Органикалық химия

     Органикалық  заттармен адамзат өте ертеден  таныс болды. Қантты, майды, крахмалды,  т.б. заттарды тағам ретінде  қолданды, өсімдіктерден әр түрлі  бояулар алып пайдаланды. Кейбір  заттарды ашытып, спирт және сірке  қышқылын өндірді.

     XIX ғасырдың басында жануарлар мен өсімдіктер организмдерінің негізі көміртекті заттар екені анықталды. Органикалық химияның ғылымның жеке  саласы ретінде бөлінуінің бесты себебі, сол кездегі минералды және органикалық заттардың тегіне деген көзқарас болды. 1808 жылы швед ғалымы Я.Берцелиус организмнен алынатын заттарды «органикалық заттар» деп, ал оларды зерттейтін химияның саласын «органикалық химия» деп атауды ұсынды. Сол кездегі кейбір ғалымдар органикалық заттар тек тірі организмде ғана «тіршілік күші» әсерінен түзіледі, оларды бейорганикалық заттар сияқты лабораториялық әдіспен алуға болмайды деп есептеді.

     Бірақ  XIX ғасырдың басында қымыздық қышқылының, несепнәрдің, сірке қышқылының, анилиннің, т.б. органикалық заттардың организмнен тыс бейорганикалық заттардан синтезделуі органикалық және бейорганикалық заттарды жеке бөлуге болмайтынын көрсетті.

     Органикалық  және бейорганикалық заттардың араларына айқын шек қоюға болмайды. Көміртек оксидтері, көмір қышқылы, карбонаттар, т.б. көміртектің қарапайым қосылыстары – қасиеттері жағынан бейорганикалық заттарға ұқсас болғандықтан бейорганикалық заттарға жатады.

      Органикалық заттардың бейорганикалық  заттармен салыстырғанда біраз  ерекшкліктері бар. Барлық органикалық  қосылыстардың құрамында көміртек  атомы болады. Ал бейорганикалық заттардың бәрінің құрамына кіретін, оларды біріктіретін ортақ элемент жоқ. Органикалық заттардың қайнау және балқу температуралары төмен болады. Олардың тағы бір ерекшелігі барлығы дерлік жанады және қыздырғанда айырылады.

     Қазіргі  кезде 18 млн-ға жуық табиғи және синтетикалық органикалық заттар белгілі және олардың саны өсуде. Органикалық қосылыстар санының өте көп болуы, көміртек атомының ерекше қасиетіне байланысты. Көміртек атомдары бірімен-бірі өзара байланысып, құрамына көп атом топтары кіретін тізбек түзе алады. Сонымен бірге көміртек атомдары өзара түзу және тармақты тізбектермен қатар тұйық цикл түзіп те байланыса алады:

   

    ‌‌|      |       |      |                           |      |     |                               |      |

–‌‌ С –  С  – С – С –                   – С – С – С –                       – С – С –

  ‌|      ‌‌‌‌|       |      |                           |      |     |                               |      |

                                                        – С –                             – С – С –

                                                            |                                     ‌‌|      | 

   түзу тізбек                         тармақты тізбек              тұйық цикл 

     
 

     Сол сияқты, көміртек атомдары өзара – дара, қос, үш еселі байланыстар арқылы да жалғаса алады: 
 

    |      |                                         |      |

– С – С  –                                 – С = С –                            – С = С –

    |      |                                                          

дара  байланыс                      қос байланыс                      үш еселі байланыс 
 

     Органикалық  заттар табиғатта кең таралған. Адамдар мен жануарлар организмдері, өсімдіктер, табиғи газ, мұнай,  негізінен органикалық заттардан тұрады. Тіршіліктің негізіне органикалық қосылыстардың бір-біріне айналулары жатады. Органикалық заттар біздің ішетін тағамымыздың негізгі құрам бөліктері. Киетін киіміміз, жағатын отынымыз және күнделікті өмірде пайдаланатын заттарымыздың басым көпшілігі органикалық қосылыстар болып табылады. Табиғатта белгілі органикалық заттардың біразын жасанды жолмен лабораторияда алуға да болады. Сол сияқты, табиғатта кездеспейтін көптеген органикалық заттар жасанды түрде синтезделіп алынды. Оларға әр түрлі дәрі-дәрмектер, бояулар, пластмассалар мен синтетикалық талшықтар, т.б. жатады.

    Органикалық заттардың саны өте көп және олардың қасиеттері бейорганикалық заттардан ерекше болғандықтан, олардың құрамдарын, қасиеттерін, өзара айналуларын және қолдануларын химия ғылымының үлкен бір саласы – органикалық химия зерттейді.

      Ең қарапайым органикалық қосылыс  – метанды СН₄ мысалға алып, органикалық заттардың құрылысымен танысамыз. Метан молекуласындағы төрт сутек атомы ортасындағы көміртек атомының айналасында симметриялы орналасады: 

       Н                                                                     Н 

        |                                                                       ..

Н – С –  Н                                                         Н : С : Н

        |                                                                       ..

       Н                                                                     Н 

метанның  құрылым                                       метанның электрондық

формуласы                                                      формуласы 
 
 
 
 

     Органикалық  қосылыстардың  химиялық құрылыс  теориясы – органикалық химияның  ең негізгі заңы.  1861 жылы орыс ғалымы А.М.Бутлеров ұсынған бұл теорияның негізгі қағидалары төмендегідей:

      1. Молекуладағы атомдар өзара валенттіліктеріне сай өзара белгілі бір тәртіппен байланысады.

      Мысалы құрылым формулалары төменде келтірілген органикалық қосылыстарда, әр элемент атомы өзінің валенттігіне сәйкес байланысқан: 

       Н                                         Н    Н                                        Н    Н

        |                                           |      |                                          |      |

Н – С – Н                           Н – С – С – Н                           Н – С – С – О – Н

        |                                           |      |                                          |      |

       Н                                         Н    Н                                        Н    Н 

  метан                                       этан                                     этил спирті 

 

     2. Органикалық заттардың қасиеттері олардың құрамына қандай атомдар және қанша мөлшерде кіретіндіктеріне тәуелді болуымен қатар, ондағы атомдардың өзара байланысу ретіне де тәуелді болады.

     Молекуладағы  атомдардың байланысу ретін   молекуланың  химиялық құрылысы деп атайды. Молекулалық формулалары бірдей, бірақ молекуласының құрылысы әр түрлі болғандықтан қасиеттері де әр түрлі болатын заттар изомерлер деп аталады. Грекше «изос» – тең, «мерос» – бөлшек деген мағынаны білдіреді.

     Көмірсутек  – бутан С₄ Н₁₀ молекуласының екі түрлі құрылымы болады. Оның құрамындағы төрт көміртек атомы бірімен-бірі тармақталмай және тармақталып байланысуы мүмкін:

    

     С  – С – С – С                                         С – С – С

                                                                             |

                                                                            С 
 

     Көміртек  атомдарын сутек атомдарымен  қанықтырып, екі түрлі құрылым  формулаларын жазуға болады:

 

       Н    Н    Н    Н                                      Н   Н    Н

        |      |      |      |                                        |      |      |

Н – С –  С – С – С – Н                         Н – С – С – С –  Н

        |      |      |      |                                        |             |    

       Н    Н    Н    Н                                      Н     |     Н  

                                                                     Н – С – Н

                                                                             |

                                                                            Н

    Осы  құрылым формулаларын ықшамдап  жазсақ, екі көмірсутек: қалыпты бутан мен изобутанның құрылым формулаларын аламыз: 

СН₃ – СН₂ – СН₂ – СН₃                                                  СН₃ – СН – СН₃

                                                                                                                         |

                                                                                 СН₃ 

нормаль бутан                                             изобутан 
 

     Қалыпты  бутан мен изобутанның молекулалық  формулалары бірдей С₄Н₁₀

  болғанымен физикалық және химиялық қасиеттері бір-бірінен өзгеше әр түрлі заттар. Мысалы, бутанның қайнау температурасы -0,5°С, изобутанның қайнау температурасы ­11,7°С. Бұл заттар бір-біріне изомер болып табылады.

     Изомерлену  құбылысына тағы бір мысал ретінде молекулалық формулалары бірдей С₂Н₆О болатын екі заттың  құрылысы мен қасиеттерін қарастырайық. Бұл формулаға диметил эфирі мен этил спиртінің молекулалық құрамдары сай келеді: 

       Н           Н                                                       Н    Н

        |             |                                                         |      |

Н – С –  О – С – Н                                          Н – С – С – О – Н

        |             |                                                         |      |

       Н           Н                                                       Н    Н 

   диметил эфирі                                                этил спирті

қайнау  темп. -23,7°С                                   қайнау темп. +78,7°С