882), немецкого химика, ученика Берцелиуса. Вёлера, в частности, интересовали цианиды и родственные им соединения. Нагревая цианат аммония (в то время это соединение безоговорочно причисляли к неорганическим веществам, не имеющим ничего общего с живой материей), Вёлер обнаружил, что в процессе нагревания образуются кристаллы, похожие на мочевину - продукт жизнедеятельности человека и животных, выделяющийся в значительных количествах с мочой. Тщательно изучив эти кристаллы, Вёлер установил, что он действительно получил мочевину - бесспорно органическое соединение.
Вёлер несколько раз повторил опыт и, убедившись, что он по своему желанию может превращать неорганическое соединение (цианат аммония) в органическое (мочевину), сообщил о своем открытии Берцелиусу. Берцелиус был упрямым человеком, который редко менял свое мнение под чьим-либо влиянием, однако в этом случае он вынужден был согласиться, что проведенное им, Берцелиусом, разделение на органические и неорганические соединения оказалось не таким четким, как он полагал.
Однако не надо переоценивать значения этой работы Вёлера . Сама по себе она не столь уж существенна. Строго говоря, цианат аммония не является типичным неорганическим соединением, но даже если считать его таковым, то превращение цианата аммония в мочевину (как со временем и было показано) является просто результатом изменения расположения атомов внутри молекулы. И в самом деле, ведь молекула мочевины фактически является перестроенной молекулой все того же цианата аммония.
И тем не менее значение открытия Вёлера отрицать нельзя. Оно способствовало низвержению витализма и вдохновило химиков на попытки синтеза органического вещества; не будь этого открытия, химики направили бы свои усилия в другом направлении.
В 1845 г. Адольф Вильгельм Герман Кольбе (1818-1884), ученик Вёлера, успешно синтезировал уксусную кислоту, считавшуюся в его время несомненно органическим веществом. Более того, он синтезировал ее таким методом, который позволил проследить всю цепь химических превращений - от исходных элементов (углерода, водорода и кислорода) до конечного продукта - уксусной кислоты. Именно такой синтез из элементов , или полный синтез , и был необходим. Если синтез мочевины Вёлера породил сомнения относительно существования «жизненной силы», то синтез уксусной кислоты Кольбе позволил решить этот вопрос.
Французский химик Пьер Эжен Марселен Бертло (1827-1907) в 50-е годы XIX в. начал систематическую разработку синтеза органических соединений и достиг больших успехов. Он синтезировал, в частности, такие хорошо известные и важные соединения, как метиловый и этиловый спирты, метан, бензол, ацетилен. Бертло «нарушил границу» между неорганической и органической химией, покончив с пресловутым «запретом». В дальнейшем такое «нарушение границ» стало обычным.
«Кирпичики» жизни
Вёлер, Кольбе и Бертло синтезировали относительно простые органические соединения, тогда как для живой природы характерны значительно более сложные соединения типа крахмала, жиров и белков. Изучать такие соединения гораздо труднее; непросто даже установить их точный элементный состав. В целом изучение органических веществ обещало разгадку многих проблем, но подступиться к этим веществам химику прошлого века было совсем непросто.
Вначале об этих сложных соединениях было известно только то, что их можно разбить на сравнительно простые «строительные блоки» («кирпичики»), нагревая их с разбавленной кислотой или разбавленным основанием. Русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф (1764-1833) первым занялся детальным изучением этого вопроса. В 1812 г. ему удалось превратить крахмал, нагревая его с кислотой, в сахар, который впоследствии получил название глюкозы .
В 1820 г. французский химик Анри Браконно (1780-1854) таким же способом обрабатывал желатину (продукт денатурирования белка) и получил глицин - азотсодержащую органическую кислоту, относящуюся к той группе веществ, которые впоследствии были названы (Берцелиусом) аминокислотами . Глицин был первой из двадцати различных аминокислот, выделенных в следующем веке из природных белков .
И крахмал, и белок имеют гигантские молекулы, построенные, как выяснилось позднее, из длинных цепей, состоящих из остатков глюкозы и аминокислот соответственно. Химики XIX в. практически были лишены возможности синтезировать эти длинные цепи в лаборатории. Иначе дело обстояло с жирами.
Французский химик Мишель Эжен Шеврель (1786-1889) посвятил первую половину своей очень долгой творческой жизни изучению жиров. В 1809 г. он обработал мыло (полученное нагреванием жира со щелочью) кислотой и выделил то, что мы теперь называем жирными кислотами . Позднее он показал, что, превращаясь в мыло, жиры теряют глицерин .
Молекула глицерина сравнительно простая и построена таким образом, что к ней легко могут «прикрепиться» дополнительные группы атомов.
Следовательно, вполне логично было предположить, что, в то время как крахмал и белки, скорее всего, построены из большого числа простых остатков молекул, с жирами дело обстоит иначе. До середины XIX в. считалось, что жиры, вероятно, построены из остатков только четырех молекул: молекулы глицерина и трех молекул жирных кислот.
На этом этапе свое слово сказал Бертло. В 1854 г. он, нагревая глицерин со стеариновой кислотой (одной из самых распространенных жирных кислот, полученных из жиров), получил молекулу, состоящую из остатка молекулы глицерина и трех остатков молекул стеариновой кислоты. Этот тристеарин , который оказался идентичен тристеарину, полученному из природных жиров, был самым сложным из синтезированных к тому времени аналогов природных продуктов.
Бертло сделал еще более важный шаг. Вместо стеариновой кислоты он взял кислоты, похожие на нее, но полученные не из природных жиров, и также нагрел их с глицерином. В результате Бертло получил соединения, очень похожие на обычные жиры, но несколько отличающиеся от любого из природных жиров.
Этот синтез показал, что химик не только способен синтезировать аналоги природных продуктов, он в состоянии сделать большее. Например, он может синтезировать из продуктов неживой природы соединение, по всем своим свойствам являющееся органическим. Именно с синтезом аналогов природных продуктов связаны самые крупные достижения органической химии второй половины XIX в. (см. гл. 10).
К середине XIX в. стало уже непопулярным причислять то или иное соединение к органическим или неорганическим, исходя лишь из того, является или не является оно продуктом живой ткани. В то время уже были известны такие органические соединения, которые никак не могли быть продуктами жизнедеятельности организмов. Тем не менее деление соединений на органические и неорганические имело смысл. Свойства соединений этих классов, как выяснилось, настолько различаются, что даже приемы работы химика-органика и химика-неорганика совершенно различны.
Становилось все более очевидным, что различие между органическими и неорганическими соединениями обусловлено особенностями химического строения молекул этих соединений. Многие химики начали говорить о разных типах строения молекул органических и неорганических соединений. Молекулы большинства неорганических веществ, с которыми имели дело химики XIX в., содержат всего от двух до восьми атомов. Да и вообще в молекулах очень немногих неорганических соединений число атомов достигает десятка.
В то же время в молекулах даже простейших органических соединений содержится десять и более атомов, а нередко число атомов в молекуле органического соединения измеряется несколькими десятками. Молекулы же таких соединений, как крахмал или белок, можно без всякого преувеличения назвать гигантскими: в них насчитываются тысячи и даже сотни тысяч атомов.
Вполне понятно, что сложная органическая молекула может легко и необратимо разрушиться даже при слабом неблагоприятном воздействии, например при легком нагревании, в то время как простые неорганические молекулы не претерпевают изменений даже при жесткой обработке.
Кроме того, все без исключения органические соединения имеют в своих молекулах один или более атомов углерода. Почти все молекулы содержат также атомы водорода. Поскольку углерод и водород сами по себе горючи, то вполне можно предположить, что соединения, в которых эти элементы играют такую важную роль, также относятся к числу горючих.
Немецкий химик Фридрих Август Кекуле фон Страдонитц (1829-1886) которого обычно называют Кекуле, сделал верный вывод. В учебнике, опубликованном им в 1861 г., Кекуле определил органическую химию как химию соединений углерода. Развивая эту мысль, можно определить неорганическую химию как химию соединений, не содержащих углерод. Это определение получило широкое распространение. Правда, несколько соединений углерода, в том числе диоксид углерода и карбонат кальция, скорее следует считать типичными неорганическими соединениями, чем типичными органическими. Такие соединения углерода обычно рассматриваются в трудах по неорганической химии.
Изомеры и радикалы
Когда химики попытались применить представления атомистической теории к молекулам тех простых неорганических соединений, с изучением которых связаны выдающиеся успехи химии XVIII в., то выяснилось, что такой подход вполне допустим. Достаточно указать различные виды атомов, входящих в состав каждой молекулы, и их число. Молекулу кислорода можно записать как O 2 , хлористого водорода - как HCl, аммиака - как NH 3 , сульфата натрия - как Na 2 SO 4 и т. д.
Такие формулы, показывающие только число атомов каждого вида в молекуле, называются эмпирическими (эмпирический - установленный экспериментально). В эти первые десятилетия XIX в. считались, что для каждого соединения характерна своя собственная эмпирическая формула и что у двух различных соединений она не может быть одинаковой.
С органическими соединениями, молекулы которых отличались внушительными размерами, дело обстояло сложнее. Используя методы начала XIX в., было очень тяжело, вероятно и невозможно, установить точную эмпирическую формулу даже такого довольно простого по сравнению, например, с белками органического соединения, как морфин. В настоящее время известно, что в молекуле морфина содержатся 17 атомов углерода, 19 атомов водорода, 3 атома кислорода и 1 атом азота (C 17 H 18 NO 3). Эмпирическая формула уксусной кислоты (C 2 H 4 O 2) намного проще, чем формула морфина, но и относительно этой формулы в первой половине XIX в. не было единого мнения. Однако, поскольку химики собирались изучать строение молекул органических веществ, начинать им необходимо было с установления эмпирических формул.
В 80-х годах XVIII столетия Лавуазье пытался определить относительное содержание углерода и водорода в органических соединениях. Он сжигал изучаемое соединение и взвешивал выделившиеся углекислый газ и воду. Результаты такого определения были не очень точными. В первые годы XIX в. Гей-Люссак (автор закона объемных отношений, см. гл. 5) и его коллега французский химик Луи Жак Тенар (1777-1857) усовершенствовал этот метод. Они сначала смешивали изучаемое органическое соединение с окислителем и лишь потом сжигали. Окислитель, например хлорат калия, при нагревании выделяет кислород, который хорошо смешивается с органическим веществом, в результате чего сгорание происходит быстрее и полнее. Собирая выделяющиеся при сгорании углекислый газ и воду, Гей-Люссак и Тенар могли определить соотношение углерода и водорода в исходном соединении. С помощью усовершенствованной к тому времени теории Дальтона это соотношение можно было выразить в атомных величинах.
В состав многих органических соединений входят только углерод, водород и кислород, поэтому, определив содержание углерода и водорода, во многих случаях можно было установить эмпирическую формулу соединения. В 1811 г. Гей-Люссак и Тенар составили эмпирические формулы около двадцати органических соединений, в том числе некоторых простых сахаров.
Немецкий химик Юстус Либих (1803-1873) усовершенствовал методику анализа и в 1831 г. смог получить весьма достоверные эмпирические формулы . Два года спустя французский химик Жан Батист Андре Дюма (1800-1884) модифицировал метод Либиха. Пользуясь разработанным им методом, можно было наряду с прочими продуктами сгорания собирать также и азот и, следовательно, определять содержание азота в органическом веществе.
Эти основоположники органического анализа в процессе своих исследований получили такие результаты, которые пошатнули веру в важность эмпирической формулы. Случилось это следующим образом.
В 1824 г. Либих изучал фульминаты - соли гремучей кислоты, а Вёлер (который со временем станет верным другом Либиха и вскоре синтезирует мочевину, см. разд. «Крушение витализма») изучал цианаты - соли циановой кислоты. Оба ученых послали сообщения о своих работах в журнал, издаваемый Гей-Люссаком.
Читая сообщения, Гей-Люссак отметил, что эмпирические формулы этих соединений идентичны, хотя описанные свойства совершенно различны. Так, в молекулах и цианата и фульмината серебра содержится по одному атому серебра, углерода, азота и кислорода. Гей-Люссак сообщил об этих наблюдениях Берцелиусу, который считался тогда самым выдающимся химиком в мире, но Берцелиус не пожелал поверить в это открытие. Однако к 1830 г. Берцелиус сам установил, что две органические кислоты - виноградная и винная - хотя и обладают различными свойствами, описываются одной и той же эмпирической формулой (как теперь установлено, С 4 Н 6 О 6). Поскольку соотношения элементов в этих различных соединениях было одинаковым, Берцелиус предложил называть такие соединения изомерами (от греческих слов??? - равный, одинаковый и????? - часть, доля). Его предложение было принято. В последующие десятилетия число открытых изомеров быстро росло.
Казалось очевидным, что, если две молекулы построены из одинакового числа одних и тех же атомов и все же обладают различными свойствами, различие коренится в способе расположения атомов внутри молекулы. В простых молекулах неорганических соединений атомы могут, вероятно, располагаться только одним каким-либо способом. Изомеров у таких соединений просто не может быть, и для их характеристики вполне достаточно эмпирической формулы. Так, Н 2 О - это вода и ничего больше.
В более сложных органических молекулах расположение атомов может быть различным, и, следовательно, возможно существование изомеров. Различие в расположении атомов в молекулах цианатов и фульминатов легко обнаружить, так как каждая молекула содержит всего несколько атомов. Формулу цианата серебра можно записать как AgOCN, а формулу фульмината - как AgNCO.
При большем количестве атомов число возможных вариантов расположения возрастает настолько, что трудно становится решить, какому соединению соответствует какое расположение. Даже вопрос о строении виноградной и винной кислот, молекулы которых содержат по шестнадцати атомов, для химиков первой половины XIX в. был чрезвычайно сложен, и могло показаться, что установить строение еще больших молекул просто не удастся.
Проблему строения молекул почти сразу же можно было бы отвергнуть как нерешаемую, если бы не появилась возможность упростить ее.
С 1810 г. Гей-Люссак и Тенар работали над цианидом водорода HCN, который, как они показали, представляет собой кислоту, хотя и не содержит кислорода. (Это открытие, как и открытие Дэви, установившего примерно в то же время, что хлорид водорода - кислота, опровергали представление Лавуазье о том, что кислород является характерным элементом кислот.) Гей-Люссак и Тенар обнаружили, что группа CN (цианидная группа ) может переходить от соединения к соединению, не разлагаясь на отдельные атомы углерода и азота. Группа CN ведет себя во многом как единичный атом хлора или брома, поэтому цианид натрия NaCN имеет некоторые общие свойства с хлоридом натрия NaCl и бромидом натрия NaBr .
Группа из двух (или более) атомов, способная переходить без изменения из одной молекулы в другую, была названа радикалом (от латинского radical - корень). Такое название эти группы получили по следующей причине. В то время считалось, что молекулы могут состоять из ограниченного числа небольших групп атомов и радикалы являются именно теми «корнями», из которых, так сказать, «вырастает» молекула.
Конечно, группа CN относится к числу простейших, однако Вёлер и Либих в своей совместной работе показали, что бензоильная группа, как и цианидная, может переходить без разрушения из одной молекулы в другую. Эмпирическая формула бензоильной группы, как в настоящее время установлено, C 7 H 5 O.
Короче говоря, становилось ясно, что открыть тайну строения больших молекул можно, лишь установив строение определенного числа различных радикалов. Тогда не составит большого труда (как надеялись химики того времени) построить из радикалов молекулы. Дело спорилось!
Примечания:
О процессе формирования представлений об «элементах-стихиях» см.: Ахутин А. В. Мифологические истоки учения об элементах. В кн.: Всеобщая история химии. Возникновение и развитие химии с древнейших времен до XVII в.- М.: Наука, 1980, с. 74-91.
«Элемент» - латинское слово неизвестного происхождения. Греки не употребляли его, но, поскольку это одно из важнейших понятий современной химии, обойтись без него невозможно, даже в тех случаях, когда речь идет о греках.
См.: Шамин А. Я. Биокатализ и биокатализаторы (исторический очерк).- М.: Наука, 1971, 196 с.
См.: Мусабеков Ю. С. Историческая оценка синтеза Вёлера.- Вопросы истории естествознания и техники, 1957, вып. 5, с. 66-73.
Впрочем, это было только первое поражение витализма, который продолжал удерживать свои позиции в других областях химии. Несмотря на медленное ослабление его позиций на протяжении XIX в., окончательно витализм не исчез и сегодня. Полное описание различных этапов крушения витализма можно найти в кн. «Краткая история биологии» (Азимов А. Краткая история биологии. Пер. с англ, - М.: Мир, 1967).
См.: Мусабеков Ю. С. Марселен Бертло. 1827-1907.- М.: Наука, 1965, 231 с.
См.: Шамин А. Н., Джабраилова Н. А. Развитие химии аминокислот.- М.: Наука, 1974, 152 с.
Это утверждение уже устарело. В 1963 г. впервые был синтезирован природный белок - инсулин. Сейчас методы синтеза белков значительно усовершенствованы, и их синтез уже не является проблемой. Химики могут синтезировать и другие сложнейшие природные биополимеры - нуклеиновые кислоты. См.: Шамин А. Н. Химический синтез белка (исторический очерк).- М.: Наука, 1969, 115 с.
См.: Быков Г. В. Август Кекуле. 1828-1896. Очерк жизни и деятельности.- М.: Наука, 1964, 236 с.
См.: Мусабеков Ю. С. Юстус Либих.- М.: Изд-во АН СССР, 1962, 215 с.
Либих был одним из талантливейших преподавателей химии за всю историю ее существования. Он преподавал в Гиссенском университете, где организовал первый настоящий лабораторный курс химии. Очень многие химики работали с Либихом и учились у него методике лабораторных работ. Либих сумел создать научную школу, в которой сформировались многие прославленные химики. Благодаря трудам Либиха к концу XIX в. Германия стала «химической державой» Европы, опередив даже Францию.
Некоторые, но не все. Хлорид натрия необходим для жизни, бромид натрия оказывает небольшое токсическое действие, а цианид натрия - быстродействующий яд.
См.: Шорлеммер К. Возникновение и развитие органической химии.- М.: 1937; Быков Г. В. История органической химии. Открытие важнейших органических соединений.- М.: Наука, 1978, 379 с.
Загрузка...