Lielākais notikums organiskās ķīmijas attīstībā bija izcilā krievu zinātnieka A.M. radītais 1961. gadā. Butlerova teorija par organisko savienojumu ķīmisko struktūru.
Pirms plkst. Butlerovs uzskatīja, ka nav iespējams zināt molekulas struktūru, tas ir, ķīmisko saišu secību starp atomiem. Daudzi zinātnieki pat noliedza atomu un molekulu realitāti.
A.M. Butlerovs šo viedokli noliedza. Viņš balstījās uz pareizajām materiālistiskām un filozofiskām idejām par atomu un molekulu esamības realitāti, par iespēju zināt atomu ķīmisko saiti molekulā. Viņš parādīja, ka molekulas struktūru var noteikt eksperimentāli, pētot vielas ķīmiskās pārvērtības. Un otrādi, zinot molekulas struktūru, var secināt par savienojuma ķīmiskajām īpašībām.
Ķīmiskās struktūras teorija izskaidro organisko savienojumu daudzveidību. Tas ir saistīts ar četrvērtīgā oglekļa spēju veidot oglekļa ķēdes un gredzenus, apvienoties ar citu elementu atomiem un izomērijas klātbūtni organisko savienojumu ķīmiskajā struktūrā. Šī teorija ielika organiskās ķīmijas zinātniskos pamatus un izskaidroja tās svarīgākos likumus. Viņa teorijas pamatprincipi A.M. Butlerovs to izklāstīja savā ziņojumā “Par ķīmiskās struktūras teoriju”.
Struktūras teorijas galvenie principi ir šādi:
1) molekulās atomi ir savienoti viens ar otru noteiktā secībā atbilstoši to valencei. Atomu saiknes secību sauc par ķīmisko struktūru;
2) vielas īpašības ir atkarīgas ne tikai no tā, kādi atomi un kādā daudzumā ir iekļauti tās molekulā, bet arī no to savstarpējā savienojuma secības, t.i., no molekulas ķīmiskās struktūras;
3) atomi vai atomu grupas, kas veido molekulu, savstarpēji ietekmē viens otru.
Ķīmiskās struktūras teorijā liela uzmanība tiek pievērsta atomu un atomu grupu savstarpējai ietekmei molekulā.
Ķīmiskās formulas, kas attēlo atomu savienojuma secību molekulās, sauc par strukturālajām formulām vai struktūras formulām.
Ķīmiskās struktūras teorijas nozīme A.M. Butlerova:
1) ir organiskās ķīmijas teorētiskā pamata svarīgākā daļa;
2) pēc svarīguma to var salīdzināt ar D.I. elementu periodisko tabulu. Mendeļejevs;
3) tas ļāva sistematizēt milzīgu daudzumu praktiskā materiāla;
4) ļāva iepriekš paredzēt jaunu vielu esamību, kā arī norādīt veidus, kā tās iegūt.
Ķīmiskās struktūras teorija kalpo par vadmotīvu visiem organiskās ķīmijas pētījumiem.
5. Izomērisms. Īstermiņa elementu atomu elektroniskā struktūra Ķīmiskā saite
Organisko vielu īpašības ir atkarīgas ne tikai no to sastāva, bet arī no atomu savienojuma secības molekulā.
Izomēri ir vielas, kurām ir vienāds sastāvs un vienāda molārā masa, bet atšķirīgas molekulārās struktūras, un tāpēc tām ir dažādas īpašības.
Ķīmiskās struktūras teorijas zinātniskā nozīme:
1) padziļina matērijas izpratni;
2) norāda ceļu uz molekulu iekšējās uzbūves izzināšanu;
3) ļauj saprast ķīmijā uzkrātos faktus; prognozēt jaunu vielu esamību un atrast veidus, kā tās sintezēt.
Ar visu to teorija lielā mērā veicināja organiskās ķīmijas un ķīmiskās rūpniecības tālāko attīstību.
Vācu zinātnieks A. Kekule izteica ideju savienot oglekļa atomus savā starpā ķēdē.
Mācība par atomu elektronisko uzbūvi.
Atomu elektroniskās uzbūves doktrīnas iezīmes: 1) ļāva izprast atomu ķīmiskās saites būtību; 2) noskaidrot atomu savstarpējās ietekmes būtību.
Elektronu stāvoklis atomos un elektronu apvalku struktūra.
Elektronu mākoņi ir apgabali ar vislielāko elektronu klātbūtnes iespējamību, kas atšķiras pēc formas, izmēra un virziena telpā.
Atomā ūdeņradis Viens elektrons, kustoties, veido negatīvi lādētu sfēriskas (sfēriskas) formas mākoni.
S elektroni ir elektroni, kas veido sfērisku mākoni.
Ūdeņraža atomam ir viens elektrons.
Atomā hēlijs– divi s-elektroni.
Hēlija atoma pazīmes: 1) vienādas sfēriskas formas mākoņi; 2) lielākais blīvums ir vienlīdz tālu no kodola; 3) apvienoti elektronu mākoņi; 4) veido kopīgu divu elektronu mākoni.
Litija atoma īpašības: 1) ir divi elektroniskie slāņi; 2) ir sfērisks mākonis, bet ir ievērojami lielāks par iekšējo divu elektronu mākoni; 3) otrā slāņa elektrons ir vājāk piesaistīts kodolam nekā pirmie divi; 4) viegli uztver citi atomi redoksreakcijās; 5) ir s-elektrons.
Berilija atoma pazīmes: 1) ceturtais elektrons ir s-elektrons; 2) sfēriskais mākonis ir apvienots ar trešā elektrona mākoni; 3) iekšējā slānī ir divi sapāroti s-elektroni, bet ārējā slānī - divi pārī esošie s-elektroni.
Jo vairāk elektronu mākoņu pārklājas, kad atomi savienojas, jo vairāk enerģijas izdalās un jo spēcīgāka ķīmiskā saite.
Daļiņu uzvedība savienojumos ir atkarīga no daudziem faktoriem. Organisko savienojumu uzbūves teorija pēta molekulu uzvedību savienojumos, atomu raksturu, valenci, ķīmisko saišu kārtību un raksturu. Šajā rakstā īsi formulēti šīs teorijas galvenie noteikumi.
Organisko savienojumu struktūra
Organisko savienojumu daudzveidība ir izskaidrojama ar to ķīmiskās struktūras īpatnībām. Atomi molekulā ir sakārtoti noteiktā secībā atbilstoši to valencei. Šī secība ir ķīmiskā struktūra.
Vielas, kurām ir vienāds kvalitatīvais un kvantitatīvais sastāvs (molekulārā formula), bet dažādas struktūras, sauc par izomēriem, un to eksistenci sauc par izomēriju. Slavenais krievu ķīmiķis A.M.Butlerovs pierādīja, ka jaunas vielas var iegūt, izmantojot kontrolētas reakcijas.
Rīsi. 1. Izomērisma definīcija.
Svarīga ir arī koncepcija, ka atomi un atomu grupas molekulā savstarpēji ietekmē viens otru.
Organisko vielu uzbūves teorija
Organisko savienojumu struktūras teoriju 1861. gadā formulēja krievu ķīmiķis A. M. Butlerovs. Šī zinātniskā darba galvenais secinājums bija apgalvojums, ka katra viela atbilst tikai vienai formulai. Šis darbs parāda atomu uzvedību molekulās.
Rīsi. 2. A. M. Butlerovs.
Butlerova struktūras teorijas galvenos nosacījumus un sekas var formulēt šādi:
- Molekulās atomi nav izkārtoti nejauši, bet tiem ir noteikta struktūra.
Molekulas struktūras shematisku attēlojumu sauc par strukturālo formulu
Rīsi. 3. Molekulas strukturālā formula.
Pamatojoties uz nostāju, ka oglekļa atoma valence ir vienāda ar četriem, un tā spēju veidot ķēdes un ciklus, tiek veidotas organisko vielu strukturālās formulas.
- Vielas ķīmiskās īpašības ir atkarīgas no atomu un molekulu sastāva un izvietojuma.
- Dažādas struktūras ar vienādu vielas sastāvu un molekulmasu izraisa izomērijas fenomenu. Absolūti dažādiem ķīmiskajiem elementiem var būt vienāds sastāvs un molekulmasa, tas viss ir atkarīgs no mazāko daļiņu atrašanās vietas un saitēm starp tām.
- Pēc vielas īpašībām jūs varat noteikt molekulas struktūru, un pēc tās struktūras jūs varat paredzēt īpašības
- Tā kā atsevišķu reakciju laikā mainās ne visas, bet tikai atsevišķas molekulu daļas, tad, pētot savienojuma ķīmisko pārvērtību produktus, var noskaidrot tā struktūru.
- Atomu reaktivitāte molekulā mainās atkarībā no tā, ar kuriem atomiem tie ir saistīti molekulā. Saistītie atomi ietekmē viens otru ar lielāku spēku nekā nesaistītie atomi.
Ko mēs esam iemācījušies?
Butlerova teorijas par organisko savienojumu ķīmiskajām struktūrām nozīme ir liela. Viņa teorija ne tikai izskaidro visu zināmo organisko vielu molekulu uzbūvi un to īpašības, bet arī ļauj teorētiski paredzēt nezināmu un jaunu vielu esamību, kā arī atrast veidu, kā tās iegūt un sintezēt.
Tēma: A. M. Butlerova organisko savienojumu struktūras teorijas pamatprincipi.
Organisko savienojumu ķīmiskās struktūras teoriju, ko A. M. Butlerovs izvirzīja pagājušā gadsimta otrajā pusē (1861), apstiprināja daudzu zinātnieku darbi, tostarp Butlerova studenti un viņš pats. Izrādījās, ka, pamatojoties uz to, ir iespējams izskaidrot daudzas parādības, kurām līdz tam nebija interpretācijas: homoloģiju, tetravalences izpausmi ar oglekļa atomiem organiskajās vielās. Teorija izpildīja arī savu prognozēšanas funkciju: pamatojoties uz to, zinātnieki prognozēja vēl nezināmu savienojumu esamību, aprakstīja to īpašības un atklāja tos. Tātad 1862.–1864. A. M. Butlerovs pētīja propil-, butil- un amilspirtus, noteica iespējamo izomēru skaitu un atvasināja šo vielu formulas. To esamība vēlāk tika eksperimentāli pierādīta, un dažus izomērus sintezēja pats Butlerovs.
20. gadsimta laikā. ķīmisko savienojumu ķīmiskās uzbūves teorijas nosacījumi tika izstrādāti, balstoties uz jauniem uzskatiem, kas izplatījās zinātnē: atomu uzbūves teorija, ķīmisko saišu teorija, priekšstati par ķīmisko reakciju mehānismiem. Pašlaik šī teorija ir universāla, tas ir, tā ir derīga ne tikai organiskām, bet arī neorganiskām vielām.
Pirmā pozīcija. Atomi molekulās tiek apvienoti noteiktā secībā atbilstoši to valencei. Ogleklis visos organiskajos un lielākajā daļā neorganisko savienojumu ir četrvērtīgs.
Acīmredzot teorijas pirmās pozīcijas pēdējo daļu var viegli izskaidrot ar to, ka savienojumos oglekļa atomi ir ierosinātā stāvoklī:
Tetravalentie oglekļa atomi var apvienoties viens ar otru, veidojot dažādas ķēdes:
Oglekļa atomu savienojuma secība molekulās var būt atšķirīga un atkarīga no kovalentās ķīmiskās saites veida starp oglekļa atomiem - viena vai daudzkārtēja (dubultā un trīskāršā):
Šī pozīcija izskaidro fenomenu.
Vielas, kurām ir vienāds sastāvs, bet atšķirīga ķīmiskā vai telpiskā struktūra un līdz ar to arī dažādas īpašības, sauc par izomēriem.
Galvenie veidi:
Strukturālā izomērija, kurā vielas atšķiras pēc atomu savienošanās secības molekulās: oglekļa skelets
Trešā pozīcija. Vielu īpašības ir atkarīgas no atomu savstarpējās ietekmes molekulās.
Piemēram, etiķskābē tikai viens no četriem ūdeņraža atomiem reaģē ar sārmu. Pamatojoties uz to, var pieņemt, ka tikai viens ūdeņraža atoms ir saistīts ar skābekli:
No otras puses, no etiķskābes strukturālās formulas mēs varam secināt, ka tā satur vienu kustīgu ūdeņraža atomu, tas ir, ka tā ir vienbāziska.Ķīmisko savienojumu uzbūves teorijas galvenie attīstības virzieni un tās nozīme.
A. M. Butlerova laikā organiskā ķīmija tika plaši izmantota
empīriskās (molekulārās) un strukturālās formulas. Pēdējie atspoguļo atomu savienojuma secību molekulā atbilstoši to valencei, ko norāda ar domuzīmēm.
Lai atvieglotu ierakstīšanu, bieži tiek izmantotas saīsinātas strukturālās formulas, kurās domuzīmes norāda tikai saites starp oglekļa atomiem vai oglekli un skābekli.
Un šķiedras, kuru izstrādājumus izmanto tehnoloģijā, sadzīvē, medicīnā un lauksaimniecībā. A.M. Butlerova ķīmiskās struktūras teorijas nozīmi organiskajā ķīmijā var salīdzināt ar D.I. Mendeļejeva ķīmisko elementu periodiskās tabulas nozīmi. Ne velti abām teorijām ir tik daudz kopīga to veidošanās veidos, attīstības virzienos un vispārējā zinātniskā nozīmība.
A. M. Butlerova organisko vielu ķīmiskās struktūras teorijas pamatnoteikumi. Ķīmiskā struktūra kā atomu savienojuma un savstarpējās ietekmes kārtība molekulās
Organiskās vielas ir oglekli saturošas vielas (izņemot tās, kuru īpašības ir klasificētas kā neorganiskās vielas - oglekļa oksīdi, ogļskābe un tās sāļi un virkne citu), neatkarīgi no tā, vai šīs vielas veidojušās dzīvos organismos vai iegūtas sintētiski.
Zināmo organisko vielu skaits ir vairāk nekā 13 miljoni vienību un turpina ļoti strauji pieaugt, savukārt zināmo neorganisko vielu skaits nav sasniedzis miljonu.
Šāds liels organisko vielu skaits, kā arī to īpašību atšķirība no neorganisko vielu īpašībām, liek uzskatīt arī organisko ķīmiju par atsevišķu ķīmijas nozari.
Organiskā ķīmija ir oglekļa savienojumu un to pārvērtību ķīmija. Šādu definīciju nevar uzskatīt par absolūti precīzu, taču tā norāda uz oglekļa elementa klātbūtni visos organiskajos savienojumos.
Šobrīd ir sintezēts milzīgs daudzums dabā sastopamo organisko savienojumu, kā arī vielu, kas dabā neeksistē.
1861. gadā A. M. Butlerovs, kurš radīja teoriju par organisko savienojumu uzbūvi, spēja izskaidrot milzīgo organisko vielu daudzveidību, ko veido neliels skaits elementu - ogleklis, ūdeņradis, skābeklis un retāk - slāpeklis, sērs un halogēni. . Viņš parādīja, ka:
1. oglekļa atomiem piemīt īpašība savienoties vienam ar otru, veidojot ķēdes
2. atomi molekulās ir savienoti noteiktā secībā atbilstoši atomu valencei (oglekļa valence - IV, ūdeņraža valence - 1, skābekļa valence - II utt.)
3. vielu īpašības ir atkarīgas no atomu savienojumu secības iekšā
Molekulas (ķīmiskā struktūra)
4. Ir vielas ar vienādu molekulāro sastāvu, bet dažādas ķīmiskās struktūras un ar dažādām īpašībām (izomēri).
Tādas parādības kā izomerisma atklāšana bija milzīgs solis organiskās ķīmijas attīstībā; izdevās izskaidrot eksperimentālās pretrunas, kuras tolaik novēroja ķīmiķi. Piemēram, izrādījās, ka ķīmiskā formula C4HIO atbilst divām vielām ar atšķirīgu viršanas temperatūru – butānam un izobutānam.
СНз - СН2 - СН2 - СНз
СНз - СН - СНз
es
СНз
Izrādījās, ka vielas, kas pieder pie dažādām organisko savienojumu klasēm, var būt izomēri, piemēram, dimetilēteris un etilspirts ir izomēri.
CHz - O - CHz CHz - CH2 - OH
A. M. Butlerovs parādīja, ka organisko vielu molekulās pastāv savstarpēja ietekme starp atomiem un atomu grupām, un šo ietekmi viens uz otru var iedarboties atomi, kas nav tieši saistīti viens ar otru. Piemēram, var izskaidrot, kāpēc etiķskābe CH3 - COOH ir vāja skābe, bet, ja vienu ūdeņraža atomu aizstāj ar hlora atomu, veidojas stipra hlora etiķskābe C! - CH2 - COOH.
Ķīmiskās struktūras teorija ir vissvarīgākais organiskās ķīmijas teorētiskā pamata pamats, kas ļāva sistematizēt milzīgu praktisko materiālu, iepriekš paredzēt jaunu vielu īpašības un esamību, kā arī norādīt to iegūšanas veidus.
Kopš uguns atklāšanas cilvēks ir sadalījis vielas uzliesmojošās un neuzliesmojošās. Pirmajā grupā galvenokārt ietilpa augu un dzīvnieku izcelsmes produkti, bet otrajā grupā galvenokārt minerālprodukti. Tādējādi pastāvēja zināma saikne starp vielas spēju degt un tās piederību dzīvajai un nedzīvajai pasaulei.
1867. gadā J. Bērzeliuss ierosināja pirmās grupas savienojumus saukt par organiskiem un definēja tādas vielas kā ūdens un sāļi, kas raksturīgi nedzīvai dabai, par neorganiskiem.
Dažas organiskās vielas vairāk vai mazāk tīrā veidā cilvēkam ir zināmas kopš neatminamiem laikiem (etiķis, daudzas organiskās krāsvielas). Alķīmiķi ieguva vairākus organiskos savienojumus, piemēram, urīnvielu, etilspirtu un "sērskābes ēteri". Daudzas vielas, īpaši organiskās skābes (skābeņskābes, citronskābes, pienskābes u.c.) un organiskās bāzes (alkaloīdus), 18. gadsimta otrajā pusē un 19. gadsimta pirmajos gados tika izolētas no augiem un dzīvniekiem. Šis laiks jāuzskata par zinātniskās organiskās ķīmijas sākumu.
v Vitalisma teorija . 18. gadsimtā un 19. gadsimta pirmajā ceturksnī valdīja uzskats, ka dzīvās dabas ķīmija būtiski atšķiras no mirušās dabas ķīmijas (minerālķīmijas) un ka organismi veido savas vielas, piedaloties īpašai dzīvībai. spēks, bez kura tos nevar radīt mākslīgi, kolbā. Tas laiks bija dominēšanas laiks vitālisms- doktrīna, kas uzskata dzīvi par īpašu parādību, kas ir pakļauta nevis Visuma likumiem, bet gan īpašu dzīvības spēku ietekmei.
Gadsimtu iepriekš vitālisma aizstāvis bija flogistona teorijas pamatlicējs G. Štāls. Pēc viņa domām, ķīmiķi, kas nodarbojās ar visparastākajām vielām, dabiski nespēja veikt savas pārvērtības, kurām bija nepieciešama dzīvības spēku līdzdalība.
Pirmās šaubas par vitālistiskās teorijas pamatotību radīja J. Berzēliusa skolnieks, vācu ķīmiķis F. Vēlers, kurš no amonija cianāta sintezēja urīnvielu, kas bez ierunām klasificēta kā neorganiska viela:
Nav nepieciešams pārvērtēt šī darba nozīmi, jo... urīnviela patiesībā ir pārkārtota amonija cianāta molekula, taču, neskatoties uz to, F. Vēlera atklājuma nozīmi nevar noliegt, jo tas veicināja vitālisma gāšanu un iedvesmoja ķīmiķus sintezēt organiskās vielas.
1845. gadā F. Vēlera skolnieks A. Kolbe veica sintēzi no elementiem, t.i. pilnīga sintēze, etiķskābe. Franču ķīmiķis P. Bertelo ieguva metil- un etilspirtus, metānu. Tomēr pastāvēja viedoklis, ka tādas sarežģītas vielas kā cukurs sintēze nekad netiks sasniegta. Taču jau 1861. gadā A. Butlerovs sintezēja cukuram līdzīgu vielu – metilenenitānu.
Vienlaikus ar šīm nozīmīgajām organiskās ķīmijas sintēzēm strauji pieauga kopējais dabā neatrasto sintezēto oglekli saturošu savienojumu skaits. Tā 1825. gadā M. Faradejs ieguva benzolu vēl agrāk, kļuva zināms etilēns, etilēnbromīds un vairāki benzola atvasinājumi. 1842. gadā N. Zinins ieguva anilīnu no nitrobenzola, un tā paša gadsimta 50. gados no anilīna tika sintezētas pirmās “anilīna krāsvielas” - W. Perkin’s mauvais un fuksīns. Līdz deviņpadsmitā gadsimta 50. gadu vidum. vitālisma teorija sabruka pilnībā.
v J. Berzēliusa duālistiskā teorija . Organisko vielu strukturālās ķīmijas pamatus lika J. Berzēliuss, kurš pēc A. Lavuazjē kvantitatīvo analīzi attiecināja arī uz organiskajiem objektiem un radīja, lai izskaidrotu to būtību. duālistisks (elektroķīmiski) teorija – pirmā zinātniskā teorija ķīmijā. Pēc J. Berzēliusa domām, elementa atoms savienojas ar skābekli tāpēc, ka tas ir elektropozitīvs, un skābeklis ir elektronnegatīvs; Savienojot, lādiņi tiek neitralizēti. J. Bērzeliuss uzskatīja, ka viņa teorija ir attiecināma arī uz organisko ķīmiju, ar atšķirību, ka organiskajos savienojumos radikāļi oksīdos ir sarežģītāki, piemēram, ogļūdeņraži. Pretējā gadījumā šo teoriju sauc arī par " komplekso radikāļu teorija».
Pēc A. Lavuazjē teiktā, organisko savienojumu radikāļi sastāv no oglekļa, ūdeņraža un skābekļa, kam dzīvnieku izcelsmes vielu gadījumā pievienots slāpeklis un fosfors.
v Radikālā teorija . Radikāļu teorija kļuva par Berzēliusa teorijas attīstību. 1810. gadā J. Gay-Lussac pamanīja, ka CN grupa (cianīda grupa) var pārvietoties no savienojuma uz savienojumu, nesadaloties atsevišķos oglekļa un slāpekļa atomos. Tādas grupas sāka saukt radikāļi.
Pamazām radikāļus sāka uzskatīt par nemainītām organisko vielu sastāvdaļām (līdzīgi kā elementiem neorganiskajos savienojumos), kas pāriet reakcijās no viena savienojuma uz otru. Daži pētnieki, īpaši vācu skola (F. Wöhler, J. Liebig), iedvesmojoties no jaunu elementu sērijas atklāšanas, vadīja ideju par jaunu radikāļu meklēšanu. Jo īpaši viņi atrada radikāļus benzoil C 6 H 5 CO un acetil CH 3 CO. Līdz tam laikam arī kļuva zināms, ka vielas, ko tagad sauc par etilspirtu, dietilēteri, etilhlorīdu un etilnitrītu, satur etil-C 2 H 5 radikāli. Citi tika identificēti līdzīgi. radikāļi, t.i. atomu grupas, kas dažādu ķīmisko pārvērtību laikā paliek nemainīgas.
Daudzi mēģinājumi izolēt radikāļus brīvā stāvoklī bija neveiksmīgi vai noveda pie kļūdainiem rezultātiem. Tādējādi pirms Avogadro likuma izveidošanas etāns, kas izolēts ar Vurca reakciju:
sākumā tika uzskatīts par metilradikāli –CH 3, un tikai turpmākā molekulmasas noteikšana parādīja tā dubulto vērtību.
Radikāļu nemainības principa vispārējais akcepts tika satricināts, kad franču ķīmiķis Ž. Dimā un viņa students A. Lorāns atklāja reakciju. metalepsija. Hloram iedarbojoties uz organiskajiem savienojumiem, hlors iekļūst vielā tā, ka uz katru ienākošo hlora ekvivalentu no vielas tiek noņemts viens ekvivalents ūdeņraža hlorūdeņraža veidā. Šajā gadījumā savienojuma ķīmiskā būtība nemainās. Pārsteidzoša bija pretruna ar J. Berzēliusa teoriju: hlors, “negatīvi lādēts elements”, nomainīja “pozitīvi lādētu ūdeņradi”, un molekula ne tikai saglabājās, bet arī nemainījās tās ķīmiskais raksturs. Izrādījās, ka ūdeņradi iespējams aizstāt ar citiem elektronnegatīviem elementiem – halogēniem, skābekli, sēru u.c., un J. Berzēliusa elektroķīmiskā duālistiskā teorija sabruka. Arvien vairāk kļuva skaidrs, ka nav nemainīgu radikāļu un ka dažās reakcijās radikāļi pilnībā pāriet jaunizveidotās molekulās, savukārt citās tie mainās.
v Tipa teorija . Mēģinājumi atrast kaut ko kopīgu organisko molekulu dabā piespieda mūs atteikties no neveiksmīgiem molekulas nemaināmās daļas meklējumiem un pāriet uz tās mainīgākās daļas novērojumiem, ko mēs tagad saucam funkcionālā grupa. Šie novērojumi noveda pie tipa teorijas C. Džerards.
Spirtos un skābēs K. Džerards saskatīja ūdens analogus, hlorētos ogļūdeņražos - hlorūdeņraža analogus, alkānos - ūdeņradi, jaunatklātajos amīnos - amonjaku.
Lielākā daļa tipa teorijas piekritēju (Č. Žerārs, A. Kolbe, A. Kekule) vadījās no tā, ka nav iespējams eksperimentāli noteikt vielu struktūru. Tos var tikai klasificēt. Atkarībā no tā, kādas reakcijas notiek viela, vienu un to pašu organisko savienojumu var iedalīt dažādos veidos. Teorija ar lielām grūtībām klasificēja milzīgus eksperimentālus materiālus, un mērķtiecīgas sintēzes iespēja nebija apšaubāma. Organiskā ķīmija tajos gados, F. Vēlera vārdiem runājot, šķita: "...blīvs mežs, pilns ar brīnišķīgām lietām, milzīgs brikšnis bez izejas, bez gala, kurā neuzdrošināties iekļūt." Ķīmijas tālākai attīstībai bija nepieciešams izveidot jaunu, progresīvāku teoriju.
Viens no tipu teorijas trūkumiem ir vēlme visus organiskos savienojumus iekļaut vairāk vai mazāk formālās shēmās. Šīs teorijas nopelns slēpjas homoloģisko sēriju un ķīmisko funkciju jēdzienu noskaidrošanā, ko beidzot apguva organiskā ķīmija. Tā loma zinātnes attīstībā ir nenoliedzama, jo tas noveda pie valences jēdziena un pavēra ceļu uz organisko savienojumu struktūras teoriju.
v Organisko savienojumu uzbūves teorija . Pirms organisko savienojumu struktūras fundamentālās teorijas rašanās tika veikti vairāki pētījumi. Tādējādi A. Viljamsons 1851. gadā ieviesa tā saukto poliatomisko radikāļu jēdzienu, tas ir, radikāļus, kas spēj aizstāt divus vai vairākus ūdeņraža atomus. Tādējādi kļuva iespējams klasificēt vielas divos vai vairākos veidos vienlaikus, piemēram, aminoetiķskābi var klasificēt kā ūdeni un amonjaku:
Tagad šādas vielas saucam par heterofunkcionāliem savienojumiem.
Lai saglabātu oglekļa un skābekļa valences noturību, izrādījās, ka ir jāpieņem arī dubultsaites esamība etilēnā (C=C) un aldehīdos un ketonos (C=O).
Skotu ķīmiķis L. Kūpers ierosināja modernu formulu attēlojumu, kurā elementa zīme tika apgādāta ar defisēm, kas vienādas ar tā valenci:
Taču gan A. Kekulei, gan L. Kūperam joprojām bija sveša ideja par molekulu ķīmisko un fizikālo īpašību un tās struktūras nesaraujamu saistību, kas izteikta ar formulu, ideja par šīs struktūras unikalitāti. A. Kekule atļāva aprakstīt vienu un to pašu savienojumu, izmantojot vairākas dažādas formulas, atkarībā no tā, kādu dotās vielas reakciju kopumu viņi vēlas izteikt ar formulu. Būtībā tās bija tā sauktās reakcijas formulas.
Pamatnoteikumi organisko savienojumu uzbūves teorijas 1861. gadā publicēja A. Butlerovs. Pats termins pieder viņam struktūra vai struktūra. Butlerova teorija balstījās uz materiālistiskām idejām, kas balstījās uz M. Lomonosova un D. Daltona atomistiskajām mācībām. Šīs teorijas būtība ir saistīta ar šādiem pamatnoteikumiem:
1. Katras kompleksās molekulas ķīmisko raksturu nosaka tās sastāvā esošo atomu raksturs, to skaits un ķīmiskā struktūra.
2. Ķīmiskā struktūra ir noteikta atomu maiņas kārtība molekulā, atomu savstarpējā ietekme vienam uz otru.
3. Vielu ķīmiskā struktūra nosaka to fizikālās un ķīmiskās īpašības.
4. Vielu īpašību izpēte ļauj noteikt to ķīmisko struktūru.
A. Butlerovs ķīmisko struktūru nosauca par atomu secību molekulā. Viņš norādīja, kā, pamatojoties uz konkrētās vielas ķīmisko reakciju izpēti, var noteikt tās struktūru, kas ir piemērota katram ķīmiskajam indivīdam. Saskaņā ar šo formulu šos savienojumus var sintezēt. Konkrēta atoma īpašības savienojumā galvenokārt ir atkarīgas no tā, ar kuru atomu ir saistīts interesējošais atoms. Piemērs ir dažādu ūdeņraža atomu uzvedība spirtos.
Struktūras teorija ietvēra un izšķīdināja radikāļu teoriju, jo jebkura molekulas daļa, kas reakcijā pāriet no vienas molekulas uz otru, ir radikāls, bet tai vairs nav nemainīguma prerogatīva. Tajā tika iekļauta arī tipu teorija, jo molekulā esošās neorganiskās vai oglekli saturošās grupas, kuru izcelsme ir ūdens (hidroksil-OH), amonjaks (aminogrupa -NH2), ogļskābe (karboksil-COOH), galvenokārt noteica molekulas ķīmisko uzvedību (funkciju) un padarīja to līdzīgu prototipa uzvedībai.
Organisko savienojumu struktūras strukturālā teorija ļāva klasificēt milzīgu daudzumu eksperimentālo materiālu un norādīja veidus organisko vielu mērķtiecīgai sintēzei.
Jāņem vērā, ka vielas struktūras noteikšana ar ķīmiskiem līdzekļiem tiek veikta katru reizi individuāli. Jums ir nepieciešama pārliecība par vielu individualitāti un zināšanas par kvantitatīvo elementu sastāvu un molekulmasu. Ja ir zināms savienojuma sastāvs un tā molekulmasa, var iegūt molekulāro formulu. Sniegsim piemēru struktūrformulu izsecināšanai vielām ar sastāvu C 2 H 6 O.
Pirmā viela reaģē ar nātriju kā ūdeni, izdalot vienu ūdeņraža atomu uz nātrija atomu, un nātrijs ir daļa no reakcijas produkta molekulas zaudētā ūdeņraža vietā.
2C 2 H 6 O + 2 Na → H 2 + 2 C 2 H 5 ONa
Iegūtajā savienojumā vairs nav iespējams ievadīt otru nātrija atomu. Tas ir, var pieņemt, ka viela saturēja hidroksilgrupu, un, izolējot to savienojuma formulā, pēdējo var rakstīt šādi: C 2 H 5 OH. Šo secinājumu apstiprina fakts, ka, fosfora(III) bromīdam iedarbojoties uz izejvielu, hidroksilgrupa atstāj molekulu kopumā, pārejot uz fosfora atomu un aizstājot ar broma atomu.
2C2H5OH + PBr3 → 3C2H5Br + H3PO3
Tai izomēra viela, t.i. ar tādu pašu bruto formulu, nereaģē ar metālisku nātriju, bet, mijiedarbojoties ar jodūdeņradi, tas sadalās saskaņā ar vienādojumu:
C 2 H 6 O + HI → CH 3 I + CH 4 O.
No tā var secināt, ka izejvielā divi oglekļa atomi nav saistīti viens ar otru, jo ūdeņraža jodīds nespēj pārraut C-C saiti. Tas nesatur īpašu ūdeņradi, ko var aizstāt ar nātriju. Pēc šīs vielas molekulas šķelšanās ūdeņraža jodīda ietekmē veidojas CH 4 O un CH 3 I. Pēdējo nevar attiecināt uz citu struktūru, kā vien tālāk norādītā, jo gan ūdeņradis, gan jods ir vienvērtīgi.
Otra no izveidotajām vielām CH 4 O reaģē ne tikai ar nātriju, bet arī ar fosfora(III) bromīdu, līdzīgi kā etilspirts.
2CH4O + 2Na → 2CH3ONa + H2
3CH4O + PBr3 → CH3Br + P(OH) 3
Ir dabiski pieņemt, ka ūdeņraža jodīds pārtrauca saikni starp divām metilgrupām, ko veic skābekļa atoms.
Patiešām, iedarbojoties vienam no šīs reakcijas produktiem uz cita nātrija atvasinājumu, ir iespējams sintezēt etilspirta izomēru izejvielu un apstiprināt tam pieņemto dimetilētera struktūru.
Pirmais paraugakmens organisko savienojumu struktūras teorijas pārbaudei bija prognozēto, bet tobrīd nezināmo sintēze. berzē-butilspirts un izobutilēns, ko veica izveidotās teorijas autors un viņa students A. Zaicevs. Cits A. Butlerova skolnieks V. Markovņikovs sintezēja teorētiski prognozēto izosviestskābi un uz tās pamata pētīja atomu savstarpējo ietekmi molekulā.
Nākamais teorētisko jautājumu attīstības posms ir saistīts ar J. Van't Hoff un J. Le Bel darbos izstrādāto stereoķīmisko koncepciju rašanos.
Divdesmitā gadsimta sākumā. tiek liktas idejas par atomu un molekulu elektronisko uzbūvi. Organisko molekulu ķīmiskās saites raksturs un reaktivitāte tiek interpretēta elektroniskā līmenī.
Organisko vielu teorijas izveide kalpoja par pamatu sintētikas metodēm ne tikai laboratorijā, bet arī rūpniecībā. Parādījās sintētisko krāsvielu, sprāgstvielu un medikamentu ražošana. Katalizatori un augsts spiediens tiek plaši izmantoti organiskajā sintēzē.
Organiskās sintēzes jomā ir iegūtas daudzas dabīgas vielas (hlorofils, vitamīni, antibiotikas, hormoni). Ir atklāta nukleīnskābju loma iedzimtības saglabāšanā un pārnešanā.
Daudzu sarežģītu organisko molekulu struktūras problēmu risinājums ir kļuvis efektīvs, pateicoties mūsdienu spektrālo metožu izmantošanai.
Štāls G. (1659-1734) - vācu ķīmiķis un ārsts. Flogistona teorijas radītājs - pirmā ķīmiskā teorija, kas ļāva izbeigt alķīmijas teorētiskos uzskatus.
Kolbe A. (1818 – 1884) – vācu organiskais ķīmiķis, radikāļu teorijas radītājs. Sintezēja vairākas organiskās skābes. Viņš izstrādāja elektroķīmisko metodi alkānu iegūšanai - Kolbes metodi.
Bertelo P. (1827-1907) – franču ķīmiķis. Viens no organiskās ķīmijas pamatlicējiem. Fundamentāls darbs termoķīmijas jomā.
Faradejs M. (1791-1867) - angļu fiziķis un ķīmiķis. Viens no elektromagnētisma doktrīnas pamatlicējiem. Atklāja elektrolīzes kvantitatīvos likumus. Pētījumi sašķidrināto gāzu, stikla, organiskās ķīmijas jomā.
Pērkins V. Art. (1838-1907) – angļu ķīmiķis. Attīstīja mauveīna un alizarīna krāsvielu rūpniecisko ražošanu. Atklāja aromātisko aldehīdu kondensācijas reakciju ar karbonskābes anhidrīdiem ( Perkina reakcija).
Wurtz S. (1817-1884) - franču ķīmiķis Mācījies pie J. Lībiga, Ž. Dimā asistenta. Viņš sintezēja amīnus, fenolus, etilēnglikolu, pienskābi un veica aldola un krotona kondensāciju.
Dumas J. (1800-1884) – franču ķīmiķis. Radīja radikāļu teoriju. Viņš atklāja hlorēšanas reakciju un konstatēja homologu sēriju - skudrskābes sērijas esamību. Viņš ierosināja metodi slāpekļa kvantitatīvai noteikšanai.
Lorāns O. (1807-1853) – franču ķīmiķis. Izpētīja akmeņogļu darvas produktus. Atklāta ftalskābe, indigo un naftalīns.
Kekule F. (1829 - 1896) - vācu ķīmiķe. Galvenie darbi teorētiskās organiskās ķīmijas jomā. Sintezēts antrahinons, trifenilmetāns.
Kūpers L. (1834 - 1891) - skotu ķīmiķis, viņa galvenie darbi ir veltīti ķīmijas teorētiskajām problēmām.
