1. Предмет органической химии
Органические вещества в своем составе наряду с другими элементами всегда содержат углерод. Изучение соединений углерода – их строения, химических превращений – и составляет предмет органической химии.
Вещества органические и неорганические.
Наряду с углеродом в состав органических веществ чаще всего входят водород, кислород и азот, сравнительно реже – сера, фосфор, галогены и другие элементы. Известно несколько миллионов органических соединений, неорганических же веществ значительно меньше. Из всех химических элементов только углерод образует такое большое число органических соединений.
С органическими веществами мы встречаемся на каждом шагу. Они содержатся во всех растительных и животных организмах, входят в состав нашей пищи, служат материалом для изготовления одежды, образуют различные виды топлива, используются нами в качестве лекарств, красителей, средств защиты урожая и т. д.
Резкой грани между органическими и неорганическими веществами не существует. Оксиды углерода, угольная кислота, ее соли и некоторые другие вещества по наличию в них углерода должны считаться органическими, но по свойствам они близки к неорганическим соединениям подобного типа и изучаются обычно в неорганической химии.
С органическими веществами человек знаком с давних времен. Наши далекие предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры, тростниковый сахар, получали уксус брожением спиртовых жидкостей.
В настоящее время синтезированы многие органические вещества, не только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней: многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.
Синтетически полученных веществ сейчас известно даже больше, чем найденных в природе, и число их быстро растет. Осуществляются синтезы самых сложных органических веществ – белков.
Название науки «органическая химия», утратив первоначальный смысл, приобрело в связи с этим более широкое толкование.
Можно сказать, что такое название получило и новое подтверждение, так как ведущей познавательной задачей современной органической химии является глубокое изучение процессов, происходящих в клетках организмов на молекулярном уровне, выяснение тех тонких механизмов, которые составляют материальную основу явлений жизни.
Изучение химии органических веществ, таким образом, расширяет наши знания о природе.
2. Предпосылки теории строения
Подобно тому как в неорганической химии при изучении элементов и их соединений необходимо постоянно руководствоваться периодическим законом и Периодической системой химических элементов Д.И. Менделеева, в органической химии при изучении веществ необходимо опираться на теорию химического строения.
Основные особенности предпосылок химического строения:
1) теория химического строения в своей основе была создана в 60-е гг. XIX в.;
2) основная задача органической химии того времени состояла в изучении состава и свойств природных соединений;
3) также основная задача состояла в разработке способов рационального использования состава и свойств природных соединений для практических нужд;
4) в связи с развитием промышленности, торговли, ростом городов к органической химии стали предъявляться большие требования;
5) текстильная промышленность нуждалась в разнообразных красителях;
6) для развития пищевой промышленности требовались более совершенные методы переработки сельскохозяйственных продуктов;
7) необходимо было решить проблему освещения растущих городов на основе использования природных материалов;
8) нужно было также удовлетворить потребность населения в лекарственных веществах и т. д.
Дальнейшее развитие органической химии стало замедляться из-за отставания в ней теоретических представлений.
Новые теоретические воззрения:
1) открывшиеся в процессе исследования веществ новые явления требовали систематизации и объяснения их с единой точки зрения, но теория того времени оказывалась для этого недостаточной;
2) органическая химия должна была создавать новые вещества, но теоретические знания не могли указать пути их целенаправленного синтеза;
3) необходимость новых теоретических воззрений в органической химии становится более понятной, если знать некоторые известные факторы.
При изучении курса неорганической химии становится известно, что:
а) углерод образует с водородом большое число соединений, так называемых углеводородов;
б) в состав горючего природного газа, например, наряду с простейшим углеводородом метаном СН>4, входят этан С>2Н>6, пропан С>3Н>8, бутан С>4H>10 и др.;
в) при термическом разложении каменного угля образуется бензол С>6Н>6, толуол С>7Н>8 и т. д.;
г) много различных углеводородов содержится в нефти;
4) углерод, который содержится в природном газе, является четырехвалентным элементом, но только в метане он сохраняет эту валентность;
5) в этане С>2Н>6 углерод должен быть трехвалентным, а в пропане С>3Н>8 иметь даже дробную валентность.
3. Особенности органических соединений
В отличие от неорганических веществ органические вещества имеют ряд характерных особенностей:
1) атомы углерода способны соединяться друг с другом;
2) образуют цепи и кольца, что не так типично для неорганических соединений. Это одна из причин многообразия органических соединений;
3) одной из важных особенностей органических соединений, которая накладывает отпечаток на все их химические свойства, является характер связей между атомами в их молекулах.
Эти связи имеют ярко выраженный ковалентный характер. Органические вещества в большинстве неэлектролиты, не диссоциируют в растворах на ионы и сравнительно медленно взаимодействуют друг с другом.
Время, необходимое для завершения реакций между органическими веществами, измеряется часами, а иногда и днями.
Если ионные (неорганические) соединения легко диссоциируют в воде на ионы и реакции между ними протекают весьма быстро, то органические вещества, содержащие простые (одинарные) С – С и С – Н связи, взаимодействуют между собой с большим трудом.
При нагревании в пределах 400–600 °C органические соединения полностью разлагаются и обугливаются, а в присутствии кислорода сгорают. Это объясняется сравнительно небольшой прочностью связи между атомами углерода (355,6 кДж/моль);
4) важной особенностью органических соединений является и то, что среди них широко распространено явление изомерии;
5) имеется множество соединений углерода, которые обладают одинаковым качественным и количественным составом и одинаковой молекулярной массой, но совершенно различными физическими и даже химическими свойствами;
