Органическая химия, ее возникновение и развитие

Объектом изучения органической химии являются соединения углерода, называемые органическими веществами. В связи с этим органическую химию называют химией соединений углерода. Следует, однако, иметь в виду, что некоторые простейшие соединения углерода, как поташ, мрамор и т. д., настолько сходны с типичными неорганическими веществами, что их обычно рассматривают в курсе неорганической (общей) химии. Число таких соединений, впрочем, весьма невелико. Органическая химия может быть определена также как химия углеводородов и их производных. Хотя такое определение лучше отражает содержание органической химии, однако и оно не дает возможности провести резкую границу между органическими и неорганическими веществами, так как понятие «производные углеводородов» опять-таки охватывает некоторые соединения, являющиеся объектом изучения как органической, так и неорганической химии. Например, поташ и мрамор, представляющие собой производные угольной кислоты, являются в конечном счете производными углеводорода метана, окислением которого может быть получена эта кислота.

Органическая химия как наука оформилась в XIX веке; однако знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей, несомненно, начались еще в глубокой древности. В своем учебнике химии, выдержавшем много изданий, Берцелиус (1827) высказывает убеждение, что «в живой природе элементы повинуются иным законам, чем в безжизненной» и что органические вещества не могут образовываться под влиянием обычных физических и химических сил, но требуют для своего образования особой «жизненной силы». В соответствии с этим органическую химию Берцелиус определял как «химию растительных и животных веществ, или веществ, образующихся под влиянием жизненной силы». Но уже вскоре, поскольку из веществ растительного и животного происхождения было искусственно получено много новых веществ, Берцелиус прибавил к предыдущему определению слова «...и веществ, которые могут быть получены из них путем химических превращений». Таким образом, предполагалось, что из готовых органических веществ химики могут готовить новые органические вещества, но что для первоначального образования их все же требуется «жизненная сила организмов».

Точка зрения Берцелиуса и его последователей в этом вопросе— виталистов (от латинского слова vita — жизнь)—на происхождение и характер органических веществ была неверной, идеалистической. Все последующее развитие естествознания показало ошибочность взглядов виталистов.

Уже в 1824 г. ученик Берцелиуса Вёлер синтезировал щавелевую кислоту — органическое вещество растительного происхождения, обычно находящееся в больших количествах в водорослях, грибах, папоротниках, щавеле. Щавелевая кислота была получена при нагревании «неорганического» газа дициана с водой. Эта работа долгое время оставалась незамеченной. Более того, сам Вёлер не сумел увидеть ее принципиального значения. Не привлек внимания химиков также синтез кроконовой кислоты, осуществленный в 1825 г. Гмелином путем взаимодействия неорганических веществ — окиси углерода и калия.

В 1828 г. Вёлер сделал второе открытие. Он показал, что неорганическое вещество — циановокислый аммоний — при нагревании превращается в продукт жизнедеятельности животного организма — мочевину.

Синтез мочевины привлек широкое внимание научного мира. Однако этот факт еще не мог поколебать веру в таинственную «жизненную силу». Сторонники виталистического учения утверждали, что мочевина, как продукт выделения животного организма, не может считаться настоящим органическим веществом, а находится на грани между органическими и неорганическими соединениями. Виталисты по-прежнему продолжали считать, что синтез более сложных, настоящих органических соединений принципиально невозможен. Однако развитие органического синтеза быстро опровергло эти взгляды.

В 1845 г. немецкий химик Кольбе синтезировал типичное органическое вещество — уксусную кислоту, использовав в качестве исходных веществ древесный уголь, серу, хлор и воду. За сравнительно короткий период был синтезирован ряд других органических кислот, выделявшихся ранее из растений (виноградная, лимонная, янтарная, яблочная и др.). Постепенно химики научились синтезировать и более сложные органические вещества. В 1854 г. французскому химику Вертело удалось синтезировать вещества, относящиеся к классу жиров. В 1861 г. знаменитый русский химик А. М. Бутлеров действием известковой воды на полимер формальдегида впервые осуществил синтез «метиленитана» — вещества, относящегося к классу Сахаров, которые, как известно, играют важнейшую роль в процессах жизнедеятельности организмов. В 1862 г. Вертело осуществил первый полный синтез органического вещества (синтез из элементов) в одну стадию: пропуская водород между угольными электродами электрической дуги, он получил ацетилен.

Все эти научные открытия серьезно поколебали идеалистическое учение о «жизненной силе». Стало ясно, что для образования органических веществ не требуется никаких иных «сил», кроме обычных физических и химических, и что в лабораторных условиях в равной мере возможен синтез как неорганических, так и органических веществ.

Таким образом, непреодолимая стена между веществами органическими и минеральными исчезла, но резкое различие в свойствах обычных минеральных и обычных органических веществ заставляло химиков упорно искать границу между ними. Пытались видеть ее в особой изменчивости органических веществ, в их горючести, особой сложности. Но ближайшее знакомство со свойствами различных веществ показало, что такими же свойствами обладают и некоторые минеральные зе-щества.

Одна из последних попыток провести резкую грань между минеральными и органическими веществами заключалась в предложении считать вещества, содержащие в молекуле лишь один атом углерода, — минеральными, а все вещества, содержащие в молекуле два и более атомов углерода, — органическими веществами. Однако если угольную кислоту, мел и другие углекислые соли, мало отличающиеся от обычных минеральных солей, можно было отнести к минеральным веществам, то сюда же надо было бы отнести метан и метиловый. спирт, а также муравьиную кислоту, хотя свойства их вполне аналогичны свойствам других углеводородов, спиртов и органических кислот и далеки от свойств типичных минеральных веществ.

Неудачи многочисленных попыток найти границу между минеральными и органическими веществами объясняются тем, что ученые пытались дать формально-логическое определение органической химии, отыскать резкую грань между ней и неорганической химией. Такая задача ошибочна в самой ее постановке и принципиально неразрешима. Так как в природе все явления взаимосвязаны, то естественно, что простое отсечение одной отрасли науки от другой, ей смежной,— например, органической химии от неорганической — невозможно. Между смежными науками существуют естественные диалектические переходы. В частности, между органическими и неорганическими веществами' имеется естественная смежная область, в которую входит ряд таких веществ, как сода, поташ, мрамор, сероуглерод, окись углерода и т. п.Место органической химии в ряду других наук определяется не только ее соседством с неорганической химией. Изучая сложнейшие органические вещества, играющие важную роль в жизнедеятельности животных и растительных организмов, органическая химия тесно соприкасается с биологией. В пограничной между этими двумя науками области возникла и успешно развивается новая молодая наука — биологическая химия. Наконец, в связи с все расширяющимся в настоящее время применением физических методов исследования органических веществ органическая химия связывается с физикой главным образом посредством физической химии.

Важнейшие причины выделения органической химии в отдельную науку заключаются в следующем:

1. Число известных органических соединений значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы Д. И. Менделеева. Если в настоящее время известно несколько более пятидесяти тысяч неорганических соединений, то число известных органических соединений превышает миллион. Это произошло не только потому, что химики особенно интенсивно занимались получением и исследованием органических веществ, но и вследствие особой способности элемента углерода давать соединения, содержащие практически неограниченное число атомов углерода в молекуле.

2. Органические вещества имеют исключительное значение вследствие их многообразного практического применения, а особенно потому, что они являются главными составными частями животных и растительных организмов.

3. Как будет подробно показано далее, имеются существенные отличия в свойствах и реакционной способности типичных органических и типичных неорганических соединений, вследствие чего возникла необходимость в развитии некоторых специфических методов исследования органического вещества.

4. Предметом органической химии является более высокоорганизованная материя (углеводороды и их производные) сравнительно с предметом неорганической химии.

Естественно, что изучение сложных типично' органических соединений привело к созданию новых теорий и открытию новых законов, управляющих образованием и превращениями химических веществ. Эти законы дали возможность глубже проникнуть в природу молекул химических соединений, чем это можно было сделать на основании изучения обычных простейших минеральных веществ.