Ankstyvas pumpuravimo laikotarpis
Terminą „organinė chemija“ 1806 m. pirmą kartą įvedė Betzerius, „organinės chemijos tėvas“. Tuo metu ji buvo įvardyta kaip „neorganinės chemijos“ priešingybė. Dėl mokslinių apribojimų organinės chemijos tyrimų objektu gali būti tik iš natūralių gyvūnų ir augalų organizmų išgaunamos organinės medžiagos. Todėl daugelis chemikų mano, kad organiniai junginiai gali būti gaminami tik dėl vadinamojo „gyvybingumo“ gyvuose organizmuose ir negali būti sintetinami iš neorganinių junginių laboratorijoje.
1824 m. vokiečių chemikas Wühleris hidrolizavo cianatą, kad gautų oksalo rūgštį, o 1828 m. jis netyčia panaudojo kaitinimą, kad amonio cianatą paverstų karbamidu. Tiek cianidas, tiek amonio cianatas yra neorganiniai junginiai, o oksalo rūgštis ir karbamidas yra organiniai junginiai. Wüllerio eksperimentų rezultatai suteikė pirmąją įtaką „gyvybės jėgos“ doktrinai. Nuo tada iš anglies, vandenilio ir kitų elementų buvo sintetinami organiniai junginiai, tokie kaip acto rūgštis, o gyvybingumo teorijos pamažu buvo atsisakyta.
Tobulėjant ir tobulinant sintezės metodus, laboratorijoje sintetinama vis daugiau organinių junginių, kurių dauguma sintetinami sąlygomis, kurios labai skiriasi nuo gyvų organizmų. „Gyvybės“ doktrinos buvo palaipsniui atsisakyta, tačiau terminas „organinė chemija“ vartojamas ir šiandien.
Nuo XIX amžiaus pradžios iki 1858 m., kai buvo pasiūlyta valentinio ryšio koncepcija, tai buvo organinės chemijos embrioninis laikotarpis. Per šį laikotarpį buvo išskirta daug organinių junginių, paruošti dariniai, jie kokybiškai aprašyti, pripažintos kai kurių organinių junginių savybės.
Prancūzų chemikas Lavoisier atrado, kad deginant organinius junginius susidaro anglies dioksidas ir vanduo. Jo moksliniai darbai padėjo pagrindus kiekybinei organinių junginių analizei. 1830 metais vokiečių chemikas Liebigas sukūrė anglies ir vandenilio analizės metodą, o 1833 metais prancūzų chemikas Diuma – azoto analizės metodą. Šių organinių kiekybinio nustatymo metodų sukūrimas leidžia chemikams rasti eksperimentines junginio formules.
Tuo metu buvo labai sunku išspręsti problemą, kaip organinių junginių molekulėje buvo išsidėstę ir sujungti atomai. Iš pradžių organinė chemija naudojo dvejetainę teoriją organinių junginių struktūrinei problemai išspręsti. Dualistinė teorija teigia, kad junginio molekules galima suskirstyti į teigiamai įkrautas ir neigiamai įkrautas, o jas kartu laiko elektrostatinė jėga. Ankstyvieji chemikai manė, kad, kalbant apie tam tikras chemines reakcijas, organinių junginių molekules suriša elektrostatinės jėgos grupės, kuri reakcijoje išliko nepakitusi, ir grupės, kuri kinta reakcijoje pagal priešingo krūvio elektrostatinę jėgą. Tačiau pati ši doktrina yra labai prieštaringa.
Tipologijos teoriją sukūrė prancūzų chemikai Gérard ir Laurent. Ši teorija neigia, kad organiniai junginiai susideda iš teigiamai įkrautų ir neigiamai įkrautų grupių ir kad organiniai junginiai yra kilę iš kai kurių pirminių junginių, kurie gali būti pakeisti, todėl gali būti klasifikuojami pagal šiuos pirminius junginius. Tipologijoje daugelis organinių junginių klasifikuojami į skirtingus tipus, pagal kuriuos galima paaiškinti ne tik kai kurias junginių savybes, bet ir numatyti kai kuriuos naujus junginius. Tačiau tipologija neatsako į organinių junginių sandaros klausimą. Šis klausimas tapo paslaptimi, kamavusia žmones daugelį metų.
Klasikinės organinės chemijos laikotarpis
Nuo valentinių ryšių teorijos įkūrimo 1858 m. iki elektroninės valentinių ryšių teorijos įvedimo 1916 m. ši neišsprendžiama paslaptis buvo išspręsta, ir šis laikotarpis buvo klasikinės organinės chemijos laikotarpis.
1858 m. vokiečių chemikas Kekuleris ir britų chemikas Cooperis pasiūlė valentinių ryšių sąvoką ir pirmą kartą panaudojo brūkšnelį „-“ reikšdami „ryšį“. Jie mano, kad organinių junginių molekulės susidaro iš atomų, iš kurių jos yra sudarytos, ryšių. Kadangi iš visų žinomų junginių vandenilio atomas gali jungtis tik su kito elemento atomu, vandenilis pasirenkamas kaip valentingumo vienetas. Elemento valentingumas yra vandenilio atomų, galinčių prisijungti prie vieno to elemento atomo, skaičius. Kekuleris taip pat pasiūlė svarbią koncepciją, kad anglies atomai gali jungtis vienas su kitu molekulėje.
1848 m. Pasteuras išskyrė du vyno rūgšties kristalus, vieną su pusiau pusfadraliu kristalu kairėje ir vieną hemifalinį kristalą dešinėje. Pirmasis pasuka plokštumos poliarizuotą šviesą į kairę, o antroji – į dešinę tuo pačiu kampu. Su panašiu reiškiniu buvo susidurta tiriant laktatą. Šiuo tikslu 1874 m. prancūzų chemikas Lebelis ir olandų chemikas Van Torfas atitinkamai pasiūlė naują koncepciją: izomerai, kurie patenkinamai paaiškino šią izomerizmą.
Jie mano, kad molekulė yra trimatis subjektas, kad keturios anglies valentinės jungtys yra simetriškos erdvėje, nurodančios keturias tetraedro viršūnes, o anglies atomas yra tetraedro centre. Kai anglies atomas yra susietas su keturiais skirtingais atomais arba grupėmis, susidaro izomerų pora, kurios yra vienas kito fiziniai ir veidrodiniai atvaizdai arba kairiarankiai ir dešinieji chiraliniai santykiai, o ši junginių pora yra optiniai izomerai arba vienas kito enantiomerai. Šis reiškinys vadinamas enantiomerų reiškiniu. Šios dvi molekulės, kurios yra tarpusavyje fizinės ir veidrodinės, enantiometrinės, bet ne visiškai persidengiančios, vadinamos chiralinėmis molekulėmis. Lebelio ir Vantorfo teorijos yra organinės chemijos stereochemijos pagrindas. [3]
1900 m. buvo atrastas pirmasis laisvasis radikalas, trifenilo laisvasis radikalas, kuris yra ilgaamžis laisvasis radikalas. Nestabilių laisvųjų radikalų buvimas taip pat buvo patvirtintas 1929 m.
Per šį laikotarpį buvo padaryta didelė pažanga nustatant organinių junginių struktūrą, taip pat reakciją ir klasifikaciją. Tačiau valentinis ryšys yra tik sąvoka, kurią chemikai išvedė iš praktinės patirties, o valentinio ryšio esmė dar nėra išspręsta.
Šiuolaikinės organinės chemijos laikotarpis
Remdamiesi fizikų elektronų atradimu ir atominės struktūros išsiaiškinimu, amerikiečių fizikinis chemikas Lewisas ir kiti 1916 m. pasiūlė elektroninę valentinių ryšių teoriją.
Jie mano, kad kiekvieno atomo išorinių elektronų sąveika yra tai, kas sujungia atomus. Joninis ryšys susidaro, kai sąveikaujantys išoriniai elektronai perkeliami iš vieno atomo į kitą, o kovalentinis ryšys susidaro, jei du atomai dalijasi išoriniais elektronais. Perkeliant arba dalijantis elektronais, visi sąveikaujančių atomų išoriniai elektronai įgyjami tauriųjų dujų elektroninėje konfigūracijoje. Taigi, brūkšnys „-“, naudojamas valentiniam ryšiui pavaizduoti vaizdinėje valentinio ryšio vaizde, iš tikrųjų yra dviejų atomų, dalijančių elektronų poras, pora.
Po 1927 m. Heitleris ir Londonas panaudojo kvantinę mechaniką molekulinės struktūros problemoms spręsti, sukūrė valentinio ryšio teoriją ir pasiūlė matematinį cheminių ryšių modelį. Vėliau Malikonas panaudojo molekulinės orbitos teoriją nagrinėdamas molekulinę struktūrą, o rezultatai iš esmės atitiko elektroninę valentinių ryšių teoriją, o dėl skaičiavimo paprastumo buvo išspręsta daug problemų, į kurias tuo metu nebuvo galima atsakyti.