Органска хемија

Органската хемија е дел од хемијата што ги изучува структурата, својствата и синтезата на органските соединенија. Органската хемија е наука која почнала да се развива во првата половина на 19 век. Името "органска хемија" за првпат е воведено во почетокот на 19 век, од страна на шведскиот хемичар Берцелиус. Денес се познати над 11.000.000 органски соединенија. Главната причина за големиот број органски соединенија е способноста на елементот Јаглерод (C) да се врзува на различни начини во самата структура на молекулата. Во почетокот органската хемија ги проучувала супстанците од кои се изградени живите организми(белковини ,масти,шеќери...)или,пак, тие што настанале со разложување на живата материја(нафта..).Овие супстанци биле наречени органски материи.

Историски развој на органска хемија

Во почетокот на развитокот на органската хемија нешто прво што е карактеристично и важно е разбивањето и пропастот на витализмот, Витализмот било сфаќање од тогашните научници кои се занимавале со експериментална хемија дека сè што е во природата може да настане само по природен пат, односно под дејство на некоја виша сила позната под латински назив Vis Vitalis.Витализмот бил воведен од Јарев.

Така дури во почетокот на развитокот на органската хемија, кога сѐ уште се поставувале темелите на оваа гранка од хемијата, некои научници биле стого осудувани затоа што и се спротистануваат на природата, сакајќи да создадат нови суровини и суптанци кои ќе им користат во секојдневниот живот.

Главно во тоа време научниците суптанците ги делеле на неоргански (оние кои не горат) и органски (оние кои имаат својство да горат), добро им било познато дека од органските суптанци со горење можело да се добијат неоргански, пример било дрвото, животинската маст која била користена за изработка на свеќи и слично. Но, обратен процес, во кој од неоргански материи би можело да се создаде органска материја сѐ уште не бил познат...

Во тоа време луѓето користеле растенија за боење на памукот како што е индигото, екстракти и масла од растенија со кои ги лечеле раните, ја користеле дури и белата врба за лекување на треска, инаку во неа подоцна било откриено дека содржи големо количество на салицилна киселина и слично.., но сите овие суптанци кои се содржеле во растенијата можела да ги создаде само природата, барем така гласела виталистичката теорија..

Но, меѓу првите научници кои експериментирајќи со неоргански соли успеале да добијат органско соединение бил Велер кој бил ученик на Берцелиус. Тој забележал дека со загревање на амониум цијанид после ладење на растопената сол на ѕидовите од садот кристализира суптанца која има непријатна мирис која потсетува на кристалите на карбамидот (уреата), кои имале непријатна миризба на уреа.

Во овој експеримент Велер ја разбил виталистичката теорија која била поставена од неговиот професор, подоцна Колбе во 1845 година успејал да синтетизира оцетна киселина. Потоа французинот Берло успеал да ги синтетизира сосема чисти: метил алкохол, етил алкохол, метан, бензен и етен(ацетилен).

Но органските соединенија кои успеале да ги синтетизираат Велер, Колбе и Берто биле релативно прости. Суптанците карактеристични за животот се далеку по сложени. На пример: скробот, мастите и белковините. Со нив не било лесно да се работи. Се што се знаело за нив е дека тие можат да се разложуваат на прости т.н. „изградувачки блокови“, со загревање на разблажена киселина или база.

Советскитот хемичар Кирхов бил пионир во тој поглед. Тој успеал да го претвори скробот (загревајќи го со киселина) во прост шеќер кој денеска се нарекува гликоза.

Французинот Блаконо делувал на белковината наречувана желатин на ист начин како Кирхов и добил просто соединение наречено гликокол.Тоа била органска киселина која содржи азот а припаѓа во групата суптанци кои носат име по Берцелиус, аминокиселини. Во следниот век биле откриени сите 20 аминокиселини кои учествуваат во градење на белковините.

Францускиот хемичар Шеврел делувал на сапун (кој се добивал со загревање на мастите со алкалии) со киселина и издвоил масна киселина.

Развој и значење на органската хемија

Хемијата како наука била позната уште многу одамна, затоа што се користела во секојдневниот живот на човекот. Уште пред 1000 г. пр.н.е луѓето ги топеле рудите за да добијат предмети и оружја,а алхемичарите ги синтезирале новите соедниненија. Првен биле откриени од минерално потеклно, но имало и такви кои биле од животинско и растително потекло, кои се изолирале и не можеле да се синтезираат. Затоа дошло до поделба на супстанциите на : а)Неоргански-оние кои и припаѓаат на неживата природа и б)Органски оние кои и припаѓаат на живата природа. Неорганските соединенија имале свои специфичности-висока температура на топење, не согорувале, растворливи се во вода, и се многубројни, за разлика од Органските соединенија-ниска температура на топење, согоруваат, не се разтвораат во вода, и се во помал број, а во нивниот состав влегува јаглерод и водород. Поради ваквите разлики, дошло до воведување на поимот ,,животна сила,, кој бил воведен во 1810год. од стана на шветскиот хемичар Јан Јакобс Берцелиус, кои бил поврзан со виталистичката теорија која тврдела дека органските соединенија можат да настанат само во живи организми под дејство на животната сила. Но, тоа се променило во 1928год. која германскиот научник Фредрих Велер на едноставен начин покажал дека од амониум цијанит се добива карбамид или уреа. Виталистичката теорија се укинува и нејзиното место го зазема Велеровата теорија (органските соединенија можат да се синтезираат надвор од живите организми,и можат да се добијат од неоргански супстанции). Органските соединенија се сите соединенија на јаглерод со исклучок на неговите оксиди, јаглеродни киселини, солите и некои мал друг број на соединенија). Делот од хемијата што ги проучува својствата, структурата и синтезите на органските соединенија се нарекува органска хемија. Денес се познати над 6 милиони органски соединенија и е многу значајно за современиот живот на човекот. Затоа од органската хемија се изделуваат поднауки како биохемијата, фармацевска и медицинска хемија, молекуларна биологија, петрохемија, хемија на полимери, органска индустрија и др.

Структурата на јаглеродниот атом и хемиски врски во органските соединенија

Големиот број на органски соединенија и нивните својства се должат на структурата на јаглеродниот Ц-атом и хемиските врски кој ги образува. Затоа за подобро да ја изучиме структурата и својствата на огранските соединенија потребна ни е електорнската градба на Ц-атомот, видовите на хибридизација и хемиските врски кој ги образува. Јаглеродниот атом има конфигурација 1ѕ22ѕ22р2 Но, во услови за добивање на хемиската реакција, еден од електорните во 2ѕ-орбиталата, оди во празната 2р-орбитала при што се добиваат 4 неспарени електрони, или 4 ковалентни врски. Затоа јаглеродниот атом е 4 валентен. Јаглеродните атоми можат да се сврзуваат меѓу себе преку единечни, двојни, тројни врски и притоа да се сврзуваат со други ц-атоми или со други соединенија. Тоа се должи на малиот атомски полупречник. Видови хибридизација кај јаглеродниот атом Хибридизација е процес на мешање на атомските орбитали и добивање на хибридни орбитали кои имаат цел да ја покажат способноста на атомите за свзување. 1о ЅР3-орбитала Составена е од 2ѕ-орбитала и три 2р-орбитали при што се добиваат четири хибридни орбитали. Бројот на атомските и хибридните орбитали е ист. Хибридните орбитали се исто така атомски орбитали но не се молекулски и тие имаат иста енергија или се изродени. Во секоја од нив се наоѓа по еден неспарен електорн и значи дека има четири единечни-сигма-врски. Електорнските облаци меѓу себе се одбиваат и се добива форма на правилен тетраедер, па затоа оваа хибридизација е уште наречена и тетраедерска. Аголот меѓу орбиталите изнесува 109,5о 2о ЅР2-орбитала Составена е од 2ѕ-орбитала и две 2р-орбитали при што се добиваат три хибридни орбитали. Тие лежат во рамнина оддалечени 120о и оваа хибридизација се нарекува планарна-триаголна хибридизација. Во секоја од хибридните орбитали се наоѓа по еден електон и се обазуваат три единечни-сигма-врски. Во р-орбиталата што не учествува во хибридизацијата останува еден неспарен електрон . Оваа орбитала е поставена нормално, над и под рамнината во која се наоѓаат трите ѕр2-орбитали. Со странично преклопување на оваа орбитала со р-орбитала од друг Ц-атом се добива пи-врска. А една единечна и една пи-врска образуваат двојна врска. Кога имаме ѕр2 хибридизација се образуваат една двојна и две единечни врски. Двојната врска е појака од единечната, а пи-врската е послаба во донос на сигма-единечната врска. Единечна-154пм, Двојна 134пм, Тројна 121пм 3о ЅР-орбитала Со мешање на 2ѕ-орбиталата и една 2р-орбитала се добиваат две хибридни врски. Овие орбитали лежат на една права под агол од 180о па затоа оваа хибридизација е наречена лиеарна-диагонална хибридизација. Во секоја од ѕр-хибридните орбитали се наоѓа по еден електрон што значи дека се обрзуваат две единечни-сигма-врски. Во двете р-орбитали што не учествуваат во хибридизацијата останува по еден неспарен електрон. Овие орбитали лежат нормално над и под рамнинатаи со преклопување се добиваат две пи-врски. Едната единечна врска и двете пи-врски градат тројна врска. И така оваа ѕр-хибридизација гради една единечна и една тројна врска.

Поларност и индуктивен ефект

Освен од структурата на C-атомот и неговите видови на хемиски врски, органските соединенија зависат и од други карактерискити како поларноста на врските. Врските образувани помеѓу C-атоми се неполарни,а неполарни се и помеѓу јаглерод и водород затоа што имаат блиски вредности на електронегативност. Но, ако за јаглеродниот атом се врзуваат елементи со висока електронегативност, тогаш станува збор за поларна врска. Се означува со грчката буква делта и знакот -, а мерката за големината на поларноста е диполниот момент-ми. Кај ц-атомот и поелектронегативниот атом се јавуваат парцијални-делумни полнежи, така што ц-атомот ќе биде делумно позитивен(делта ),а другиот пак ќе биде делумно негативем(делта-) Збирот на диполните моменти на врските во молекулата го дава вкупниот диплоден момент на соединението. -може да се случи соединението да биде неполарно (иако има поларни врски) поради диполниот момент кој е векторка величина. Поларноста има големо значење во физичките и хемиските својства на органските соединенија. Поместувањето на електорните од сигма-врската долж јаглеродната низа се вика индукнивен ефект. Бргу опаѓа долж јаглеродната низа, што кај вториот или третиот атом е незначително мал. Различните атоми и атомски групи различно предизвикуваат различен индуктивен ефект. По договор е земено индуктивниот ефект да се одредува во однос на влијанието на водородниот атом од C-H врската. -ако за јаглерод се сврзе атом со посилно привлекување =негативен индуктивен ефект(-) тоа се атоми со голема електронегативност,атомски групи каде атомот што се сврзува со јаглерод има делумно позитивен полнеж-поларни групи. -атомските групи коишто послабо го привлекуваат заедничкиот електорнски пар отколку водород имаат позитивен индуктивен ефект( ) тоа го покажуваат алкил групите.

Поврзано