Début de la période de bourgeonnement
Le terme « chimie organique » a été inventé pour la première fois en 1806 par Betzerius, le « père de la chimie organique ». À cette époque, on la qualifiait d’antithèse de la « chimie inorganique ». En raison des limites scientifiques, l'objet de la recherche en chimie organique ne peut être que la matière organique extraite d'organismes naturels animaux et végétaux. Par conséquent, de nombreux chimistes pensent que les composés organiques ne peuvent être produits qu'en raison de l'existence de ce qu'on appelle la « vitalité » dans les organismes vivants et qu'ils ne peuvent pas être synthétisés à partir de composés inorganiques en laboratoire.
En 1824, le chimiste allemand Wühler hydrolysa le cyanate pour produire de l'acide oxalique et, en 1828, il utilisa par inadvertance le chauffage pour convertir le cyanate d'ammonium en urée. Le cyanure et le cyanate d'ammonium sont des composés inorganiques, tandis que l'acide oxalique et l'urée sont tous deux des composés organiques. Les résultats des expériences de Wüller ont donné à la doctrine de la « force vitale » son premier impact. Depuis, des composés organiques comme l’acide acétique ont été synthétisés à partir du carbone, de l’hydrogène et d’autres éléments, et la théorie de la vitalité a été progressivement abandonnée.
En raison de l'amélioration et du développement des méthodes de synthèse, de plus en plus de composés organiques sont synthétisés en laboratoire, et la plupart d'entre eux sont synthétisés dans des conditions très différentes de celles des organismes vivants. La doctrine de la « vitalité » a été progressivement abandonnée, mais le terme « chimie organique » est encore utilisé aujourd'hui.
Du début du XIXe siècle jusqu’en 1858, lorsque le concept de liaison de valence fut proposé, c’était la période embryonnaire de la chimie organique. Au cours de cette période, de nombreux composés organiques ont été isolés, certains dérivés ont été préparés, décrits qualitativement et les propriétés de certains composés organiques ont été reconnues.
Le chimiste français Lavoisier a découvert que lorsque des composés organiques sont brûlés, du dioxyde de carbone et de l'eau sont produits. Ses travaux de recherche ont jeté les bases de l'analyse quantitative des composés organiques. En 1830, le chimiste allemand Liebig développa la méthode d'analyse du carbone et de l'hydrogène, et en 1833, le chimiste français Dumas établit la méthode d'analyse de l'azote. La mise en place de ces méthodes de quantification organique permet aux chimistes de trouver des formules expérimentales pour un composé.
À cette époque, il était très difficile de résoudre le problème de la manière dont les atomes d’une molécule de composés organiques étaient disposés et combinés. À l’origine, la chimie organique utilisait la théorie binaire pour résoudre le problème structurel des composés organiques. La théorie dualiste soutient que les molécules d’un composé peuvent être divisées en molécules chargées positivement et chargées négativement, et que les deux sont maintenues ensemble par la force électrostatique. Les premiers chimistes croyaient que dans certaines réactions chimiques, les molécules de composés organiques étaient liées par les forces électrostatiques d'un groupe qui restait inchangé au cours de la réaction et d'un groupe qui changeait au cours de la réaction en fonction de la force électrostatique de la charge opposée. Mais cette doctrine elle-même est très contradictoire.
La théorie de la typologie a été établie par les chimistes français Gérard et Laurent. Cette théorie nie que les composés organiques soient composés de groupes chargés positivement et négativement, et que les composés organiques soient dérivés de certains composés parents qui peuvent être substitués et peuvent donc être classés en fonction de ces composés parents. La typologie classe de nombreux composés organiques en différents types, selon lesquels non seulement certaines propriétés des composés peuvent être expliquées, mais également de nouveaux composés peuvent être prédits. Mais la typologie ne parvient pas à répondre à la question de la structure des composés organiques. Cette question est devenue un mystère qui tourmente les gens depuis de nombreuses années.
Période de chimie organique classique
C'est depuis l'établissement de la théorie des liaisons de valence en 1858 jusqu'à l'introduction de la théorie électronique des liaisons de valence en 1916 que ce mystère insoluble fut résolu, et cette période fut celle de la chimie organique classique.
En 1858, le chimiste allemand Kekuler et le chimiste britannique Cooper proposèrent le concept de liaisons de valence et utilisèrent pour la première fois le tiret « - » pour représenter la « liaison ». Ils croient que les molécules de composés organiques sont formées par les liaisons des atomes qui les composent. Étant donné que parmi tous les composés connus, un atome d’hydrogène ne peut se lier qu’à un atome d’un autre élément, l’hydrogène est choisi comme unité de valence. La valence d'un élément est le nombre d'atomes d'hydrogène pouvant se lier à un atome de cet élément. Kekuler a également proposé le concept important selon lequel les atomes de carbone peuvent se lier les uns aux autres dans une molécule.
En 1848, Pasteur isole deux cristaux d'acide tartrique, un avec un demi-cristal hémiphadral à gauche et un cristal hémiphalique à droite. Le premier fait pivoter la lumière polarisée plane-vers la gauche, tandis que le second la fait pivoter vers la droite selon le même angle. Un phénomène similaire a été rencontré dans l'étude du lactate. A cet effet, en 1874, le chimiste français Lebel et le chimiste néerlandais Van Torf proposent respectivement un nouveau concept : les isomères, qui expliquent de manière satisfaisante cette isomérie.
Ils croient que la molécule est une entité tridimensionnelle-, que les quatre liaisons de valence du carbone sont symétriques dans l'espace, pointant vers les quatre sommets d'un tétraèdre, et que l'atome de carbone est situé au centre du tétraèdre. Lorsqu'un atome de carbone est lié à quatre atomes ou groupes différents, une paire d'isomères est produite, qui sont des images physiques et miroir l'une de l'autre, ou des relations chirales -gaucher et droit-, et cette paire de composés est des isomères optiques ou des énantiomères l'un de l'autre. Ce phénomène est appelé phénomène énantiomère. Ces deux molécules physiques et images miroir, énantiométriques mais ne se chevauchant pas complètement, sont appelées molécules chirales. Les théories de Lebel et Vantorf sont à la base de la stéréochimie en chimie organique. [3]
En 1900, le premier radical libre, le radical libre triphényle, a été découvert, qui est un radical libre-à vie longue. La présence de radicaux libres instables a également été confirmée en 1929.
Durant cette période, de grands progrès ont été réalisés dans la détermination de la structure des composés organiques, ainsi que dans la réaction et la classification. Mais la liaison de valence n'est qu'un concept dérivé par les chimistes de l'expérience pratique, et l'essence de la liaison de valence n'a pas encore été résolue.
La période de la chimie organique moderne
Sur la base de la découverte des électrons par les physiciens et de l'élucidation de la structure atomique, le physicien-chimiste américain Lewis et d'autres ont proposé la théorie électronique des liaisons de valence en 1916.
Ils croient que l’interaction des électrons externes de chaque atome est ce qui lie les atomes entre eux. Une liaison ionique se forme lorsque les électrons externes en interaction sont transférés d’un atome à un autre, et une liaison covalente se forme si deux atomes partagent les électrons externes. Grâce au transfert ou au partage d'électrons, les électrons externes des atomes en interaction sont tous acquis dans la configuration électronique du gaz rare. Ainsi, le tiret "-" utilisé pour représenter la liaison de valence dans la représentation picturale de la liaison de valence est en fait une paire de deux atomes partageant des paires d'électrons.
Après 1927, Heitler et London ont utilisé la mécanique quantique pour résoudre des problèmes de structure moléculaire, ont établi la théorie des liaisons de valence et ont proposé un modèle mathématique pour les liaisons chimiques. Plus tard, Malikon a utilisé la théorie des orbitales moléculaires pour traiter la structure moléculaire, et les résultats étaient généralement cohérents avec la théorie électronique des liaisons de valence, et en raison de la facilité de calcul, de nombreux problèmes auxquels il était impossible de répondre à l'époque ont été résolus.