История зарождения и развития органической химии

На этапе раннего эмпирического периода своего развития (середина XVII — конец XVIII в.) органическая химия, по определению И. Берцелиуса, была химией «растительных и животных веществ». В этот период был накоплен большой фактологический материал, но ещё не возникли теоретические представления для его обобщения и объяснения. Изучение веществ ограничивалось эмпирическим описанием. Основной причиной, побуждающей к изучению органических веществ на этом этапе, была необходимость в их практическом использовании (получение из природных источников красителей, масел, смол, жиров, спирта, вина и др.). С древних времён были известны процессы приготовления вина из виноградного сока, хмельных напитков из мёда путём брожения. Развивалось и другое направление практического использования природных веществ — ятрохимия, или медицинская химия, основателем которой был врач эпохи Возрождения Парацельс (1493-1541). Он изучал лекарственное действие различных органических веществ и считал химическими все происходящие в организме процессы. Поиски лекарственных начал в природном сырье привели к открытию многих неизвестных в те времена органических веществ: эфирных масел, древесного уксуса, получаемого путём сухой перегонки дерева, виннокаменной кислоты из осадка, выпадающего при хранении виноградного сока, и др.

Следующим был аналитический период развития органической химии (конец XVIII — середина XIX в.). Развивались экспериментальные методы изучения полезных веществ. С их помощью производились исследования по установлению состава веществ, в результате которых стало очевидным, что все органические вещества содержат углерод. Экспериментальные методы способствовали выделению из растений таких органических соединений, как щавелевая, яблочная, лимонная и другие кислоты, а также веществ, являющихся продуктами жизнедеятельности животных (мочевая кислота и др.). К середине XVIII в. из животных и растительных организмов было выделено значительное количество веществ. Они имели много общего с неорганическими веществами, но заметно отличались от них. В начале XIX в. И. Берцелиус в своём руководстве по химии провёл чёткую грань между неорганическими и органическими веществами. Однако он считал, что последние синтезируются только в живых организмах под действием «жизненной силы», а потому такие вещества в лаборатории синтезировать нельзя.

Ошибочность таких взглядов на природу и происхождение органических веществ была доказана уже в первой половине XIX в. синтезом многих органических веществ. В этот период началось бурное развитие органического синтеза, ознаменовавшее собой новый этап в органической химии. В 1845 г. немецкий химик А. Кольбе синтезировал известную с древних времён уксусную кислоту. Быстро развивающийся органический синтез позволил получать и более сложные органические вещества: синтезировать жиры, сахаристые вещества и др. Органический синтез постепенно становился важнейшим методом получения и исследования органических веществ.

С накоплением знаний об органических веществах всё яснее становилась необходимость объяснения их природы. Первые такие попытки были сделаны ещё в 20-30-х гг. XIX в. И. Берцелиусом с помощью его теории радикалов. Эта теория рассматривала органическое соединение как состоящее из двух частей, которые учёный называл радикалами.

В 40-50-х гг. того же века теорию радикалов сменила теория типов французского химика Ф. Жерара. Сторонники теории типов каждое органическое соединение представляли как целое, а не состоящее из двух частей. Кроме того, все органические вещества они рассматривали как производные простейших неорганических веществ: водорода, хлорида водорода, воды, аммиака. Но внутреннее строение молекул, по их мнению, было в принципе непознаваемо. Помимо этих основных теорий существовало немало других, но и они не давали ответа на основные вопросы: каково строение органических соединений и как зависят свойства веществ от их строения? Накапливались данные о том, что разные вещества имеют одинаковый качественный и количественный состав, но отличаются по свойствам. Такие вещества Берцелиус назвал изомерами. Явление изомерии наблюдалось и в неорганической химии.

Однако теоретические представления первой половины XIX в. не позволяли объяснить явление изомерии и решить задачу выявления зависимости свойств веществ от их состава и строения.

Химия как наука не стояла на месте. В 50-х гг. XIX в. благодаря работам многих учёных в науку вошло понятие «валентность», что позволило уточнить формулы многих неорганических и органических соединений, установлена четырёхвалентность углерода, утвердлилась идея о возможности атомов углерода связываться между собой и образовывать цепи. Эти теоретические положения сыграли исключительно важную роль в развитии органической химии и теории химического строения.

Наука нуждалась в систематизации множества накопленных фактов и новой теории, способной обобщать, предсказывать, объяснять и описывать свойства веществ на основе их строения. Такой теорией стала теория химического строения, выдвинутая в 1861 г. выдающимся русским химиком Александром Михайловичем Бутлеровым. Ещё при жизни учёного многие положения этой теории нашли развитие в трудах его учеников, в первую очередь В.В. Марковникова, который разрабатывал его идею о взаимном влиянии атомов в молекуле. Развитию теории химического строения способствовали также работы многих зарубежных учёных. Теория химического строения прочно вошла в науку и стала фундаментом не только органической, но и неорганической химии. Эта теория способствовала быстрому развитию органической химии. Уже в конце XIX — начале XX в. органическая химия стала основой многих отраслей промышленности — анилинокрасочной, коксохимической, взрывчатых веществ, фармацевтической и др.

В XX в. начался современный период развития органической химии, характеризующийся активным внедрением в науку физико-химических методов. Это способствовало интенсификации исследований, получению качественно новой информации, углубляющей представление о строении и свойствах органических соединений. В этот период идёт формирование новых самостоятельных направлений: химия элементоорганических, высокомолекулярных, гетероциклических соединений, нанохимия и др.

Творческие задания

1. Если вы хотите подробнее узнать о жизни и научной деятельности учёных, которые указаны в тексте, прочтите книгу: Волков В.А., Вонский В.А., Кузнецова Г.И. Выдающиеся химики мира : биографический справочник. М. : Высшая школа, 1991.

2. Подготовьте реферат по истории органической химии или её отдельных периодов.