Реферат на тему: «Органические соединения вокруг нас»
Органические вещества – это практически все углеродосодержащие соединения, которых в природе больше прочих.
Исключения составляет всего небольшая группа веществ:
карбиды;
карбонаты;
цианиды;
H₂CO₃ и СО.
Важность органических веществ и углеводородных соединений
Органические вещества стали самыми распространенными соединениями на планете именно в силу особенной возможности углерода к созданию стабильных и устойчивых цепочек из самого себя.
Также этот элемент имеет валентность IV, а значит, без труда вступает в одинарные и кратные связи с другими веществами. Еще одна особенность углерода – умение создавать двух и трехмерные структуры. Более четвертой части массы тела человека – органические вещества.
Органические вещества содержатся в каждой клетке:
белки – основной «строительный» материал;
жиры, накапливающие энергию и углероды, служащие ее источником;
гормоны, регулирующие все протекающие в организме процессы;
ферменты, провоцирующие запуск химических реакций;
ДНК – источник генетической информации.
Органические вещества встречаются в виде изомеров. Этот термин применяется для соединений, в которые включено равное количество атомов одних и тех же веществ, но само строение связи отличается.
Кроме того, органические вещества, а точнее цепочку из углеродов можно охарактеризовать как гомологическую, в том случае если ее объединенные составляющие отличаются друг от друга только группой СН2 (на одну больше или меньше). Прибавление разницы является показателем усиления связи.
На примере метана можно увидеть, что вещества с минимумом добавок относятся к газам от этана до бутана, далее трансформируются в жидкости пентан-дексан и после превращаются в твердые элементы, например, эйкозан.
|
|
С наращиванием новых связей повышаются и основные физические характеристики: молекулярный вес, температура кипения и плавления.
Классификация органических веществ
Кроме биологических органических веществ, в эту же категорию относятся и другие виды соединений:
циклические и ациклические;
карбоциклические:
алициклические;
ароматические;
гетероциклические;
предельные и непредельные углеводороды.
Во всех вышеперечисленных случаях речь идет только о различных видах связей между углеродом и водородом, но органическая химия изучает и соединения с другими веществами, которые дают в итоге существенное количество:
спиртов и фенолов;
альдегидов и кетонов;
карбоновых кислот;
сложных эфиров;
липидов нуклеиновых и аминокислот.
Учитывая важность органических углеводородных соединений в человеческом организме, в частности, и в природе вообще, неудивительно, что с каждым годом узкоспециализированные исследования в различных областях касаются именно работы с компонентами органической химии.
Микробиология, генетика, медицина, военные разработки и многое другое сегодня развивается благодаря исследованию клеточного состава.
Найти высокотехнологическое оборудование от мировых производителей, требующееся для исследований, и узнать новые тенденции и вектор развития отрасли можно, став участником выставки «Химия», которую организует ЦВК «Экспоцентр».
|
|
История органической химии
Способы получения различных органических веществ были известны ещё с древности. Египтяне и римляне использовали красители индиго и ализарин, содержащиеся в растительных веществах. Многие народы знали секреты производства спиртных напитков и уксуса из сахара и крахмалсодержащего сырья.
Во времена Cредневековья к этим знаниям ничего не прибавилось, некоторый прогресс начался только в XVI—XVII вв.: были получены некоторые вещества, в основном путём перегонки определённых растительных продуктов. Большое экономическое значение имело обнаружение Маргграфом сахара в свёкле (вдобавок к известному в то время его источнику — сахарному тростнику), о чём он сообщил в статье «Химические попытки извлекать настоящий сахар из растений нашей страны» в 1747 году ]. В 1769—1785 г. Шееле выделил несколько органических кислот, среди них яблочная, винная, лимонная, галловая, молочная и щавелевая. В 1773 г. Руэль выделил из человеческой мочи мочевину.
Выделенные из животного или растительного сырья продукты имели между собой много общего, но отличались от неорганических соединений. При этом полагали, что эти вещества могут быть получены только в живых организмах благодаря «жизненной силе». Так, в 1753 году известный шведский естествоиспытатель Валлериус в предисловии к сборнику работ другого видного шведского учёного, Йерне, утверждал: «...ни животные, ни растительные тела, ни их части не могут быть воспроизведены поэтому химическим искусством» ]. В первом томе своей книги «Лекции по животной химии» («Föreläsningar i Djurkemien»), вышедшем в 1828 году Й. Я. Берцелиус впервые вводит понятие «органическая химия» (швед. organisk Kemi), определяя её как «часть физиологии, которая описывает состав живых тел вместе с химическими процессами, происходящими в них»[8].
|
|
Представление о «жизненной силе» было поколеблено синтезом образующихся в живых организмах веществ из неорганических, проведённым в первой половине XIX века, например, в 1828 году Фридрих Вёлер впервые получил органическое вещество — мочевину — в результате упаривания водного раствора цианата аммония (NH4OCN).
Важным этапом стала разработка теории валентности Купером и Кекуле в 1857 г., а также теории химического строения Бутлеровым в 1861 г. В основу этих теорий были положены четырёхвалентность углерода и его способность к образованию цепей. В первом томе своего труда по органической химии, вышедшем в 1859 году, Кекуле впервые вводит близкое к современному определение понятия «органическая химия» — это «химия соединений углерода»[9], что отражено уже в самом названии этого труда, которое переводится как «Учебник органической химии, или химии углеродистых соединений». В 1850-х годах профессор Московского университета Н. Э. Лясковский, по словам Н. М. Сарандинаки, говорил: «Органическая химия не есть химия веществ, встречаемых в организмах, а химия соединений углерода», что впоследствии сделалось господствующим в науке воззрением[10]. В 1865 году Кекуле предложил структурную формулу бензола, что стало одним из важнейших открытий в органической химии. В 1875 г. Вант-Гофф и Ле Бель предложили тетраэдрическую модель атома углерода, по которой валентности углерода направлены к вершинам тетраэдра, если атом углерода поместить в центр этого тетраэдра. В 1917 году Льюис предложил рассматривать химическую связь с помощью электронных пар.
В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств альтернантных ароматических углеродов, чем основал новое направление в органической химии — квантовую химию. В 1933 г. Ингольд провёл изучение кинетики реакции замещения у насыщенного атома углерода, что привело к масштабному изучению кинетики большинства типов органических реакций.
Историю органической химии принято излагать в связи с открытиями, сделанными в области строения органических соединений, однако такое изложение больше связано с историей химии вообще. Гораздо интереснее рассматривать историю органической химии с позиции материальной базы, то есть собственно предмета изучения органической химии.
На заре органической химии предметом изучения были преимущественно субстанции биологического происхождения. Именно этому факту органическая химия обязана своим названием. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и со временем основной материальной базой органической химии стала каменноугольная смола, выделяемая при получении кокса прокаливанием каменного угля. Именно на основе переработки каменноугольной смолы в конце XIX века возник основной органический синтез. В 50-60 годах прошлого века произошёл переход основного органического синтеза на новую базу — нефть. Таким образом появилась новая область химии — нефтехимия. Огромный потенциал, который был заложен в новом сырье, вызвал бум в органической химии и химии вообще. Появление и интенсивное развитие такой области, как химия полимеров, связано прежде всего с новой сырьевой базой.
Несмотря на то что современная органическая химия в качестве материальной базы по-прежнему использует сырьё биологического происхождения и каменноугольную смолу, объём переработки этих видов химического сырья по сравнению с переработкой нефти мал. Смена материально-сырьевой базы органической химии была вызвана прежде всего возможностями наращивания объёмов производства.