Чудеса Органической химии

Этот пост является архивной копией одноименного поста с блога isChemist от 11 февраля 2018 года.

Я прекрасно понимаю, что очень сложно найти свой путь в этом мире без подсказок. Я сам нашел свой интерес к химии лишь после лекций профессора КазНУ Бекишева К. Б. и вряд ли до чего-то бы дошел, сидя на школьных уроках химии. Именно поэтому я запускаю мини-марафон, в рамках которого в течение 5 последующих дней я буду публиковать небольшие записи с интересными фактами из разных разделов химии. Да и в конце то концов, я же химик и сайт называется ischemist, а не istotpacan4topostupilvmit

• День 2. Чудеса аналитической химии
• День 3. Чудеса физической химии
• День 4. Чудеса квантовой химии
• День 5. Чудеса химии комплексных соединений

Органика не только горит

Вообще, наверное впервые я услышал словосочетание «органические вещества» на уроке биологии в 7 классе, и тогда мне сказали, что органика — это то, что горит. В дальнейшем, я слышал подобные фразы от старшеклассников:

• Блин, вот в 10 классе начинается органическая химия — и это просто жесть
• Органика самая скучная и сложная вещь на свете
• Столько реакций нужно знать

В итоге, как ни странно, именно с органической химии началась моя любовь к химии.

Органика = универсальность + логичность

Сейчас я на простом примере продемонстрирую тебе самую главную (по моему мнению) фишку всей органической химии.

Знакомься — это амиды.

Первая молекула — да, вот эти линии, буквы O, H, N, R составляют молекулы — это общая формула всех амидов. Вообще, в органическом мире всем правят функциональные группы, или сочетания атомов, обладающие определенными химическими свойствами. Одной из функциональных групп является амид. Вместо буквы R могут быть миллионы (если не миллиарды) разных сочетаний атомов углерода, водорода, азота, кислорода и чего бы только не было. При этом вне зависимости от того какие перед тобой молекулы, если в ней есть определенные функциональные группы, то вести они себя будут одинаково (и приготовить их тоже можно одинаковым способом).

На рисунке выше показаны молекулы парацетамола (я думаю, он не нуждается в представлении), пенициллина (первые эффективные антибиотики) и фрагмент нейлона (очень распространенный полимер). Сам нейлон состоит из сотни тысяч повторяемых фрагментов, которые здесь заключены в скобки.

Это — нейлон.

Это — тоже нейлон.

Кстати, на этом амиды не заканчиваются. Крупнейший класс биомолекул — белки — состоят из множества амидных связей. Вот так вот.

Одинаковая функциональная группа - одинаковой способ синтеза

Помимо разнообразия продуктов содержащих одинаковые функциональные группы, они также обладают одинаковыми химическими свойствами. Давай взглянем на реакцию (и механизм) приготовления амида в общем виде.

Ты, кстати, можешь спросить — что означают эти красные стрелочки? Знакомься — это механизм реакции. Стрелочки показывают движение электронов: они берут свое начало в месте, где электронов много (две точки над буквой N — пара электронов) и заканчивают там, где электронов маловато. Если бы ты серьезно начал заниматься органической химией, ты бы узнал пару основных правил, которые руководят всеми органическими реакциями, и понимал бы, что данный механизм более чем логичный. Иными словами, опытные химики могут не знать продуктов (или механизмов) реакции, но если им дать набор реагентов, они, руководствуясь этими правилами, смогут предположить продукты и механизмы.

А давай теперь посмотрим на то, как образуется парацетамол.

Тоже самое! При этом, у нас появляются какие то шестиугольники, еще всякие штучки — но функциональная группа остается той же самой, а посему и реакция приготовления та же.

Подводим итоги

Химики подсчитали, что существует около 1,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000, 000,000,000,000,000,000,000,000 (10^63) стабильных органических молекул, содержащих менее 30 атомов углерода. Во всей Вселенной не хватит атомов углерода для того, чтобы создать все эти молекулы. И вот несмотря на эту безмерную огромность органической химии, все молекулы и реакции подчиняются одному и тому же своду законов и правил.

По окончанию этой записи у тебя может быть две реакции, например — такая:

Ну окей, ты показал мне какие-то черточки, говоришь что это молекулы, и вроде показываешь какие-то стрелочки. Ну окей, одинаковые функциональные группы — одинаковые реакции, и что?

Или вот такая:

И что в итоге? Если у тебя такие, вроде небольшие и мелочные детали, вызывают восторг, интерес — то возможно, ты человек науки. Ты можешь убедиться в этом, если положительно ответишь на следующие вопросы:

• Мне интересны механизмы жизненных процессов
• Я часто задаю вопросы «почему»
• Для меня маленькая деталь, которая описывает мир вокруг меня — это очень значимая деталь
• Мне было интересно читать эту запись

А на этом все! Завтра будет запись про аналитическую химию.