Головна

Короткий історичний огляд розвитку органічної хімії

  1. Air Alert III - програма для розвитку стрибка
  2. I. Донаучний етап розвитку геологічних знань (від давнини до середини XVIII століття).
  3. I. Основні закони хімії.
  4. II. 1.5. ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ ОСОБИСТОСТІ І емоційно-Вольова СФЕРИ
  5. II. Індивід, індивідуальність. Поняття особистості, фактори її формування і розвитку.
  6. III. 1.5. ОСОБЛИВОСТІ РОЗВИТКУ ОСОБИСТОСТІ І емоційно-Вольова СФЕРИ
  7. III. Класичний період розвитку геології (друга половина XIX ст.).

Цікавим є питання, як з'явилися на Землі органічні речовини. Існує кілька теорій. Так, хімічна теорія походження життя на Землі (А. Опарін, 1922) стверджує, що органічні молекули, які потім самообразовалісь в живі організми, виникли в результаті абіогенного синтезу.

Більше 5 млрд. Років тому стався спалах наднової зірки, яка дала матеріал для освіти сонячної системи. Хмара космічного пилу - юна Земля - ??складалося з металів і їх оксидів, води, амонійних, кремнієвих, сірчистих сполук, карбідів. Під дією гравітаційних сил це хмара стискалося, температура підвищувалася і протікали хімічні реакції, що прискорило зростання температури. Утворилося щільне розплавлене ядро, мантія і кора. Летючі речовини утворили первинну атмосферу, яка містила метан, аміак, пари води. Кисню в первинній атмосфері Землі не було. Пари води при охолодження кори сконденсировались і утворили океани. Скелі і океани становили рельєф Землі, який обпікало Сонце. Його випромінювання несло УФ складову, яка тепер в значній мірі поглинається озоном. Енергія УФ випромінювання здатна перетворювати одні молекули в інші (фотоліз). Найбільш важливими є молекули двох з'єднань, що утворилися в результаті фотолізу - формальдегід (з метану і води)

і ціановодород (з метану й аміаку)

Синтез формальдегіду та аміаку в первинному океані дає ключ до розгадки таємниці появи основних складових життя - білків і нуклеїнових кислот. Білки складаються із залишків амінокислот. Найпростішою амінокислотою є гліцин (амінооцтова кислота).

Інші амінокислоти містять заступник замість одного з відрядив при атомі вуглецю. Наприклад, якщо цей заступник метил, то кислота - аланін, бензил - фенілаланін і т. Д. Білкові молекули утворюються в результаті конденсації аміногрупи молекули однієї кислоти з карбоксильною групою іншої. Ось приклад ідеального шляху освіти трипептида, який в реальності не має місця.

У 1953 році була здійснена експериментальна перевірка можливості мимовільного виникнення амінокислот в умовах, які повинні були бути в первинній атмосфері Землі. Міллер (Чиказький університет) протягом тижня піддавав дії електричного розряду суміш метану, аміаку, води та водню. Після цього в суміші були виявлені гліцин та інші амінокислоти. При цьому більше 2% метану перетворилися в гліцин.

У 1970 році в метеориті, що впав в Австралії, були виявлені амінокислоти, шість з яких аналогічні тим, які зустрічаються в живій матерії, яка існує на Землі. Або ці амінокислоти утворилися десь у Всесвіті абіогенним шляхом, або існує позаземне життя. Однак амінокислоти в живій природі на Землі оптично активні, виявлені ж в метеориті і синтезовані в результаті електричного розряду оптичної активності не проявляють. Оптична активність зумовлена ??внутрішньою асиметрією молекул. Вона проявляється здатністю розчину речовини повертати площину поляризації світла за годинниковою стрілкою або проти неї на певний кут. Якщо атом вуглецю має чотири різних заступника, то вони можуть розташовуватися двояким способом, даючи структури, пов'язані один до одного, як предмет до свого дзеркального відображення (оптичні антиподи, енантіомери). Суміш, що містить однакову кількість тих і інших молекул, оптично неактивна (рацемат).

Амінокислота, виділена з білків, завжди повертає площину поляризації світла вліво. Отримання амінокислот в лабораторії з відповідних реактивів призводить до утворення рацемату.

На відміну від білків нуклеїнові кислоти складаються з нуклеотидів, кожен з яких містить залишки трьох хімічних сполук: пуринового або піримідинового підстави,

фосфорної кислоти

і сахариду (араб чи дезоксирибози).

Ці три компоненти, з'єднуючись один з одним, утворюють нуклеотид.

З багатьох нуклеотидів будується ланцюжок нуклеїнової кислоти.

Сахара, піримідинові і пуринові основи, ймовірно, виникли з простих молекул ціановодорода, формальдегіду, аміаку і води до появи життя на Землі. У молекули ДНК входять лише чотири підстави: два піримідинових: цитозин і тимін, два - пуринових: аденін і гуанін.

За допомогою наведених вище простих реакцій неможливо пояснити факту походження оптично активних молекул амінокислот, цукрів. Можна припустити, що в добіологічних період існували мінерали, на поверхні яких відбувався синтез оптично активних молекул, після появи одного разу яких можна очікувати утворення і інших з'єднань, що володіють оптичною активністю.

Органічна хімія як наука оформилася на початку XIX ст., Проте знайомство людини з органічними речовинами і застосування їх для практичних цілей почалось ще в глибоку давнину. Першою відомою кислотою був оцет або водний розчин оцтової кислоти. Давнім народам було відомо бродіння виноградного соку, вони знали примітивний спосіб перегонки і застосовували його для отримання скипидару; галли і германці знали способи варіння мила; в Єгипті, Галлії та Німеччини вміли варити пиво. В Індії, Фінікії та Єгипті було дуже розвинене мистецтво фарбування тканин і інших матеріалів за допомогою органічних речовин. Стародавні народи користувалися такими органічними речовинами як масла, жири, цукор, крохмаль, камедь, смоли, індиго і ін.

Період розвитку хімічних знань в середні віки (приблизно до XVI ст.) Отримав назву періоду алхімії. Однак в цей час вивчення неорганічних речовин було значно успішнішим, ніж вивчення речовин органічних. Відомості про властивості останніх залишилися майже настільки ж обмеженими, як і в давніші століття. Деякий крок вперед був зроблений завдяки вдосконаленню методів перегонки. Таким шляхом, зокрема, було виділено кілька ефірних масел і отриманий міцний винний спирт, який вважався одним з речовин, з допомогою яких можна приготувати філософський камінь.

Кінець XVIII в. ознаменувався помітними успіхами у вивченні органічних речовин, причому органічні речовини почали досліджувати з чисто наукової точки зору. У цей період було виділено з рослин і описаний ряд найважливіших органічних кислот (щавлева, лимонна, яблучна, галова) і встановлено, що рослинні масла і жир тварин містять в якості загальної складової частини «солодке початок масел» (гліцерин) і т. Д

Приблизно до середини позаминулого століття весь навколишній світ речовин ділився на органічні і мінеральні, т. Е належать до неживої природи.

На початку XIX століття були спроби відокремити органічну хімію від неорганічної на підставі глибоких відмінностей у властивостях речовин. Органічні речовини, як правило, більш складні, вони менш стійкі, ніж мінеральні (горіння дерева, масла, прогоркание масел, окислення вина в оцет і т. Д.). Й. Берцеліус ще в 1806 році вперше вжив термін "органічна хімія", а в 1827 році він писав, що "В живій природі елементи коряться іншим законам, ніж в неживій". Він запропонував теорію, згідно з якою органічні речовини не можуть утворюватися під впливом звичайних фізичних і хімічних сил, але вимагають для свого утворення особливої "Життєвої сили" ( "vis vitalis"). Це вчення, відоме під ім'ям теорії віталізму, Стверджувало, що хіміки можуть готувати нові органічні речовини з інших органічних речовин, але з мінеральних цього зробити неможливо.

Однак в 1824 році учень Берцеліуса Фрідріх Велер отримав щавлеву кислоту шляхом нагрівання з водою типово мінеральної речовини диціану.

Правда, ні він, ні вчений світ не змогли побачити принципового значення цього факту. У 1828 році Велер показав, що неорганічне речовина - ціановокислого амоній - при нагріванні перетворюється в органічну речовину - сечовину.

Незважаючи на те, що факт отримання сечовини без участі живого організму не міг похитнути переконання віталістів, реакція має велике значення як перша реакція органічного синтезу і вона вважається початком синтетичної органічної хімії. У 1845 році Кольбе з деревного вугілля, хлору, сірки і води отримав інше органічна речовина - оцтову кислоту, в 1861 році Бутлеров в результаті обробки полімеру формальдегіду вапняної водою здійснив синтез метіленітан - речовини, котра зараховує до класу цукрів (a-акроза), в 1862 році Бертело з вугілля і водню отримав ацетилен.

Поступово почали розвиватися дослідження органічних речовин - продуктів життєдіяльності тварин організмів. Так, наприклад, з сечі людини були виділені сечовина і сечова кислота, а з сечі корови і коні - гиппуровая кислота і встановлено їх будову.

сечовина сечова кислота гиппуровая кислота

Накопичення значного фактичного матеріалу стало сильним поштовхом до глибшого вивчення органічної речовини. Результати наукових відкриттів привели до краху віталізму - ідеалістичного вчення про «життєву силу».

Перші теоретичні погляди

теорія радикалів. Перша теорія в органічній хімії - теорія радикалів - була тісно пов'язана з електрохімічної теорією Берцелиуса. Грунтуючись головним чином на факті електролізу неорганічних сполук, Берцеліус вважав, що всі хімічні речовини складаються з електронегативний і електропозитивних атомів або груп атомів, утримуваних в молекулі силами електростатичного притягання. Теорія радикалів була фактично модифікацію електрохімічної теорії Берцеліуса стосовно органічної хімії.

Експериментальним підставою для створення теорії радикалів послужили дослідження з'єднань ціану, проведені Люссаком в 1815 році. Вперше було встановлено, що в ряді хімічних перетворень група з декількох атомів в незмінному вигляді переходить з молекули однієї речовини в молекулу іншого, подібно до того як переходять з молекули в молекулу атоми елементів. Такі «незмінні» групи атомів отримали назву радикалів.

Потужною підтримкою теорії радикалів виявилися здійснені пізніше (тисяча вісімсот тридцять дві) Лібіх і Велером дослідження «гірко-мигдалевого масла» - речовини, яка тепер називається Бензальдегід З7Н6О. При вивченні реакцій цієї речовини було отримано ряд з'єднань, незмінно містять у своїй молекулі групу атомів С7Н5О, названу ними радикалом «бензоилом»:

С7Н5О-Н - водородістий бензоил (Бензальдегід);

С7Н5О-С1 - хлористий бензоїл;

С7Н5О-ОН - гідрат окису бензоїлу (бензойна кислота);

С7Н5О-ONa - бензойнонатріевая сіль і т. Д.

Результати досліджень були сприйняті як доказ того, що органічні речовини складаються з радикалів, точно так же, як неорганічні речовини - з атомів.

На певному етапі розвитку органічної хімії теорія радикалів зіграла значну роль, вперше давши хімікам керівну нитку в дослідженні органічної речовини. Це виявилося можливим тому, що в основі теорії радикалів лежало дуже важливе узагальнення: при хімічних реакціях групи атомів (т. е. радикали) в незмінному вигляді входять в утворюються при цих реакціях молекули.

Разом з тим теорія радикалів мала і ряд принципових недоліків. Вирішальним ударом по теорії радикалів стало відкриття французьким хіміком Дюма хімічних реакцій, при яких легко змінювалися деякі з найбільш звичайних радикалів. Він відкрив, що атоми хлору можуть заміщати в молекулах органічної речовини атоми водню - реакція металепсії.

При дії хлору на оцтову кислоту атом водню в радикал ацетилену легко замещался на атом хлору, причому получающееся речовина за хімічними властивостями мало відрізнялося від оцтової кислоти:

С2Н3О-OH + Cl2 = С2Н2С1О-ОН + НСl; C2Cl3O-OH

оцтова хлоруксусная трихлоруксусная
 кислота кислота кислота

При дії хлору на отримане речовина легко відбувалося подальше заміщення другого, а потім і третього атома водню на атом хлору. З'єднання, отримані в результаті цих реакцій, за хімічними властивостями також мало відрізнялися як від хлоруксусной, так і від оцтової кислоти.

Таким чином, при подібні реакції не тільки змінювався сам радикал, але, крім того, заміна електропозитивного водню на електронегативний хлор мало впливала на хімічні властивості з'єднання.



Предмет органічної хімії. | теорія типів
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати