유기화학(Organic Chemistry)이란? 정의와 역사, 탄소를 다루는 이유, 탄소화합물

유기화학이란 탄소를 포함한 유기화합물을 연구 대상으로 하는 학문이다. 유기화합물은 유기체에 존재하는 화학 분자들로 대표적으로 머리털, 피부 및 근육을 만드는 단백질, 유전을 조절하는 DNA, 영양분을 공급해 주는 음식물을 들 수 있다. 유기화학은 물질의 반응성에 대한 근본적인 이해를 통해 새로운 반응을 개발하고, 이러한 반응법들을 응용하여 유용한 구조와 기능을 갖는 유기/무기화합물, 고분자화합물 및 거대 분자의 효율적 합성을 목표로 연구를 수행하는 학문이다.

 

1790년 토르베른 올로프 베리만(Torbern Olof Bergman, 1735∼1784)은 최초로 무기 물체와 유기 물체에 대하여 언급하였고, 1806년 옌스 야코프 베르셀리우스(Jöns Jacob Berzelius, 1779∼1848)는 최초로 유기화학이라는 용어를 사용하였다. 유기화합물은 생명체로부터 기인하므로 특이한 생명력을 가지고 있는 화합물이라고 생각하였는데, 이는 무기화합물처럼 유기화합물을 실험실에서 만들거나 다룰 수 없었기 때문이다. 하지만 1816년 초에 미셸 슈브뢸(Michel chevreul, 1786~1889)이 동물성 지방과 알칼리를 반응시켜 비누를 만들고, 비누에서 지방산이라 불리는 여러가지 순수한 유기화합물을 분리했다. 이후 1828년 프리드리히 뵐러(Friedrich Wöhler, 1800~1882)는 무기염인 사이안산 암모늄(ammonium cyanate)를 사람의 소변에서 발견된 유기물인 urea로 바꿀 수 있다는 것을 발견했다. 그 뒤로도 생명체가 아닌 실험실에서 수많은 유기화학물이 만들어짐에따라, 생화학과 분리된 탄소중심 화학물질을 연구하는 분야를 유기화학이라 총칭하게 되었다.

 

그 중 탄소 원자를 왜 특별히 다루는지, 유기화학분자에서 탄소가 왜 중심인지는 탄소 원자를 살펴보면 알 수 있다. 탄소는 원자가 전자가 4개로 다른 원자들과 최대 4개의 결합을 형성하면서 다양한 구조를 만들 수 있기 때문이다. 또한 탄소는 다른 탄소 원자와 결합하여 화학 결합이 계속 이어질 수 있어, 긴 사슬과 고리를 만들 수 있는 독특한 성질을 갖고 있기 때문이다. 모든 원소들 중 탄소만이 간단한 것에서부터 매우 복잡한 것 까지의 무수한 많은 다양한 화합물을 형성할 수 있기에 탄소를 특별히 다룬다.

 

탄소 화합물은 탄소가 산소, 수소, 질소 등의 다양한 원소와 결합하여 만들어진 화합물이다. 우리 몸의 근육이나 피부, 혈액을 구성하는 물질, 우리가 생명을 유지하기 위해 먹어야 하는 음식물 등이 모두 탄소 화합물에 포함된다. 탄소 화합물은 이처럼 매우 다양한데 탄소 골격이 그 길이나 모양이 다양해 생명체의 몸을 구성하는 고분자 유기물을 만들 수 있도록 한다. 탄소 골격(carbon skeleton)은 유기 분자의 구조적 기초를 이루는 탄소 원자의 사슬로 모든 유기 화합물의 중추이다. 탄소 골격은 탄소 원자 사이의 결합이 무한대로 이어질 수 있어 다양한 길이를 가진다. 그리고 같은 수의 탄소라도 긴 사슬로 이어지기도 하고, 가지를 치기도 하며, 고리 모양으로 되기도 하여 다양한 모양을 가질 수 있다. 또한 탄소 간 단일 결합, 이중 결합, 삼중 결합으로 탄소 골격 결합 또한 다양성을 가질 수 있어 수많은 탄소 화합물이 존재한다.