organisk kemi

Omkring 1800-tallets begyndelse opstod kemien som en moderne, eksakt naturvidenskab; man kunne bestemme de kemiske forbindelsers sammensætning, man kunne gøre sig klart, hvad man skulle forstå ved et rent, kemisk stof, og man kunne udkaste teorier om, hvordan de var sammensat.

I disse år isoleredes et stort antal forbindelser fra levende organismer som fx urinstof, forskellige aminosyrer som cystein og leucin, alkaloider som morfin og piperin (sidstnævnte isoleret af H.C. Ørsted i 1819 fra peber) og forskellige kulhydrater. Organisk kemi blev nu en betegnelse for studiet af kemiske forbindelser, der havde deres oprindelse i levende organismer, og næsten alle kemikere bekendte sig til den anskuelse, der var kendt som vitalisme. Ifølge vitalismen besidder alle levende organismer en særlig livskraft, vis vitalis, som ikke er til stede i det "ikke-levende" (dvs. det biotiske versus det abiotiske). En kemisk konsekvens af denne doktrin var, at forbindelser isoleret fra organiske, naturlige kilder var fundamentalt forskellige fra uorganiske forbindelser. Nok kunne uorganiske forbindelser fremstilles (syntetiseres) i laboratoriet, men organiske forbindelser kunne ikke syntetiseres, i det mindste ikke ud fra uorganiske stoffer.

Den tyske kemiker F. Wöhler offentliggjorde i 1828 en bemærkelsesværdig afhandling. Her noterede han, at hvis han inddampede en vandig opløsning af ammoniumcyanat, opnåede han farveløse krystaller, som ikke var ammoniumcyanat, men urinstof. Den omdannelse, som skete, var en transformation af et uorganisk salt, ammoniumcyanat, NH₄OCN, til urinstof, (NH₂)₂CO, en forbindelse kendt fra urin og derfor organisk. Wöhlers eksperiment var det første angreb på vitalismedoktrinen. Den næste generations synteser af organiske stoffer viste klart, at der i organiske forbindelser ikke var en speciel vis vitalis.

Isomeribegrebet blev suppleret af strukturteorien, der siger, at det nøjagtige arrangement af atomer entydigt definerer et stof, en kemisk forbindelse. Fire videnskabsmænd har æren for uafhængigt af hinanden at have skabt grundlaget for strukturteorien: A.S. Couper, A. Kekulé, A.M. Butlerov og J.J. Loschmidt. Kekulé foreslog i 1857, at kulstofatomet (C) var firegyldigt, dvs. at det kan binde fire atomer af et engyldigt grundstof, fx brint (H), hvorved der dannes metan (CH₄). Året efter udvidede han teorien til at sammenbinde atomer, især kulstof, til kædemolekyler, og i 1865 opdagede han, at såkaldte aromatiske forbindelser som benzen dannede særlige ringformede forbindelser. Couper havde før Kekulé skrevet en ikke offentliggjort afhandling, hvori han gjorde rede for, at kulstofatomet er firegyldigt, og han var den første til at anvende grafiske formler.

Væsentlige opdagelser sidst i 1800-tallet og først i 1900-tallet vedrørende atomers natur medførte, at man begyndte at forstå bindingsforhold og molekylstruktur. Amerikaneren G.N. Lewis beskrev bindinger i organiske molekyler vha. samhørende elektronpar, og en anden amerikaner, L. Pauling, udviklede det såkaldte resonansbegreb til en mere avanceret bindingsteori. Briterne R. Robinson og Christopher Ingold (1893-1970) forsøgte at gå et skridt videre ved at undersøge, hvorledes kemiske reaktioner foregår. Robinson, der først og fremmest var interesseret i organisk naturstofkemi, anvendte Lewis' elektronteorier til studiet af kemiske reaktioner og kunne analysere mekanismen i detaljer. Ingold anvendte den fysiske kemis kvantitative metoder til at studere organiske reaktioner for at kunne forstå de enkelte delreaktioner, som forklarer, hvorledes en organisk forbindelse omdannes til en anden forbindelse.

I dag giver dynamiske betragtningsmåder af organisk-kemiske reaktioner studeret bl.a. ud fra valensbindingsteorien, molekylorbitalteorien og ved kvanteteoretiske metoder ikke blot forståelse af den detaljerede mekanisme bag kemiske omsætninger, men også mulighed for at forudsige nye reaktioner eller vælge de til enhver tid bedste reaktionsbetingelser. Herved har den organiske kemi udviklet sig fra "symptomviden" (kendskab til enkeltreaktioner) til "kausalviden", idet mangfoldigheden af enkeltreaktioner efter deres iboende lovmæssighed, de såkaldte reaktionsmekanismer, kan arrangeres overskueligt og anvendeligt for praktisk syntese.

Udnyttelsen af denne viden har haft stor betydning for forståelsen af, hvorledes mange komplicerede molekyler i naturen dannes ud fra enkelt opbyggede udgangsmaterialer. Det har tillige betydet meget for den rationelle planlægning af syntesen af komplicerede organiske stoffer af teknisk eller medicinsk betydning.

Organisk kemi spiller en vigtig rolle i menneskets daglige liv; føde, tøj, træ og papir samt medicin, plastmaterialer, benzin, olie og dæk er alle organiske forbindelser. Organisk kemi er ikke blot en videnskabelig disciplin, men en vigtig disciplin for læger, tandlæger, apotekere og landmænd; den hyppige anvendelse af ord som plast, polymer, polyethylen, oktantal, polyumættede fedtstoffer, heroin, syntetiske farvestoffer, DDT, nylon, nikotin, detergenter mfl. viser, at organisk kemi er en væsentlig del af den teknologiske kultur på godt og ondt. Det er et problem, når og hvis den organiske kemis muligheder anvendes ukritisk til levere (typisk billige og højfunktionelle) produkter, hvis virkning selv i små koncentrationer ikke altid kendes.

En væsentlig årsag til den organiske kemis vækst i 1900-tallet har været den lette adgang til billige udgangsmaterialer. Mange lægemidler, plastmaterialer, syntetiske fibre, filmmaterialer og elastomerer fremstilles ud fra petrokemikalier opnået fra råolie og naturgas. Efterhånden som råstofferne svinder ind og bliver utilstrækkelige, vil anvendelsen af råolien i høj grad være med til at bestemme, hvilket slags samfund vi skal have. Alternative energikilder, især til transport, vil dog formentlig tillade, at en større del af råolien anvendes til petrokemikalier i stedet for at blive brændt i bilmotorer. Fra slutningen af 1990'erne arbejdes der på at udnytte kuldioxid (CO₂) som udgangspunkt for fremstillingen af organiske stoffer.

Mange væsentlige processer i den kemiske industri ville ikke være mulige uden tilstedeværelse af katalysatorer (se katalyse). I søgning efter nye katalysatorer er biokemien en væsentlig inspirator, idet dens biokatalysatorer, enzymerne, ofte forøger reaktionshastighederne flere mio. gange i forhold til en ikke-enzymkatalyseret reaktion. Der er forskningsmæssig og industriel opmærksomhed på enzymer som reagenser i organisk kemi samt på udvikling af stærkt selektive reagenser.

Supramolekylær kemi og kombinatorisk kemi er to andre områder, der frembyder udfordringer og muligheder. Begge områder repræsenterer brud med den klassiske syntesestrategi og anvender helt andre principper.

• kemi