Organická chemie 19. století - podrobněji

  • Počátky vědeckého přístupu ke zkoumání struktury organických látek můžeme nalézt u Lavoisiera, který je též zakladatelem elementární organické analýzy. Na Lavoisierův pojem složeného radikálu navázal v 19. století J. J. Berzelius s tzv. radikálovou teorií.
  • Označení organická chemie užil poprvé roku 1806 J. J. Berzelius v přesvědčení, že organické sloučeniny vznikají pouze v organismech působením životní síly , tzv. vis vitalis (vitalistická teorie).
  • Teprve F. A. Kekulé ve své učebnici organické chemie z let 1859-1861 ohraničil oblast zájmu organické chemie na chemii sloučenin uhlíku. „Není žádných podstatných rozdílů mezi sloučeninami organickými a anorganickými.“
  • Existovaly však i odlišné definice vytvořené jinými vědci.
  • Ani v dnešní době nelze organickou chemii zcela jednoznačně definovat. V podstatě platí definice Kekulého, avšak z oblasti zájmu organické chemie jsou vyjímány oxidy uhlíku, karbidy, uhličitany apod.)
  • Boj proti vitalistické teorii
  • Zdrcující většina chemiků na počátku 19. století byla přesvědčena o správnosti vitalistické teorie. Hlavními argumenty proti ní byly úspěchy syntézy organických látek z anorganických. K vyvrácení vitalistické teorie bylo však třeba uskutečnit celou řadu takových syntéz.
  • První takovou syntézou byla roku 1824 Wöhlerova příprava šťavelové kyseliny, ta však zůstala řadu let nepovšimnuta. Roku 1828 pak Wöhler připravil z čistě anorganických látek pouhým zahříváním kyanatanu amonného močovinu, typický metabolit savců vyskytující se v moči, v té době považovaný za prototyp organické látky. Tato syntéza sehrála největší úlohu v boji proti vitalistické teorii, ale až v polovině 19. století.
  • Z dalších syntéz byla významná např. Kolbeho příprava octové kyseliny z anorganických látek (1845) a Berthelotova syntéza ethynu (1859). Tyto syntézy postavily všechny chemické sloučeniny na stejnou úroveň.
  • Počátky strukturní teorie
  • Roku 1823 objevil J. von Liebig isomerismus, což jasně ukazovalo na určitý rozdíl ve vnitřním uspořádání molekul. Tako myšlenka se však setkala ze strany vědců nejprve s rozhodným odporem.
  • Významný přínos pro rozvoj organické chemie měli především A. M. Butlerov, F. A. Kekulé a A. S. Couper, kteří jsou považováni za zakladatele strukturní teorie organických látek.
  • Za počátek rozvoje strukturní teorie v organické chemii lze pokládat Kekulého článek z roku 1858, ve kterém jasně formuloval čtyřvaznost uhlíku a vyslovil své názory o řetězení uhlíkových atomů. Jeho představa, že molekuly lze znázornit jako systémy atomů v prostoru, vedla později až ke vzniku strukturních vzorců. Dokázal, že různé druhy atomů jsou charakterizovány počtem vazeb, kterými se mohou spojovat s jinými atomy. Vodík má jednu vazbu, kyslík dvě, dusík tři a uhlík čtyři takové vazby. Položil tím základy strukturní teorii. Použil také poprvé termín radikál.
  • A. Couper vyslovil roku 1858, téměř ve stejné době jako Kekulé, předpoklad čtyřvaznosti uhlíku a vysvětlil řetězení uhlíkových atomů. Ve své práci také podrobil přísné kritice teorii typů. Byl také první, kdo pro znázornění chemické vazby použil dnes běžný symbol – čárku.
  • A. M. Butlerov poprvé použil termín chemická struktura ve své přednášce na 36. sjezdu německých přírodovědců a lékařů ve Speieru (1861). Značný význam pro rozvoj strukturní teorie mělo vydání Butlerovovy učebnice organické chemie v letech 1864-1866.
  • Ve stejném roce jako první sešit Butlerovovy učebnice vyšla práce skotského chemika A. Crum-Browna, který začal používat grafické vzorce. Těmi bylo možno zřetelně znázorňovat také izomerii.
  • Teorie chemické struktury se koncem 60. let 19. století stala základem většiny teoretických i experimentálních prací v organické chemii.
  • Teorie aromatických látek
  • Poměrně dlouho se nedařilo určit obecnou strukturu aromatických látek, přestože na sebe tento problém soustřeďoval velkou pozornost chemiků. Pravděpodobně první, kdo přemýšlel o modelovém vyjádření struktury benzenu, byl J. Loschmidt, který ve své studii z roku 1861 bez konkrétních představ o struktuře benzenového jádra znázornil benzen jako kruh.
  • Roku 1865 pak A. Kekulé vyslovil názor, že základem všech aromatických sloučenin, z nichž nejjednodušší je benzen, je jádro skládající se ze šesti uhlíkových atomů spojených do kruhu (vzorec a) a o rok později zakreslil benzen prostorovým vzorcem s jednoduchými a dvojnými vazbami (vzorec b). Kekulého teorie benzenového jádra probudila zájem chemiků o aromatické sloučeniny a dala podnět k četným experimentálním pracem.
  • Jedním z nejdůležitějších problémů, které vyvstaly po vytvoření vzorce benzenu, bylo určení vzájemné polohy substituentů na benzenovém jádře. Začala se řešit otázka skutečného uspořádání uhlíkových vazeb v benzenu. Bylo provedeno mnoho experimentů a byly navrženy nové chemické vzorce benzenu. Žádný z klasických vzorců nevysvětloval uspokojivě stabilitu a chemické přeměny aromatických sloučenin. Splňovaly pouze podmínky symetrie. Určitý pokrok přinesla až elektronová teorie. Ale ani další vývoj kvantové chemie nevymýtil používání Kekulého vzorců benzenu. Moderními metodami bylo zjištěno, že benzenová molekula je přesně rovinná a tvoří pravidelný šestiúhelník. I dnešní kvantová chemie používá většinou Kekulého vzorců (vzorec c).
  • Kekulého návrhy vzorce benzenu. Symboly a, b, c viz text výše.
  • Řešení nomenklaturních otázek a definice termínů
  • Roku 1860 byl svolán do Karlsruhe mezinárodní sjezd chemiků. Na programu bylo řešení nomenklaturních otázek a definice termínů. Výsledkem sjezdu bylo, že se prosadil Cannizzarův návrh termínu „molekula“ proti termínu „částečka“, byla konečně přijata Avogadrova teorie a nové hodnoty „atomových vah“ prvků (dnes "relativní atomová hmotnost").