Organic chemistry

Органическая химия — раздел химии, посвящённый научному изучению соединений и материалов, содержащих углерод. Её задачи включают определение структурных формул органических веществ, анализ их физических и химических свойств, а также оценку химической реакционной способности для объяснения их поведения. Эта область также охватывает химический синтез природных продуктов, лекарственных средств и полимеров, а также изучение отдельных органических молекул как в лаборатории, так и с помощью теоретических компьютерных методов. Изучаемые химические вещества включают углеводороды — соединения, состоящие только из углерода и водорода, — а также углеродсодержащие соединения, содержащие такие элементы, как кислород, азот, сера, фосфор (распространённые в биохимических веществах) и галогены. Смежная область, металлоорганическая химия, изучает соединения со связями углерод–металл. Органические соединения являются основой всей известной жизни и составляют большинство известных химических веществ. Поскольку углерод может образовывать одинарные, двойные и тройные связи, а также структуры с делокализованными электронами, эти соединения структурно разнообразны и имеют огромный спектр применения. Они лежат в основе многих коммерческих продуктов, таких как фармацевтические препараты, нефтехимические продукты, агрохимикаты, смазочные материалы, растворители, пластмассы, топливо и взрывчатые вещества. Изучение органической химии пересекается с металлоорганической химией, биохимией, медицинской химией, химией полимеров и материаловедением. Органическая химия обычно преподаётся на уровне колледжа или университета. Она считается очень сложным курсом, хотя предпринимаются усилия, чтобы сделать его более доступным для студентов. До XVIII века химики в целом полагали, что соединения из живых организмов содержат «жизненную силу», отличающую их от неорганических соединений. Эта идея называлась витализмом. В начале 1800-х годов начались систематические исследования органических соединений. Около 1816 года Мишель Шеврёль изучал мыла, полученные из жиров и щелочей, выделяя кислоты, образующие мыло. Он показал, что с жирами — традиционно имеющими органическое происхождение — можно проводить химические изменения без какой-либо жизненной силы. В 1828 году Фридрих Вёлер синтезировал мочевину (компонент мочи) из неорганических солей (цианата калия и сульфата аммония) в ходе того, что сейчас называется синтезом Вёлера. Хотя сам Вёлер был осторожен в выводах, это был первый случай получения органического вещества в лаборатории без биологического исходного материала, и сейчас это считается опровержением витализма. После Вёлера Юстус фон Либих помог систематизировать органическую химию и считается одним из её основоположников. В 1856 году Уильям Генри Перкин случайно создал органический краситель «перкиновый пурпур», пытаясь получить хинин; его финансовый успех вызвал широкий интерес к этой области. Ключевой прорыв произошёл в 1858 году, когда Фридрих Август Кекуле и Арчибальд Скотт Купер независимо друг от друга предложили концепцию химического строения. Они предположили, что четырёхвалентные атомы углерода могут соединяться друг с другом, образуя углеродную решётку, и что схемы связывания атомов можно вывести из химических реакций. Фармацевтическая промышленность зародилась в 1890-х годах, когда компания Bayer впервые начала производство ацетилсалициловой кислоты (аспирина). К 1910 году Пауль Эрлих и его команда разработали мышьяксодержащий арсфенамин (сальварсан) как первое эффективное средство лечения сифилиса, положив начало практике химиотерапии. Эрлих продвигал идеи «волшебной пули» и систематического улучшения лекарств, а его лаборатория также внесла вклад в разработку антисыворотки против дифтерии и стандартизацию терапевтических сывороток. Ранние органические реакции и их применение часто были результатом везения и неожиданных наблюдений, но во второй половине XIX века начались более систематические исследования. Разработка синтетического индиго является примером: синтетические методы Адольфа фон Байера привели к падению производства индиго из растений с 19 000 тонн в 1897 году до 1 000 тонн к 1914 году; к 2002 году из нефтехимического сырья было произведено 17 000 тонн синтетического индиго. В начале XX века полимеры и ферменты были признаны крупными органическими молекулами, а также было показано, что нефть имеет биологическое происхождение. Полный синтез сложных органических соединений — таких как глюкоза, терпинеол, соединения, родственные холестерину, а позже лизергиновая кислота и витамин B12 — становился всё более сложным, что позволило создавать человеческие гормоны и их производные. Открытие нефти и рост нефтехимической промышленности ещё больше продвинули органическую химию.