ما هي الكيمياء العضوية. التعريف الحديث للكيمياء العضوية

الكيمياء العضوية هي فرع من فروع الكيمياء يدرس مركبات الكربون وهيكلها وخصائصها وطرق تركيبها ، وتسمى المركبات العضوية مركبات الكربون مع عناصر أخرى. يشكل الكربون أكبر عدد من المركبات مع ما يسمى بالعناصر العضوية: H ، N ، O ، S ، P. تحدد قدرة الكربون على الاندماج مع معظم العناصر وتشكيل جزيئات ذات تركيبة وبنية مختلفة تنوع المركبات العضوية (عن طريق في نهاية القرن العشرين ، تجاوز عددهم 10 ملايين ، والآن أكثر من 20 مليون [المصدر غير محدد 229 يومًا]). تلعب المركبات العضوية دورًا رئيسيًا في وجود الكائنات الحية.

يشتمل موضوع الكيمياء العضوية على الأهداف والأساليب التجريبية والمفاهيم النظرية التالية:

عزل المواد الفردية عن المواد الخام النباتية أو الحيوانية أو الأحفورية

تخليق وتنقية المركبات

تحديد بنية المواد

دراسة آليات التفاعلات الكيميائية

تحديد التبعيات بين بنية المواد العضوية وخصائصها

قصة

طرق الحصول على المواد العضوية المختلفة معروفة منذ العصور القديمة. استخدم المصريون والرومان الأصباغ النيلي والأيزارين الموجودة في مادة نباتية. عرفت العديد من الدول أسرار إنتاج المشروبات الكحولية والخل من السكر والمواد الخام المحتوية على النشا. خلال العصور الوسطى ، لم يضف أي شيء إلى هذه المعرفة ، بدأ بعض التقدم فقط في القرنين السادس عشر والسابع عشر: تم الحصول على بعض المواد ، بشكل رئيسي عن طريق تقطير بعض المنتجات النباتية. في 1769-1785 ، عزل Scheele العديد من الأحماض العضوية ، مثل حمض الماليك ، والطرطريك ، والستريك ، والجاليك ، واللاكتيك ، والأكساليك. في عام 1773 ، عزل رويل اليوريا من بول الإنسان.كانت المنتجات المعزولة من المواد الخام الحيوانية أو النباتية تشترك كثيرًا ، ولكنها اختلفت عن مركبات العضوية. هكذا نشأ مصطلح "الكيمياء العضوية" - فرع الكيمياء الذي يدرس المواد المعزولة من الكائنات الحية (تعريف Berzelius ، 1807). في الوقت نفسه ، كان يُعتقد أن هذه المواد لا يمكن الحصول عليها إلا من الكائنات الحية بسبب "قوة الحياة". كما هو شائع ، ظهرت الكيمياء العضوية كعلم في عام 1828 عندما حصل فريدريك فولر لأول مرة على مادة عضوية - اليوريا - نتيجة لتبخر محلول مائي من سيانات الأمونيوم (NH4OCN). تمثلت إحدى الخطوات المهمة في تطوير نظرية التكافؤ بواسطة Cooper and Kekule في عام 1857 ، وكذلك نظرية التركيب الكيميائي بواسطة Butlerov في عام 1861. كانت هذه النظريات على أساس رباعي الكربون وقدرته على تكوين سلاسل. في عام 1865 ، اقترح Kekule الصيغة البنائية للبنزين ، وهو أحد أهم الاكتشافات في الكيمياء العضوية. في عام 1875 ، اقترح Van't Hoff و Le Bel نموذجًا رباعي السطوح لذرة الكربون ، والذي وفقًا له يتم توجيه تكافؤ الكربون نحو رؤوس رباعي الوجوه ، إذا تم وضع ذرة الكربون في وسط هذا رباعي الوجوه. في عام 1917 ، اقترح لويس النظر في استخدام الرابطة الكيميائية أزواج الإلكترونفي عام 1931 ، تقدم Hückel بطلب نظرية الكملشرح خصائص الهيدروكربونات العطرية البديلة ، والتي أسست اتجاهًا جديدًا في الكيمياء العضوية - كيمياء الكم. في عام 1933 ، أجرى Ingold دراسة عن حركية تفاعل الاستبدال عند ذرة كربون مشبعة ، مما أدى إلى دراسة واسعة النطاق لحركية معظم الأنواع. التفاعلات العضويةمن المعتاد تقديم تاريخ الكيمياء العضوية فيما يتعلق بالاكتشافات التي تم إجراؤها في مجال بنية المركبات العضوية ، ولكن هذا العرض التقديمي أكثر ارتباطًا بتاريخ الكيمياء بشكل عام. من المثير للاهتمام النظر في تاريخ الكيمياء العضوية من الموقف القاعدة المادية، أي الموضوع الفعلي لدراسة الكيمياء العضوية. في فجر الكيمياء العضوية ، كان موضوع الدراسة في الغالب مواد ذات أصل بيولوجي. لهذه الحقيقة تدين الكيمياء العضوية باسمها. التقدم العلمي والتقنيلم تقف مكتوفة الأيدي ، وبمرور الوقت ، أصبحت القاعدة المادية الرئيسية للكيمياء العضوية هي قطران الفحم ، والتي يتم إطلاقها أثناء إنتاج فحم الكوك بالتكلس الفحم الصلب. على أساس معالجة قطران الفحم نشأ التركيب العضوي الرئيسي في نهاية القرن التاسع عشر. في الخمسينيات والستينيات من القرن الماضي ، كان هناك انتقال للتوليف العضوي الرئيسي إلى قاعدة جديدة- نفط. هكذا ظهر منطقة جديدةالكيمياء - البتروكيماويات. تسببت الإمكانات الهائلة التي تم وضعها في المواد الخام الجديدة في ازدهار الكيمياء العضوية والكيمياء بشكل عام. يرجع الظهور والتطور المكثف لمجال مثل كيمياء البوليمر في المقام الأول إلى قاعدة جديدة للمواد الخام. على الرغم من حقيقة أن الكيمياء العضوية الحديثة لا تزال تستخدم المواد الخام ذات الأصل البيولوجي وقطران الفحم كقاعدة مادية ، فإن حجم معالجة هذه المواد أنواع المواد الخام الكيميائية صغيرة مقارنة بتكرير النفط. كان التغيير في قاعدة المواد والمواد الخام للكيمياء العضوية ناتجًا بشكل أساسي عن إمكانية زيادة أحجام الإنتاج.

تصنيف المركبات العضوية

قواعد وميزات التصنيف:

يعتمد التصنيف على بنية المركبات العضوية. أساس وصف الهيكل هو الصيغة البنائية. يتم الإشارة إلى ذرات العناصر بالرموز اللاتينية ، كما هو موضح في الجدول الدوري للعناصر الكيميائية (جدول مندليف). يشار إلى الروابط التي تعاني من نقص الهيدروجين والإلكترون بخط منقط ، ويشار إلى الروابط الأيونية من خلال الإشارة إلى شحنات الجسيمات التي يتكون منها الجزيء. نظرًا لأن الغالبية العظمى من الجزيئات العضوية تشتمل على الهيدروجين ، فلا يُشار إليه عادةً عند تصوير الهيكل. وهكذا ، إذا ظهر تكافؤ غير كافٍ في بنية إحدى الذرات ، فإن ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر تقع بالقرب من هذه الذرة ، ويمكن للذرات أن تشكل أنظمة دورية وعطرية.

الفئات الرئيسية للمركبات العضوية

الهيدروكربونات مركبات كيميائية تتكون فقط من ذرات الكربون والهيدروجين. اعتمادًا على طوبولوجيا هيكل الهيكل الكربوني ، تنقسم الهيدروكربونات إلى حلقية وحلقة كربونية. اعتمادًا على تعدد روابط الكربون والكربون ، تنقسم الهيدروكربونات إلى مشبعة (ألكانات أو مشبعة) ، لا تحتوي على روابط متعددة في بنيتها وغير مشبعة أو غير مشبعة - تحتوي على الأقل على رابطة مزدوجة و / أو ثلاثية (ألكينات ، ألكينات ، ديينات ). في المقابل ، تنقسم الهيدروكربونات الحلقية إلى أليكليكات (ذات سلسلة مفتوحة) وألكانات حلقي (محدودة بسلسلة مغلقة) ، هيدروكربونات عطرية (غير مشبعة ، تحتوي على دورة). لا دوري (سلسلة مفتوحة) كربو حلقي (سلسلة مغلقة)

الحد غير المحدود الحد غير المحدود

مع رابطة واحدة مع رابطة مزدوجة مع رابطة ثلاثية مع سندات مزدوجة مع رابطة واحدة مع حلقة بنزين

سلسلة الميثان (الألكانات) سلسلة الإيثيلين (الألكينات) سلسلة الأسيتيلين (الألكينات) سلسلة من هيدروكربونات الدين سلسلة من البولي ميثيلين (النفثينات) سلسلة من البنزين (الهيدروكربونات العطرية ، أو الأرينات). المركبات ذات الذرات غير المتجانسة في المجموعات الوظيفية - المركبات التي فيها يرتبط جذور الكربون R بمجموعة وظيفية. حسب طبيعة المجموعات الوظيفية مقسمة إلى:

الكحولات والفينولات. الكحولات (الكحولات القديمة ، الكحولات الإنجليزية ؛ من الروح اللاتينية - الروح) هي مركبات عضوية تحتوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة أو أكثر (هيدروكسيل ، −OH) متصلة مباشرة بذرة كربون مشبعة (تكون في حالة تهجين sp³). يمكن اعتبار الكحوليات كمشتقات للماء (H-O-H) ، حيث يتم استبدال ذرة هيدروجين بمجموعة وظيفية عضوية: R-O-H. في تسمية IUPAC للمركبات التي مجموعة الهيدروكسيلالمرتبطة بذرة كربون غير مشبعة (sp2 مهجن) ، يوصى باستخدام أسماء "enols" (هيدروكسيل مرتبط برابطة فينيل C = C) و "فينولات" (هيدروكسيل مرتبط بنزين أو حلقة عطرية أخرى).

الإيثرات (ethers) عبارة عن مواد عضوية لها الصيغة R-O-R1 ، حيث R و R1 عبارة عن جذور هيدروكربونية. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن مثل هذه المجموعة قد تكون جزءًا من مجموعات وظيفية أخرى من المركبات التي ليست إثيرات بسيطة (على سبيل المثال ، المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين).

استرات (استرات) - مشتقات أحماض أوكسو (كربوكسيل ومعدني) RkE (= O) l (OH) m ، (l ≠ 0) ، رسميًا كونها منتجات استبدال ذرات الهيدروجين من الهيدروكسيل-OH وظيفة الحمضلكل بقايا هيدروكربونية (أليفاتية ، ألكينيل ، عطرية أو غير متجانسة) ؛ تعتبر أيضًا من مشتقات الأسيل للكحوليات. في تسميات IUPAC لـ استراتتشمل أيضًا مشتقات الأسيل من نظائر الكالكوجينيد للكحولات (الثيول والسيلينول والتيلورول). تختلف عن الاثيرات، حيث يتم توصيل جزأين هيدروكربونيين بواسطة ذرة أكسجين (R1-O-R2).

المركبات التي تحتوي على مجموعة كاربونيل

الألدهيدات (من نازعة هيدروجين الكحول اللاتيني - كحول خالي من الهيدروجين) - فئة من المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعة كربونيل (C \ u003d O) مع بديل ألكيل واحد أو أريل.

الكيتونات عبارة عن مواد عضوية في الجزيئات التي ترتبط بها مجموعة الكاربونيل مع شقين هيدروكربونيين. الصيغة العامة للكيتونات: R1 – CO – R2. إن وجود ذرتين من الكربون في الكيتونات على وجه التحديد مرتبطان مباشرة بمجموعة الكاربونيل يميزها عن الأحماض الكربوكسيلية ومشتقاتها ، وكذلك الألدهيدات.

الكينونات هي هيكسادينون حلقي مترافق بالكامل ونظائرها الحلقية. هناك فئتان من الكينونات: شبه كينونات بترتيب شبه لمجموعات الكربونيل (1.4-كينونات) وأورثو كينون مع ترتيب أورثو لمجموعات الكربونيل (1،2-كينون). نظرًا للقدرة على الاختزال بشكل عكسي إلى الفينولات ثنائية الهيدروجين ، فإن بعض مشتقات بارا كينونات تشارك في عمليات الأكسدة البيولوجية مثل الإنزيمات المساعدة لعدد من الأكسيدوكتازات.

المركبات التي تحتوي على مجموعة الكربوكسيل (الأحماض الكربوكسيلية والإسترات)

المركبات العضوية الفلزية

الحلقية غير المتجانسة - تحتوي على ذرات غير متجانسة في تكوين الحلقة. وهي تختلف في عدد الذرات في الدورة ، في نوع الذرة غير المتجانسة ، في عدد الذرات غير المتجانسة في الدورة.

الأصل العضوي - كقاعدة عامة ، غالبًا ما تنتمي المركبات ذات البنية المعقدة جدًا إلى عدة فئات من المواد العضوية في وقت واحد ، وغالبًا ما تكون البوليمرات. لهذا السبب ، يصعب تصنيفها وعزلها في فئة منفصلة من المواد.

البوليمرات هي مواد ذات وزن جزيئي كبير جدًا ، والتي تتكون من شظايا متكررة بشكل دوري - وحدات مونومر.

هيكل الجزيئات العضوية

تتكون الجزيئات العضوية بشكل أساسي من روابط تساهمية C-C غير قطبية ، أو قطبية تساهمية نوع C-O، سي إن ، سي هال. وفقًا لنظرية لويس وكوسيل الثمانية ، يكون الجزيء مستقرًا إذا كانت المدارات الخارجية لجميع الذرات ممتلئة تمامًا. تحتاج عناصر مثل C و N و O و Halogens إلى 8 إلكترونات لملء مدارات التكافؤ الخارجية ، ويحتاج الهيدروجين فقط إلى إلكترونين. يتم تفسير القطبية من خلال تحول كثافة الإلكترون نحو الذرة الأكثر كهرسلبية.

لا تستطيع النظرية الكلاسيكية لروابط التكافؤ شرح جميع أنواع الروابط الموجودة في المركبات العضوية ، لذلك تستخدم النظرية الحديثة طرق المدارات الجزيئية والطرق الكيميائية الكمومية.

بنية المواد العضوية

لا يتم تحديد خصائص المواد العضوية فقط من خلال بنية جزيئاتها ، ولكن أيضًا من خلال عدد وطبيعة تفاعلاتها مع الجزيئات المجاورة ، وكذلك من خلال ترتيبها المكاني المتبادل. بشكل أوضح ، تتجلى هذه العوامل في الاختلاف في خصائص المواد في حالات التجميع المختلفة. لذلك ، المواد التي تتفاعل بسهولة في شكل غاز قد لا تتفاعل على الإطلاق في شكل غاز. الحالة الصلبة، أو يؤدي إلى منتجات أخرى.

في المواد العضوية الصلبة ، حيث تكون هذه العوامل أكثر وضوحًا ، يتم تمييز البلورات العضوية والأجسام غير المتبلورة. يشترك علم "كيمياء الحالة الصلبة العضوية" في وصفها ، ويرتبط أساسها باسم الفيزيائي السوفيتي عالم البلورات A.I. Kitaigorodsky. أمثلة على العضوية المفيدة المواد الصلبة- الفوسفور العضوي ، والبوليمرات المختلفة ، وأجهزة الاستشعار ، والمحفزات ، والموصلات الكهربائية ، والمغناطيسات ، إلخ.

ملامح التفاعلات العضوية

في تفاعلات غير عضويةعادة ما تكون الأيونات متورطة ، فإنها تمر بسرعة وتنتهي في درجة حرارة الغرفة. غالبًا ما تحدث الانقطاعات في التفاعلات العضوية روابط تساهميةمع تشكيل مجموعات جديدة. كقاعدة عامة ، تتطلب هذه العمليات شروطًا خاصة: درجة حرارة معينة ، ووقت رد فعل ، وغالبًا وجود عامل حفاز. عادة ، لا تحدث تفاعلات واحدة ، ولكن عدة تفاعلات في وقت واحد ، لذلك لا يتجاوز عائد المادة المستهدفة في كثير من الأحيان 50٪. لذلك ، عند تصوير التفاعلات العضوية ، لا يتم استخدام المعادلات ، ولكن يتم استخدام المخططات دون حساب قياس العناصر المتفاعلة.

يمكن أن تكون ردود الفعل شديدة بطريقة معقدةوفي عدة مراحل ، ليس بالضرورة بالطريقة التي يظهر بها التفاعل بشكل مشروط في المخطط. يمكن أن تظهر الكربوهيدرات R + و carbanions R− والجذور R · و carbenes CX2 والكاتيونات الجذرية والأنيونات الراديكالية والأنواع الأخرى النشطة أو غير المستقرة ، والتي تعيش عادةً لجزء من الثانية ، كمركبات وسيطة. وصف مفصلمن بين جميع التحولات التي تحدث على المستوى الجزيئي أثناء التفاعل تسمى آلية التفاعل ، وتصنف التفاعلات اعتمادًا على طرق تكسير وتشكيل الروابط وطرق إثارة التفاعل وجزيئاته.

تحديد بنية المركبات العضوية

طوال فترة وجود الكيمياء العضوية كعلم ، كانت المهمة المهمة هي تحديد بنية المركبات العضوية. هذا يعني معرفة الذرات التي تشكل جزءًا من المركب ، وبأي ترتيب تترابط هذه الذرات وكيف توجد في الفضاء.

هناك عدة طرق لحل هذه المشاكل.

تحليل العناصر. وهو يتألف من حقيقة أن المادة تتحلل إلى جزيئات أبسط ، يمكن من خلال عددها تحديد عدد الذرات التي يتكون منها المركب. باستخدام هذه الطريقة ، من المستحيل تحديد ترتيب الروابط بين الذرات. غالبًا ما تستخدم فقط لتأكيد الهيكل المقترح.

مطيافية الأشعة تحت الحمراء ومطيافية رامان (مطيافية الأشعة تحت الحمراء ومطياف رامان). تتفاعل المادة مع الإشعاع الكهرومغناطيسي (الضوء) لنطاق الأشعة تحت الحمراء (لوحظ الامتصاص في التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء ، ويلاحظ تشتت الإشعاع في مطياف رامان). هذا الضوء ، عند امتصاصه ، يثير مستويات الاهتزاز والدوران للجزيئات. البيانات المرجعية هي عدد وتواتر وشدة اهتزازات الجزيء المرتبطة بالتغير في العزم ثنائي القطب (مطيافية الأشعة تحت الحمراء) أو قابلية الاستقطاب (مطيافية رامان). تسمح لك الطرق بإثبات وجود مجموعات وظيفية معينة في الجزيء. غالبًا ما تستخدم لتأكيد هوية مادة الاختبار مع بعض المواد المعروفة بالفعل من خلال مقارنة الأطياف.

التحليل الطيفي الشامل. يتم تحويل المادة في ظل ظروف معينة (تأثير الإلكترون ، التأين الكيميائي ، إلخ) إلى أيونات دون فقدان الذرات (أيونات جزيئية) ومع فقدان (تجزئة). يسمح لك بتحديد الوزن الجزيئي ويسمح لك أحيانًا بإثبات وجود مجموعات وظيفية مختلفة.

طريقة الرنين المغناطيسي النووي (NMR). يعتمد على تفاعل النوى ، التي لها عزمها المغناطيسي (الدوران) ويتم وضعها في مجال مغناطيسي خارجي ثابت ، مع الإشعاع الكهرومغناطيسي في نطاق الترددات الراديوية. إحدى الطرق الرئيسية التي يمكن استخدامها لتحديد التركيب الكيميائي. تُستخدم الطريقة أيضًا لدراسة التركيب المكاني للجزيئات وديناميكيات الجزيئات. اعتمادًا على النوى التي تتفاعل مع الإشعاع ، هناك ، على سبيل المثال: طريقة الرنين المغناطيسي للبروتون (PMR). يسمح لك بتحديد موضع 1H ذرات الهيدروجين في جزيء. 19F NMR طريقة. يسمح لك بتحديد وجود وموضع ذرات الفلور في الجزيء. 31P NMR method. يسمح لك بتحديد وجود وموضع وحالة التكافؤ لذرات الفوسفور في الجزيء. طريقة 13C NMR. يسمح لك بتحديد عدد وأنواع ذرات الكربون في الجزيء. تستخدم لدراسة شكل الهيكل الكربوني للجزيء.

على عكس الثلاثة الأولى ، تستخدم الطريقة الأخيرة نظيرًا ثانويًا للعنصر ، نظرًا لأن نواة نظير الكربون الرئيسي ، 12 درجة مئوية ، لها دوران صفري ولا يمكن ملاحظتها بالرنين المغناطيسي النووي ، تمامًا مثل نواة 16O ، وهي الوحيدة نظير طبيعيالأكسجين: طريقة التحليل الطيفي للأشعة فوق البنفسجية (مطيافية الأشعة فوق البنفسجية) أو التحليل الطيفي للتحول الإلكتروني. تعتمد الطريقة على امتصاص الإشعاع الكهرومغناطيسي في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية من الطيف أثناء انتقال الإلكترونات في الجزيء من المستويات الأعلى الممتلئة إلى المستويات الشاغرة (إثارة الجزيء). غالبًا ما تستخدم لتحديد وجود وخصائص أنظمة π المترافقة الكيمياء التحليلية. إنها تسمح بتحديد وجود بعض المجموعات الوظيفية من خلال تفاعلات كيميائية محددة ، يمكن إصلاح حقيقة ذلك بصريًا أو باستخدام طرق أخرى.

الطرق الموضحة أعلاه ، كقاعدة عامة ، كافية تمامًا لتحديد بنية مادة غير معروفة.

قلة من الناس فكروا في دور الكيمياء العضوية في الحياة الإنسان المعاصر. لكنها ضخمة ، من الصعب المبالغة في تقديرها. من الصباح ، عندما يستيقظ الشخص ويذهب ليغتسل ، وحتى المساء ، عندما يذهب إلى الفراش ، يرافقه باستمرار منتجات الكيمياء العضوية. فرشاة أسنان وملابس وورق ومستحضرات تجميل وأثاث وأغراض داخلية وأكثر من ذلك بكثير - إنها تعطينا كل هذا. ولكن بمجرد أن كان كل شيء مختلفًا تمامًا ، ولم يُعرف سوى القليل جدًا عن الكيمياء العضوية.

دعونا نفكر في كيفية تطور تاريخ تطور الكيمياء العضوية على مراحل.

1. فترة التطور حتى القرن الرابع عشر تسمى عفوية.

2. الخامس عشر - القرن السابع عشر - بداية التطور أو الكيمياء العلاجية ، الكيمياء.

3. القرن الثامن عشر - التاسع عشر - هيمنة نظرية الحيوية.

4. القرن التاسع عشر - القرن العشرين - التنمية المكثفة ، المرحلة العلمية.

البداية ، أو المرحلة التلقائية في تكوين كيمياء المركبات العضوية

تشير هذه الفترة إلى أصل مفهوم الكيمياء ، الأصول. والأصول تعود إلى روما القديمةومصر ، حيث تعلم سكان قادرون جدًا استخراج الأشياء والملابس من المواد الخام الطبيعية - أوراق وسيقان النباتات من أجل تلوين الأشياء. كانوا نيليين ، يعطون ثراء لون ازرق، واليزورين ، الذي يرسم حرفياً كل شيء بدرجات اللون البرتقالي والأحمر المثيرة والجذابة. كما تعلم السكان الرشيقون بشكل غير عادي من جنسيات مختلفة في نفس الوقت كيفية الحصول على الخل وصنع المشروبات الكحولية من السكر والمواد المحتوية على النشا من أصل نباتي.

من المعروف أن المنتجات الشائعة جدًا المستخدمة خلال هذه الفترة التاريخية كانت الدهون الحيوانية والراتنجات والزيوت النباتية ، والتي كان يستخدمها المعالجون والطهاة. وكذلك تم استخدام السموم المختلفة بكثافة ، كسلاح رئيسي للعلاقات الداخلية. كل هذه المواد هي منتجات كيمياء عضوية.

ولكن ، للأسف ، على هذا النحو ، لم يكن مفهوم "الكيمياء" موجودًا ، ولم تحدث دراسة مواد معينة من أجل توضيح الخصائص والتكوين. لهذا فترة معينةويسمى طبيعية. كانت جميع الاكتشافات عشوائية وغير هادفة وذات مغزى يومي. استمر هذا حتى القرن المقبل.

تعتبر الفترة العلاجية الكيميائية بداية واعدة للتطور

في الواقع ، بدأ ظهور الأفكار المباشرة حول الكيمياء كعلم في القرنين السادس عشر والسابع عشر. بفضل عمل العلماء في ذلك الوقت ، تم الحصول على بعض المواد العضوية ، وتم اختراع أبسط أجهزة تقطير وتسامي المواد ، واستخدمت أواني كيميائية خاصة لطحن المواد ، وفصل المنتجات الطبيعية إلى مكونات.

كان الاتجاه الرئيسي للعمل في ذلك الوقت هو الطب. أدت الرغبة في الحصول على الأدوية اللازمة إلى حقيقة أنه تم استخراج الزيوت الأساسية والمواد الخام الأخرى من النباتات. لذلك حصل كارل شيل على بعض الأحماض العضوية من المواد النباتية:

تفاح؛
ليمون؛
غاليك.
ألبان؛
أكساليك.

استغرق الأمر من العالم 16 عامًا لدراسة النباتات وعزل هذه الأحماض (من 1769 إلى 1785). كانت هذه بداية التطور ، حيث تم وضع أسس الكيمياء العضوية ، والتي تم تحديدها مباشرة وتسميتها لاحقًا كفرع من الكيمياء ( 18 في وقت مبكرمئة عام).

في نفس الفترة من العصور الوسطى ، عزل جي إف رويل بلورات حمض اليوريك من اليوريا. حصل الكيميائيون الآخرون على حمض السكسينيك من العنبر وحمض الطرطريك. يتم استخدام طريقة التقطير الجاف للمواد الخام النباتية والحيوانية ، بفضل حمض الأسيتيك وثنائي إيثيل الإيثر وكحول الخشب.

كانت هذه بداية التطور المكثف لصناعة الكيماويات العضوية في المستقبل.

Vis الحيوية ، أو "Life Force"

الثامن عشر - التاسع عشر قرون للكيمياء العضوية ذات شقين: من ناحية ، هناك سطر كاملاكتشافات ذات أهمية كبيرة. من ناحية أخرى ، لفترة طويلة ، أعاقت النظرية السائدة للحيوية نمو وتراكم المعرفة الضرورية والأفكار الصحيحة.

تم تقديم هذه النظرية قيد الاستخدام وتم تعيينها على أنها النظرية الرئيسية بواسطة Jens Jacobs Berzelius ، الذي قدم في نفس الوقت تعريف الكيمياء العضوية ( السنة بالضبطغير معروف ، إما 1807 أو 1808). وفقًا لأحكام هذه النظرية ، لا يمكن تكوين المواد العضوية إلا في الكائنات الحية (النباتات والحيوانات ، بما في ذلك البشر) ، نظرًا لأن الكائنات الحية فقط لها "قوة حياة" خاصة تسمح بإنتاج هذه المواد. بينما من مواد غير عضويةمن المستحيل تمامًا الحصول على المنتجات العضوية ، لأنها منتجات ذات طبيعة غير حية ، وغير قابلة للاشتعال ، دون الحاجة إلى الحيوية.

اقترح نفس العالم التصنيف الأول لجميع المركبات المعروفة في ذلك الوقت إلى غير عضوية (غير حية ، جميع المواد مثل الماء والملح) والعضوية (الحية ، مثل زيت الزيتون والسكر). كان Berzelius أيضًا أول من حدد على وجه التحديد ماهية الكيمياء العضوية. بدا التعريف على هذا النحو: هذا فرع من فروع الكيمياء يدرس المواد المعزولة من الكائنات الحية.

خلال هذه الفترة ، قام العلماء بسهولة بتحويل المواد العضوية إلى مواد غير عضوية ، على سبيل المثال ، أثناء الاحتراق. ومع ذلك ، لا يوجد شيء معروف عن إمكانية حدوث تحولات عكسية.

كان من دواعي سرور Fate التخلص منه بحيث كان تلميذ Jens Berzelius ، فريدريك ويلر ، هو الذي ساهم في بداية انهيار نظرية أستاذه.

عمل عالم ألماني على مركبات السيانيد وفي إحدى تجاربه تمكن من الحصول على بلورات مشابهة لحمض البوليك. نتيجة لمزيد من البحث الدقيق ، كان مقتنعًا بأنه تمكن حقًا من الحصول على المواد العضوية من المواد غير العضوية دون أي حيوية. مهما كان بيرزيليوس متشككًا ، فقد أُجبر على الاعتراف بهذه الحقيقة التي لا جدال فيها. وهكذا تم توجيه الضربة الأولى لوجهات النظر الحيوية. بدأ تاريخ تطور الكيمياء العضوية يكتسب الزخم.

سلسلة من الاكتشافات التي سحقت النزعة الحيوية

ألهم نجاح Wöhler الكيميائيين في القرن الثامن عشر ، لذلك بدأت الاختبارات والتجارب على نطاق واسع من أجل الحصول على المواد العضوية في ظروف اصطناعية. هذه التوليفات التي لها حاسم و أعلى قيمةتم صنع العديد منها.

1845 - تمكن Adolf Kolbe ، الذي كان طالبًا في Wehler ، من الحصول على حمض الأسيتيك ، وهو مادة عضوية ، من مواد غير عضوية بسيطة C ، H 2 ، O 2 عن طريق تخليق كامل متعدد المراحل.
1812 ـ صنع كونستانتين كيرشوف الجلوكوز من النشا والحمض.
1820 قام Henri Braconnot بتغيير طبيعة البروتين بالحمض ثم عالج الخليط بحمض النيتريك وحصل على أول الأحماض الأمينية العشرين التي تم تصنيعها لاحقًا - الجلايسين.
1809 درس ميشيل شيفريل تكوين الدهون ، محاولًا تقسيمها إلى مكوناتها. نتيجة لذلك ، حصل على الأحماض الدهنية والجلسرين. 1854 واصل جان بيرثيلوت عمل شيفريل والجلسرين المسخن بالنتيجة - دهون تكرر بالضبط بنية المركبات الطبيعية. في المستقبل ، تمكن من الحصول على دهون وزيوت أخرى ، والتي كانت مختلفة بعض الشيء في التركيب الجزيئي عن نظيراتها الطبيعية. أي أنه أثبت إمكانية الحصول على مركبات عضوية جديدة ذات أهمية كبيرة في ظروف المختبر.
J. Berthelot الميثان المركب من كبريتيد الهيدروجين (H 2S) وثاني كبريتيد الكربون (CS 2).
1842 تمكن زينين من تصنيع صبغة الأنيلين من النيتروبنزين. في المستقبل ، تمكن من الحصول على عدد من أصباغ الأنيلين.
أنشأ A. Bayer مختبره الخاص ، حيث يشارك في التوليف الفعال والناجح للأصباغ العضوية المشابهة للأصباغ الطبيعية: alizarin ، indigo ، anthroquinone ، xanthene.
1846 توليف النتروجليسرين من قبل العالم سوبريرو. كما طور نظرية الأنواع ، والتي تقول أن المواد تشبه بعض المواد غير العضوية ويمكن الحصول عليها عن طريق استبدال ذرات الهيدروجين في الهيكل.
1861 م صنع بتليروف مادة سكرية من الفورمالين. كما صاغ أحكام نظرية التركيب الكيميائي للمركبات العضوية ذات الصلة بهذا اليوم.

حددت كل هذه الاكتشافات موضوع الكيمياء العضوية - الكربون ومركباته. تهدف الاكتشافات الأخرى إلى دراسة آليات التفاعلات الكيميائية في المادة العضوية ، وتحديد الطبيعة الإلكترونية للتفاعلات ، وفحص بنية المركبات.

النصف الثاني من القرنين التاسع عشر والعشرين - زمن الاكتشافات الكيميائية العالمية

لقد شهد تاريخ تطور الكيمياء العضوية تغيرات أكبر بمرور الوقت. عمل العديد من العلماء على آليات العمليات الداخلية في الجزيئات ، في التفاعلات والأنظمة قد أسفر عن نتائج مثمرة. لذلك ، في عام 1857 ، طور فريدريش كيكول نظرية التكافؤ. كما أنه ينتمي إلى أعظم ميزة - اكتشاف بنية جزيء البنزين. في الوقت نفسه ، صاغ A.M. Butlerov أحكام نظرية بنية المركبات ، والتي أشار فيها إلى رباعي الكربون وظاهرة وجود التماكب والأيزومرات.

ماركوفنيكوف وأيه إم زايتسيف يتعمقان في دراسة آليات التفاعلات في المادة العضوية ويصوغان عددًا من القواعد التي تشرح وتؤكد هذه الآليات. في 1873 - 1875. يدرس ويسليسينوس وفانت هوف ولوبيل الترتيب المكاني للذرات في الجزيئات ، ويكتشفون وجود أيزومرات مجسمة ويصبحون مؤسسي علم كامل - الكيمياء الفراغية. الكثير من أناس مختلفونشارك في إنشاء مجال المواد العضوية التي لدينا اليوم. لذلك ، فإن علماء الكيمياء العضوية يستحقون الاهتمام.

كانت نهاية القرنين التاسع عشر والعشرين حقبة الاكتشافات العالمية في المستحضرات الصيدلانية وصناعة الطلاء والورنيش وكيمياء الكم. ضع في اعتبارك الاكتشافات التي قدمت أقصى قيمةالكيمياء العضوية.

1881 م.كونراد وم.
تلقى 1883 لام كنور أنتيبيرين.
1884 تلقى F. Stoll هرمًا.
1869 حصل الأخوان حياة على أول ألياف صناعية.
1884 د. ايستمان توليف فيلم فوتوغرافي سيليلويد.
1890 ل.تم الحصول على ألياف النحاس والأمونيا.
1891 حصل الفصل كروس وزملاؤه على مادة الفيسكوز.
1897 أسس ف. ميشر وبوشنر النظرية (تم اكتشاف التخمير الخالي من الخلايا والإنزيمات كمحفزات حيوية).
1897 اكتشف ف. Misher احماض نووية.
بداية القرن العشرين - كيمياء جديدة لمركبات العناصر العضوية.
1917 اكتشف لويس الطبيعة الإلكترونية للرابطة الكيميائية في الجزيئات.
1931 هوكل هو مؤسس آليات الكم في الكيمياء.
1931-1933 يؤيد Laimus Pauling نظرية الرنين ، وبعد ذلك يكشف موظفيه عن جوهر الاتجاهات في التفاعلات الكيميائية.
1936 تصنيع النايلون.
1930-1940 A. E. Arbuzov يؤدي إلى تطوير مركبات الفسفور العضوي ، والتي هي الأساس لإنتاج البلاستيك والأدوية والمبيدات الحشرية.
1960 قام الأكاديمي Nesmeyanov وطلابه بإنشاء أول غذاء اصطناعي في المختبر.
1963 تلقى Du Vigne الأنسولين ، وهو تقدم كبير في الطب.
1968 تمكن الهندي H.G. Korana من الحصول على جين بسيط ساعد في فك الشفرة الجينية.

وبالتالي ، فإن أهمية الكيمياء العضوية في حياة الناس هي ببساطة هائلة. البلاستيك والبوليمرات والألياف والدهانات والورنيشات والمطاط والمطاط والمواد البلاستيكية والبولي بروبيلين والبولي إيثيلين والعديد من المواد الحديثة الأخرى ، والتي بدونها من المستحيل تخيلها اليوم. ممكن الحياةقطعوا شوطا طويلا لاكتشافهم. ساهم مئات العلماء بسنوات عديدة من العمل الشاق لتشكيل تاريخ مشترك لتطور الكيمياء العضوية.

النظام الحديث للمركبات العضوية

بعد أن قطعت طريقًا طويلًا وصعبًا في التنمية ، فإن الكيمياء العضوية لا تقف مكتوفة الأيدي اليوم. أكثر من 10 ملايين مركب معروف ، وهذا العدد يتزايد كل عام. لذلك ، هناك بنية منظمة معينة لترتيب المواد التي تعطينا الكيمياء العضوية. يتم عرض تصنيف المركبات العضوية في الجدول.

فئة الاتصال	السمات الهيكلية	الصيغة العامة
الهيدروكربونات (تتكون من ذرات الكربون والهيدروجين فقط)	مشبعة (فقط شارع سيجما) ؛ غير المشبعة (سيجما وباي ستريت) ؛ لا دوري. دوري.	الألكانات C n H 2n + 2 ؛ الألكينات ، الألكانات الحلقية C n H 2n ؛ Alkynes، alkadienes C n H 2n-2؛ Arenas C 6 H 2n-6.
المواد التي تحتوي على ذرات غير متجانسة مختلفة في المجموعة الرئيسية	الهالوجينات. مجموعة OH (الكحولات والفينولات) ؛ تجميع R-O-R
مركبات الكربونيل	الألدهيدات. الكيتونات. كينونات.	R-C (H) = O
المركبات التي تحتوي على مجموعة الكربوكسيل	الأحماض الكربوكسيلية؛ استرات.
المركبات التي تحتوي على الكبريت أو النيتروجين أو الفوسفور في الجزيء	يمكن أن تكون دورية أو غير دورية	-
مركبات العضوية	يرتبط الكربون مباشرة بعنصر آخر ، وليس الهيدروجين	إس إي
المركبات العضوية الفلزية	الكربون المرتبط بالمعدن	S-Me
المركبات الحلقية غير المتجانسة	يعتمد الهيكل على دورة ذات ذرات غير متجانسة	-
مواد طبيعية	توجد جزيئات بوليمر كبيرة في المركبات الطبيعية	البروتينات والأحماض النووية والأحماض الأمينية والقلويدات ، إلخ.
البوليمرات	مواد ذات وزن جزيئي كبير تعتمد على وحدات مونومر	ن (-R-R-R-)

تعتبر دراسة المجموعة الكاملة للمواد والتفاعلات التي تدخل فيها موضوع الكيمياء العضوية اليوم.

أنواع الروابط الكيميائية في المواد العضوية

بالنسبة لأي مركبات ، تعتبر التفاعلات الساكنة الإلكترونية داخل الجزيئات مميزة ، والتي يتم التعبير عنها في المواد العضوية في وجود قطبي تساهمي وتساهمي روابط غير قطبية. في المركبات العضوية المعدنية ، يكون تكوين تفاعل أيوني ضعيف ممكنًا.

تنشأ بين تفاعل سي سيفي الكل جزيئات عضوية. التفاعل القطبي التساهمي هو سمة من سمات الذرات غير المعدنية المختلفة في الجزيء. على سبيل المثال ، C-Hal و C-H و C-O و C-N و C-P و C-S. هذه كلها روابط في الكيمياء العضوية توجد لتكوين مركبات.

أصناف صيغ المواد في المادة العضوية

تسمى الصيغ الأكثر شيوعًا التي تعبر عن التركيب الكمي للمركب بالصيغ التجريبية. توجد مثل هذه الصيغ لكل مادة غير عضوية. ولكن عندما يتعلق الأمر بتجميع الصيغ في المواد العضوية ، واجه العلماء العديد من المشكلات. أولاً ، كتلة العديد منهم بالمئات ، بل بالآلاف. من الصعب تحديد صيغة تجريبية لمثل هذه المادة الضخمة. لذلك ، بمرور الوقت ، ظهر فرع من الكيمياء العضوية مثل التحليل العضوي. يعتبر العلماء Liebig و Wehler و Gay-Lussac و Berzelius مؤسسيها. لقد كانوا ، جنبًا إلى جنب مع أعمال A.M. Butlerov ، هم الذين حددوا وجود الأيزومرات - وهي مواد لها نفس التركيب النوعي والكمي ، ولكنها تختلف في التركيب الجزيئي والخصائص. هذا هو السبب في أن بنية المركبات العضوية لا يتم التعبير عنها اليوم من خلال صيغة تجريبية ، ولكن من خلال صيغة هيكلية كاملة أو هيكلية مختصرة.

هذه الهياكل مميزة و السمة المميزةأن الكيمياء العضوية. تتم كتابة الصيغ باستخدام شرطات تدل على الروابط الكيميائية. على سبيل المثال ، الصيغة الهيكلية المختصرة للبيوتان ستكون CH 3 - CH 2 - CH 2 - CH 3. توضح الصيغة الهيكلية الكاملة جميع الروابط الكيميائية الموجودة في الجزيء.

هناك أيضًا طريقة لكتابة الصيغ الجزيئية للمركبات العضوية. يبدو مثل تجريبي في غير عضوي. بالنسبة للبيوتان ، على سبيل المثال ، سيكون: C 4 H 10. هذا هو الصيغة الجزيئيةيعطي فكرة فقط عن التركيب النوعي والكمي للمركب. الروابط الهيكلية تميز الروابط في الجزيء ، لذلك يمكن استخدامها للتنبؤ بالخصائص المستقبلية والسلوك الكيميائي للمادة. هذه هي الميزات التي تمتلكها الكيمياء العضوية. تتم كتابة الصيغ بأي شكل ، كل منها يعتبر صحيحًا.

أنواع التفاعلات في الكيمياء العضوية

يوجد تصنيف معين للكيمياء العضوية وفقًا لنوع التفاعلات التي تحدث. علاوة على ذلك ، هناك العديد من هذه التصنيفات ، وفقًا لمعايير مختلفة. دعونا ننظر في أهمها.

آليات التفاعلات الكيميائية حسب طرق تكسير وتشكيل الروابط:

متماثل أو جذري.
مغاير أو أيوني.

ردود الفعل حسب أنواع التحولات:

سلسلة جذرية
استبدال الأليفاتية النواة ؛
استبدال عطري نووي ؛
ردود فعل القضاء
إضافة محبة للكهرباء
تركيز؛
تفتيت.
استبدال المحبة للكهرباء
ردود فعل إعادة الترتيب.

وفقًا لطريقة بدء التفاعل (البدء) ووفقًا للترتيب الحركي ، يتم أيضًا تصنيف التفاعلات أحيانًا. هذه هي السمات الرئيسية للتفاعلات التي تمتلكها الكيمياء العضوية. نظرية تصف تفاصيل مسار كل منها تفاعل كيميائيتم اكتشافه في منتصف القرن العشرين ولا يزال يتم تأكيده واستكماله مع كل اكتشاف وتوليف جديد.

وتجدر الإشارة إلى أن التفاعلات في المادة العضوية ، بشكل عام ، تتم في ظل ظروف أكثر شدة مما يحدث في الكيمياء غير العضوية. ويرجع ذلك إلى زيادة استقرار جزيئات المركبات العضوية بسبب تكوين روابط قوية داخل الجزيئات وبين الجزيئات. لذلك ، لا يكتمل أي تفاعل تقريبًا بدون زيادة درجة الحرارة أو الضغط أو استخدام عامل حفاز.

التعريف الحديث للكيمياء العضوية

بشكل عام ، اتبعت تطور الكيمياء العضوية مسارًا مكثفًا على مدى عدة قرون. متراكم كمية كبيرةمعلومات عن المواد وهياكلها وردود الفعل التي يمكن أن تدخل فيها. تم تصنيع الملايين من المواد الخام المفيدة والضرورية أكثر من غيرها مناطق مختلفةالعلم والتكنولوجيا والصناعة. يُنظر إلى مفهوم الكيمياء العضوية اليوم على أنه شيء عظيم وكبير ومتعدد ومعقد ومتنوع وهام.

في وقت ما ، كان التعريف الأول لهذا الفرع العظيم من الكيمياء هو ذلك الذي قدمه برزيليوس: إنها الكيمياء التي تدرس المواد المعزولة من الكائنات الحية. منذ تلك اللحظة ، مر الكثير من الوقت ، تم إجراء العديد من الاكتشافات و عدد كبير منآليات العمليات داخل الكيمياء. نتيجة لذلك ، يوجد اليوم مفهوم مختلف لماهية الكيمياء العضوية. يتم تعريفه على النحو التالي: هو كيمياء الكربون وجميع مركباته ، وكذلك طرق تركيبها.

الكيمياء العضوية هي العلم الذي يدرس مركبات الكربون تسمىمواد عضوية. في هذا الصدد ، تسمى الكيمياء العضوية أيضًا كيمياء مركبات الكربون.

فيما يلي أهم أسباب فصل الكيمياء العضوية إلى علم منفصل.

1. العديد من المركبات العضوية بالمقارنة مع غير العضوية.

عدد المركبات العضوية المعروفة (حوالي 6 ملايين) يتجاوز بشكل كبير عدد المركبات لجميع العناصر الأخرى النظام الدوريمندليف.في الوقت الحاضر ، هناك حوالي 700000 مركب غير عضوي معروف ، ويتم الآن الحصول على ما يقرب من 150.000 مركب عضوي جديد في عام واحد. هذا ليس فقط من خلال حقيقة أن الكيميائيين يشاركون بشكل مكثف بشكل خاص في تركيب ودراسة المركبات العضوية ، ولكن أيضًا من خلال القدرة الخاصة لعنصر الكربون على إعطاء مركبات تحتوي على عدد غير محدود تقريبًا من ذرات الكربون المرتبطة في سلاسل ودورات.

2. المواد العضوية لها أهمية استثنائية سواء بسبب تطبيقاتها العملية المتنوعة للغاية ولأنها تلعب دورًا حاسمًا في عمليات حياة الكائنات الحية.

3. توجد فروق ذات دلالة إحصائية في خصائص وتفاعل المركبات العضوية من غير العضوية, نتيجة لذلك ، نشأت الحاجة إلى تطوير العديد من الطرق المحددة لدراسة المركبات العضوية.

موضوع الكيمياء العضوية هو دراسة طرق تحضير وتكوين وتركيب وتطبيقات أهم فئات المركبات العضوية.

2. استعراض تاريخي موجز لتطور الكيمياء العضوية

تشكلت الكيمياء العضوية كعلم في بداية القرن التاسع عشر ، لكن معرفة الإنسان بالمواد العضوية وتطبيقها لأغراض عملية بدأ في العصور القديمة. كان أول حمض معروف هو الخل أو محلول مائي من حمض الأسيتيك. عرفت الشعوب القديمة تخمر عصير العنب ، فقد عرفوا طريقة بدائية للتقطير واستخدموه للحصول على زيت التربنتين ؛ عرف الغال والألمان كيفية صنع الصابون. في مصر والغال وألمانيا عرفوا كيف يصنعون الجعة.

في الهند وفينيقيا ومصر ، تم تطوير فن الصباغة بمساعدة المواد العضوية بشكل كبير. بالإضافة إلى ذلك ، استخدمت الشعوب القديمة مواد عضوية مثل الزيوت والدهون والسكر والنشا والصمغ والراتنجات والنيلي وما إلى ذلك.

فترة التطوير المعرفة الكيميائيةفي العصور الوسطى (تقريبًا حتى القرن السادس عشر) كانت تسمى فترة الخيمياء. ومع ذلك ، كانت دراسة المواد غير العضوية أكثر نجاحًا من دراسة المواد العضوية. ظلت المعلومات حول هذا الأخير محدودة تقريبًا كما كانت في العصور القديمة. تم إحراز بعض التقدم من خلال تحسين طرق التقطير. بهذه الطريقة ، على وجه الخصوص ، تم عزل العديد من الزيوت الأساسية وتم الحصول على كحول نبيذ قوي ، والذي كان يعتبر أحد المواد التي يمكنك من خلالها تحضير حجر الفيلسوف.

نهاية القرن الثامن عشر تميزت بنجاحات ملحوظة في دراسة المواد العضوية ، وبدأ التحقيق في المواد العضوية من محض نقطة علميةرؤية. خلال هذه الفترة ، تم عزل عدد من أهم الأحماض العضوية (الأكساليك ، الستريك ، الماليك ، الغاليك) من النباتات ووصفها ، ووجد أن الزيوت والدهون تحتوي ، كمكون مشترك ، على "البداية الحلوة للزيوت" (الجلسرين) ، إلخ.

بدأت تدريجيًا في تطوير دراسات المواد العضوية - منتجات النشاط الحيوي للكائنات الحية. على سبيل المثال ، تم عزل اليوريا وحمض البوليك من بول الإنسان ، وعزل حمض الهيبوريك من بول البقر والحصان.

كان تراكم المواد الواقعية الهامة دافعًا قويًا لدراسة أعمق للمادة العضوية.

تم تقديم مفاهيم المواد العضوية والكيمياء العضوية لأول مرة من قبل العالم السويدي بيرزيليوس (1827). في كتاب الكيمياء الذي مر بالعديد من الطبعات ، يعبّر Berzelius عن الاقتناع بأنه "في الطبيعة الحية ، تخضع العناصر لقوانين مختلفة عن تلك الموجودة في المواد التي لا حياة لها" وأن المواد العضوية لا يمكن أن تتشكل تحت تأثير المواد الفيزيائية والعادية. القوى الكيميائية، ولكن تتطلب لتعليمهم خاصة " قوة الحياة". عرّف الكيمياء العضوية بأنها "كيمياء المواد النباتية والحيوانية ، أو المواد المتكونة تحت تأثير القوة الحيوية". أثبت التطور اللاحق للكيمياء العضوية مغالطة هذه الآراء.

في عام 1828 ، أظهر Wöhler أن مادة غير عضوية - سيانات الأمونيوم - عند تسخينها ، تتحول إلى نفايات كائن حي - اليوريا.

في عام 1845 ، صنع كولبي مادة عضوية نموذجية - حمض الأسيتيك ، باستخدام الفحم والكبريت والكلور والماء كمواد أولية. في فترة قصيرة نسبيًا ، تم تصنيع عدد من الأحماض العضوية الأخرى ، والتي تم عزلها سابقًا فقط من النباتات.

في عام 1854 ، نجح Berthelot في تصنيع مواد تنتمي إلى فئة الدهون.

في عام 1861 ، قام A.M.Butlerov ، من خلال عمل ماء الجير على بارافورمالدهيد ، لأول مرة بتركيب ميثيلين نيتين ، وهي مادة تنتمي إلى فئة السكريات ، والتي ، كما هو معروف ، تلعب دورًا مهمًا في العمليات الحيوية لـ الكائنات الحية.

كل هذه اكتشافات علميةأدى إلى انهيار النزعة الحيوية - العقيدة المثالية لـ "قوة الحياة".

من كل الصنف مركبات كيميائية معظم(أكثر من أربعة ملايين) يحتوي على الكربون. كلها تقريبا عضوية. توجد المركبات العضوية في الطبيعة ، مثل الكربوهيدرات والبروتينات والفيتامينات ، فهي تلعب دورًا مهمًا في حياة الحيوانات والنباتات. العديد من المواد العضوية وخلائطها (بلاستيك ، مطاط ، زيت ، غاز طبيعيوغيرها) ذات أهمية كبيرة لتنمية الاقتصاد الوطني للبلاد.

تسمى كيمياء مركبات الكربون بالكيمياء العضوية. هكذا قال الكيميائي العضوي الروسي العظيم أ.م. بتليروف. ومع ذلك ، لا يتم عادةً تصنيف جميع مركبات الكربون على أنها عضوية. يتم تصنيف المواد البسيطة مثل أول أكسيد الكربون (II) CO ، وثاني أكسيد الكربون CO2 ، وحمض الكربونيك H2CO3 وأملاحه ، على سبيل المثال ، CaCO3 ، K2CO3 ، على أنها المركبات غير العضوية. قد يشمل تكوين المواد العضوية بالإضافة إلى الكربون عناصر أخرى. الأكثر شيوعًا هي الهيدروجين والهالوجينات والأكسجين والنيتروجين والكبريت والفوسفور. هناك أيضًا مواد عضوية تحتوي على عناصر أخرى ، بما في ذلك المعادن.

2. هيكل ذرة الكربون (C) ، هيكل غلافها الإلكتروني

2.1 قيمة ذرة الكربون (C) في التركيب الكيميائي للمركبات العضوية

كربون (لات. كاربونيوم) ، ج ، عنصر كيميائيالمجموعات الفرعية IVa من النظام الدوري ؛ العدد الذري 6 ، الكتلة الذرية 12.0107 ، تشير إلى اللافلزات. يتكون الكربون الطبيعي من نوكليدين مستقرين - 12 درجة مئوية (98.892٪ بالكتلة) و 13 درجة مئوية (1.108٪) وواحد غير مستقر - C بعمر نصف يبلغ 5730 عامًا.

التوزيع في الطبيعة. يمثل الكربون 0.48٪ من الوزن قشرة الأرض، حيث تحتل المركز السابع عشر من بين عناصر أخرى من حيث المحتوى. الصخور الرئيسية الحاملة للكربون هي الكربونات الطبيعية (الحجر الجيري والدولوميت) ؛ كمية الكربون فيها حوالي 9.610 طن.

في الحالة الحرة ، يحدث الكربون في الطبيعة في شكل وقود أحفوري ، وكذلك في شكل معادن - الماس والجرافيت. يتركز حوالي 1013 طنًا من الكربون في الوقود الأحفوري مثل الفحم الصلب والبني ، والجفت ، والصخر الزيتي ، والبيتومين ، والتي تشكل تراكمات قوية في أحشاء الأرض ، وكذلك في الغازات الطبيعية القابلة للاحتراق. الماس نادر للغاية. حتى صخور الألماس (الكمبرليت) لا تحتوي على أكثر من 9-10٪ من الألماس التي تزن ، كقاعدة عامة ، 0.4 غرام. ماس كبيرعادة ما يتم إعطاؤه اسمًا محددًا. تم العثور على أكبر ماسة كولينان وزنها 621.2 جم (3106 قيراط) في جنوب أفريقيا(ترانسفال) عام 1905 ، وأكبر ماسة روسية "أورلوف" وزنها 37.92 جم (190 قيراطًا) - في سيبيريا في منتصف القرن السابع عشر.

أسود-رمادي معتم ، دهني بلمعة معدنية ، الجرافيت عبارة عن تراكم لجزيئات بوليمرية مسطحة من ذرات الكربون ، متراصة فوق بعضها البعض. في هذه الحالة ، تكون الذرات داخل الطبقة مترابطة بقوة أكبر من الذرات الموجودة بين الطبقات.

الماس أمر آخر. في الكريستال عديم اللون والشفاف وعالي الانكسار ، ترتبط كل ذرة كربون روابط كيميائيةمع أربع من نفس الذرات الموجودة في رؤوس رباعي الوجوه. جميع الروابط لها نفس الطول وهي قوية جدًا. إنها تشكل إطارًا مستمرًا ثلاثي الأبعاد في الفضاء. بلورة الماس بأكملها ، كما كانت ، جزيء بوليمر عملاق ليس له أماكن "ضعيفة" ، لأن قوة جميع الروابط هي نفسها.

كثافة الماس عند 20 درجة مئوية هي 3.51 جم / سم 3 ، والجرافيت - 2.26 جم / سم 3. الخصائص الفيزيائيةالماس (الصلابة ، التوصيل الكهربائي ، معامل التمدد الحراري) هي نفسها تقريبًا في جميع الاتجاهات ؛ إنه أقسى المواد الموجودة في الطبيعة. في الجرافيت ، تختلف هذه الخصائص في اتجاهات مختلفة - عموديًا أو موازيًا لطبقات ذرات الكربون - اختلافًا كبيرًا: مع القوى الجانبية الصغيرة ، تنحرف الطبقات المتوازية من الجرافيت بالنسبة لبعضها البعض ويتم فصلها إلى رقائق منفصلة تترك علامة على الورق . وفقًا لخصائصه الكهربائية ، يعتبر الماس عازلًا للكهرباء ، بينما يقوم الجرافيت بتوصيل الكهرباء.

الماس ، عند تسخينه دون دخول الهواء فوق 1000 درجة مئوية ، يتحول إلى جرافيت. لا يتغير الجرافيت في ظل التسخين المستمر في نفس الظروف حتى 3000 درجة مئوية ، عندما يتسامح دون أن يذوب. يحدث الانتقال المباشر للجرافيت إلى الماس فقط في درجات حرارة أعلى من 3000 درجة مئوية وضغط هائل - حوالي 12 جيجا باسكال.

ثالث تعديل متآثرالكربون - كاربين - تم الحصول عليه صناعيا. إنه مسحوق أسود بلوري ناعم. في هيكلها ، سلاسل طويلة من ذرات الكربون متوازية مع بعضها البعض. كل سلسلة لها هيكل (-C = C) L أو (= C = C =) L. متوسط كثافة الكاربين بين الجرافيت والماس هو 2.68-3.30 جم / سم 3. واحد من دلائل الميزاتكاربين - توافقه مع الأقمشة جسم الانسان، مما يسمح باستخدامه ، على سبيل المثال ، في صناعة المواد الاصطناعية الأوعية الدموية(رسم بياني 1).

لم تحصل Fullerenes على اسمها تكريما للكيميائي ، ولكن تكريما للمهندس الأمريكي R. Fuller ، الذي اقترح بناء حظائر وهياكل أخرى على شكل قباب ، يتكون سطحها من خماسيات وسداسيات (مثل هذه القبة كانت بنيت ، على سبيل المثال ، في حديقة سوكولنيكي في موسكو).

يتميز الكربون أيضًا بحالة ذات هيكل مضطرب - وهذا ما يسمى. كربون غير متبلور (السخام ، فحم الكوك ، الفحم) 2 - الحصول على الكربون (ج):

معظم المواد من حولنا هي مركبات عضوية. هذه هي أنسجة الحيوانات والنباتات ، والأغذية والأدوية والملابس (القطن والصوف والألياف الصناعية) والوقود (النفط والغاز الطبيعي) والمطاط والبلاستيك والمنظفات. حاليًا ، أكثر من 10 ملايين من هذه المواد معروفة ، ويزداد عددها بشكل كبير كل عام بسبب حقيقة أن العلماء يعزلون مواد غير معروفة من كائنات طبيعيةوإنشاء مركبات جديدة غير موجودة في الطبيعة.

ترتبط هذه المجموعة المتنوعة من المركبات العضوية بالميزة الفريدة لذرات الكربون لتكوين روابط تساهمية قوية ، سواء فيما بينها أو مع الذرات الأخرى. يمكن لذرات الكربون ، التي ترتبط ببعضها البعض مع كل من الروابط الفردية والمتعددة ، أن تشكل سلاسل من أي طول ودورات تقريبًا. ترتبط مجموعة متنوعة من المركبات العضوية أيضًا بوجود ظاهرة التماثل.

تحتوي جميع المركبات العضوية تقريبًا أيضًا على الهيدروجين ، وغالبًا ما تحتوي على ذرات الأكسجين والنيتروجين ، وفي كثير من الأحيان - الكبريت والفوسفور والهالوجينات. يتم تجميع المركبات التي تحتوي على ذرات من أي عناصر (باستثناء O و N و S والهالوجينات) المرتبطة مباشرة بالكربون تحت اسم مركبات العناصر العضوية ؛ المجموعة الرئيسية من هذه المركبات هي المركبات العضوية المعدنية (الشكل 3).

يتطلب عدد كبير من المركبات العضوية تصنيفها الواضح. أساس المركب العضوي هو الهيكل العظمي للجزيء. يمكن أن يكون للهيكل العظمي هيكل مفتوح (غير مغلق) ، ثم يسمى المركب غير الحلق (الأليفاتية ؛ المركبات الأليفاتية تسمى أيضًا المركبات الدهنية ، حيث تم عزلها أولاً من الدهون) ، وهيكل مغلق ، ثم يسمى دوري. يمكن أن يكون الهيكل العظمي من الكربون (يتكون فقط من ذرات الكربون) أو يحتوي على ذرات أخرى غير الكربون - ما يسمى. الذرات غير المتجانسة ، غالبًا الأكسجين والنيتروجين والكبريت. تنقسم المركبات الحلقية إلى كربوكسيليك (كربون) ، والذي يمكن أن يكون عطريًا وأليكليكلي (يحتوي على حلقة واحدة أو أكثر) ، وحلقة غير متجانسة.

لا يتم تضمين ذرات الهيدروجين والهالوجين في الهيكل العظمي ، ويتم تضمين الذرات غير المتجانسة في الهيكل العظمي فقط إذا كان لديهم رابطان كربونيان على الأقل. نعم في الكحول الإيثيلي CH3CH2OH لا يتم تضمين ذرة الأكسجين في الهيكل العظمي للجزيء ، ولكن في ثنائي ميثيل الأثير CH3OCH3 يتم تضمينه فيه.

بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يكون الهيكل العظمي غير الحلقي غير متفرع (كل الذرات مرتبة في صف واحد) ومتفرعة. في بعض الأحيان ، يُطلق على الهيكل العظمي غير الممنوح اسم خطي ، ولكن يجب أن نتذكر أن الصيغ الهيكلية التي نستخدمها غالبًا تنقل فقط ترتيب الرابطة ، وليس الترتيب الفعلي للذرات. وبالتالي ، فإن سلسلة الكربون "الخطية" لها شكل متعرج ويمكن أن تلتف في الفضاء بطرق مختلفة.

هناك أربعة أنواع من ذرات الكربون في الهيكل العظمي للجزيء. تسمى ذرة الكربون الأولية إذا كانت تشكل رابطة واحدة فقط مع ذرة كربون أخرى. ترتبط الذرة الثانوية بذرتي كربون أخريين ، والذرة من الدرجة الثالثة إلى ثلاث ، وتستخدم الذرات الرباعية جميع روابطها الأربعة لتشكيل روابط مع ذرات الكربون.

ميزة التصنيف التالية هي وجود روابط متعددة. المركبات العضوية التي تحتوي على روابط بسيطة فقط تسمى مشبعة (محدودة). تسمى المركبات التي تحتوي على روابط مزدوجة أو ثلاثية غير مشبعة (غير مشبعة). في جزيئاتهم ، تمثل ذرة كربون واحدة عدد أقلذرات الهيدروجين من الحد. يتم عزل الهيدروكربونات الحلقية غير المشبعة من سلسلة البنزين في فئة منفصلة من المركبات العطرية.

سمة التصنيف الثالثة هي وجود مجموعات وظيفية ومجموعات ذرات وخصائص هذه الفئة من المركبات وتحديد خواصها الكيميائية. وفقًا لعدد المجموعات الوظيفية ، تنقسم المركبات العضوية إلى أحادية الوظيفة - تحتوي على مجموعة وظيفية واحدة ، متعددة الوظائف - تحتوي على عدة مجموعات وظيفية ، مثل الجلسرين ، وغير المتجانسة - عدة مجموعات مختلفة ، مثل الأحماض الأمينية ، في جزيء واحد.

اعتمادًا على ذرة الكربون التي تحتوي على مجموعة وظيفية ، يتم تقسيم المركبات إلى أولية ، على سبيل المثال ، كلوريد الإيثيل CH 3 CH 2 C1 ، والثانوي - كلوريد الأيزوبروبيل (CH3) 2CHC1 والثالث - كلوريد البيوتيل (CH 8) 8 CCl.

الكيمياء العضوية علم يدرس مركبات الكربون مع عناصر أخرى تسمى المركبات العضوية وكذلك قوانين تحولاتها. نشأ اسم "الكيمياء العضوية" في مرحلة مبكرةتطور العلم ، عندما اقتصر موضوع الدراسة على مركبات الكربون من أصل نباتي وحيواني. لا يمكن تسمية جميع مركبات الكربون بأنها عضوية. على سبيل المثال ، يتم تصنيف ثاني أكسيد الكربون ، HCN ، CS 2 تقليديًا على أنه غير عضوي. تقليديًا ، يمكننا أن نفترض أن النموذج الأولي للمركبات العضوية هو الميثان CH 4.

حتى الآن ، يتجاوز عدد المواد العضوية المعروفة 10 ملايين ويزيد كل عام بمقدار 200-300 ألف. يتم تحديد تنوع هذه المركبات من خلال قدرة فريدةترتبط ذرات الكربون ببعضها البعض عن طريق روابط بسيطة ومتعددة ، وتشكل مركبات مع عدد غير محدود عمليًا من الذرات المتصلة في سلاسل ، ودورات ، وأطر ، وما إلى ذلك ، وتشكل روابط قوية مع جميع عناصر النظام الدوري تقريبًا ، بالإضافة إلى ظاهرة isomerism - وجود متطابق في التركيب ، لكنه يختلف في بنية وخصائص المواد.

يحدد عدد كبير من المركبات العضوية قيمة org. الكيمياء باعتبارها أكبر فرع من فروع الكيمياء الحديثة. تم بناء العالم من حولنا بشكل أساسي من org. روابط؛ الغذاء والوقود والملابس والأدوية والدهانات والمنظفات والمواد التي بدونها يستحيل النقل والطباعة والاختراق في الفضاء وما إلى ذلك. أهم دور للمؤسسة. تلعب المركبات في عمليات الحياة. حسب حجم الجزيئات org. تنقسم المواد إلى وزن جزيئي منخفض (مع كتلة مولارية من عدة عشرات إلى عدة مئات ، ونادرًا ما تصل إلى ألف) ووزن جزيئي مرتفع (جزيئي كبير ؛ مع كتلة مولارية بترتيب 10 4-10 6 وأكثر).

لا تقتصر دراسات الكيمياء العضوية على المركبات التي تم الحصول عليها من الكائنات الحية النباتية والحيوانية فحسب ، بل تشمل بشكل أساسي المركبات التي تم إنشاؤها صناعياً باستخدام التوليف العضوي المختبر أو الصناعي. علاوة على ذلك ، فإن كائنات دراسة مؤسسة الكمبيوتر. الكيمياء هي مركبات لا توجد فقط في الكائنات الحية ، ولكن من الواضح أنه لا يمكن الحصول عليها بشكل مصطنع (على سبيل المثال ، نظير افتراضي للميثان ، والذي لا يحتوي على هيكل طبيعي رباعي السطوح ، ولكن له شكل مربع مسطح) .

مرجع التاريخ

تعود أصول الكيمياء العضوية إلى العصور القديمة (كانوا يعرفون بالفعل عن التخمير الكحولي والخل ، والصباغة بالنيلي والأيزارين). ومع ذلك ، في العصور الوسطى (فترة الخيمياء) ، لم يكن هناك سوى عدد قليل من المؤسسات الفردية. مواد. تم اختصار جميع دراسات هذه الفترة بشكل رئيسي إلى العمليات ، التي ساعدها وحده ، كما كان يُعتقد حينها ، في ذلك مواد بسيطةيمكن أن تتحول إلى أخرى. منذ القرن السادس عشر (فترة الكيمياء العلاجية) كان يهدف بشكل أساسي إلى عزل واستخدام المواد الطبية المختلفة: تم عزل عدد من الزيوت الأساسية من النباتات ، وتم تحضير ثنائي إيثيل إيثر ، وتم الحصول على كحول الخشب (الميثيل) وحمض الأسيتيك بالتقطير الجاف للخشب ، تم الحصول على حمض الطرطريك من الجير ، سكر الرصاص المقطر - حمض الأسيتيك ، تقطير العنبر - السكسينيك.

اندماج المركبات الكيميائية ذات الأصل النباتي والحيواني في مادة كيميائية واحدة. منظمة العلوم. تم إجراء الكيمياء من قبل J. Berzelius ، الذي قدم المصطلح نفسه ومفهوم المادة العضوية ، فإن تكوين هذه الأخيرة ، وفقًا لبرزيليوس ، ممكن فقط في كائن حي في وجود "قوة الحياة".

تم دحض هذا المفهوم الخاطئ من قبل F. Wöhler (1828) ، الذي حصل على اليوريا (مادة عضوية) من سيانات الأمونيوم (مادة غير عضوية) ، A. ، A. M. Butlerov الذي صنع المواد السكرية من الفورمالين. في الطابق الأول القرن ال 19 تم تجميع مواد تجريبية واسعة النطاق وتم إجراء التعميمات الأولى التي حددت التطور السريع للمؤسسة. الكيمياء: طرق التحليل المتقدمة org. المركبات (Berzelius ، J. Liebig ، J. Dumas ، M. Chevreul) ، نظرية الراديكاليين (Wohler ، J. Gay-Lussac ، Liebig ، Dumas) تم إنشاؤها كمجموعات من الذرات التي تمر دون تغيير من الجزيء الأولي إلى النهائي جزيء أثناء التفاعل اكتب نظرية (جيم جيرارد ، 1853) ، والتي org. تم بناء المركبات من مواد غير عضوية - "أنواع" عن طريق استبدال الذرات الموجودة فيها مع org. فتات؛ تم تقديم مفهوم isomerism (Berzelius).

في نفس الوقت ، يستمر التطوير المكثف للتوليف. الأول الإنتاج الصناعيالمركبات العضوية (A. Hoffman ، W. Perkin Sr. - الأصباغ الاصطناعية: موفين ، فوشسين ، سيانين ، أصباغ آزو). كان تحسين طريقة تصنيع الأنيلين الذي اكتشفه N.N.Zinin (1842) بمثابة الأساس لإنشاء صناعة صبغ الأنيلين.

فكرة وجود رابطة لا تنفصم بين الكيمياء. والجسدية خصائص الجزيء بتركيبته ، تم التعبير عن فكرة تفرد هذا الهيكل لأول مرة بواسطة Butlerov (1861) ، الذي أنشأ النظرية الكلاسيكيةكيمياء. الهياكل (ترتبط الذرات في الجزيئات وفقًا لتكافؤاتها ، ويتم تحديد الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمركب حسب طبيعة وعدد الذرات المدرجة في تكوينها ، وكذلك نوع الروابط والتأثير المتبادل للذرات غير المرتبطة مباشرة). نظرية الكيمياء. حددت البنية التطور السريع للكيمياء العضوية: في عام 1865 ، اقترح Kekule صيغة البنزين ، ثم عبر عن فكرة اهتزازات السندات ؛ في. ماركوفنيكوف وأ. صاغ زايتسيف عددًا من القواعد التي ربطت لأول مرة اتجاه الكيمياء. ردود الفعل مع العلاج الكيميائي. هيكل المتفاعل.

طورت أعمال باير ، K. Laar ، L. Claisen ، L. Knorr أفكارًا حول الحشو -التماثل المحمول. ساهمت كل هذه الأفكار النظرية في التطور القوي للكيمياء التركيبية. يخدع. القرن ال 19 تم الحصول على أهم ممثلي الهيدروكربونات والكحولات والألدهيدات والكيتونات والأحماض الكربوكسيلية ومشتقات الهالوجين والنيترو والنيتروجين والكبريت والدورات العطرية غير المتجانسة. تم تطوير طرق للحصول على الديانات والأسيتيلين والألين (A.E. Favoursky). تم اكتشاف تفاعلات تكثيف عديدة (Sch. Wurtz، A. P. Borodin، W. Perkin، Claisen، A. Michael، S. Friedel، J. Crafts، E. Knoevenagel، and others). حقق EG Fisher نجاحًا استثنائيًا في دراسة الكربوهيدرات والبروتينات والبورينات ، في استخدام الإنزيمات في org. التوليف (1894) ، قام أيضًا بتركيب عديد الببتيدات. أصبح عمل O. Wallach في كيمياء التربينات أساسًا لصناعة المواد العطرية. تعتبر الأعمال الرائدة لـ R. Wilstetter رائعة حتى في عصرنا. المساهمة الأساسية في تطوير المنظمة. تم تقديم التوليف بواسطة V. Grignard (1900-20) و N.D. Zelinsky (1910) - إنشاء طريقة مثمرة بشكل استثنائي لتخليق مركبات المغنيسيوم العضوي واكتشاف التحولات الحفزية للهيدروكربونات ؛ لعب هذا الأخير دورًا بارزًا في تطوير كيمياء البترول. بدأت كيمياء الجذور الحرة بعمل M. Gomberg (1900) ، الذي اكتشف جذور triphenylmethyl ، واستمر من خلال عمل A.E. Chichibabin ، و G. Wieland ، و S. Goldschmidt.

هيكل المركبات العضوية

تتميز المركبات العضوية بروابط تساهمية C-C غير قطبية وروابط تساهمية قطبية. اتصالات C-O، C-N ، C-Hal ، C-metal ، إلخ. تم شرح تكوين الروابط التساهمية على أساس الافتراضات التي طورها G.Lewis و W. Kossel (1916) حول دورا هاما التكوينات الإلكترونية- ثمانيات وثنائية. يكون الجزيء مستقرًا إذا كانت غلاف التكافؤ لعناصر مثل C و N و O و Hal تحتوي على 8 إلكترونات (قاعدة الثماني) ، وتحتوي غلاف تكافؤ الهيدروجين على إلكترونين. تشيم. تتكون الرابطة من زوج اجتماعي من الإلكترونات من ذرات مختلفة (رابطة بسيطة). يتم تشكيل الروابط المزدوجة والثلاثية من خلال الأزواج الثلاثة المقابلة. لا تستخدم الذرات الكهربية (F ، O ، N) كل إلكترونات التكافؤ الخاصة بها للارتباط بالكربون ؛ تشكل الإلكترونات "غير المستخدمة" أزواج إلكترون غير مشتركة (حرة). قطبية واستقطاب الروابط التساهمية في المؤسسة. يتم تفسير المركبات في نظرية لويس-كوسيل الإلكترونية من خلال تحول أزواج الإلكترون من ذرة أقل كهرسلبية إلى ذرة أكثر كهرسلبية ، والتي يتم التعبير عنها في التأثير الاستقرائي والتأثير الميزومري.

النظرية الكلاسيكية للكيمياء. لم تكن الهياكل والتمثيلات الإلكترونية في الأصل قادرة على وصف اللغة بشكل مرض الصيغ الهيكليةهيكل العديد من المركبات ، على سبيل المثال المركبات العطرية. النظرية الحديثةالاتصالات في المؤسسة. تعتمد المركبات بشكل أساسي على مفهوم المدارات وتستخدم طرق المدارات الجزيئية. تتطور الطرق الكيميائية الكمية بشكل مكثف ، ويتم تحديد موضوعيتها من خلال حقيقة أنها تستند إلى الجهاز ميكانيكا الكم، الوحيد المناسب لدراسة ظواهر العالم الصغير.

ظهور المركبات العضوية

تتشكل معظم المركبات العضوية في الطبيعة أثناء عملية التمثيل الضوئي من ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير اشعاع شمسييمتص بالكلوروفيل في النباتات الخضراء. ومع ذلك ، org. يجب أن تكون المركبات موجودة على الأرض حتى قبل ظهور الحياة ، والتي لم يكن من الممكن أن تظهر بدونها. كان الغلاف الجوي الأرضي الأساسي منذ حوالي 2 مليار سنة خصائص التصالحية، لأنها لا تحتوي على الأكسجين ، ولكنها تحتوي بشكل أساسي على الهيدروجين والماء ، وكذلك ثاني أكسيد الكربون والنيتروجين والأمونيا والميثان.

في ظل ظروف قوية الإشعاع المشعالمعادن الأرضية والتصريفات الجوية الشديدة في الغلاف الجوي ، استمر التوليف اللاأحيائي للأحماض الأمينية وفقًا للمخطط:

CH 4 + H 2 O + NH 3 → أحماض أمينية

وقد أثبتت التجارب المعملية إمكانية حدوث مثل هذا التفاعل الآن.