Ранний период бутонизации
Термин «органическая химия» был впервые введен в 1806 году Бетцериусом, «отцом органической химии». В то время ее называли антитезой «неорганической химии». В силу научных ограничений объектом исследований органической химии могут быть только органические вещества, извлеченные из природных животных и растительных организмов. Поэтому многие химики полагают, что органические соединения могут быть получены только благодаря наличию в живых организмах так называемой «жизненной силы» и не могут быть синтезированы из неорганических соединений в лаборатории.
В 1824 году немецкий химик Вюлер гидролизовал цианат для получения щавелевой кислоты, а в 1828 году он случайно применил нагревание для превращения цианата аммония в мочевину. И цианид, и цианат аммония являются неорганическими соединениями, тогда как щавелевая кислота и мочевина являются органическими соединениями. Результаты экспериментов Вюллера дали первое воздействие доктрине «жизненной силы». С тех пор из углерода, водорода и других элементов были синтезированы органические соединения, такие как уксусная кислота, и от теории жизнеспособности постепенно отказались.
Благодаря совершенствованию и развитию методов синтеза в лабораторных условиях синтезируется все больше органических соединений, причем большая часть из них синтезируется в условиях, резко отличающихся от условий в живых организмах. От учения о «жизненной активности» постепенно отказались, но термин «органическая химия» используется до сих пор.
С начала XIX века до 1858 года, когда была предложена концепция валентной связи, это был зародышевый период органической химии. За этот период были выделены многие органические соединения, получены и качественно описаны некоторые производные, выявлены свойства некоторых органических соединений.
Французский химик Лавуазье обнаружил, что при сгорании органических соединений образуются углекислый газ и вода. Его исследовательская работа заложила основу количественного анализа органических соединений. В 1830 году немецкий химик Либих разработал метод анализа углерода и водорода, а в 1833 году французский химик Дюма разработал метод анализа азота. Создание этих методов количественного определения органических веществ позволяет химикам находить экспериментальные формулы соединений.
В то время было очень сложно решить задачу о том, как располагаются и соединяются атомы в молекулах органических соединений. Первоначально органическая химия использовала бинарную теорию для решения структурной проблемы органических соединений. Дуалистическая теория утверждает, что молекулы соединения можно разделить на положительно заряженные и отрицательно заряженные, и они удерживаются вместе электростатической силой. Ранние химики полагали, что в рамках определенных химических реакций молекулы органических соединений связываются электростатическими силами группы, которая остается неизменной в реакции, и группы, которая изменяется в реакции в соответствии с электростатической силой противоположного заряда. Но само это учение весьма противоречиво.
Теорию типологии создали французские химики Жерар и Лоран. Эта теория отрицает, что органические соединения состоят из положительно и отрицательно заряженных групп и что органические соединения происходят из некоторых исходных соединений, которые могут быть замещены, и поэтому могут быть классифицированы в соответствии с этими исходными соединениями. Типология классифицирует многие органические соединения на различные типы, согласно которым можно не только объяснить некоторые свойства соединений, но и предсказать некоторые новые соединения. Но типология не дает ответа на вопрос о строении органических соединений. Этот вопрос стал загадкой, которая мучает людей уже много лет.
Период классической органической химии
Именно с момента создания теории валентных связей в 1858 году до введения электронной теории валентных связей в 1916 году эта неразрешимая загадка была решена, и этот период был периодом классической органической химии.
В 1858 году немецкий химик Кекулер и британский химик Купер предложили концепцию валентных связей и впервые использовали тире «-» для обозначения «связи». Они считают, что молекулы органических соединений образуются за счет связей атомов, из которых они состоят. Поскольку из всех известных соединений атом водорода может связываться только с атомом другого элемента, в качестве единицы валентности выбран водород. Валентность элемента — это количество атомов водорода, которые могут связаться с одним атомом этого элемента. Кекулер также предложил важную концепцию, согласно которой атомы углерода могут связываться друг с другом в молекуле.
В 1848 году Пастер выделил два кристалла винной кислоты: один с полуполуполу--кристаллом слева и один полуфадрический кристалл справа. Первый вращает плоскополяризованный -свет влево, а второй — вправо на тот же угол. Подобное явление наблюдалось при изучении лактата. С этой целью в 1874 году французский химик Лебель и голландский химик Ван Торф предложили соответственно новую концепцию: изомеры, которая удовлетворительно объяснила эту изомерию.
Они полагают, что молекула представляет собой трехмерную-структуру, что четыре валентные связи углерода симметричны в пространстве, указывая на четыре вершины тетраэдра, и что атом углерода расположен в центре тетраэдра. Когда атом углерода связан с четырьмя разными атомами или группами, образуется пара изомеров, которые являются физическими и зеркальными изображениями друг друга или левыми-и правыми-хиральными отношениями, и эта пара соединений представляет собой оптические изомеры или энантиомеры друг друга. Это явление называется энантиомерным явлением. Эти две молекулы, которые являются взаимно физическими и зеркальными изображениями, энантиометрическими, но не полностью перекрывающимися, называются хиральными молекулами. Теории Лебеля и Ванторфа составляют основу стереохимии в органической химии. [3]
В 1900 году был открыт первый свободный радикал, свободный трифенил, который является долгоживущим-свободным радикалом. Наличие нестабильных свободных радикалов было подтверждено также в 1929 году.
В этот период были достигнуты большие успехи в определении строения органических соединений, а также в реакциях и классификации. Но валентная связь — лишь понятие, выведенное химиками из практического опыта, а сущность валентной связи до сих пор не выяснена.
Период современной органической химии
На основе открытия физиками электронов и объяснения атомной структуры американский физико-химик Льюис и другие предложили электронную теорию валентных связей в 1916 году.
Они считают, что взаимодействие внешних электронов каждого атома связывает атомы вместе. Ионная связь образуется, когда взаимодействующие внешние электроны передаются от одного атома к другому, а ковалентная связь образуется, если два атома разделяют внешние электроны. Благодаря передаче или совместному использованию электронов все внешние электроны взаимодействующих атомов приобретаются в электронной конфигурации благородного газа. Таким образом, черта «-», используемая для обозначения валентной связи в графическом представлении валентной связи, на самом деле представляет собой пару из двух атомов, имеющих общие электронные пары.
После 1927 года Гейтлер и Лондон использовали квантовую механику для решения проблем молекулярной структуры, разработали теорию валентных связей и предложили математическую модель химических связей. Позже Маликон использовал теорию молекулярных орбиталей для изучения молекулярной структуры, и результаты в целом согласовывались с электронной теорией валентных связей, а из-за простоты вычислений были решены многие проблемы, на которые в то время не было ответа.