Organic chemistry

La chimica organica è una branca della chimica incentrata sullo studio scientifico dei composti e dei materiali contenenti carbonio. Il suo lavoro consiste nel determinare le formule di struttura delle sostanze organiche, analizzarne le proprietà fisiche e chimiche e valutarne la reattività chimica per spiegarne il comportamento. Il campo comprende anche la sintesi chimica di prodotti naturali, farmaci e polimeri, insieme allo studio delle singole molecole organiche sia in laboratorio sia attraverso metodi teorici basati sul computer. Le sostanze chimiche studiate includono idrocarburi – composti costituiti solo da carbonio e idrogeno – nonché composti a base di carbonio che contengono anche elementi come ossigeno, azoto, zolfo, fosforo (comuni nei prodotti biochimici) e gli alogeni. Un'area correlata, la chimica organometallica, studia i composti con legami carbonio-metallo. I composti organici sono il fondamento di tutta la vita conosciuta e costituiscono la maggior parte delle sostanze chimiche note. Poiché il carbonio può formare legami singoli, doppi e tripli, nonché strutture con elettroni delocalizzati, questi composti sono strutturalmente diversi e hanno una vasta gamma di usi. Costituiscono la base di molti prodotti commerciali, come prodotti farmaceutici, petrolchimici, agrofarmaci, lubrificanti, solventi, materie plastiche, carburanti ed esplosivi. Lo studio della chimica organica si sovrappone alla chimica organometallica, alla biochimica, alla chimica farmaceutica, alla chimica dei polimeri e alla scienza dei materiali. La chimica organica viene solitamente insegnata a livello universitario. È considerata una materia molto impegnativa, sebbene gli sforzi l'abbiano resa più accessibile agli studenti. Prima del XVIII secolo, i chimici generalmente pensavano che i composti degli organismi viventi contenessero una "forza vitale" che li distingueva dai composti inorganici. Questa idea era chiamata vitalismo. All'inizio del 1800 iniziarono studi sistematici sui composti organici. Intorno al 1816, Michel Chevreul studiò i saponi ottenuti da grassi e alcali, separando gli acidi che formavano il sapone. Dimostrò che si potevano apportare modifiche chimiche ai grassi – tradizionalmente di origine organica – senza alcuna forza vitale. Nel 1828, Friedrich Wöhler sintetizzò l'urea (un componente dell'urina) da sali inorganici (cianato di potassio e solfato di ammonio) in quella che oggi è chiamata sintesi di Wöhler. Sebbene lo stesso Wöhler fosse cauto, questa fu la prima volta che una sostanza organica veniva prodotta in laboratorio senza materiali di partenza biologici, ed è oggi considerata la confutazione del vitalismo. Dopo Wöhler, Justus von Liebig contribuì a organizzare la chimica organica ed è considerato uno dei suoi principali fondatori. Nel 1856, William Henry Perkin creò accidentalmente il colorante organico malva di Perkin mentre cercava di produrre chinino; il suo successo commerciale suscitò un diffuso interesse per il campo. Una svolta fondamentale arrivò nel 1858, quando Friedrich August Kekulé e Archibald Scott Couper proposero indipendentemente il concetto di struttura chimica. Suggerirono che gli atomi di carbonio tetravalenti potessero legarsi tra loro per formare un reticolo di carbonio e che gli schemi di legame atomico potessero essere dedotti dalle reazioni chimiche. L'industria farmaceutica iniziò negli anni '90 del 1800, quando la Bayer produsse per la prima volta l'acido acetilsalicilico (aspirina). Nel 1910, Paul Ehrlich e il suo team svilupparono l'arspenamina a base di arsenico (Salvarsan) come primo trattamento efficace per la sifilide, dando il via alla pratica della chemioterapia. Ehrlich promosse le idee di farmaci "proiettile magico" e di miglioramento sistematico dei farmaci, e il suo laboratorio contribuì anche allo sviluppo dell'antisiero per la difterite e alla standardizzazione dei sieri terapeutici. Le prime reazioni e applicazioni organiche spesso derivavano dalla fortuna e da osservazioni inaspettate, ma la seconda metà del XIX secolo vide studi più sistematici. Lo sviluppo dell'indaco sintetico è un esempio: i metodi sintetici di Adolf von Baeyer fecero crollare la produzione di indaco dalle piante da 19.000 tonnellate nel 1897 a 1.000 tonnellate nel 1914; entro il 2002, 17.000 tonnellate di indaco sintetico venivano prodotte da prodotti petrolchimici. All'inizio del XX secolo, polimeri ed enzimi furono riconosciuti come grandi molecole organiche e si dimostrò che il petrolio aveva un'origine biologica. La sintesi totale di composti organici complessi – come glucosio, terpineolo, composti correlati al colesterolo e successivamente acido lisergico e vitamina B12 – crebbe in complessità, consentendo la creazione di ormoni umani e loro derivati. La scoperta del petrolio e l'ascesa dell'industria petrolchimica fecero ulteriormente progredire la chimica organica.