유기화학이란 무엇인가 미래는

우리의 삶에  필수 불가결하게 유기적으로 연결되어 있는 학문 중에 가장 널리 보급되어 있는 것이 유기화학이다. 유기화학이란 무엇인지 그 내용과 어떻게 우리의 삶과 연관되어 있는지 그리고 미래에는 어떻게 변할지 알아보기로 한다.

 

1. 유기화학의 정의

유기화학은 자연계에 존재하는 물질 중에 탄소를 기반으로 하는 화합물에 대하여 다루는 학문이다. 주로 탄소와 수소의 결합을 위주로 다루고 있으며 관련되는 분자단위의 여러 가지 반응과 물성등을 연구한다. 유기화합물은 석유로부터 추출한 벤젠고리를 기본으로 하는 탄화수소계와 불소, 염소 등의 원소를 포함하는 할로겐화물계로 나누어진다. 탄화수소계는 주로 연료로 사용되며 일부는 플라스틱이나 기타 화합물의 원료로 쓰인다. 할로겐화물은 각종 화학제품에 사용되며 백금촉매가 반응에 적용된다. 그리고 방향족류는 향수나 화장품에 쓰이고 나프탈렌유도체는 살균제로 사용되고 있다. 이와 같이 모든 화합물들은 우리의 생명과도 깊은 관계가 있다. 우리가 살아가면서 접하는 의식주의 모든 것들 식품이나 플라스틱 종류 그리고 각종 생필품이나 의복류 등 모든 것이 화학물질이며 일상생활의 일부라고 여겨진다. 

 

 

2. 유기화학의 역사

중세시대 유기화학은 탄소와 수소의 연소분석으로 각종 유기화합물의 분자식을 알게 되었다. 복잡한 유기분자식에서 다른 원소로 변화되는 과정을 설명하기 위하여 여러 가지 이론이 성립되었다. 그리고 새로운 화합물이 만들어지는 과정을 겪게 된다. 병을 치료하기 위한 의약품, 해충방제를 위한 농약, 생활에 필수적인 플라스틱 등 해마다 수천 개의 새로운 물질들이 합성되고 있다. 다양한 물질을 분석하는 기법도 발전하게 되었으며 정제하기 위해 크로마토그래피를 도입하여 고순도의 물질을 분리하기도 한다. 화합물의 구조를 분석하기 위해 엑스선이 도입되어 3차원적인 구조에 대한 정보도 얻게 되고 핵 자기 공명법과 질량분석법으로 복잡한 유기화합물에 대해서도 연구가 진행되었다. 

 

3. 유기화학의 내용

주로 탄소화합물을 기본골격으로 하여 수소, 산소, 질소, 황, 인, 할로겐등으로 결합되어진 물질을 다룬다. 과거에는 유기체에서 만들어지기 때문에 유기 화합물이라고 하였으나 실험실에서 요소를 합성한 후에는 탄소화합물이라고 명명하게 되었다. 이것은 다시 지방족과 방향족으로 분리되며 화합물에서 가지고 있는 각각의 작용기에 따라 구분된다.

 

1) 알칸 ; 일반식은 CnH2n+2 이며 모든 원자 간 결합은 단일결합이고, 화학적으로 안정하다.

 

2) 시클로 알칸 ; 일반식은 CnH2n 원자 간 단일결합이며 고리 모양이다.

 

3) 알켄 ; 일반식은 CnH2n C원자 사이에 이중결합이 한 개 존재하는 구조이다. 

 

4) 알킨 ; 일반식은 CnH2n-2 이며 탄소 사이에 결합이 있기 때문에 반응성이 매우 큰 편이다.

 

5) 알코올 ;  일반식은 R-OH이며 에탄에서 수소가 하이드록시기로 치환된 형태이다.

 

6) 알데히드 ; 일반식은 R-CHO이며 탄소에 산소가 이중결합으로 이루어진 형태이며 산화시키면 카르복실산으로 된다.

 

7) 에테르 ; 일반식은 R-O-R' 형태이며 알코올을 탈수하여 얻어진다. 반응성이 강한 액체 상태이다.

 

8) 케톤 ; 일반식은 R-CO-R'이며 물과 잘 섞이는 극성 용매로 사용된다.

 

9) 카르복시산 ; 일반식은 R-COOH이며 물이 잘 녹는다. 알코올의 에스테르화 반응으로 얻어진다.

 

10) 에스테르 ; 일반식은 R-COO-R'이며 물이 녹지 않고 가수분해가 잘된다. 환원성이 용이하다.

 

11) 벤젠 ; 일반식은 C6H6 이며 가장 안정한 방향족 물질로서 유기용제 및 기초 화학 원료로 많이 사용된다.

 

4. 유기화학의 미래

최근에는 화학 결합 및 구조에 대한 전자설의 적용으로 반응 메커니즘이 더욱 체계적으로 발전하고 있다. 물리화학적인 해석과 이론이 많이 성립되고 있다. 유기 분자들의 구조와 기하학적인 형태에 대한 연구를 진행하며 컴퓨터를 활용한 전자 계산학의 발달로 복잡한 유기화합물의 입체적인 모델링으로 반응물과 생성물의 경로를 추적하여 원하는 물질을 설계가 가능할 수도 있다. 생화학 분야에 적용하여 생명의 기원인 디엔에이 구조 및 연구에 활용되고 있다. 특히 분자는 물론 원자 단계의 전자 수준으로 슈퍼컴퓨터를 사용한 계산을 하여 실험으로 알아내기 어려운 고도의 화학반응 과정을 수행하는 기술이 크게 발전하고 있다.