К.И. Грандберг - Органическая химия (1125789), страница 3
Текст из файла (страница 3)
д. Результаты исследований были восприняты как доказательство того, что органические вещества состоят из радикалов, точно так же, как неорганические вещества — из атомов. На определенном этапе развития органической химии теория радикалов сыграла значительную роль, впервые дав химикам руководящую нить в исследовании органического вещества. Это оказалось возможным потому, что в основе теории радикалов лежало очень важное обобщение: при химических реакциях группы атомов (т. е. радикалы) в неизменном виде входят в образующиеся при этих реакциях молекулы. Однако вместе с тем теория радикалов имела и ряд принципиальных недостатков. Решающим ударом по теории радикалов явилось открытие французским химиком Дюма химических реакций, при которых легко изменялись некоторые из наиболее обычных радикалов.
Исследуя действие хлора на органические вещества, Дюма открыл, что атомы хлора могут замещать в молекулах органического вещества атомы водорода — реакция металспсии. Особенно поразительными оказались реакции замещения водорода на хлор в молекуле уксусной кислоты, формулу которой, по Берцелиусу, следовало изображать таким образом: С,Н,Π— ОН. При действии хлора на уксусную кислоту атом водорода в радикале ацетиле легко замещался на атом хлора, причем получающееся вещество по химическим свойствам мало отличалось от уксусной кислоты: СзНзΠ— ОН + С1з — т СзН,С10 — ОН + НС1 уксусиая хлоруксуская кислота кислота При действии хлора на полученное вещество легко происходило дальнейшее замещение сначала второго, а затем и третьего атома водорода на атом хлора. Соединения, получившиеся в результате этих реакций, по химическим свойствам также мало отличались как от хлоруксусной, так и от уксусной кислоты.
Таким образом, при подобных реакциях не только изменялся сам радикал, но, кроме того, замена злектроположительного водорода на злектроотрицательный хлор мало влияла на химические свойства соединения. тесе«а тю~~. к т, с с д обращала внимание на ту часть молекулы органических ве- 10 Тпп хлороводорода Н~ Сяз) Тпп воды н~ О сна~О снз~ О клороводород клористый двметиловый Эфир метиловый спирт вода НХ Н М Снзн СнзХ метил ам и и диметиламии триметилем ив НС Н С СИЗ С пропав Приведенные типические формулы показывают, например, что, заменяя в молекуле воды один атом водорода на остаток СНз, можно получить метиловый спирт, заменяя оба атома ществ, которая при обычных химических превращениях оставалась неизменной.
Меньше внимания уделялось легко изменяющейся части молекулы и причинам ее изменений. Сменившая теорию радикалов теория типов, наоборот, обратила внимание именно на наиболее изменчивые части молекулы и причины втой изменчивости. Теория типов подчеркивала, что в реакциях органических веществ обнаруживается сходство с реакциями простейших неорганических соединений. Органические вещества предлагалось рассматривать образовавшимися из простейших неорганических веществ замещением в последних одного или нескольких атомов на разные органические группы, названные «остатками» (чтобы не употреблять отвергнутого слова «радикал»).
При этом простейшие неорганические вещества являлись для образовавшихся иэ них органических веществ типами в том смысле, что молекулы этих органических веществ обладали характерными, «типичными», реакциями исходных неорганических молекул. Основоположник теории типов Жерар предложил разделить органические вещества на группы, близкие по своему типу к воде, хлороводороду, аммиаку. Несколько позднее Кекуле ввел и тип метана: водорода — диметнловый эфир и т.
д. Аналогичные группы составляют вещества типа НС1, г)Нз и т. д. Согласно теории типов, различные радикалы, образующие молекулу, не обладают двумя противоположными зарядами; в связи с этим система Жерара получила название «унитарной системы» в противоположность представлениям Берцелиуса, нашедшим отражение в теории радикалов. Сходство органических соединений с неорганическими, лежащими в основе данного типа, заключается не только в составе и способах получения, но и в ряде свойств.
Например, металлический натрий реагирует со спиртом так же, как с водой: Н1 Ха 1 Н) О+о(а= Н )О+Н Н1 г!а! СН ~ О+ Ма = СН )О+ Н з! з метил»»ый спирт »лиоголят иетрия 4. Теория строения А. М. Бутлерова Насущные задачи органической химии требовали разрешения основного вопроса: являются ли молекулы беспорядочным нагромождением атомов, удерживаемых силами притяжения, или онн представляют собой частицы с определенным строением, которое можно установить, исследуя свойства вещества. В органической химии к этому времени уже накопились факты и обобщения, которые могли служить основой для решения вопроса о строении молекул.
Сходство органических соединений с некоторыми типичными неорганическими позволило в известной степени предсказывать свойства вновь открываемых органических соединений, если удавалось отнести их к определенному типу. По мере дальнейшего накопления экспериментального материала рамки теории типов становились тесны для развития органической химии. Сторонники теории типов, пытаясь спасти ее, начали вводить усложнения. Бо многих случаях одно и то же соединение изображали десятками типических формул. По мере открытия новых свойств соединения число типических формул для него увеличивалось. Теория типов зашла в тупик„'она была способна идти только за экспериментом, а в предсказательном отношении была беспомощна.
Решающую роль сыграло открытие валентности элементов. Исследуя состав металлоорганических соединений, Франк- ланд (1853) нашел, что каждый металл дает соединения со строго определенным числом радикалов; это число и представляет собой валентность данного металла. Так, были получены следующие соединения: (Снз)зна (Снз)»А) (Снз)«Яв лиметилртут» триметилелюмииий тесреметилолоео СН г(а метели«трпа 13 Стало ясно, что атомы могут соединяться в молекулы только в отношениях, определяемых валентностью атомов. В частности, было установлено, что углерод четырехвалентен (Кекуле, 1868).
Открытие валентности непосредственно подводило к мысли, что молекулы имеют определенное строение. Оставался открытым вопрос, как определять строение молекулы. Этот вопрос не мог быть решен без подлинно научной теории органической химии, которая и была создана А. М. Буглеровым. Основная идея теории А. М. Бутлерова сформулирована им в 1861 г. в статье «О химическом строении вещества». Он писал: «Исходя из мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу».
Установив понятие химического строения, Бутлеров дает новое определение природы вещества: «Химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением». Это принципиально новое, революционное для своего времени положение легло в основу всего дальнейшего развития органической химии, ибо оно означает, что строение сложного вещества может быть установлено на основании его превращений, а химические свойства его (реакционная способность) могут быть предсказаны на основании строения. Бутлеров указывал, что для определения химического строения вещества могут быть использованы все виды реакций: соединения (синтеза)„ разложения (аналнза), двойного обмена (замещения). Бутлеров справедливо считал„что определение строения возможно только в том случае, если строение остатков молекул, непосредственно не затрагиваемых реакцией, будет неизменно.
Из положения теории строения о зависимости химических свойств соединения от его строения вытекают взгляды А. М. Бутлерова на значение структурных формул. Он считал, что для каждого соединения возможна лишь одна структурная формула, причем в будущем, когда будет полностью выяснена зависимость свойств от строения, формула соединения должна выражать все его свойства.
Замечательным успехом теории строения явилось объяснение явления изолерии. Так, к цепи из трех атомов углерода четвертый углеродный атом может быть присоединен двояким образом: а) к одному из двух крайних атомов и б) к среднему атому. Следовательно, возможен не один, а два различных порядка связи атомов в молекулах общей формулы С«Нш. н н г' Н вЂ” С вЂ” С вЂ” С вЂ” Н Н Н С. Н Н 1 ! Н вЂ” С вЂ” С вЂ” С вЂ” С вЂ” Н НГ !! Н Н Н Н 14 Таким образом, молекулярной формулой С Н1 могут обладать два вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав, а также одинаковую молекулярную массу, но отличающиеся расположением атомов в молекулах (строением).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
