Тема: Введение. Предмет органической химии Теория строения органических соединений А.М.Бутлеров

Тема: Введение. Предмет органической химии Теория строения
органических соединений А.М.Бутлеров
Органическая химия, наука, изучающая соединения углерода с другими элементами
(органические соединения), а также законы их превращений. Название "органическая
химия" возникло на ранней стадии развития науки, когда предмет изучения ограничивался
соединениями углерода растительного и животного происхождения. Не все соединения
углерода классифицируются как органические. Например, СО2, HCN, CS2 традиционно
относят к неорганическим. Условно можно считать, что прототипом органических
соединений является метан СН4.
К настоящему времени число известных органических соединений превышает 10 млн. и
увеличивается каждый год на 250-300 тыс. Многообразие органических соединений
определяется уникальной способностью атомов углерода соединяться друг с другом
простыми и кратными связями, образовывать соединения с практически неограниченным
числом атомов, связанных в цепи, циклы, бициклы, трициклы, полициклы, каркасы и др.,
образовывать прочные связи почти со всеми элементами периодической системы, а также
явлением изомерии - существованием разных по свойствам веществ, обладающих одним и
тем же составом и молекулярной массой.
Многообразие и громадное число органических соединений определяет
значение органической химии как крупнейшего раздела современной химии.
Окружающий нас мир построен главным образом из органических соединений;
пища, топливо. одежда, лекарства, краски, моющие средства, взрывчатые вещества,
материалы, без которых невозможно создание транспорта, книгопечатания,
проникновение в космос и прочее, - все это состоит из органических соединений.
Важнейшую роль органические соединения играют в процессах жизнедеятельности. На
стыке органической химия с неорганической химией и биохимией возникли химия
металлоорганических соединений и биоорганическая химия соответственно, широко
использующие методы и представления органической химии. Отдельный
раздел органической химии составляет химия высокомолекулярных соединений: по
величине молекул органические вещества делятся на низкомолекулярные (с молекулярной
массой от нескольких десятков до нескольких сотен, редко до тысячи) и
высокомолекулярные (макромолекулярные; с молекулярной массой порядка 104-106 и
более).
Основным методом органической химии является синтез. Развитие методов синтеза в
первую очередь способствовало установлению строения самых сложных соединений.
Идеальным завершением процесса определения структуры молекул органических
соединений является полный синтез (тотальный синтез), т.е. получение с помощью
совершенно однозначных химических методов соединения, структура которого была
предложена на основании изучения другими методами. Органический синтез - очень
тонкое искусство, и химику, приступающему к синтезу, необходимо совершенное
сочетание теоретических и практических знаний с интуитивным подбором средств,
наиболее подходящих для построения самых сложных молекул (см. также Органический
синтез).
Органическая химия изучает не только соединения, получаемые из растительных и
животных организмов (так называемые природные вещества), но в основном соединения,
созданные искусственно с помощью лабораторного или промышленного органического
синтеза. Более того, объектами изучения компьютерной органической химии являются
соединения, не только не существующие в живых организмах, но которые, по-видимому,
нельзя получить искусственно (например, гипотетический аналог метана, имеющий не
природное тетраэдрическое строение, а форму плоского квадрата, в центре которого
лежит атом С, а в вершинах - атомы Н).
Органический синтез связывает органическую химию с химической промышленностью,
как малотоннажной (тонкий органический синтез, производство лекарств,
витаминов, жидких кристаллов, ферментов, феромонов и др.), так и крупнотоннажной
(основной органический синтез, производство искусственного волокна,пластмасс,
переработка нефти и газа и др.).
Строение органических соединений устанавливают с помощью методов анализа
органических соединений, включающих помимо элементного анализа такие физические
методы, как ЯМР, масс-спектрометрия, ИК-спектроскопия, рентгеновский структурный
анализ, электронография и др.; развиваются также методы выделения, очистки и
разделения органических веществ, например различные виды хроматографии.
Теория строения органических соединений А.М.Бутлеров
Одним из самых известных, заслуженных ученых-химиков, внесших неоценимый вклад в
развитие именно органической химии, был русский человек Бутлеров А. М. Его труды,
заслуги и результаты работ мы и рассмотрим кратко в данной статье. Краткая биография
Дата рождения ученого - сентябрь 1828 года, число в разных источниках неодинаковое.
Он был сыном подполковника Михаила Бутлерова, мать потерял достаточно рано. Все
детство прожил в родовом имении деда, в деревне Подлесная Шентала (ныне район
республики Татарстан). Учился в разных местах: сначала в закрытой частной школе, затем
в гимназии. Позже поступил в Казанский университет на отделение физики и математики.
Однако несмотря на это больше всего интересовался химией. Будущий автор теории
строения органических соединений остался по окончании учебы на месте в качестве
преподавателя. 1851 год - время защиты первой диссертационной работы ученого по теме
"Окисление органических соединений". После блестящего выступления ему предоставили
возможность управления всей химией в своем университете.
Автор теории строения органических соединений прошел длинную карьерную лестницу и
к 1874 году стал одним из лучших академиков Санкт-Петербургской Академии наук.
Скончался ученый в 1886 году там, где провел детство, в родовом имении деда. В
фамильной местной часовне он и был захоронен. Вклад ученого в развитие химических
знаний Теория строения органических соединений Бутлерова - это, безусловно, его
основной труд. Однако не единственный. Именно этот ученый первым создал русскую
школу химиков. Причем из ее стен вышли такие ученые, которые в дальнейшем имели
большой вес в развитии всей науки. Это следующие люди: Марковников; Зайцев;
Кондаков; Фаворский; Коновалов; Львов и другие. Автор теории строения органических
соединений создал ряд работ по естествознанию, в том числе по химии. Особенно много
исследований было посвящено именно органическим соединениям. Работы по
органической химии. Таких трудов можно назвать множество. Ведь Бутлеров практически
все свободное время проводил в лаборатории своего университета, осуществляя
различные эксперименты, делая выводы и заключения. Именно так и родилась теория
химического строения органических соединений. Есть несколько особенно емких работ
ученого: им был создан доклад на конференцию на тему "О химическом строении
вещества"; диссертационный труд "Об эфирных маслах"; первая научная работа
"Окисление органических соединений". Перед ее формулировкой и созданием автор
теории строения органических соединений долго изучал работы других ученых из разных
стран, исследовал их труды, в том числе и экспериментальные. Только потом, обобщив и
систематизировав полученные знания, он отразил все выводы в положениях своей
именной теории
Теория строения органических соединений А. М. Бутлерова XIX век знаменуется бурным
развитием практически всех наук, в том числе и химии. В частности, продолжают
копиться обширные открытия по углероду и его соединениям, органические вещества
поражают всех своим многообразием. Однако никто не осмеливается систематизировать и
упорядочить весь этот фактический материал, привести к общему знаменателю и выявить
единые закономерности, на которых все построено. Первым это сделал Бутлеров А. М.
Именно ему принадлежит гениальная теория химического строения органических
соединений, о положениях которой он рассказал массово на немецкой конференции
химиков. Это стало началом новой эпохи в развитии науки, органическая химия встала на
путь интенсивного развития. Сам ученый шел к этому постепенно. Он провел множество
опытов и предсказал существование веществ с заданными свойствами, открыл некоторые
типы реакций и увидел за ними будущее. Много изучал труды своих коллег и их
открытия. Только на фоне этого путем тщательного и кропотливого труда ему удалосьтаки создать свой шедевр. И теперь теория строения органических соединений в данном
разделе химии - практически то же самое, что и периодическая система в неорганической.
Открытия ученого перед созданием теории. Какие были сделаны открытия и даны
теоретические обоснования ученым перед тем, как появилась теория строения
органических соединений А. М. Бутлерова? Отечественный гений первым синтезировал
такие органические вещества, как уротропин, формальдегид, йодистый метилен и другие.
Синтезировал из неорганики сахароподобное вещество (третичный спирт), тем самым
нанеся очередной удар по теории витализма. Предсказал будущее за реакциями
полимеризации, назвав их лучшими и перспективными. Изомерия объяснена была
впервые только им. Конечно, это только основные вехи его работ. На самом деле,
многолетний кропотливый труд ученого можно описывать долго. Однако самой значимой
на сегодня стала все-таки теория строения органических соединений, о положениях
которой и поговорим дальше. Первое положение теории В 1861 году великий русский
ученый на съезде химиков в городе Шпейере делится с коллегами своими взглядами на
причины строения и многообразия органических соединений, выражая все это в форме
положений теории. Самый первый пункт следующий: все атомы в пределах одной
молекулы соединены в строгой последовательности, которая определяется их
валентностью. При этом атом углерода проявляет показатель валентности, равный
четырем. Кислород имеет значение данного показателя, равное двум, водород - единице.
Подобную особенность он предложил называть химическим строением вещества. Позже
были приняты обозначения выражения его на бумаге при помощи графических полных
структурных, сокращенных и молекулярных формул. Сюда же относится и явление
соединения углеродных частиц друг с другом в бесконечные цепи разного строения
(линейные, циклические, разветвленные). В общем, теория строения органических
соединений Бутлерова своим первым положением определила значимость валентности и
единой формулы для каждого соединения, отражающей свойства и поведение вещества во
время реакций. Второе положение теории. В данном пункте было дано объяснение
многообразию органических соединений в мире. Опираясь на соединения углеродов в
цепи, ученый высказал мысль о том, что в мире присутствуют неодинаковые соединения,
имеющие различные свойства, но при этом совершенно идентичные по молекулярному
составу. Другими словами, существует явление изомерии. Этим положением теория
строения органических соединений А. М. Бутлерова не просто пояснила суть изомеров и
изомерии, но и сам ученый практическим опытным путем все подтвердил. Так, например,
он синтезировал изомер бутана - изобутан. Затем предсказал для пентана существование
уже не одного, а трех изомеров, исходя из строения соединения. И синтезировал их все,
доказав свою правоту. Раскрытие третьего положения Следующий пункт теории говорит о
том, что все атомы и молекулы в пределах одного соединения способны влиять на
свойства друг на друга. От этого и будет зависеть характер поведения вещества в
реакциях разных типов, проявляемые химические и другие свойства. Таким образом, на
основании этого положения выделяют несколько классов органических соединений,
отличающихся видом и строением функциональной определяющей группы. Теория
строения органических соединений А. М. Бутлерова кратко излагается практически во
всех учебных пособиях по органической химии. Ведь именно она - основа данного
раздела, объяснение всех закономерностей, на которых построены молекулы. Значение
теории для современности Безусловно, оно велико. Данная теория позволила: объединить
и систематизировать весь фактический материал, накопившийся к моменту ее создания;
объяснить закономерности строения, свойств различных соединений; дать полное
пояснение причинам такого большого многообразия соединений в химии; дала старт для
многочисленных синтезов новых веществ, базирующихся на положениях теории;
позволила продвинуться взглядам, развиться атомно-молекулярному учению. Поэтому
сказать, что автор теории строения органических соединений, сделал многое,- это не
сказать ничего. Бутлерова по праву можно считать отцом органической химии,
родоначальником ее теоретических основ. Его научное видение мира, гениальность
мышления, способность предвидеть результат сыграли свою роль в конечном счете. Этот
человек обладал колоссальной работоспособностью, терпением и неустанно
экспериментировал, синтезировал, тренировался. Ошибался, но всегда извлекал урок и
делал правильные перспективные выводы.
Задание: прочитайте теоретический материал и ответьте на
контрольные вопросы
1Какие вопросы изучает органическая химия?
2 С какими предметами и науками взаимодействует органическая химия?
3 Кто впервые внес неоценимый вклад в развитие именно органической химии?
4 Перечислите ученых-химиков, которые тоже внесли вклад в развитие органической
химии?
5 В чем суть теории строения органических веществ?
6 Что такое явление изомерии?
Ответы направляете на электронный адрес: grachevo@mail.ru