Cosa studia la chimica organica?

Cos’è la chimica organica

La chimica organica è il ramo della chimica che studia i composti del carbonio. Si tratta di una delle discipline più vaste e importanti della chimica moderna, perché il carbonio è in grado di formare un numero enorme di molecole diverse, sia naturali sia sintetiche.

Oggi il termine organico viene spesso usato in ambito alimentare come sinonimo di biologico, ma in chimica il suo significato è molto diverso e ha radici storiche ben precise.

Origine del termine “organico”

Il termine organico fu introdotto nel 1807 dal chimico svedese Jöns Jacob Berzelius, che lo utilizzò per indicare le sostanze chimiche derivate dagli organismi viventi. In contrapposizione, chiamò inorganici i composti che non avevano origine biologica.

Questa distinzione portò alla nascita di una teoria molto diffusa tra Settecento e Ottocento: il vitalismo.

Secondo la teoria del vitalismo, i composti organici possedevano un’energia vitale che li rendeva impossibili da sintetizzare in laboratorio. Per questo si pensava che solo gli esseri viventi potessero produrre sostanze organiche.

Questa idea crollò nel 1828, quando il chimico Friedrich Wöhler riuscì a sintetizzare l’urea, un composto organico, partendo da sostanze considerate inorganiche. L’esperimento dimostrò che non esisteva alcuna “forza vitale” misteriosa e segnò la nascita della chimica organica moderna.

Definizione moderna di chimica organica

Oggi la chimica organica viene definita come lo studio dei composti contenenti carbonio.
Questa definizione, però, non è perfetta.

Alcuni composti contenenti carbonio non sono considerati organici, come:

• l’anidride carbonica (CO₂),

• i carbonati (marmo, bicarbonato di sodio),

• il carbonio elementare (diamante e grafite).

Il motivo è principalmente storico e tradizionale, ma nella maggior parte dei casi un composto organico contiene carbonio legato ad altri elementi come idrogeno, ossigeno e azoto.

Perché il carbonio è l’elemento chiave della chimica organica

Il carbonio è un elemento unico perché può:

• formare quattro legami chimici,

• legarsi a se stesso formando catene e anelli,

• creare legami singoli, doppi e tripli.

Grazie a queste proprietà, il numero di composti organici conosciuti è immensamente superiore a quello dei composti di tutti gli altri elementi messi insieme.

I principali elementi presenti nei composti organici sono:

• carbonio (C),

• idrogeno (H),

• ossigeno (O),

• azoto (N).

Possono essere presenti anche zolfo (S), fosforo (P) e alogeni come fluoro, cloro, bromo e iodio.

Come si rappresentano le molecole organiche

Per studiare le molecole organiche, i chimici utilizzano le strutture chimiche, che mostrano come gli atomi sono collegati tra loro.

• Le linee rappresentano i legami chimici

• I simboli chimici rappresentano gli atomi

• Un doppio legame è indicato con =

• Un triplo legame con ≡

Esempi di molecole organiche semplici

• Metano (CH₄): il composto organico più semplice.

• Etilene (C₂H₄): contiene un doppio legame ed è un importante ormone vegetale.

• Metanolo (CH₃OH), Figura 3: il più semplice degli alcoli

Formule di struttura e formule condensate

La formula bruta indica solo il numero di atomi presenti in una molecola, ma non mostra come sono legati tra loro. Per questo si usano le formule di struttura, che possono essere:

• sviluppate, con tutti i legami visibili:

• condensate:

• scheletriche (semplificate):

Le formule semplificate sono particolarmente utili per rappresentare molecole grandi e complesse, come i feromoni o i farmaci.

Composti ciclici e composti aromatici

Molti composti organici presentano strutture cicliche, in cui gli atomi di carbonio formano un anello. Un esempio classico è il cicloesano (C₆H₁₂), Figura 7.

Un termine fondamentale in chimica organica è aromatico. In chimica, un composto aromatico  è una molecola che deve essere planare e soddisfare la regola di Huckel.

Il benzene, Figura 8 è il composto aromatico per eccellenza e molte molecole importanti, come il Prozac (fluoxetina), contengono anelli aromatici nella loro struttura, Figura 9.

Conclusione

La chimica organica studia l’enorme varietà di composti del carbonio, dalle molecole più semplici fino a strutture complesse di grande importanza biologica e farmaceutica. Comprendere cos’è la chimica organica e perché il carbonio è così speciale è il primo passo per avvicinarsi a questa disciplina affascinante.