Вступ

Що таке органічна хімія і чому вона важлива?

У прекрасний суботу вдень у квітні ви відпочиваєте в саду, насолоджуючись чашкою гарячої кави. Барвисті весняні квіти мереживають повітря приємним ароматом, а зелена трава, тепле сонячне світло і насичений еспресо роблять день чарівним приводом.

Ваш розум починає дрейфувати, коли ви споглядаєте поєднання ароматів, кольорів та смаків, які оточують вас у цей момент, і як вони складають унікальні та захоплюючі складності людського досвіду.

Якщо ви коли-небудь замислювалися про походження яскравих відтінків природи або міркувань, що стоять за привабливим смаком кави, ви б змогли знайти кожну відповідь в рамках складного спектру знань у вивченні органічної хімії.

Органічна хімія - це хімія сполук, що містять вуглецевий елемент: загальний елемент всіх живих організмів. Антоціани - це пігменти, які дають квіти їх різні кольори, хлорофіл відповідає за зелені відтінки трави бере участь у процесі фотосинтезу рослин, а кофеїн - це те, що змушує каву функціонувати так, як він робить. Всі ці речовини містять вуглець, і всі вони є органічними сполуками.

Корінь терміна органічний датується більш ніж двохсот років тому, коли його первісне значення навіть не включало елемент вуглецю. Слово органічне було вперше введено в 1807 році Йонсом Якобом Берцеліусом, шведським хіміком, і використовувалося для позначення сполук, отриманих з живих організмів. Колись вважалося, що органічні сполуки можна отримати лише безпосередньо з природи, оскільки вони містять містичну сутність життя, відому як «віта сила», тому унеможливлюючи штучне створення органічних сполук. Ця теорія була зруйнована відомим експериментом, проведеним німецьким хіміком Фрідріхом Волером в 1828 році. У своєму експерименті Волер успішно синтезував кристалічну сечовину шляхом нагрівання аміаку та ціанової кислоти разом. Синтез сечовини ознаменував нову еру в історії органічної хімії, не тільки переосмислюючи термін органіка, але і переорієнтувавши органічну хімію в абсолютно нову наукову дисципліну. Сучасне визначення органіки, що є вуглецевмісними сполуками, зараз є науковим способом опису терміна. Однак протягом багатьох років залишається вірним, що органічні сполуки є важливими для кожної відомої форми життя, оскільки велика кількість органічних молекул складають усі живі організми.

Є дві додаткові нотатки щодо сучасного визначення органіки. По-перше, хоча це правда, що органічні сполуки - це ті, що містять елемент вуглець, важливо знати, що не всі сполуки, які містять вуглець, є органічними сполуками. Наприклад, карбонат кальцію (CaCO3), основний компонент у певних породах і крейді, ніколи не може бути позначений як органічний. По-друге, «органічна» їжа, яка часто зустрічається в супермаркетах, відноситься до того, що сільськогосподарська продукція була вирощена без використання штучних пестицидів, гербіцидів або синтетичних добрив, і не має нічого спільного з наявністю вуглецю в їх хімічних структурах. Таке вживання слова органічний, можливо, походить від старого визначення, маючи на увазі, що продукти прийшли з природи, без втручання людини.

Як ви могли зробити висновок, органічну хімію можна знайти в кожному куточку світу навколо нас. Від їжі, яку ми їмо, (вуглеводи в хлібі, білок у м'ясі, фруктоза у фруктах тощо) до тканини, яку ми носимо, (бавовна, нейлон, поліестер) та палива, що живлять технологію навколо нас (бензин, природний газ, вугілля), список органічних сполук, що беруть участь у нашому житті, нескінченний. Важливе значення у застосуванні органічної хімії має її критична роль у розвитку медицини та фармацевтики. Активні інгредієнти, знайдені в медицині, найчастіше є органічними сполуками, або ізольованими з природних матеріалів, або синтезовані в лабораторії. Лише кілька відомих прикладів включають Аспірин, Тайленол, пеніцилін, інсулін, варфарин та таміфлю. Стрімкий розвиток фармацевтичної промисловості, в якій органічна хімія виступала головним драйвером, врятували мільйони життів і різко покращили сьогоднішню якість життя.

Чарівним елементом, який є ключем до органічної хімії і всіх живих організмів, є вуглець. Що це за вуглецевий елемент, який робить його таким особливим? В основному це можна віднести до особливої склеювальної здатності, якою володіє вуглець. Атоми вуглецю можуть утворювати міцні ковалентні зв'язки з іншими атомами вуглецю у вигляді ланцюгів і кілець, а також утворює міцні зв'язки з іншими елементами, такими як водень, кисень, азот, сірка тощо. В результаті структури органічних сполук надзвичайно різноманітні і можуть бути досить складними.

Поради щодо вивчення органічної хімії

Вивчення органічної хімії може бути як захоплюючим, так і складним завданням. Найбільш часто оманливою стратегією навчання є поняття, що «я можу бути успішним, просто запам'ятовуючи все». Хоча час від часу може знадобитися запам'ятовування, це лише невелика частина того, що потрібно для вивчення органічної хімії; важливішим фактором є ваше розуміння. У курсі задіяно багато структур, реакцій і механізмів, і запам'ятовування поверхневого рівня не проведе вас весь шлях. Однак якщо ви знаєте зв'язки між структурами, розумієте основні принципи реакційної здатності тих чи інших сполук і можете сказати подібності та відмінності між різними механізмами, ви виявите, що це стає набагато простіше. Кілька пропозицій щодо навчання включають:

• Переписуйте власні замітки при навчанні. Наприклад, переосмислити поняття своїми словами, або написати карту понять, які пов'язані між собою.
• Практика робить досконалим. Робіть якомога більше питань практики, як ви можете, і спробуйте зробити свої власні питання, щоб двічі перевірити своє розуміння.
• Використовуйте набори моделей молекул для певних тем.

Про книгу

Через високий ціновий бар'єр близько половини студентів з органічної хімії КПУ не мають доступу до підручника. Це стало серйозною проблемою, яка суттєво впливає на результати навчання для курсу. Створення цього відкритого підручника покликане забезпечити вирішення цієї проблеми та допомогти студентам досягти успіху в цьому курсі.

Книга містить десять глав, зі змістом обкладинки від основних понять хімічного зв'язку, функціональної групи, до стереохімії, спектроскопії для визначення структури (ІЧ і ЯМР) і органічних реакцій (нуклеофільне заміщення, елімінація, радикальне заміщення алканів, додавання і окислення реакції алкенів, отримання і реакції алкінів).

Органічна хімія є складним предметом для багатьох студентів. Щоб допомогти читачам легше зрозуміти поняття, в книзі навмисно застосовуються прості та стислі мови. Рекомендовані затінені області текстового поля часто включаються в книгу, де читачі можуть знайти корисні поради щодо навчання, нагадування про поширені помилки, порівняння між подібними поняттями. Щоб допомогти читачам розвинути навички вирішення проблем, для прикладів у книзі зазвичай дається невеликий розділ, позначений як «стратегія». Читачам пропонується спробувати вирішити проблеми самостійно за допомогою корисних підказок, наведених в «стратегії», а потім порівняти свою роботу з детальними рішеннями, наданими згодом. Через обмежену доступність часу, не так багато питань практики включені в цю книгу. Сподіваємося, що в майбутньому випуску книги буде додано більше питань, особливо питань з різним рівнем складності.