1 Строение и свойства
1.1. Органическая химия
Органическая химия — это химия соединений углерода. Название «органическая» вводит в заблуждение; оно сохранилось с тех дней, когда химические соединения в зависимости от источника их получения делили на два класса — неорганические и органические. К неорганическим соединениям относили вещества, полученные из минералов, а к органическим — соединения растительного и животного происхождения, т. е. вещества, образующиеся в живых организмах. И действительно, вплоть до 1850 г. многие химики не сомневались в том, что органические соединения могут образовываться только в живых организмах и, следовательно, их нельзя синтезировать из неорганических веществ.
Соединения, полученные из живых организмов, роднило то, что все они содержали углерод. Даже после того, как выяснилось, что их совсем не обязательно получать из живых организмов, а можно синтезировать в лаборатории, оказалось удобным сохранить название органические, чтобы охарактеризовать эти и подобные им соединения. Такое разделение веществ на органические и неорганические сохранилось и до наших дней.
В настоящее время, несмотря на то что многие соединения углерода все еще удобнее выделять из растений или животных, большинство из них получают синтетически. В качестве сырья используют иногда такие неорганические соединения, как карбонаты или цианиды, но чаще органические соединения синтезируют из других органических соединений. Существует два огромных природных источника, из которых можно получить простейшие органические соединения: нефть и уголь. (Оба источника являются органическими в старом смысле этого слова, поскольку и уголь и нефть представляют собой продукты разложения растительных и животных организмов.) Эти простейшие органические соединения используются как строительный материал при синтезе более сложных соединений. Что же характерно для соединений углерода, что заставляет рассматривать их отдельно от соединений остальных ста с лишним элементов периодической системы? На этот вопрос, вероятно, можно ответить так: число соединений углерода чрезвычайно велико, и их молекулы могут быть очень большими по размеру и сложными по строению.
Число соединений углерода во много раз больше числа соединений, не содержащих углерода. Органические соединения разделены на классы, которые не имеют аналогий среди неорганических соединений.
Известны органические молекулы, содержащие тысячи атомов, но даже в относительно небольших молекулах расположение атомов может быть очень сложным. Одна из основных проблем органической химии — определение расположения атомов в молекулах, т. е. установление строения соединения.
Существует много путей разрушения этих сложных молекул или их перестройки с образованием новых молекул; существует много различных путей присоединения атомов к этим молекулам или замещения одних атомов на другие. Значительная часть органической химии посвящена выяснению вопроса, что это за реакции, как они протекают и как их можно использовать для синтеза требуемых соединений.
Каковы же особенности углерода, позволяющие ему образовывать столь большое число соединений? Атомы углерода могут соединяться друг с другом так, как не могут соединяться атомы никакого другого элемента. Атомы углерода могут образовывать цепи из тысяч атомов или кольца любого размера; цепи и кольца могут иметь разветвления и перекрестные связи. Углеродные атомы, участвующие в образовании этих цепей и колец, могут быть связаны с другими атомами, в основном с водородом, а также с фтором, хлором, бромом, иодом, кислородом, азотом, серой, фосфором и многими другими (в качестве примеров можно привести целлюлозу, стр. 978, хлорофилл, стр. 1015, и окситоцин, стр. 1047).
Определенное расположение атомов соответствует конкретному соединению, и каждое соединение имеет свои характерные химические и физические свойства. В настоящее время известно около миллиона соединений углерода, и каждый год синтезируются еще тысячи новых. Не удивительно, что изучение химии этих соединений составляет специальную область.
Органическая химия имеет огромное значение для технологии; это химия красителей и лекарственных препаратов, бумаги и чернил, красок и пластиков, бензина и резин; это химия продуктов питания и одежды, которую мы носим. Органическая химия лежит в основе медицины и биологии: живые организмы, кроме воды, состоят в основном из органических соединений, и биологические процессы в конечном счете являются предметом органической химии.
