Органична химия

         Органичната химия е основен дял на химията, който изучава структурата, свойствата, състава и получаването на органични съединения - въглеводороди и техните производни. Освен въглерод и водород, те могат да включват и други елементи, като кислород, азот, сяра, фосфор, силиций и други. Основата на молекулите на органичните съединения са вериги или пръстени, образувани от свързани помежду си въглеродни атоми.

Органичните съединения имат разнообразна структура и огромен кръг от практически приложения. Те са основни съставки на много продукти (бои, пластмаси, храна, експлозиви, лекарства, нефтопродукти и много други) и, с много малки изключения, играят водеща роля във всички жизнени процеси при живите организми. Първоначално такива съединения са извличани главно организми, откъдето произлиза наименованието им.

                      Органични съединения

           Въглеродните скелети могат да бъдат многобройни по вид и сложност, което до голяма степен обуславя огромния брой органични съединения — към 3 милиона, докато броят на съединенията на всички останали елементи не надвишава 50 хиляди. Причина за голямото им разнообразие са двата фактора:

• Особеностите на въглеродния атом — свойството на въглеродните атоми да се свързват помежду си, като образуват въглеродни вериги.В органичните съединения винаги въглеродният атом е в четвърта валентност. Изомерия — химични съединения с еднакъв качествен и количествен състав, но различен строеж и свойства се наричат изомери, а явлението — изомерия.

Само неголям брой въглеродни съединения — въглероден оксид, въглероден диоксид,въглеродна киселина и солите ѝ - карбонати и хидрогенкарбонати са предмет на неорганичната химия. При класификацията на органичните съединения за основа се вземат въглеводородите — най-простите съединения, съставени само от въглерод и водород. Въз основа на характера на въглеродния скелет те се делят на два основни класа:

• ациклични съединения (мастни) — с отворена въглеродна верига, например CH₃-CH₂-CH₃;
• циклични съединения — скелета на молекулата представлява затворена верига — пръстен или система от пръстени. Таква съединения са, от една страна, наситените и ненаситените пръстенни въглеводороди (циклохексан) и техни производни, а от друга страна — така наречените ароматни въглеводороди, най-важната група от карбоциклените, чийто най-прост представител е бензолът;

Всички органични съединения могат да се разглеждат като въглеводороди, в които на мястото на един или няколко водородни атома са на лице атоми на други елементи или други атомни групи. По-важни такива са следните:

• халогенопроизводни;
• алкохоли и феноли — съдържат хидроксилна група -OH;
• етери — съединения съставени от два радикала, свързани с кислороден атом — R-O-R;
• алдехиди и кетони — характерни с присъствието на карбонилна група CO;
• киселини — с карбоксилна група -COOH;
• амини — с -NH₂;
• нитросъединения — с -NO₂ и други;

Съществуват и смесени производни като аминокиселини, нитрофеноли, халогенирани кетони и пр.

Някои широко разпространени органични съединения, които играят важна роля в жизнените процеси, са се оформили в групи, като например:

• белтъчни вещества;
• нуклеинови киселини;
• въглехидрати;
• стероиди;
• алкалоиди;

История

         Сведения за получаване и превръщания на органични вещества — захари и природни багрила, алкохолна и оцетнокисела ферментация, датират от дълбока древност. През Средните векове става известно изолирането на етерични масла и лекарства от растения, получаването на оцетна киселина чрез суха дестилация на дърва и други.

           Органичната химия придобива характер на самостоятелна наука едва в началото на 19 век. Изкуственото получаване на органични вещества от елементите или неорганични съединения по това време се смята за невъзможно, вследствие на което се приема, че органичните съединения се образуват само под действие на особена „жизнена сила“, присъща на живите организми (Йонс Берцелиус).

         През 1824 и 1828 г. Фридрих Вьолер осъществява първите синтези на органични от неорганични съединения (оксалова киселина от дициан, и карбамид от амониев цианат), и през следващите десетилетия теорията на витализма е изоставена.

          Във връзка с намирането на методи за определяне на елементарния състав на органични вещества се явява и първия опит за обяснение на строежа на органичните съединения с така наречената радикалова теория (Юстус фон Либих, Фридрих Вьолер — 1832 г.) Тя, както и теорията на типовете, създадена през 1853 г. от Шарл Жерар и О. Лоран, успяват да внесът известен порядък в обширния опитен материал. Идеята, че свойствата на органичните съединения зависят не само от състава, а и от строежа на молекулите им, довежда до полагана основите на съвременната структурна теория. В 1857 година Фридрих Август Кекуле доказва постоянната четиривалентност на въглерода и възможността той да образува въглеродни вериги, като предполага и съществуването на явлението изомерия. През следващата година А. Купър въвежда структурните формули, които в общи линии са се запазили и до днес.

            През 1861 г. Александър Михайлович Бутлеров на основата на натрупания материал създава учението за химичен строеж на органичните съединения, което позволява да се направи стойностна класификация. Той обяснява верижната и позиционната изомерия, предполага взаимно влияние между атомите в молекулата и дава ключ за планомерната синтеза на още неоткрити съединения. Важна крачка в развитието на органичната химия е откриването на пространствената изомерия — най-общо оптична (1874 г.) от Якоб Вант Хоф и А. льо Бел и в 1887 г. на геометричната от Й. Визлиценус. Въвеждат се геометрични понятия, позволяващи да се различава и определя пространственото разположение (конфигурация) на структурните единици, изграждащи молекулите. Следващите няколко десетилетия се характеризират с големи успехи в областта на органичната синтеза и изследването на природни продукти, големи заслуги за което имат Емил Фишер, Адолф фон Байер, Робърт Робинсън, Р. Валщетер и други.

           Съвременния етап от развитие на органичната химия, е свързан както с детайлно изследване геометрията на молекулите, така и с изясняване същността на химичните връзки и взаимодействия. Електронната теория за валентността дава възможност за намиране на обобщено тълкуване на много частни закономерности, като например ориентацията при заместване в ароматни ядра, реакции на спрегнати системи, правилото на Владимир Василиевич Марковников и пр. Развитието на теорията и на физичните методи на изследване — рентгеноскопия, ултравиолетова и инфрачервена спектроскопия и ядреномагнитният резонанс, както и усъвършенствуването на методите за разделяне на най-сложни смеси, дава възможност за бърз структурен анализ. Доказан бива строежът и подробно се изследват сложни природни съединения, например витамин B₁₂ от Александър Тод и инсулин от Ф. Сейнджър, успешно е разрешен въпросът за механизма на фотосинтезата — Мелвин Калвин. Значителен интерес представя синтезата на хлорофила, осъществена през 1960 година от М. Щрел и българина Антон Калоянов, а същата година независимо от тях и от Робърт Уудуорд, който прави ценни открития и в областта на антибиотиците и алкалоидите. Огромен е интересът и по отношение изучаването на кинетиката и катализата, вследствие на което възниква редица нови производства на основата на полимеризационни процеси (Карл Циглер, Джулио Ната,) и химичната преработка на нефта (Николай Дмитриевич Зелински). Методите на органичната химия са основата на съвременното промишлено производство на каучук, пластмаси, синтетични влакна, багрила, медикаменти, инсектициди, стимулатори на разтежа и пр. Органичната химия има изключителни успехи в изучаването на жизнените процеси. През последните години тя свързва своите изследвания с биологията, медицината, биохимията. Органичната химия днес е на ниво, което дава основание да се говори за нейния голям принос в създаване на материалната култура на съвременното общество.