Wczesny rozwój chemii organicznej - podsumowanie

J. J. Berzelius (1814) ulepszył metody analizy związków organicznych J. Gay-Lussaca i L. J. Thenarda (1811), w których substancję ogrzewano z chloranem potasu i zbierano wodę i dwutlenek węgla. J. Liebig, od 1823 r., stosował spalanie próbek z tlenkiem miedzi, zbierając dwutlenek węgla w „kolbach potażowych”. J-B. Dumas (1830) określał zawartość azotu, zbierając go jako gaz po spaleniu próbki. W 1815 r. J. Gay-Lussac odkrył cyjanogen i uznał go za rodnik. Panowało przekonanie (wyrażone np. przez L. Gmelina w 1817 r.), że związki organiczne można wytwarzać tylko poprzez działanie tajemniczej „siły witalnej”

F. Wöhler i J. Liebig w 1832 r. opublikowali badania nad rodnikiem benzoilowym. Odkryli, że olej z gorzkich migdałów (benzaldehyd), kwas benzoesowy, chlorek benzoilu i benzamid (dwa ostatnie zostały odkryte przez nich) wszystkie zawierały grupę atomów, C₇H₅O, którą zapisali jako C₁₄H₁₀O₂ i nazywali benzoilem. J. J. Berzelius, który początkowo przyjął tę teorię, wkrótce się jej sprzeciwił, ponieważ nie uznawał rodników zawierających tlen. J. Liebig w 1838 r. podał ogólną definicję rodnika. J-B. Dumas i P. Boullay (1827) wysunęli teorię „eteryny”, dotyczącą alkoholu i eteru jako związków etylenu i wody. J. Liebig w 1834 r. utworzył rodnik etylowy, C₄H₁₀, i uważał eter za jego tlenek, C₄H₁₀O, a alkohol za hydrat eteru, C₄H₁₀·H₂O. J. J. Berzelius natomiast uważał alkohol za tlenek rodnika C²H⁶, a mianowicie. C²H⁶O, podczas gdy eter był tlenkiem etylu, C⁴H¹⁰O.

W wyniku eksperymentów J-B. Dumasa i A. Laurenta, Dumas w 1839 r. przedstawił swoją teorię podstawienia i rodzajów. Odkrył, że wodór w związku organicznym można zastąpić równoważnikiem chloru, tlenu itp., i zaproponował zrezygnować z dualistycznego formułowania związków organicznych, zastępując je Jednolitą Teorią, w której cząsteczka była traktowana jako całość, a jej części można było podstawić. Laurent zwrócił uwagę, że związek po takim podstawieniu zachowuje albo swoje podstawowe właściwości chemiczne lub zachowuje swój typ chemiczny, i zasugerował, że chlor „zastępuje” atom wodoru. Początkowo Dumas tego nie zaakceptował, ale po badaniach nad powstawaniem kwasu trichlorooctowego z kwasu octowego przyjął poglądy Laurenta.

Idee te zostały zaatakowane przez J. J. Berzeliusa, który nie mógł przyjąć, że elektroujemny chlor może zastąpić elektrododatni wodór, i zaproponował wzór kwasu trichlorooctowego, który całkowicie różni się budową od kwasu octowego:

kwas octowy = uwodniony trójtlenek acetylu:

C⁴H⁶·O³ + H²O;

kwas trichlorooctowy = chlorek węgla + kwas szczawiowy:

C²Cl⁶ + C²O³ + H²O.

Jednak w 1842 r. L. Melsens wykazał, że kwas trichlorooctowy łatwo przekształca się w kwas octowy w wyniku redukcji wodorem in statu nascendi, dlatego Berzelius był zmuszony traktować kwasy octowy i trichloroctowy jako związki podobne. Zrobił to pisząc ich formuły jako kwas szczawiowy (C²O³) „sprzężony” z metylem lub chlorkiem węgla:

Kwas octowy                                     C²H⁶ + C²O³ + H²O

Kwas trichlorooctowy           C²Cl⁶ + C²O³ + H²O

i wyjaśnił, że natura substancji poddanej sprzężeniu z kwasem szczawiowym ma bardzo niewielki wpływ na właściwości chemiczne. 

Ch. F. Gerhardt (1839) zmodyfikował Starszą Teorię Rodników i połączył ją z Teorią Typów, postulując podstawienie rodników w typach. Przypuszczał, że rodniki nie są w stanie samodzielnie funkcjonować, ale są „resztkami” utworzonymi przez podwójny rozkład, np. C₆H₅ i NO₂ to pozostałości w reakcji między benzenem a kwasem azotowym:

C₆H₆ + HNO₃ = C₆H₅NO₂ + H₂O.

Badania R. Bunsena dotyczące związków kakodylowych (1837–43) wykazały, że zawierały one rodnik As₂(CH₃)₄ (kakodyl), który uzyskał w stanie wolnym. (W rzeczywistości rodnik kakodylowy to As(CH₃)₂) Praca ta znalazła uznanie w oczach Berzeliusa, ponieważ poparła jego teorię, że związki organiczne są podobne do związków nieorganicznych, z tym wyjątkiem, że pierwiastki w tych drugich zostały zastąpione rodnikami w związkach organicznych. A. W. H. Kolbe i E. Frankland w 1848 roku myśleli, że udało im się wyizolować rodniki alkoholowe, np. wolny metyl, CH₃. W rzeczywistości uzyskali węglowodory, np. etan, C₂H₆, które są homologami metanu. W dużym stopniu wpłynęły na taki stan idee Berzeliusa, a Kolbe później rozwinął własne poglądy na temat struktury związków organicznych i zbliżył się do uznania wartościowości.

Ch. A. Wurtz w 1849 r. odkrył aminy przewidywane przez J. Liebiga, tj. związki organiczne zawierające rodnik NH₂, a A. W. Hofmann w 1850 r. udowodnił, że można je tworzyć wychodząc z NH₃, w którym jeden lub więcej atomów wodoru zostało zastąpione przez rodniki organiczne, a tym samym powstał „typ amoniaku”:

Badania A, W, Williamsona z 1850 r. dowiodły eksperymentalnie, że alkohol, eter i wiele innych związków nieorganicznych i organicznych można uzyskać z „typu wody”:

Był to ważny krok do sformułowania wzorów cząsteczek alkoholu i eteru, które zajmują tę samą objętość („dwie objętości”) w stanie pary.

Ch. F. Gerhardt w 1856 r. zaproponował cztery typy związków chemicznych (woda, amoniak, wodór i kwas solny):

do którego F. A. Kekulé w 1857 r. dodał typ gazu bagiennego:

stwierdzając, że węgiel jest „tetratomiczny”, tj. 1 atom C odpowiada 4 atomom H.

VI. E. Frankland w 1852 r. przedstawił ideę wartościowości, opierając się na badaniach związków metaloorganicznych, a w 1858 r. Kekulé wykazał, że dwa założenia (1) węgiel jest czterowartościowy, (2) atomy węgla mogą się ze sobą łączyć, mogą wyjaśnić struktury wielu związków organicznych. W 1865 r. Kekulé założył, że w związkach aromatycznych atomy węgla są połączone ze sobą w zamknięte pierścienie. Teoria typów nie była już wtedy potrzebna i rozpoczęła się nowoczesna chemia strukturalna.