|
 |
|
dajte mi recite nesto o organskoj kemiji ako je moguce odmah sad hvala
|
|
Ime i prezime:
vanjek goran
goran.vanjek@zg.hinet.hr
|
 |
 |
Organska kemija, kemija ugljikovih spojeva, jedna je od većih grana kemije, a bavi se gotovo svim ugljikovim spojevima, kojih je danas poznato na milijune. Temelji organske kemije položeni su s temeljima kemije, ipak, ne baš posve čvrsto. Mogli bismo reći da su iznova učvršćeni i konačno solidno postavljeni tek u 19. stoljeću radovima Friedricha Woehlera, Justusa von Liebiga, Augusta Ferdinanda Kekulea von Stradonitza i drugih. Zašto kažemo da su temelji organske kemije bar dvaput kopani? Jer, iako su ljudi poznavali još od spiljskih vremena mnoštvo organskih spojeva, postupaka njihova izoliranja iz prirodnih materijala i dobivanja, opet isključivo iz prirodnih materijala, nisu pravo znali kakva je narav tih "organskih" spojeva (naravno, u prvo vrijeme nitko nije govorio ni o spojevima u današnjem smislu, molekule). Kako su organske spojeve znali dobiti samo iz organskog materijala, biljaka, životinja, gljiva,..., mišljahu naši pretci sve do u pozno 19. st. da u tim tvarima ima neka posebna sila - narav - "živa sila", latinski vis vitalis, pa da se i mogu dobiti tek iz (nekad) živih organizama. Pripravivši ureu, mokraćevinu, CO(NH2)2, iz neorganskog, anorganskog, materijala, soli, amonijevog cijanata, NH4CNO, osporio je Woehler, potpomognut ranijim radovima Louisa Pasteura, hipotezu o životnoj sili u tvarima dobivenima iz živih organizama i u samim organizmima, tzv. vitalističku teoriju. (Tom je zgodom pisao Woehler Kekuleu kako je konačno uspio dobiti mokraćevinu bez pomoći pasa i mačaka (njihove mokraće).)
Prihvaćajući pomalo od Daltona obnovljenu grčku hipotezu o atomima koji kao najmanje i nedjeljive stabilne čestice grade sve što jest u Svemiru te novoniklu hipotezu o molekulama, Talijana Amedea Avogadra, česticama često složenijima od atoma, složenima upravo od njih, koje uistinu grade gotovo sve tvari, kemičari 19. st. stječu sve dublje uvide i u svijet organskih spojeva. Postavljaju se pitanja dobivanja raznih spojeva iz različitih anorganskih pa drugih organskih spojeva, pitanja molekulskih formula organskih spojeva i, pomalo stidljivo isprva, a onda najglasnije od svih pitanja, pitanje strukture ugljikovih spojeva, kako dvodimenzijske, tako i trodimenzijske. Ubrzo je nađeno da ugljikovi spojevi pokazuju posve neobično svojstvo - iako mogu imati istu molekulsku formulu, isti broj istovrsnih atoma dakle, moguće ih je razlikovati. Kako?! Poretkom tih atoma u nizu, "kosturu", dakle, razlika dvodimenzijskom strukturom, pa čak i poretkom atoma, ili skupina atoma, u prostoru, razlika trodimenzijskom strukturom. Spoj neke molekulske formule može postojati u različitim oblicima u prostoru - izomerija. U dvodimenzijskom prostoru radili su Woehler i Liebig, a trodimenzijski prostor osvajaju Nizozemac Jacobus Henricus Van't Hoff (prvi nobelovac za kemiju, 1901.) i Francuz Achille Le Bell. Prihvaćanje postojanja strukture, posebno trodimenzijske, organskih, i općenito kemijskih, spojeva nije nipošto bilo spontano. Najveći autoriteti tog vremena odlučno su je poricali ili bar zanemarivali, uzimali tek kao zgodno vizualno pomagalo u rješavanju raznih problema teorije i prakse, ali tek papirnato (!) pomagalo. U to vrijeme uvedeni su prostorni modeli molekula, uvođeni još od Daltona, koji ih je smatrao tek igračkama, nipošto idealiziranim prikazima stvarne strukture organskih spojeva, kako ih danas vidimo. Kekule je dijelio to Daltonovo mišljenje i dao svoj obol u razvijanju tih igračaka, njegovi modeli postali su najpopularniji svojevremeno. On je atome predočio drvenim modelima koji su općenito podsjećali na kobasice; atom vodika bio je kuglica određenog radijusa, a svi ostali atomi bili su istegnute te kuglice, istog radijusa kao vodikov atom, a duljine određene umnoškom duljine radijusa vodikove kuglice brojem valencija (valenciju je pravo uveo Kekule nazivajući je Atomizitaet, njem. atomnost) pojedinog atoma nekog elementa. Valencije bi stršale sve s jedne strane "kobasice" u obliku klinova. Kekuleovi suradnici prirodno su mu modele nazivali "kobasičastim" modelima. No, Kekuleove "kobasice" bile su vrlo funkcionalne, utičući ih jedne u druge mogao je vizualizirati spojeve kojima se bavio (s druge strane svaka je "kuglica", odnosno "kobasica" imala utore za klinove druge koja bi joj se priključila). Najpoznatija strukturna formula organske kemije zacijelo je ona Kekuleova, molekule benzena - "cik-cak" nizanjem dvostrukih i jednostrukih veza među atomima ugljika u šesteročlanom prstenu opisao je Kekule svoj san. A, je li to baš tako s benzenom? Začas ćemo vidjeti, a dotad ostanimo još par časaka u ovom odlomku. Nameće se ovdje još jedno pitanje od sebe samo - kako su, dovraga, kemičari tog vremena određivali strukturu?! Eee..., nije im bilo lako ko' danas. Danas pripraviš spoj, dobiješ ga, eventualno, u kristalnom stanju, ubaciš kristalić u grdosiju od stroja, pričekaš, recimo jedan dan, i pogledaš što je printer otprintao (tzv. metoda difrakcije, npr., rentgenskih zraka na kristalu). U ono vrijeme, pripraviš spoj na jedvite jade u čistom stanju, ispituješ ga svim mogućim reagensima, pogledaš polarizira li svjetlost kad ova prođe kroz otopinu mu, a ako ništa ne pomaže staviš ga pod nos ili što drugo kakvoj životinji (ovo nije šala, naš slavni Ružička tako je dobrano u 20. st. ispitivao strukture svojih spojeva, on je, konkretno, znao koristiti krijestu kopuna). Ipak, uspijevali su naši kemijski pretci s tim i takvim "postupcima" zaraditi za kruh, prije svega onaj duhovni. Eto kako se stvari mijenjaju, a čovjek postaje otuđeniji od prirode.
Sva ta raznolikost i mnoštvo vrsta ugljikovih spojeva počiva na jednoj jedincatoj činjenici - ugljikov atom je četverovalentan! Možda se čini da je to samo po sebi jasno, toliko puta rečeno pa izlizano i nevrijedno daljnjeg spomena, no to je tek pričin, opsjena raznih opsjenara kojima je tekst u udžbeniku jedini uzor(ak) znanstvene istine i (znanstvenog) stila, varka koje se treba čuvati kao što se Odisej morao čuvati pjeva sirena. Ništa u znanosti nije očito, pa i kad se otkrije i ispriča po tko zna koji put još uvijek se mora ispričati dojmljivo, poučno, lijepo. A ta činjenica četverovalentnosti ugljikova atoma nikako neće biti "očita" onomu tko pogleda gdje se u periodnom sustavu Mendjeljejeva nalazi element ugljik i pokuša to uskladiti s nekim novijim konceptima (konceptima kvantne kemije). U objašnjenje četverovalentnosti ugljikova atoma ovdje nećemo detaljno ulaziti, jer detalje je teže elementarno objasniti osnovnoškolcu, reći ćemo tek da je kao takav ugljikov atom najspremniji vezati se s drugim atomima iste ili različite vrste, tj. u četverovalentnom stanju potrebna mu je najmanja energija za stvaranje kemijskih veza, potpuno objašnjenje četverovalentnosti C-atoma dosta godina nakon što je Kekule zauzeo jasan stav o valenciji ugljika kao o broju 4 dao je američki znanstvenik, prije svega kemičar, Linus Carl Pauling (o ovom svestranom i briljantnom čovjeku pogledaj u mom članku na stranama Povijesti kemije i alkemije "E-škole" kemije ili u časopisu "Priroda", 12. mj. 2001.), idejom hibridizacije orbitala, kvantnokemijskim modelom. Ugljikovi atomi vezujući se međusobno ili s atomima drugih elemenata tvore kao četverovalentni spojeve dvodimenzijske ili trodimenzijske strukture, počev od malih molekula metana, najjednostavnijeg ugljikovodika molekulske formule CH4, građe tetraedra (trostrane piramide kojoj su sve strane istostranični trokuti) granajući duge lance različitih (bio)polimera sve do monstruoznih makromolekula, proteina, nukleinskih kiselina, makrocikličkih spojeva, steroida,... života!
Natrag benzenu! Štima li sve s Kekuleovom strukturnom formulom? U razdoblju druge polovice 19. st. predloženo je još nekoliko strukturnih formula benzena bitno različitih od Kekuleove. U svom velikom prikazu organske kemije "Lehrbuch der organischen Chemie" ("Udžbenik organske kemije") Kekule prikazuje uz svoju formulu i formule belgijskog kemičara i tehnologa, slabo ili nikako poznatog u svijetu kemije, a još manje van njega, Paula Havreza. Taj prikaz na, doslovno, margini u Majstorovom udžbeniku jedini donedavni je prikaz dviju, od svih drugih, radikalno drugačijih formula benzena. Zašto ih ističemo? Pa zbog radikalnosti i revolucionarizma, naravno, ne onih tipa francuskih revolucionara, Che Guevarre ili Lenjinovih komunista, već znanstvenih umotvorina koje su ispred svog vremena. Da, Kekuleova formula, ruku na srce, nije bogznašto, kad se uzme u ono vrijeme poznata summa znanja, a još bolje zahtjevi eksperimentatora. Jer, postavio se u to vrijeme problem broja izomera benzena, a Kekule je svoju formulu usprkos njenoj nemoći pred tim problemom zapisao u Udžbenik kao što crkvenjak zaključava relikviju u ormar. Havrezova formula uz moć da riješi navedeni problem, neodoljivo podsjeća na ovu današnju, suvremenu, kvantnomehaničku, strukturnu formulu benzena. Danas znamo da su sve veze među ugljikovim atomima u molekuli benzena jednake duljine, a time i jednake energije, što nije bio slučaj u Kekuleovoj formuli, a što je bio slučaj u Havrezovoj. Kako rekosmo, Havrezova je formula riješila prvi problem u vezi s molekulom benzena, broj njenih izomera, a riješivši još neke probleme u vezi s reaktivnošću benzena, što sve Kekuleova sanena maštarija nije uspjela, zacijelo zaslužuje našu pozornost i dobiva kakvu-takvu potvrdu svojeg oblika kao stvarnog, znači eksperimentalno utvrđenog; Kekuleovu maštu nitko nije sproveo u stvarnost. Ipak, kako to u povijesti često biva, Havrez je dugo, predugo, boravio u zaboravu na prašnjavim policama neke biblioteke (čemu je dijelom sam kriv jer je članak objavio u kemičarima i u to vrijeme posve nezanimljivom časopisu, namijenjenom prije svega inženjerima raznih struka), sve dok ga nedavni rad dvojice uglednih kemičara i povjesničara kemije nije uskrsnuo, i njega i formulu (rad je objavljen na njemačkom jeziku u časopisu "Chemie in unserer Zeit", a moj prijevod moći će se uskoro pročitati na stranama "E-škole" kemije). Havrez je, u istoj seriji od dva rada, dao još nekoliko značajnih doprinosa kemiji, svih odreda za života mu od kolega neviđenih, a poslije zaboravljenih: uočio je važnost simetrijskih principa u razvijanju modela strukture molekula (što će posve razviti tek moderna strukturna teorija potpomognuta mastodontskim teorijama kakve su kvantna teorija i matematička teorija grupa) kojima se služio i pri razvitku svoje formule (sve su Havrezove veze među ugljikovim atomima u šesteročlanom prstenu jednake duljine, niti jednostruke, niti dvostruke, već tropolovinske veze, što je izveo iz pretpostavke da ugljikov atom nije četverovalentan, u Kekuleovom smislu "sve valencije s jedne strane, a svaka se broji kao 1", već da ima sa svake strane svog tijela po četiri jednopolovinske valencije, od kojih s po tri gradi dvije tropolovinske veze s dva susjedna C-atoma, a s preostale dvije dvije jednopolovinske veze s jednim vodikovim atomom, kojeg Havrez također promatra kao dvopolovinski valentnog, a ne jednovalentnog), a shvatio je nepogrješivo da vanjski pravilni izgled kristala ne predstavlja i unutarnju strukturu tom kristalu, on samo naznačuje da postoji i unutarnja pravilna struktura, kakva, tek treba ispitati.
Suvremena kemija, pa tako i organska kemija, raspolaže s dvije osnovne teorije kojima se stalno koristi u teorijskom i praktičnom radu - kvantnom teorijom i strukturnom teorijom. Strukturna teorija uvelike je unaprijeđena, kao i svakodnevna praksa strukturnih kemičara, otkrićem difrakcije rentgenskih zraka na kristalnom uzorku, a poslije i otkrićem neutronske difrakcije (rasapa zraka neutrona) nakon otkrića dvojne valnočestične prirode neutrona od strane kvantnih fizičara. Sada je, kako je već rečeno, moguće strukture različitih spojeva, malih i velikih, jednostavnih i supersloženih, riješiti u danima, a spoznaje koje odatle slijede prema reaktivnosti promatranih spojeva otvaraju posve nove mogućnosti za kemiju, naposlijetku i tako dugo željeno dizajniranje spojeva sa svojstvima po vlastitoj želji kemičara (to je od nemjerljive važnosti za proizvodnju lijekova i drugih biološki aktivnih tvari). Među najvrjednijim doprinosima stereokemiji, kemiji prostora, radovi su našeg posljednjeg, trećeg, nobelovca Vladimira Preloga (Nobelova nagrada za kemiju 1975.), o kojemu više na stranama Povijesti kemije i alkemije "E-škole" kemije. On je među ostalim definirao pojam kiralnosti i dao pravila za nazivanje kiralnih spojeva. Pojam je preuzeo od Lorda Kelvina, a značenje mu je doslovno sličnost ruci, šaci, jer kiralne molekule su poput ljudskih šaka, zrcalne slike jedna druge. Mnoge biološki aktivne supstancije upoznali smo pravo tek po rješavanju njihove strukture, svo vrijeme do pred početak 20. st. i otkrića rentgenske strukturne analize, nismo znali od kakvih smo dijelova građeni, kakve su molekule koje nas čine živima. Značajne putokaze ostavila je svojim radom na strukturi biomolekula nedavno preminula engleska kemičarka Dorothy Crawfoot Hodgkin, među ostalim riješila je strukturu vitamina B12.
Pričajmo još malo, potkraj ovog razgovora, o Lavoslavu Ružički, prvom našem nobelovcu (Nobelova nagrada za kemiju 1939.), virtuozu preparativne, i strukturne, organske kemije. Preparativna se kemija bavi pripravljanjem kemijskih spojeva, a Ružička je za života pripravio mnogo različitih organskih spojeva i istražio njihovu strukturu te reaktivnost - bio je jedan od najplodnijih kemičara uopće. Njegov rad je zanimljiv i zbog svestranosti tumaranja po širokom kraju organske kemije, po izvornosti njegovih metoda istraživanja i, što je najvažnije, veličini pitanja kojima se bavio. Mogli bismo reći da su Ružičku zanimala četiri temeljna pitanja: biološka aktivnost nekih kemijskih spojeva (u njegovom slučaju insekticidni spojevi), mirisna svojstva prirodnih organskih spojeva (pri čemu je istražio nekoliko mirisnih supstancija biljnog i životinjskog podrijetla), spojevi velikih prstenova (s mnogo atoma povezanih u prsten) te narav spolnosti (spolni hormoni). Svaki problem iscrpno je istražio izoliravši i/ili priredivši mnoštvo spojeva, te određujući im strukture pritom otkrivajući posve nove nazore u biogenetskom (prirodnom) nastajanju određenih istraživanih tvari, poput spolnih hormona androsterona i testosterona. Često je njegova kemijska intuicija bila u suprotnosti s u ono vrijeme prihvaćenim stavovima, a on je ustrajavao i okapao uhodane staze (inače, bio je strastveni uzgajivač alpskog bilja u svom vrtu u Zuerichbergu). Harvardsko sveučilište odalo mu je najdraže mu priznanje: "... kemičar koji je bio smion u svojim napadima, briljantan u svojim metodama, uspješan u svojim interpretacijama arhitekture prirodnih spojeva..."
Primjena organske kemije u fiziologiji i poljoprivredi bila je naglašavana još od vremena Liebiga, a danas je organska kemija sveprisutna, kako u svagdašnjici, kućanstvo, industrija, usluge, tako i u sve začudnijim pothvatima čovjeka u malom i u velikom, od neobične simbioze njezine s fizikom, biologijom i tehnologijom u izgradnji nanotehnoloških zvjerki (nanoroboti, nanokompjutori, nanomaterijali) do traženja života ili mogućnosti života na nekim drugim, od ljudi neposjećenih, mjesta u Svemiru.
Opširnije pročitaj o razvitku organske kemije u knjigama:
Fran Bubanović, Iz moderne kemije,
Drago Grdenić, Povijest kemije, koje zacijelo posjeduje koja knjižnica u blizini. |
|
|
Odgovorio:
Marko Grba
<-- Povratak
|
|
|
Postavite
pitanje iz bilo kojeg područja kemije i
e-škola će osigurati da dobijete odgovor od kompetentnog znanstvenika. |
  |
|
