Traven__39__39_Organicheskaya_khimia_39_ _39__Tom_1 (1125750), страница 6
Текст из файла (страница 6)
28 Введение Теория химического строения объяснила причины существования структурной изолгерииг органических веществ. Л.М. Бутлеров определил структурные изпмеры как вещества, имеющие одинаковые молекулярные, но различные структурные формулы. Согласно И, Берцелиусу 11830 г.), структурными изомерамн называли вещества, имеющие одинаковый состав (молекулярную формулу), но различные свойства. Ниже приведены примеры структурных изомеров. Изоагеры углеродного скелета, различающиеся последовательностью связывания атомов углерода: СН3 СН2 СН2 СН3 и-бутан (т.
кип. О 'С) СН3 СН СН3 СН, изобутан 1т. кип, -1О 'С) Изомеры положения, различающиеся положением одинаковых функциональных групп или двойных связей при одинаковом углсродном скелете: О СН вЂ” СН вЂ” СН вЂ” С 3 2 С! ОН гО С! — СН2 — СН,— СН2 — С, ОН 4-хлорбутановая кислота 1К„ = 3,О 1 О-') 2-хлорбутановая кислота (Кл = 1,4 1О 3) Иаомерьг функциональной группы, различающиеся характером функциональной группы: СН3 — СН,— ОН СН3 — Π— СН3 димстиловый эфир (т. кип. -24 'С) этиловый спирт (т.
кип. 78 'С) Как видим, в каждом примере структурные изомеры имеют одинаковый состав, но различаются последовательностью связывания атомов в структурных формулах. Особенностью структурных изомеров является то, что они различаются своими и физическими, и химическими свойствами. От структурных изомеров химики научились отличать нргзсгпранственные изомеры (стереоиаомеры) — вещества, имеющие одинаковый состав (молекулярную формулу) и одинаковую последовательность связывания атомов (структурную формулу), но различное расположение атомов в пространстве. Основные положения стереоизомерии были сформулированы независимо друг от друга Я.
Вант-Гоффом и Ж, Ле Белем в 1874 г. Они ввели представ- з Термин «изомерив» И. Берцелиус ввел после того, как было установлено, что циановал кислота НО-С= — Х идентична по составу грему«ей. илн нзоцнановой, кислоте О=О=Ни. 29 введение н н ""С~ С)в" Вг Вг тетраэдииеская иаправлеииость они|ические изомеры С-Н-связей в метаие В отличие от структурных изомеров оптические изомеры имеют одинаковые физические и хилзические свойства и одинаково реагируют с симметричными молекулами (подробнее об этом см. в гл. 3). Теория химического строения способствовала бурному развитию органического синтеза. Этим понятием химики стали определять последовательность превращений тех или иных органических веществ для получения целевого продукта. С применением бензола в качестве сырья во второй половине Х1Х в.
были получены многие полезные продукты: лекарства, красители, душистые вещества. 1')02 )з)Н2 )з)Н2 бензол нитробензол аннлнн 302)з(Н2 белый стрептоцид (противомикробиое средство) 0 О бензол нитробензол анилин индиго (краситель) фенол ацетилсалициловая кислота (асиирин) (жаропоиижаязьцее и болеузполяняцее средство) салициловая кислота ление о тетраэдрическом строении насыщенных соединений углерода и опре- делили явление оптический изо черни как свойство соединений (оптических изолиеров), в молекулах которых атом углерода связан с четырьмя различны- ми заместителями.
30 Введение В 20-е годы прошлого века важное значение в качестве сырья для органического синтеза приобрели продукты переработки нефти. В частности, этилен оказался ценным сырьем для производства полиэтилена, поливинилхлорида, этилового спирта, ацетальдегида, уксусной кислоты. — СНз — СН,— полиэтилен С1 — СН вЂ” СНз — С! — СНз=СН вЂ” С1— винилхлорид СНг СН С! СН,=СН, этилен поливинилхлорид СэНзОН СНзСНΠ— - СНзСООН ацетальдегид уксусная кислота этанол Из 1,3-бутадиена химики научились получать синтетический каучук и СНэ — СН СН=СНз — ~ СН СН:СН СНз и 1,3-бутадиен анабаэин норникотин никотин Первые схемы органического синтеза были не очень сложны.
Однако чтобы проводить и сравнительно простые синтезы, химики должны были научиться анализировать органические вещества. Основоположником анализа органических веществ явился Ю, Либих. Предложенные им методы элементного анализа (! 83 1 — 1833 гг.) в различных вариантах применяют и в настоящее время. Все они основаны на сожжении навески вещества (порядка нескольких миллиграмм) и измерении количеств образовавшихся продуктов (СОз, НзО, )х!з). В последующем для установления строения органических соединений стали широко привлекать и спектральные методы. Спектральные методы оказались незаменимы, когда химики приступили к изучению витаминов, гормонов и других сложнейших структур, играющих важную роль в жизнедеятельности животных и растений.
Например, из растений были выделены многие вещества, способные оказывать сильное действие на организм человека. Характерным примером является установление строения соединений, содержащихся в табаке: никотина, норникотнна, анабазина. Введение Эти вещества были не только выделены, но и тщательно изучены. В небольших количествах никотин является наркотическим средством, действует как возбудитель центральной и периферической нервной системы.
Установлено вместе с тем, что никотин и крайне токсичен: смертельная доза для человека составляет -40 мг. Его опасность особенно очевидна, если иметь в виду, что некоторые сорта табака содержат в листьях от 2 до 8 мас. % никотина, а сам никотин при курении в значительном количестве присутствует в табачном дыме. Была установлена роль в организме человека и разработаны методы синтеза многочисленных витаминов и гормонов. Найдено, например, что гормоны — вещества, которые вырабатываются организмом илн поступают в него извне в очень небольших количествах, по поддерживают его нормальное функционирование, действуя как носители информации и регуляторы биохимических процессов.
В частности„половые гормоны обладают очень мощным физиологическим действием и обычно присутствуют в организме лишь в ничтожных количествах (в микрограммах). ОН ОН НО тестостерон (мужской половой гормон) эстрадиол (жвнскггй половой гормон) В этом кратком вводном разделе, посвященном органической химии, следует отметить и проблемы, стоящие перед современным промышленным органическим синтезом — проблемы сырья и охраны окружающей среды. Кроме уже названных источников сырья, необходимо указать метан и синтез-газ г',смесь оксида углерода и водорода), на основе которых созданы схемы промышленного производства многих продуктов основного органического синтеза.
НС=СН ацстилсн СН СО + Н вЂ” СНзОН вЂ” НС Н метанол синтез-газ формальдегид Решение экологических проблем — проблем охраны окружающей среды — химики ищут на пути создания новых, более избирательных и эффективных реагентов и новых, более селективных методов синтеза.
В ХХ в. дальнейшее развитие получили теория строения и концепции реакционной способности органических соединений. В работах Г. Льюиса, 32 Введение Р. Робинсона и К. Ингольда были развиты электронные представления, объяснившие природу связей в органических соединениях. Создание квантовой механики, а затем и квантовой химии послужило началом развития теории молекулярных орбиталей, открывшей новую страницу в понимании природы химического связывания. Работы Э, Хюккеля, К. Фукуи„Р.
Вудворда, М. Дьюара и Р. Хофмана открыли этап широкого применения орбитальных представлений в органической химии. Срсди этих представлений особо следует отметить концепцию граничных орбиталей, которая связывает свойства и поведение органических молекул с их граничными электронными уровнями. В последние годы орбитальные представления получили мощную поддержку со стороны ряда физических методов.
По данным фотоэлектронной спектроскопии, электронной трансмиссионной спектроскопии, спектроскопии электронного парамагнитного резонанса оказалось возможным оценивать энергии и симметрию электронных уровней молекул, а тем самым адекватность различных методов квантово-химических расчетов. Возможности органической химии в настоящее время практически неограничены как в области синтеза сложнейших природных структур, так и в области расчета и моделирования свойств органических молекул и макро- молекул. Реализация этих возможностей требует, однако, безусловного владения основами органической химии. Изучение основ органической химии и составляет задачу настоящего учебника. 1Л. КЛАССИФИКАЦИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ Ациклический ~или алифатический, или жирный) ряд включает соединения с открытой цепью углеродных атомов; эти соединения могут быть насыщенными (предельными), например: СНз СНг СНз ироиан этан СН4 метан или ненасыщенными (непредельными), например: СН=СН ацетилен СН =СН„ этилен СНг -— СН вЂ” СН=СНг 1,3-буталиен Зл920 К настоящему времени известно более !0 млн органических соединений.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
