Varajane tärkamisperiood
Mõiste "orgaaniline keemia" võttis esmakordselt kasutusele 1806. aastal Betzerius, "orgaanilise keemia isa". Sel ajal nimetati seda "anorgaanilise keemia" antiteesiks. Teaduslike piirangute tõttu saab orgaanilise keemia uurimisobjektiks olla ainult looduslikest loom- ja taimeorganismidest ekstraheeritud orgaaniline aine. Seetõttu usuvad paljud keemikud, et orgaanilisi ühendeid saab toota ainult tänu elusorganismide nn elujõulisusele ja neid ei saa laboris anorgaanilistest ühenditest sünteesida.
1824. aastal hüdrolüüsis Saksa keemik Wühler tsüanaati oksaalhappe saamiseks ja 1828. aastal kasutas ta tahtmatult kuumutamist, et muuta ammooniumtsüanaat karbamiidiks. Nii tsüaniid kui ka ammooniumtsüanaat on anorgaanilised ühendid, samas kui oksaalhape ja uurea on mõlemad orgaanilised ühendid. Wülleri katsete tulemused andsid "elujõu" õpetusele esimese mõju. Sellest ajast alates on süsinikust, vesinikust ja muudest elementidest sünteesitud orgaanilisi ühendeid nagu äädikhape ning elujõu teooriast on järk-järgult loobutud.
Seoses sünteesimeetodite täiustumisega ja arenemisega sünteesitakse laboris üha rohkem orgaanilisi ühendeid ning enamik neist sünteesitakse tingimustes, mis erinevad elusorganismide omadest. "Elujõu" doktriin loobuti järk-järgult, kuid mõiste "orgaaniline keemia" on kasutusel tänaseni.
19. sajandi algusest kuni 1858. aastani, mil valentssideme kontseptsioon välja pakuti, oli see orgaanilise keemia embrüonaalne periood. Sel perioodil oli isoleeritud palju orgaanilisi ühendeid, valmistatud mõned derivaadid, neid kvalitatiivselt kirjeldatud ja mõne orgaanilise ühendi omadusi tunnustatud.
Prantsuse keemik Lavoisier avastas, et orgaaniliste ühendite põletamisel tekivad süsihappegaas ja vesi. Tema uurimistöö pani aluse orgaaniliste ühendite kvantitatiivsele analüüsile. 1830. aastal töötas saksa keemik Liebig välja süsiniku ja vesiniku analüüsimeetodi ning 1833. aastal lõi prantsuse keemik Dumas lämmastiku analüüsimeetodi. Nende orgaaniliste kvantifitseerimismeetodite loomine võimaldab keemikutel leida ühendi eksperimentaalseid valemeid.
Sel ajal oli väga raske lahendada probleemi, kuidas orgaaniliste ühendite molekulis aatomid olid paigutatud ja kombineeritud. Algselt kasutas orgaaniline keemia orgaaniliste ühendite struktuuriprobleemi lahendamiseks binaarteooriat. Dualistlik teooria väidab, et ühendi molekule saab jagada positiivselt ja negatiivselt laetud molekulideks ning neid kahte hoiab koos elektrostaatiline jõud. Varased keemikud uskusid, et teatud keemiliste reaktsioonide puhul seovad orgaaniliste ühendite molekulid reaktsioonis muutumatuks jäänud rühma elektrostaatilised jõud ja rühma, mis muutus reaktsioonis vastavalt vastupidise laengu elektrostaatilisele jõule. Kuid see õpetus ise on väga vastuoluline.
Tüpoloogiateooria panid paika prantsuse keemikud Gérard ja Laurent. See teooria eitab, et orgaanilised ühendid koosnevad positiivselt ja negatiivselt laetud rühmadest ning et orgaanilised ühendid on tuletatud mõnest lähteühendist, mida saab asendada, ja seetõttu saab neid klassifitseerida nende lähteühendite järgi. Tüpoloogias liigitatakse paljud orgaanilised ühendid erinevatesse tüüpidesse, mille järgi ei saa seletada mitte ainult ühendite mõningaid omadusi, vaid ennustada ka mõningaid uusi ühendeid. Kuid tüpoloogia ei suuda vastata orgaaniliste ühendite struktuuri küsimusele. Sellest küsimusest on saanud mõistatus, mis on inimesi vaevanud juba aastaid.
Klassikalise orgaanilise keemia periood
See lahustumatu mõistatus lahendati alates valentssidemete teooria loomisest 1858. aastal kuni valentssidemete elektroonilise teooria kasutuselevõtuni 1916. aastal ja see periood oli klassikalise orgaanilise keemia periood.
1858. aastal pakkusid Saksa keemik Kekuler ja Briti keemik Cooper välja valentssidemete kontseptsiooni ning kasutasid esimest korda sideme tähistamiseks kriipsu "-". Nad usuvad, et orgaaniliste ühendite molekulid moodustuvad aatomite sidemetest, millest need koosnevad. Kuna kõigist teadaolevatest ühenditest saab vesinikuaatom seostuda ainult mõne teise elemendi aatomiga, valitakse valentsiühikuks vesinik. Elemendi valents on vesinikuaatomite arv, mis võivad seostuda selle elemendi ühe aatomiga. Kekuler pakkus välja ka olulise kontseptsiooni, et süsinikuaatomid võivad molekulis üksteisega seonduda.
1848. aastal eraldas Pasteur kaks viinhappekristalli, millest üks oli pool-hemifadraalkristalliga vasakul ja üks hemifaalne kristall paremal. Esimene pöörab tasapinnaliselt polariseeritud valgust vasakule, teine aga sama nurga all paremale. Sarnast nähtust on kohatud ka laktaadi uurimisel. Sel eesmärgil pakkusid Prantsuse keemik Lebel ja Hollandi keemik Van Torf 1874. aastal vastavalt välja uue kontseptsiooni: isomeerid, mis selgitasid seda isomeeriat rahuldavalt.
Nad usuvad, et molekul on kolmemõõtmeline üksus, et süsiniku neli valentssidet on ruumis sümmeetrilised, osutades tetraeedri neljale tipule, ja et süsinikuaatom asub tetraeedri keskel. Kui süsinikuaatom on seotud nelja erineva aatomi või rühmaga, tekib isomeeride paar, mis on üksteise füüsikalised ja peegelpildid ehk vasaku- ja paremakäelised kiraalsed suhted ning see ühendipaar on optilised isomeerid või üksteise enantiomeerid. Seda nähtust nimetatakse enantiomeeri nähtuseks. Neid kahte molekuli, mis on vastastikku füüsilised ja peegelpildid, enantiomeetrilised, kuid mitte täielikult kattuvad, nimetatakse kiraalseteks molekulideks. Lebeli ja Vantorfi teooriad on orgaanilise keemia stereokeemia aluseks. [3]
1900. aastal avastati esimene vaba radikaal, trifenüüli vaba radikaal, mis on pikaealine vaba radikaal. Ebastabiilsete vabade radikaalide olemasolu leidis kinnitust ka 1929. aastal.
Sel perioodil tehti suuri edusamme nii orgaaniliste ühendite struktuuri määramisel kui ka reaktsioonil ja klassifitseerimisel. Kuid valentsside on vaid keemikute praktilisest kogemusest tuletatud mõiste ja valentssideme olemus pole veel lahendatud.
Kaasaegse orgaanilise keemia periood
Füüsikute elektronide avastamise ja aatomi struktuuri selgitamise põhjal pakkusid Ameerika füüsikakeemik Lewis ja teised 1916. aastal välja valentssidemete elektroonilise teooria.
Nad usuvad, et iga aatomi väliste elektronide interaktsioon on see, mis seob aatomid omavahel. Iooniline side tekib siis, kui interakteeruvad välised elektronid kanduvad ühelt aatomilt teisele, ja kovalentne side, kui kaks aatomit jagavad väliseid elektrone. Elektronide ülekandmise või jagamise kaudu omandatakse kõik interakteeruvate aatomite välised elektronid väärisgaasi elektroonilises konfiguratsioonis. Seega on kriips "-", mida kasutatakse valentssideme tähistamiseks valentssideme pildil, tegelikult kahe aatomi paar, mis jagavad elektronpaare.
Pärast 1927. aastat kasutasid Heitler ja London molekulaarstruktuuri probleemide lahendamiseks kvantmehaanikat, kehtestasid valentssidemete teooria ja pakkusid välja keemiliste sidemete matemaatilise mudeli. Hiljem kasutas Malikon molekulaarstruktuuri käsitlemiseks molekulaarorbiidi teooriat ja tulemused olid üldiselt kooskõlas valentssidemete elektroonilise teooriaga ning arvutamise lihtsuse tõttu lahendati palju probleeme, millele tol ajal vastust ei osatud leida.