Historia chemii organicznej

Wykład nr 1: Historia chemii organicznej

Chemia organiczna jest działem chemii zajmującym się badaniem budowy, właściwości oraz reakcji związków chemicznych zawierających węgiel, a także opracowywaniem różnorodnych metod syntezy tych połączeń. Ponadto związki organiczne zawierać mogą atomy innych pierwiastków, takich jak wodór, tlen, azot, fosfor, krzem oraz siarka.

Z powodu ogromnej liczby możliwych do otrzymania związków zawierających złożony szkielet węglowy (a jest ich około 6 milionów, dla porównania - związków nieorganicznych jest około 250 tysięcy), związki organiczne mogą posiadać bardzo różnorodne właściwości oraz zastosowania.

Tab. 1. Typowe właściwości chemiczne związków organicznych i nieorganicznych

Cecha	Związki organiczne	Związki nieorganiczne
Wiązania wewnątrzcząsteczkowe	zwykle kowalencyjne	często jonowe
Oddziaływania między cząsteczkami	raczej słabe	raczej silne
Stan skupienia	gazy, ciecze lub ciała stałe o niskiej temperaturze topnienia	zazwyczaj ciała stałe o wysokiej temperaturze topnienia
Rozpuszczalność w wodzie	raczej słaba	zwykle dobra
Szybkość reakcji chemicznych	zwykle mała	zwykle duża
Palność	często palne	zwykle niepalne

Wydarzenia mające znaczenia dla chemii organicznej

- od czasów starożytnych znana była np. fermentacja alkoholowa, naturalne barwniki organiczne takie jak indygo;

- w 1807 roku Jöns Jacob Berzelius, szwedzki chemik i lekarz, jako pierwszy użył sformułowania "chemia organiczna";

- w 1816 roku Michel Eugène Chevreul prowadził badania nad składem mydła i właściwościami występujących tam soli kwasów tłuszczowych;

- w 1828 roku Friedrich Wöhler przeprowadził syntezę mocznika;

- druga połowa XIX wieku to czas prowadzenia wielu badań nad ropą naftową:

Pierwszym etapem przeróbki wstępnie oczyszczonej ropy jest destylacja frakcyjna, polegająca na rozdzieleniu ropy na frakcje z wykorzystaniem różnicy temperatury wrzenia poszczególnych składników.

Tab. 2. Frakcje ropy naftowej

Frakcja	Temp. destylacji (st. C)
benzyna lekka	40 - 160
benzyna ciężka	160 -200
nafta	180 - 280
olej napędowy	280 - 350
mazut	powyżej 350

Produkty ropy naftowej:

Paliwa silnikowe:

- benzyny (do silników z zapłonem iskrowym),

- oleje napędowe (do silników Diesla),

- paliwa do odrzutowych silników lotniczych.

- w 1853 roku Polak Ignacy Łukasiewicz jako pierwszy przeprowadził destylację ropy naftowej i wydzielił z niej naftę oraz skonstruował pierwszą w świecie lampę naftową;

- w 1855 roku polski chemik Jakub Natanson wynalazł fuksynę (barwnik czerwony);

- w 1856 roku William Henry Perkin przypadkowo otrzymał barwnik organiczny, nazwany później purpurą Perkina;

- w 1858 roku trzech naukowców: Fridrich August Kukele, Archibald Scott Couper i Alexander Butlerov sformułowali niezależnie od siebie teoretyczne podstawy struktury związków organicznych. Ponadto Kekulé jest odkrywcą poprawnej struktury benzenu;

- w 1874 roku Othmer Zeidler odkrył owadobójcze właściwości DDT;

- Jednym z pierwszych masowo produkowanych syntetycznych chemioterapeutyków (leków) był kwas acetylosalicylowy;

- w 1908 roku nagrodę Nobla w dziedzinie medycyny za pracę nad immunologią otrzymał Paul Ehrlich, który zsyntetyzował salwarsan - lek zawierający arsen stosowany w leczeniu kiły;

- w 1916 roku Gilbert Lewis odkrył wiązanie kowalencyjne, które Linus Pauling dokładniej przebadał i opisał;

- w 1925 roku Sir Robert Robinson przeprowadził badania alkaloidów i antocyjanów oraz wyjaśnił budowę morfiny.

- w 1928 roku Sir Robert Robinson wraz z Flemingiem zsyntetyzował r penicylinę.

- w 1946 roku Sir Robert Robinson wyjaśnił budowę strychninę, co przyczyniło się do nagrody Nobla jaką otrzymał w 1947 roku.

- w 1964 roku George Olah opisał syntezę soli zawierających „zablokowane” karbokationy alkilowe: RF + SbF₅ → R⁺SbF₆^-

Za swoje badania nad karbokationami Olah otrzymał w 1994 roku nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

- od drugiej połowy XX wieku prawdopodobnie najważniejszym zagadnieniem w chemii jest kontrola stereochemii reakcji. Duże osiągnięcia na tym polu odniósł w 1990 roku E.A. Corey, który jest twórcą koncepcji retrosyntezy, która obecnie odgrywa podstawową rolę w projektowaniu syntez złożonych związków organicznych.

- w roku 2000 Alan Heeger, Alan MacDiarmid, Hideki Shirakawa otrzymali nagrodę Nobla za odkrycie i badania nad polimerami przewodzącymi prąd elektryczny.

- w latach 2002-2008 prowadzono szereg badań nad białkami. Nagrody Nobla w tej dziedzinie otrzymali:

w roku 2002 za badania białek: Kurt Wüthrich, John Fenn, Kōichi Tanaka
w roku 2004 za odkrycie roli ubikwityn w degradacji białek w organizmie:
Aaron Ciechanover, Avram Hershko, Irwin Rose
w roku 2008 za odkrycie i rozwój białek zielonej fluorescencji:

Osamu Shimomura, Martin Chalfie, Roger Y. Tsien

- w roku 2010 za katalizowane palladem reakcje sprzęgania krzyżowego w syntezie organicznej nagrodę Nobla otrzymali Richard Heck, Ei'ichi Negishi i Akira Suzuki.

Historia nazewnictwa związków organicznych

Historycznie pierwszym systemem nazewnictwa była Nomenklatura Genewska, która powstała po serii spotkań chemików organicznych w 1892 roku.

Ponieważ w pierwszej połowie XX wieku znacznie wzrosła różnorodność otrzymywanych substancji to uświadomiono sobie, że konieczna jest modyfikacja systemu nazewnictwa. Zadania tego podjęła się Międzynarodowa Unia Chemii Czystej i Stosowanej IUPAC. Z powodu różnorodności związków organicznych (zwłaszcza produktów naturalnych) w ramach IUPAC powołano specjalną jednostkę nazwaną Międzynarodową Unią Biochemii i Biologii Molekularnej, IUBMB w celu zajęcia się tym problemem. W połowie XX wieku IUPAC zaczęła rekomendować bardziej uproszczone nazewnictwo.