Chemia organiczna jest ta częścią chemii, która zajmuje się strukturą, reakcjami, właściwościami fizycznymi oraz chemicznymi, syntezą, a także zastosowaniem substancji należących do związków organicznych. Do takich związków należą substancje posiadające węgiel, wodór, często także tlen, azot, siarkę, fosfor.

Historia

Po raz pierwszy pojęcia chemia organiczna użył w 1807r. Berzelius. Uważał on, że związki organiczne mogą być syntetyzowane wyłącznie przez organizmy żywe przy zastosowaniu "siły witalnej". Dwadzieścia jeden lat później Wohler udowodnił, że substancje pochodzenia organicznego mogą zostać wytworzone ze związków nieorganicznych, przeprowadził on syntezę mocznika. Natomiast w 1845r. Kolbe zsyntetyzował z pierwiastków kwas moczowy. Powstawało coraz więcej związków organicznych wytworzonych w probówce.

Wprowadzono klasyfikację tych substancji. 1865r. Kekule wprowadził pojecie związków aromatycznych, czyli takich których budowa jest analogiczna do benzenu. Wcześniej, bo w 1857r. wysunął on teorię głoszącą,

że atomy węgla są czterowartościowe, co było zgodne z doświadczeniem.

Określenie składu chemicznego związków organicznych zapoczątkowały badania Laviosiera w 1772 - 1777r.

Wkład do obecnej wiedzy o związkach organicznych mają:

  • W zakresie określania struktury: J.H. van't Hoffa, A.M. Butlerow, A.J. Le Bel, Kossel, G.N. Lewis, L.C. Pauling, Ch.K. Ingold
  • W zakresie syntezy organicznej: K. Dziewoński, E. Sucharda, J.J. Michalski, R. Małachowski, M. Mąkosza, T. Urbański
  • W zakresie wyodrębniania z substancji pochodzenia naturalnego: J. Śniadecki ("Teoria jestestw organicznych"), S. Kostanecki, L.P. Marchlewski, O. Achmatowicz, M. Nencki, J. Suszko, I. Łukasiewicz
  • W zakresie biosyntezy makrocząsteczek: R.B. Woodward, Ch.D. Pedersen, J.D. Cram, R. Hoffman
Działy chemii organicznej

Do dziedzin chemii organicznej należą trzy główne działy:

  • Synteza organiczna, w obrębie, której wyróżnia się:
    • Preparatykę organiczną - synteza związków organicznych dla potrzeb laboratoryjnych
    • Technologię chemiczną - otrzymywanie związków organicznych, które są wykorzystywane
    • w przemyśle

Wytwarzanie związków pochodzenia organicznego nie organiczna się jedynie do syntezy substancji nowych, ale także do wydzielania znanych substancji z organizmów roślinnych czy tez zwierzęcych. Proces wytwarzania tego typu związków jest długotrwały, wieloetapowy, nierzadko wymaga specjalistycznej aparatury, warunków reakcji, szczególnej ostrożności. Większość substancji organicznych jest bardzo toksycznych, mogą się one dostać do organizmu nie tylko przez drogi oddechowe, ale także przez skórę, przy pracy z nimi należy mieć ochronne rękawice, okulary. Wiele procesów wymaga użycia wybuchowych rozpuszczalników, dla zwiększenia bezpieczeństwa tego typu prace przeprowadza się w tzw. pokoju benzenowym, z dala od otwartego źródła ognia.

Związki organiczne otrzymuje się zazwyczaj jako zanieczyszczone. Oczyszczanie przeprowadza się przy pomocy takich metod jak: krystalizacja (z odpowiednim rozpuszczalnikiem), ekstrakcja, destylacja, chromatografia (kolumnowa, gazowa, bibułowa, HPLC - wysokosprawna chromatografia cieczowa, pod zwiększonym ciśnieniem), sublimacja. Efekty tych procesów, w zależności od stanu skupienia otrzymanej substancji, kontroluje się mierząc temperaturę topnienia, współczynnik załamania światła (refrakcji) czy przeprowadzając badania spektralne. Mierzone wartości fizyczne porównuje się z odpowiednimi danymi

w literaturze.

Zarówno do procesów rozdzielania, oczyszczania jak i syntezy stosuje się metody używane w biologii molekularnej czy biochemii.

Natura związków organicznych narzuca rodzaj przemian, jakie następują podczas reakcji chemicznych. Podczas tego typu procesów dochodzi do rozerwania albo utworzenia wiązań kowalencyjnych.

Typy rozpadów wiązania:

 Homolityczny (symetryczny) - prowadzący do wytworzenia rodników

 Heterolityczny (niesymetryczny) - przyczyniający się do powstania pary jonów

Najczęściej ulegają rozpadowi wiązania pomiędzy atomami węgla i heteroatomu, albo wielokrotne pomiędzy atomami węgla. Dużo trudniej jest rozerwać wiązania typu: węgiel - węgiel, czy wodór - węgiel.

Głównymi rodzajami reakcji chemicznych, charakterystycznych dla związków organicznych są:

 Podstawiania (substytucji, np. chlorowca)

 Przyłączania (addycji, np. cząsteczki chlorowodoru)

 Eliminacji (np. wody)

 Przegrupowania

Podstawowe kierunki działań w syntezie organicznej na skale przemysłową:

 Polimery, a szczególnie tworzywa sztuczne oraz włókna chemiczne

 Związki krzemoorganiczne, boroorganiczne, fluoroorganiczne oraz metaloorganiczne

 Leki

 Środki ochrony roślin

 Związki powierzchniowo czynne

 Barwniki

 Garbniki

 Paliwa syntetyczne

  • Organiczna analiza strukturalna

Ustalenie składu chemicznego oraz struktury danego związku organicznego jest możliwe dzięki zastosowaniu metod analitycznych. Spośród nich należy wymienić takie jak:

 Klasyczna analiza chemiczna

 Instrumentalna analiza chemiczna

 Analiza spektralna

 Rentgenografia

Określenie składu procentowego poszczególnych pierwiastków, wzoru sumarycznego określa się za pomocą spektrometrii masowej oraz innych technik.

Bardzo ważne w chemii organicznej, jak wiadomo, jest wyznaczenie struktury przestrzennej, odróżnienie izomerów optycznych, strukturalnych, wykrycia specyficznych grup funkcyjnych, rozłożenia wiązań wielokrotnych, aromatycznych, ale także wzajemne oddziaływanie cząsteczek różnych lub tego samego związku, z cząsteczkami rozpuszczalnika.

Fragmenty cząsteczki określa się przy użyciu:

  • Spektrometrii masowej
  • Spektroskopii w nadfiolecie czy podczerwieni, metoda Ramana
  • Elektronowego rezonansu paramagnetycznego
  • Magnetycznego rezonansu jądrowego
  • Rentgenografii
  • Klasycznych metod chemicznych - reakcje charakterystyczne dla poszczególnych ugrupowań

Używa się również narzędzi chemii teoretycznej do przewidywania reakcji, struktury, oddziaływania. Niestety tak otrzymane parametry są wciąż niedokładne, nie pozwalają jednoznacznie stwierdzić, że otrzyma się związek o odkreślonych właściwościach. W zasadzie konieczne jest sprawdzenie danej metody w praktyce.

W dzisiejszych czasach coraz częściej mówi się o projektowaniu substancji organicznych o pożądanych własnościach. Oprócz związków używanych w przemyśle, główna gałąź tej dziedziny stanowią leki. Ich projektowanie opiera się na tak zwanym modelowaniu molekularnym, czyli dopasowaniu proleku do miejsca aktywnego enzymu, na który działa.

  • Badania fizyczne związków chemicznych, takich jak: aktywność optyczna, wartości momentu dipolowego

Ważną rolę pełni wyznaczenie efektów cieplnych, stałej równowagi, mechanizmu reakcji czy szybkości zachodzenia procesu z zastosowaniem metod fizyko-chemicznych, oraz coraz częściej stosowanych - biochemicznych.

Odkrywanie nowych związków organicznych stało się swoistego rodzaju przemysłem. Przedstawienie struktur, właściwości czy sposobu otrzymywania tych substancji odbywa się na konferencjach naukowych oraz zjazdach, a także na łamach czasopism: Chemical Abstracts, Organica, Acta Crystalographica i wielu innych.

Nazewnictwo, rozwój oraz koordynacja współpracy w płaszczyźnie chemii organicznej spoczywa na barkach Wydziału Chemii Organicznej Międzynarodowej Unii Chemii Czystej i Stosowanej (IUPAC).