14. Основы органической химии
14.1. Общая характеристика и особенности органических веществ
Органические вещества – соединения углерода и водорода – углеводороды, а также их производные, в состав которых могут входить и другие элементы (простейшие соединения углерода – оксиды СО, СО2, кислоты Н2СО3, HCN, их соли и некоторые другие – изучает неорганическая химия). Вначале были известны лишь органические вещества, синтезируемые живыми организмами (отсюда и название – органические вещества). Получить эти вещества вне живой природы долгое время не удавалось. Возникла концепция витализма (от лат. vis vitalis – жизненная сила): в живых организмах присутствует некая «жизненная сила», позволяющая им вырабатывать органические вещества. В более широком плане концепция витализма есть отрицание единства природы, то есть единства естественнонаучных законов для живой и неживой природы.
Однако в 1824 г. Ф. Вёлер (нем.) синтезировал вещество растительного происхождения – щавелевую кислоту, а в 1828 г. получил в лаборатории вещество животного происхождения – мочевину (карбамид):
1854 г. – М. Бертло (фр.) синтезирует жиры. 1861 г. – А.М. Бутлеров (росс.) – синтез сахаристых веществ. 50-е – 60-е годы 20 века – синтез белков: гормона инсулина и фермента рибонуклеазы. В настоящее время синтезируются даже отдельные гены – носители наследственной информации. Сейчас искусственно получают многие органические вещества, аналогичные природным, и огромное количество органических веществ, отсутствующих в живой природе. Опровержение концепции витализма – одно из подтверждений единства природы. Таким образом, органические вещества, обладая рядом особенностей, не являются принципиально отличными от других веществ.
Особенности органических веществ:
- небольшое число образующих эти вещества элементов: всегда С и Н, часто O, N, иногда S и P (эти элементы называют органогенами – порождающими органические вещества). Кроме того, известны так называемые элементоорганические соединения, содержащие атомы металлов Li, K, Na, Mg, Zn, Fe и др., и неметаллов Si, As и др.
- распространено явление изомерии – существования веществ с одинаковым составом, но разным строением. Этим отчасти объясняется большое разнообразие органических веществ.
- связи – явно выраженные прочные ковалентные. Из-за этого органические вещества не диссоциируют в растворах на ионы и медленно реагируют друг с другом. Поэтому в органической химии огромное значение имеют катализаторы (в живых организмах их называют ферментами или энзимами).
- органические вещества - нетермостойкие. Как правило температура плавления не превышает 350-400°С. При нагревании без кислорода сильно изменяются, в атмосфере кислорода сгорают с образованием СО2, Н2О, N2.
Главную роль играют свойства углерода, способность его атомов устанавливать четыре ковалентные связи друг с другом и с другими атомами, образуя длинные цепи и кольца (циклы). Связи атомов углерода могут быть одинарными и кратными: двойными и тройными (см. рисунок 14.1). Вещества, у которых все связи атомов углерода одинарные, называются предельными или насыщенными, прочие – непредельными или ненасыщенными. Кратные связи сравнительно легко разрываются с присоединением других атомов или групп атомов.
Рисунок 14.1 – Примеры предельных и непредельных органических веществ.