Теория Бутлерова (стр. 1 из 2)

РАБОТА ПО ХИМИИ

НА ТЕМУ:

ТЕОРИЯ ХИМИЧКСКОГО СТРОЕНИЯ

ОРГАНИЧЕСКИХ

СОЕДЕНЕНИЙ А.М. БУТЛЕРОВА

ВЫПОЛНИЛ:

Лебедев Евгений

ПЛАН:

1.РАЗВИТИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ, СВЯЗАННОЙ С ПРОИЗВОДСТВОМ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ, В ПЕРВОЙ ПОЛОВИНЕ XIX ВЕКА.СВЯЗЬ НАУКИ И ПРАКТИКИ.

2.СОСТОЯНИЕ ОРГАНИЧЕСКОЙ ХИМИИ В СЕРЕДИНЕ XIX ВЕКА.

3.ПРЕДПОСЫЛКИ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ.

4.ВЗГЛЯДЫ А.М. БУТЛЕРОВАНА СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА.

5.ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ.

6.ЗНАЧЕНИЕ ТЕОРИИ ХИМИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И О НАПРАВЛЕНИЯХ ЕЕ РАЗВИТИЯ.

С органическими веществами человек знаком с давних времен. Наши далекие предки применяли природные красители для окраски тканей, использовали в качестве продуктов питания растительные масла, животные жиры, тростниковый сахар, получали брожением спиртовых жидкостей уксус…

Но наука о соединениях углерода возникла лишь в первой половине ХIХ века.

В 1828 году ученик Я. Берцелиуса – немецкий ученый Ф.Велер из неорганических веществ синтезирует органическое вещество -–мочевину. В 1845 году немецкий химик А.Кольбе искусственным путем получает уксусную кислоту. В 1854 году французский химик М.Бертло синтезирует жиры. Русский ученый А.М. Бутлеров в 1861 году впервые синтезом получает сахаристое вещество.

Известно, что развивающаяся промышленность, практика ставят новые задачи перед наукой. Как только у общества появляется техническая потребность, она продвигает

науку вперед больше, чем десяток университетов.

Для подтверждения этих слов можно привести такой пример. Текстильная промышленность в 40-х годах девятнадцатого века уже не могла себя

обеспечить натуральными красителями – их не хватало. Перед наукой встала задача получения красителей синтетическим путем. Начались поиски, в результате которых были синтезированы различные анилиновые красители и ализарин, добываемый ранее из корней растения марены. Полученные красители в свою очередь способствовали бурному росту текстильной промышленности.

В настоящее время синтезированы многие органические вещества, не только имеющиеся в природе, но и не встречающиеся в ней, например, многочисленные пластмассы, различные виды каучуков, всевозможные красители, взрывчатые вещества, лекарственные препараты.

Синтетически полученных веществ сейчас известно больше, чем найденных в природе, и их число быстрорастет. Начинают осуществляться синтезы самых сложных органических веществ – белков.

2. Состояние органической химии в середине ХIХ века.

Между тем существовали доструктурные теории – теория радикалов и теория типов.

Теория радикалов ( ее создатели Ж. Дюма, И. Берцелиус) утверждала, что в состав органических веществ входят радикалы , переходящие из одной молекулы в другую: радикалы постоянны по составу и могут существовать в свободном виде. В дальнейшем было установлено, что радикалы могут подвергаться изменениям в результате реакции замещения (замещение атомов водорода атомами хлора). Так ,была получена трихлоруксусная кислота. Теория радикалов была постепенно отвергнута , однако она оставила глубокий след в науке: понятие о радикале прочно вошло в химию. Верными оказались утверждения о возможности существования радикалов в свободном виде, о переходе в огромном числе реакций определенных групп из одного соединения в другое.

Наиболее распространенной в 40-е г.г. ХIХ века была теория типов. Согласно этой теории все органические вещества считали производными простейших неорганических веществ – типа водорода, хлоро-водорода, воды, аммиака и др. Например, тип водорода

Согласно этой теории формулы выражают не внутреннее строение молекул, а только способы образования и реакции вещества. Создатель этой теории Ш.Жерар и его последователи считали, что строение вещества не может быть познано, так как молекулы в процессе реакции изменяются. Для каждого вещества можно написать столько формул, сколько различных видов превращений может испытывать вещество.

Теория типов в свое время была прогрессивной, так как она позволила провести классификацию органических веществ, предсказать и открыть ряд несложных веществ, если удавалось отнести их по составу и некоторым свойствам к определенному типу. Однако далеко не все синтезируемые вещества укладывались в тот или иной типсоединений. Теория типов обратила основное внимание на изучение химических превращений органических соединений, что важно было для познания свойств веществ. В дальнейшем теория типов стала тормозом развития органической химии, так как она не в состоянии была объяснить факты, накопившиеся в науке, указать пути синтеза новых веществ, необходимых для техники, медицины, ряда отраслей промышленности и др. Нужна была новая теория, которая смогла бы не только объяснить факты, наблюдения, но и прогнозировать, указывать пути синтеза новых веществ.

Фактов, требовавших объяснений много –

— вопрос валентности

— изомерии

— написание формул.

Предпосылки теории химического строения.

К моменту появления теории химического строения А.М. Бутлерова многое уже было известно о валентности элементов: Э. Франкланд установил валентность для ряда металлов, для органических соединений А.Кекуле предложил четырехвалентность атома углерода ( 1858) , было высказано предположение об углерод-углеродной связи, о возможности соединения атомов углерода в цепи ( 1859, А.С. Купер, А.Кекуле ). Эта идея сыграла большую роль в развитии органической химии.

Важным событием в химии был Международный конгресс химиков ( 1860, г.Карлсруэ), где были четко определены понятия об атоме, молекуле, атомном весе, молекулярном весе. До этого не было общепризнанных критериев для определения этих понятий, поэтому была путаница в написании формул веществ. А.М. Бутлеров считал самым существенным успехом химии за период с 1840 по 1880г. установление понятий об атоме и молекуле, что дало толчок развитию учения о валентности и позволило перейти к созданию теории химического строения.

Таким образом, теория химического строения возникла не на пустом месте. Объективными предпосылками ее появления явились: а). Введение в химию понятий о валентности и особенно, о четырехвалентности атома углерода, б). Введение понятия об углерод-углеродной связи. в). Выработка правильного представления обатомах и молекулах.

Взгляды А.М. Бутлерова на строение вещества.

В 1861 году был произнесен доклад А.М. Бутлерова на ХХХУI съезде немецких врачей и естествоиспытателей в Шпейере. Между тем его первое выступление по теоретическим вопросам органической химии состоялось в 1858г, в Париже в Химическом обществе. В своем выступлении, а также в статье о А.С. Купере ( 1859г.) А.М. Бутлеров указывает на то, что в создании теории химического строения должна сыграть роль валентность ( химическое сродство ). Здесь он впервые употребил термин «структура», высказал мысль о возможности познания строения вещества, об использовании для этих целей экспериментальных исседований.

Основные идеи о химическом строении были изложены А.М. Бутлеровым в1861 году в докладе «О химическом строении веществ». В нем отмечалось отставание теории от практики, указывалось на то, что теория типов, несмотря на некоторые ее положительные стороны, имеет крупные недостатки. В докладе дано четкое определение понятия о химическом строении, рассмотрены пути установления химического строения ( способы синтеза веществ, использование различных реакций ).

А.М. Бутлеров утверждал, что каждому веществу соответствует одна химическая формула: она характеризует все химические свойства вещества, реально отражает порядок химической связи атомов в молекулах. В последующие годы А.М. Бутлеров и его ученики осуществили ряд экспериментальных работ с целью проверки правильности предсказаний, сделанных на основе теории химического строения. Так, были синтезированы изобутан, изобутилен, изомеры пентана, ряд спиртов и др. По значимости для науки эти работы можно сравнить с открытием предсказанных Д.И. Менднлеевым элементов ( экабор,экасилиций, экаалюминий).

В полном объеме теоретические воззрения А.М. Бутлерова нашли отражение в его учебнике « Введение к полному изучению органической химии» ( первое издание вышло в 1864-1866г.г.), построенном на основе теории химического строения. Он считал, что молекулы – это нехаотичное скопление атомов, что атомы в молекулах соединены между собой в определенной последовательности и находятся в постоянном движении и взаимном влиянии. Изучая химические свойства вещества, можно установить последовательность соединения атомов в молекулах и выразить ее формулой.

А.М. Бутлеров считал, что с помощью химических методов анализа и синтеза вещества можно установить химическое строение соединения и, наоборот, зная химическое строение вещества , можно предсказать его химические свойства.

Основные положения теории А.М. Бутлерова.

Основываясь на приведенных выше высказываниях А.М. Бутлерова, сущность теории химического строения можно выразить в следующих положениях:

— атомы в молекулах располагаются не беспорядочно, они соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентности

А) последовательность соединения атомов в молекуле

Б) углерод четырехвалентен

В) структурные формулы (полные)

Последовательность соединения атомов в молекуле

Г) сокращенные формулы

Д) виды цепей

— Изомерия объясняет многообразие органических веществ. Различному порядку взаимосвязи атомов при одном и том же качественном и количественном составе молекулы отвечают, как учит теория химического строения, разные вещества. Если эта теория правильна, должны существовать два бутана, различающиеся по своему строению и свойствам. Так как в то время был известен лишь один бутан, то А.М. Бутлеров предпринял попытку синтезировать бутан другого строения. Полученное им вещество имело тот же состав , но другие свойства, в частности более низкую температуру кипения. В отличие от бутана новое вещество получило название « изобутан» ( греч. « изос»- равный):

Основные положения теории Бутлерова А. М. Основные положения теории химического строения Бутлерова

Общепризнанные основные положения теории Бутлерова считаются фундаментом современной химии. Ученый первым объяснил особенности строения веществ. Он подробно изучил природу взаимосвязей атомов.

Предпосылки появления теории

Александр Бутлеров стал основоположником новой теории как раз тогда, когда в науке накопилось множество вопросов, на которые ученые не могли найти ответов. Например, объяснения требовали явления валентности и изомерии. Кроме того, химики продолжали спорить о том, как правильно записывать химические формулы. Бутлеров внес ясность в этот вопрос. Он доказал, что формулы должны отражать строение вещества.

Помимо этого, существовало несколько концепций, которые были противоположны взглядам, высказанным Бутлеровым. Это была теория радикалов. Ее основоположником стал Йенс Берцелиус. Он утверждал, что в молекулах есть особые элементы – радикалы, которые переходят из одного вещества в другое. Также существовала теория типов. Ее сторонники считали, что все сложные вещества являются производными простых неорганических веществ – воды, водорода, аммиака и т. д. Все эти концепции противоречили друг другу. Науке была необходима теория, которая поставила бы все на свои места.

Новые идеи Бутлерова

Александр Михайлович Бутлеров (1828–1886 гг.) был одним из выдающихся химиков своего времени. Он много занимался теоретическими вопросами своей науки. В 1858-м ученый выступил на одном из заседаний Парижского химического общества. Тогда же впервые из его уст прозвучали основные положения теории Бутлерова.

Исследователь употребил в своем докладе новые термины, которые позже закрепились в международной науке. Например, именно он стал автором понятия структуры соединений. Ученый считал, что строение разных веществ позволяет отнести их к одним группам (в частности, это метан, хлороформ, метиловый спирт и т. д.).

Исследование синтеза веществ

В 1861 году в опубликованном докладе «О химическом строении вещества» были сформулированы основные положения теории химического строения А. М. Бутлерова. Ученый подробно описал способы синтеза и использования разных реакций. Одним из самых важных тезисов химика было его утверждение о том, что каждому химическому веществу соответствует одна формула. Ее важность заключается в том, что она характеризует все свойства и показывает связь атомов внутри молекул.

Теория Бутлерова также предусматривала, что с помощью управляемых реакций можно производить новые вещества. В последующие годы знаменитый химик и его ученики провели множество экспериментов, чтобы доказать это предположение. Им удалось синтезировать такие новые вещества, как изомеры пентана, изобутилен и некоторые спирты. Для своей эпохи эти открытия имели колоссальную значимость, которую можно сравнить только с важностью определения других элементов Менделеевым (например, экабора).

Систематизация химии

В XIX веке основные положения теории Бутлерова полностью изменили представление ученых о строении химических элементов. В частности, исследователь первым предположил, что молекулы являются не хаотическим скоплением атомов. Наоборот, они обладают упорядоченной структурой. Атомы соединены друг с другом в определенной последовательности, от которой также зависит характер всего вещества.

Бутлеров, разрабатывая свою теорию, опирался на математические принципы и законы. С помощью этой науки он смог объяснить большинство процессов и взаимосвязей в химических веществах. Для современников это была настоящая революция. Дело было в том, что даже если ученые и знали некоторые факты о характере определенных веществ, они не могли выстроить свои знания в четкую систематизированную картинку. Основные положения теории строения Бутлерова разрешили эту проблему. Теперь химия была не разрозненной копилкой фактов, а стройной системой, где все подчинялось строгой математической логике.

Многообразие веществ

Знаменитая теория Бутлерова много внимания уделяет изомерии – явлению, заключающемуся в существовании изомеров – равных по молекулярной массе и атомному составу веществ, которые в то же время отличаются друг от друга расположением атомов и строением. Эта особенность объясняет многообразие свойств веществ в природе.

Бутлеров доказал свою теорию на примере бутана. Согласно идее ученого, в природе должно было существовать два вида этого вещества. Однако в то время наука знала только один бутан. Бутлеров провел множество экспериментов и все-таки получил новое вещество, похожее по составу, но отличное по свойствам. Оно было названо изобутаном.

Влияние атомов друг на друга

Бутлеров открыл и другую важную закономерность. С образованием химических связей начинается процесс перехода электронов от одних атомов к другим. При этом меняется их плотность. Возникают электронные пары, которые влияют на свойство нового образующегося вещества. Ученый изучал этот феномен на примере хлороводорода, где хлор меняет электронную плотность связей водорода.

Бутлеров и основные положения теории строения смогли объяснить природу трансформации веществ. В дальнейшем принцип, открытый русским химиком, подробно исследовался его последователями и учениками. Осознание механизма изменения веществ позволило ученым понять, как синтезировать новые элементы. Особенный всплеск этих открытий начался в конце XIX века. Тогда европейские и американские ученые в новых лабораториях с помощью методов, которые предложил Бутлеров, смогли произвести новые вещества.

Химические связи

Бутлеров считал, что строение веществ можно изучать химическими методами. Это положение подтвердилось благодаря множеству удачных экспериментов ученого. Также исследователь был сторонником идеи о том, что формулы могут быть правильными, только если они станут отражать порядок химических связей разных атомов. Бутлеров занимался анализом этого предположения на протяжении многих лет.

Он выделял три вида связей – простую, двойную и тройную. Ученый был прав, но дальнейшее развитие науки показало, что есть и другие химические связи. В частности, теперь специалисты могут характеризовать их еще и с помощью физических параметров.

Развитие Бутлеровской теории

Новая теория строения химических соединений А. М. Бутлерова по своему характеру была материалистической. Ученый первым смело заявил о том, что исследователям по силам изучить свойства атомов, из которых строятся все элементы. При этом сам Бутлеров относился к своей теории как к временной. Он считал, что его преемники должны развить ее, поскольку она не до конца объясняла некоторые факты химической науки.

Ученый оказался прав. Теория Бутлерова в дальнейшем развивалась в двух направлениях. Первое заключалось в том, что наука смогла определить не только порядок соединения, но и пространственное расположение атомов в молекуле. Так возникла стереохимия. Эта дисциплина стала подробно исследовать пространственное строение молекул. Об этом новом направлении говорил еще сам Бутлеров, хотя он при жизни так и не успел изучить этот теоретический вопрос.

Вторым направлением развития теории ученого стало появление учения, посвященного электронному строению атомов. Это не только химическая, но и физическая дисциплина. Была подробнее исследована сущность взаимного влияния атомов и объяснены причины проявления разных свойств. Именно основные положения теории Бутлерова позволили ученым добиться таких успехов.

Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова» — КиберПедия

Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова»

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова:

1. В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением.

2. Свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т.е. от химического строения молекулы.

3. Атом или группа атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

Вопрос 2 «Строение оксогруппы. Химические свойства оксосоединений (на примере этаналя)»

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильными соединениями называют органические вещества, в молекулах которых имеется группа >С=О (карбонил или оксогруппа).

Общая формула карбонильных соединений:

Этаналь СН₃-СНО. Химические свойства:

По химическим свойствам ацетальдегид аналогичен формальдегиду: для него также характерны реакции окисления и присоединения. Реакция»серебряного зеркала» и образования оксида меди (|).

 

Присоединение водорода к ацетальдегида протекает в тех же условиях, что и к формальдегиду.

При действии кислот или при длительном состоянии ацетальдегид легко полимеризуется, переходя в тример- паральдегид.

В промышленности ацетальдегид получают из ацетилена по реакции Кучерова

 

Вопрос 3 «Изобразите схематически перекрывание орбиталей с образованием сигма связей между sp2 гибридизованным атомом углерода и атомом водорода»

Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей

 

Вопрос 7 «Конформация алканов»

Различные положения углеродной цепи называются конформациями. В нормальных условиях конформации алканов свободно переходят друг в друга с помощью вращения С-С связей, поэтому их часто называют поворотными изомерами. Существует 2 основные конформации – «заторможенное» (энергетически более выгодна и молекула находятся в этой форме больше времени) и «заслоненное»:

 

 

 

Механизм I.

I стадия. Катион алкилгидроксония, отщепляя воду, превращается в карбокатион:

Роль кислоты, таким образом, заключается в превращении ОН-группы в Н2О, которая отщепляется легче, чем анион НО–.

II стадия. Карбокатион вызывает гетеролитический разрыв связи в галогеноводороде и присоединяет галогенид-анион с образованием конечного продукта:

Или

Освободившийся H+ идет на протонирование новых молекул спирта.

Механизм II.

Другой возможный механизм нуклеофильного замещения заключается в практически одновременном отщеплении воды и присоединении галогена (без образования карбокатиона) и идет в одну стадию.

Механизм замещения зависит от строения реагентов и условий реакции. Для третичных спиртов предпочтительней первый механизм, а для первичных — второй.

На стадии, определяющей скорость реакции (так называемой, лимитирующей стадии), в механизме I образуется карбокатион. Чем стабильнее этот катион, тем легче он образуется. Третичный катион стабильнее, чем первичный (три +I-эффекта алкильных групп в третичном катионе и один — в первичном). С другой стороны, энергия переходного состояния в механизме II тем ниже, чем меньше стерические препятствия, т.е. чем меньше алкильных групп у атакуемого атома углерода.

 

Изомерия алкенов

 

Наряду со структурной изомерией углеродного скелета для алкенов характерны, во-первых, другие разновидности структурной изомерии — изомерия положения кратной связи и межклассовая изомерия.

Во-вторых, в ряду алкенов проявляется пространственная изомерия, связанная с различным положением заместителей относительно двойной связи, вокруг которой невозможно внутримолекулярное вращение.

1. Изомерия углеродного скелета (начиная с С4Н8):

 

 

2. Изомерия положения двойной связи (начиная с С4Н8):

 

 

3. Межклассовая изомерия с циклоалканами, начиная с С3Н6:

Номенклатура

Алкены простого строения часто называют, заменяя суффикс -ан в алканах на -илен: этан — этилен, пропан — пропилен и т.д.

По систематической номенклатуре названия этиленовых углеводородов производят заменой суффикса -ан в соответствующих алканах на суффикс -ен (алкан — алкен, этан — этен, пропан — пропен и т.д.). Выбор главной цепи и порядок названия тот же, что и для алканов. Однако в состав цепи должна обязательно входить двойная связь. Нумерацию цепи начинают с того конца, к которому ближе расположена эта связь. Например:

 

 

 

Вопрос 11 «Химические свойства многоатомных спиртов на примере этиленгликоля»

Химические свойства многоатомных спиртов включают в себя все химические свойства одноатомных спиртов. Также многоатомные спирты реагируют с нерастворимыми основаниями.

К примеру, глицерин реагирует с гидроксидом меди в присутствии щелочи с образованием ярко-голубого соединения (глицерат меди).

В аналогичную реакцию вступает и этиленгликоль. Реакция с гидроксидом меди является качественной реакцией на многоатомные спирты.

 

Нитрование

Нитрование является механистическим прототипом всех остальных реакций электрофильного ароматического замещения. Эта реакция находит широкое синтетическое применение и механизм ее изучен наиболее подробно.

Номенклатура

По международной номенклатуре ИЮПАК, карбоновые кислоты называют, выбирая за основу наиболее длинную углеродную цепочку, содержащую группу -СООН, и добавляя к названию соответствующего углеводорода окончание «овая» и слово «кислота». При этом атому углерода, входящему в состав карбоксильной группы, присваивается первый номер. Например СН

3-СН₂-СООН — пропановая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН — 2,2-диметилпропановая кислота.
По рациональной номенклатуре к названию углеводорода добавляют окончание «карбоновая» и слово «кислота», не включая при этом в нумерацию цепи атом углерода карбоксильной группы. Например, С₅Н₉СООН — циклопентанкарбоновая кислота, СН₃-С(СН₃)₂-СООН — трет-бутилкарбоновая кислота.
Многие из карбоновых кислот имеют тривиальные названия (некоторые из них приведены в таблице).

Получение:

2. Окисление алканов:

2CH₄ + + 3O₂ t,kat → 2HCOOH + 2H₂O

метан муравьиная кислота

2CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + 5O₂ t,kat,p → 4CH₃COOH + 2H₂O

н-бутан уксусная кислота

3. Окисление алкенов:

CH₂

=CH₂ + O₂ t,kat → CH₃COOH

этилен

СH₃-CH=CH₂ + 4[O] t,kat → CH₃COOH + HCOOH (уксусная кислота+муравьиная кислота)

4. Окисление гомологов бензола (получение бензойной кислоты):

C₆H₅-CnH_2n+1 + 3n[O] KMnO4,H+→ C₆H₅-COOH + (n-1)CO₂ + nH₂O

5C₆H5-CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 5C₆H₅-COOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

толуол бензойная кислота

5. Получение муравьиной кислоты:

1 стадия: CO + NaOH t,p → HCOONa (формиат натрия – соль)

2 стадия: HCOONa + H₂SO₄ → HCOOH + NaHSO₄

6. Получение уксусной кислоты:

CH₃OH + CO t,p → CH₃COOH

Метанол

1. Гидролиз сложных эфиров:

2. Из солей карбоновых кислот:

R-COONa + HCl → R-COOH + NaCl

3. Растворением ангидридов карбоновых кислот в воде:

(R-CO)₂O + h3O → 2 R-COOH

4. Щелочной гидролиз галоген производных карбоновых кислот:

 

Вопрос 17 «Сложные эфиры»

СЛОЖНЫЕ ЭФИРЫ – класс соединений на основе минеральных (неорганических) или органических карбоновых кислот, у которых атом водорода в НО-группе замещен органической группой R. Прилагательное «сложные» в названии эфиров помогает отличить их от соединений, именуемых простыми эфирами.

Номенклатура сложных эфиров. Название создается следующим образом: вначале указывается группа R, присоединенная к кислоте, затем – название кислоты с суффиксом «ат» (как и в названиях неорганических солей: карбонат натрия, нитрат хрома).

Химические свойства сложных эфиров. Наиболее характерно для эфиров карбоновых кислот гидролитическое (под действием воды) расщепление сложноэфирной связи, в нейтральной среде оно протекает медленно и заметно ускоряется в присутствии кислот или оснований, т.к. ионы Н+ и НО– катализируют этот процесс (рис. 4А), причем гидроксильные ионы действуют более эффективно. Гидролиз в присутствии щелочей называют омылением. Если взять количество щелочи, достаточное для нейтрализации всей образующейся кислоты, то происходит полное омыление сложного эфира.

 

Химические свойства

Фенолокислоты одновременно обладают свойствами карбоновых кислот и фенолов . Кроме того, для них характерны свойства, обусловленные наличием в молекуле обоих видов функциональных групп и бензольного ядра.

Разложение при нагревании

Фенолокислоты при нагревании разлагаются с образованием фенольных соединений и углекислого газа. Например, при нагревании салициловая кислота разлагается на фенол и углекислый газ:

НОС₆Н₄СООН → С₆Н₅ОН + СО₂

салициловая кислота фенол углекислый газ

Галловая кислота при нагревании теряет карбоксильную группу и превращается в трехатомный фенол — пирогаллол.

 

Вопрос 1 «Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова»

Основные положения теории строения органических соединений А.М. Бутлерова:

1. В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов называется химическим строением.

2. Свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т.е. от химического строения молекулы.

3. Атом или группа атомов, образовавшие молекулу, взаимно влияют друг на друга, от чего зависит реакционная способность молекулы.

Вопрос 2 «Строение оксогруппы. Химические свойства оксосоединений (на примере этаналя)»

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильными соединениями называют органические вещества, в молекулах которых имеется группа >С=О (карбонил или оксогруппа).

Общая формула карбонильных соединений:

Этаналь СН₃-СНО. Химические свойства:

По химическим свойствам ацетальдегид аналогичен формальдегиду: для него также характерны реакции окисления и присоединения. Реакция»серебряного зеркала» и образования оксида меди (|).

 

Присоединение водорода к ацетальдегида протекает в тех же условиях, что и к формальдегиду.

При действии кислот или при длительном состоянии ацетальдегид легко полимеризуется, переходя в тример- паральдегид.

В промышленности ацетальдегид получают из ацетилена по реакции Кучерова

 

Вопрос 3 «Изобразите схематически перекрывание орбиталей с образованием сигма связей между sp2 гибридизованным атомом углерода и атомом водорода»

Происходит при смешивании одной s- и двух p-орбиталей. Образуются три гибридные орбитали с осями, расположенными в одной плоскости и направленными к вершинам треугольника под углом 120 градусов. Негибридная p-атомная орбиталь перпендикулярна плоскости и, как правило, участвует в образовании π-связей

 

Напишите пожалуйста 4 положения теории Бутлерова

Основные положения теории химического строения Бутлерова заключаются в следующем: а) в органических молекулах атомы соединяются между собой в определённом порядке согласно их валентности, что определяет химическое строение молекул; б) химические и физические свойства органических соединений зависят как от природы и числа входящих в их состав атомов, так и от химического строения молекул; в) для каждой эмпирической формулы можно вывести определённое число теоретически возможных структур (изомеров) ; г) каждое органическое соединение имеет одну формулу химического строения, которая даёт представление о свойствах этого соединения; д) в молекулах существует взаимное влияние атомов как связанных, так и непосредственно не связанных друг с другом. е) атомы углерода способны соединяться между собой, образовывая углеродные цепи различного вида. Они могут быть как открытыми, так и замкнутыми (циклическими) , как прямыми, так и разветвленными. В зависимости от числа связей, затрачиваемых атомами углерода на соединение друг с другом, цепи могут быть насыщенными (с одинарными связями) или ненасыщенными (с двойными и тройными связями).

1) Атомы в молекулах соединяются в определённой последовательности согласно их валентности. Углерод во всех органических соединениях четырёхвалентен; 2) Свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от строения их молекул; 3) Атомы или группа атомов взаимно влияют друг на друга; 4) По свойствам вещества можно определить строение, а по строению — свойства.

Основные положения теории строения А.М. Бутлерова

     При заполнении атомных орбиталей электронами соблюдаются три основные правила.

     Принцип устойчивости. АО заполняются электронами  в порядке повышения их энергетических уровней:  

     Принцип Паули. На одной АО могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.

     Правило Хунда. На АО с одинаковой энергией, так называемых вырожденных орбиталях, электроны располагаются по одному с параллельными спинами. 

Электронные конфигурации 

     В химических превращениях принимают участие  электроны внешнего электронного уровня — валентные электроны.

     Наиболее  распространенные в органических соединениях  элементы (элементы-органогены) относятся  в основном ко 2-му (C, N, O) и 3-му (P, S, Cl) периодам Периодической системы. Валентными электронами этих элементов являются 2s-, 2р- и 3s-, 3р-электроны, соответственно. 

Валентные электроны  элементов-органогенов. 

    Теория  химического строения позволила  объяснить многие факты, накопившиеся в органической химии в начале второй половины ХIХ в., доказала, что с помощью химических методов (синтеза, разложения и других реакций) можно установить порядок соединения атомов в молекулах (этим самым была доказана возможность познания строения вещества).

      Она  внесла новое в атомно-молекулярное  учение (порядок расположения атомов  в молекулах, взаимное влияние  атомов, зависимость свойств от  строения молекул вещества). Теория рассматривала молекулы вещества как упорядоченную систему, наделенную динамикой взаимодействующих атомов. В связи с этим атомно-молекулярное учение получило свое дальнейшее развитие, что имело большое значение для науки химии.

      Также  дала возможность предвидеть  свойства органических соединений  на основании строения, синтезировать новые вещества, придерживаясь плана.

      Теория  позволила объяснить многообразие  органических соединений, дала мощный  толчок синтезу органических  соединений, развитию промышленности  органического синтеза (синтез  спиртов, эфиров, красителей, лекарственных  веществ и др.).

      Отметим  некоторые аспекты мировоззренческого  значения теории химического строения.

      По  своему содержанию теория химического  строения – материалистическая. В ней утверждаются материальность мира и возможность его познания, которые проявляются в признании реально существующих атомов и молекул, в возможности познания их строения (химического и пространственного) и свойств. Химическая формула молекулы вещества, следовательно, отражает реально существующую молекулу, связь в ней атомов.

      Разработав теорию и подтвердив правильность ее синтезом новых соединений А.М. Бутлеров не считал теорию абсолютной и неизменной. Он утверждал, что она должна развиваться, и предвидел, что это развитие пойдет путем разрешения противоречий между теоретическими знаниями и возникающими новыми фактами.

      Теория  химического строения, как и предвидел  А.М. Бутлеров, не осталась неизменной. Дальнейшее ее развитие шло главным образом в двух взаимосвязанных направлениях.

      Первое из них было предсказано самим А.М.Бутлеровым

Он считал, что наука в будущем сможет устанавливать не только порядок соединения атомов в молекуле, но и их пространственное расположение. Учение о пространственном строении молекул, называемое стереохимией (греч. «стереос» — пространственный), вошло в науку в 80-х годах прошлого столетия. Оно позволило объяснять и предсказывать новые факты, не вмещавшиеся в рамки прежних теоретических представлений.

      Второе  направление связано с применением  в органической химии учения  об электронном строении атомов, развитого в физике ХХ века. Это учение позволило понять природу химической связи атомов, выяснить сущность их взаимного влияния, объяснить причину проявления веществом тех или иных химических свойств. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

     В начале девятнадцатого века среди западных химиков безраздельно господствовала электрохимическая теория Дэви —  Берцелиуса.

     В тридцатых  годах своими работами французский  химик Ж. Б. Дюма нанес удар по теории Дэви — Берцелиуса, выдвинув для  органических соединений свою, так  называемую, теорию типов.

     В дальнейшем огромным шагом вперед в проблеме развития основных химических понятий  явилась так называемая унитарная  система, или теория французских  химиков, Ш. Жерара и О. Лорана.

     Великий реформатор химии, как иногда называли Шарля Фредерика Жерара (1816—1856), пришел к убеждению, что химические явления начинаются лишь тогда, когда вещество изменяется, т. е. перестает существовать как таковое.

     Известный химик Август Кекуле подошел вплотную к проблеме строения органических соединений, имея отправным пунктом атомность или валентность элементов, но решительного шага в этом направлении не сделал.

     И хотя чувствовалось приближение нового периода в развитии химии, но нужен  был гений Бутлерова, чтобы совершить  прорыв.

     Бутлеров  А. М. — знаменитый русский химик и  видный общественный деятель (1828 — 86). Первоначальное воспитание Бутлеров получил в Казани.

     В начале 1868 г. Бутлерова пригласили, по инициативе профессора Д.И. Менделеева, в Петербургский  университет, где с февраля 1869 г. он начал чтение лекций, а в 1870 г. устроил в университете отделение  химической лаборатории для специальных  работ по органической химии.

     Бутлеров  образовал и оставил после  себя в России целую школу исследователей по органической химии, разрабатывавших  эту науку в духе идей и приемов  своего учителя.

     После 1861 г. Бутлеров выступает с рядом  теоретических и критических  статей, в которых излагаются им главнейшие основания учения о «Химическом строении веществ».

     Кроме того, можно указать и на общедоступную брошюру Бутлерова — «Основные понятия в химии», изданную в год смерти (в марте 1886 г.).

      Основные положения теории строения А.М. Бутлерова:

1.     Атомы  в молекулах соединены друг  с другом в определенной последовательности  согласно их валентностям.

2.     Химическое  строение можно устанавливать  химическими методами.

3.     Свойства  веществ зависят от их химического строения.

4.     По  свойствам данного вещества можно  определить строение его молекулы, а по строению молекулы — предвидеть свойства.

5.     Атомы  и группы атомов в молекуле  оказывают взаимное влияние друг на друга.

     Теория  Бутлерова явилась научным фундаментом  органической химии и способствовала быстрому ее развитию. Опираясь на положения  теории, А.М. Бутлеров дал объяснение явлению изомерии, предсказал существование  различных изомеров и впервые  получил некоторые из них.

     Формула строения (структурная формула) описывает  порядок соединения атомов в молекуле, т.е. ее химическое строение.

     Различие веществ обусловлено не только разным качественным и количественным элементным составом, но и разным химическим строением, которое можно отразить лишь структурными формулами.

     В основе изомерии, как показал А.М. Бутлеров, лежит различие в строении молекул, состоящих из одинакового набора атомов. Таким образом, изомерия — это явление существования соединений, имеющих одинаковый качественный и количественный состав, но различное строение и, следовательно, разные свойства.

     Структурные изомеры — соединения одинакового качественного  и количественного состава, отличающиеся порядком связывания атомов, т.е. химическим строением.

     Пространственные  изомеры (стереоизомеры) при одинаковом составе и одинаковом химическом строении различаются пространственным расположением атомов в молекуле.

     Применение  электронной теории строения атома  и химической связи в органической химии явилось одним из важнейших  этапов развития теории строения органических соединений. Понятие о химическом строении как последовательности связей между атомами (А.М. Бутлеров) электронная  теория дополнила представлениями  об электронном и пространственном строении и их влиянии на свойства органических соединений.

     Электрон  имеет двойственную природу. В разных экспериментах он может проявлять  свойства как частицы, так и волны. Электрон может находиться в любой точке пространства, но с разной вероятностью. Часть пространства, в котором велика вероятность нахождения электрона, называют орбиталью или электронным облаком.

     Атомная орбиталь — область наиболее вероятного пребывания электрона (электронное облако) в электрическом поле ядра атома.

     Для элементов 1-го периода (Н, He) характерна одна АО — 1s.

     В элементах 2-го периода электроны занимают пять АО на двух энергетических уровнях.

     Принцип Паули. На одной АО могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.

     Правило Хунда. На АО с одинаковой энергией, так называемых вырожденных орбиталях, электроны располагаются по одному с параллельными спинами.

     Атомные орбитали (АО) разных типов отличаются друг от друга формой и энергией и обозначаются символами: s, p, d, f и т.д.

     Атомные орбитали s-типа имеют форму сферы.

     р-АО имеют форму объемной восьмерки (гантели), направленной по оси x, y или z.

     При заполнении атомных орбиталей электронами соблюдаются три основные правила:

     1) Принцип устойчивости. АО заполняются электронами в порядке повышения их энергетических уровней

     Принцип Паули. На одной АО могут находиться не более двух электронов с противоположными спинами.

     Правило Хунда. На АО с одинаковой энергией, так называемых вырожденных орбиталях, электроны располагаются по одному с параллельными спинами.

     Также дала возможность предвидеть свойства органических соединений на основании  строения, синтезировать новые вещества, придерживаясь плана.

     Теория  химического строения позволила  объяснить многие факты, накопившиеся в органической химии в начале второй половины ХIХ в., доказала, что с помощью химических методов (синтеза, разложения и других реакций) можно установить порядок соединения атомов в молекулах.  
 

  

1. http://school33nn.siteedit.ru/page20

 
  

2. http://works.tarefer.ru/94/100258/index.html

 
  

3. http://brokhaus.narod.ru/b/0725.htm

 
  

4. http://lib.co.ua/encicl/100sciency/100sciency.txt

 

5. http://slovari.yandex.ru/теория%20бутлерова/БСЭ/Химического%20строения%20теория/

Бутлерова теория химического строения — Справочник химика 21

    Окраска (цветность) органических веществ и способность окрашивать зависят от определенных особенностей их химической структуры. Это стало очевидным уже во второй половине прошлого столетия, после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения. [c.400]

    Громадную роль в дальнейшем развитии органической химии сыграла теория химического строения, созданная великим русским ученым А. М. Бутлеровым. Теория химического строения позволила химикам познать внутреннее строение молекулы, понять сущность химических процессов, предсказывать новые пути синтеза органических веществ и на основе этого приступить к решению практических задач, вызванных развитием промышленности. [c.11]

    Современный период развития органической химии начинается с 60-х годов XIX в., когда была создана А. М. Бутлеровым теория химического строения органических соединений. С этого времени начинается ее бурное развитие. За последние 110 лет органическая химия добилась больших успехов. Дальнейшее развитие на основе новейших, достижений физики получила теория строения органических соединений, созданы новые методы исследования, достигнуты большие успехи в синтезе новых органических соединений. Многие разделы органической химии развиваются настолько интенсивно, что выросли в самостоятельные разделы химии биохимия, химия высокомолекулярных соединений, элементорганических соединений, красителей, природных соединений, витаминов. [c.7]

    Впервые строение бензола было предложено немецким ученым Ф. Кекуле в 1865 г.— через пять лет после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения органических соединений. [c.319]

    Бутлерова теория химического строения (1861). В молекулах органических соединений атомы связаны друг с другом в определенной последовательности. Связывание происходит в соответствии с валентностью каждого из атомов. Свойства вещества зависят не только от его качественного и количественного состава, но и от взаимного расположения атомов в молекуле. Таким образом, молекула каждого вещества имеет определенное строение, от которого зависят его свойства. Теория химического строения А. М. Бутлерова является научной основой органической химии, эта теория позволила разработать номенклатуру и систематизировать многочисленные органические соединения. Теория А. М. Бутлерова позволяет предугадывать многие свойства соединений по строению молекул, намечать пути синтеза веществ с нужными свойствами. [c.29]

    Бензол и ряд его гомологов, а затем и большая группа других соединений вскоре после их открытия были выделены в группу ароматических соединений, так как обладали особыми, ароматическими свойствами. Вопрос о причинах этих свойств почти со времени создания Бутлеровым теории химического строения — один из важнейших в теоретической органической химии. Главное затруднение было в том, что формула бензола указывает на высокую ненасыщенность, которая не обнаруживается в реакционной способности этого соединения. Бензол не обесцвечивает бромную воду, не окисляется раствором перманганата, не присоединяет серную кислоту. Лишь в особых и достаточно жестких условиях можно провести реакцию между бензолом и бромом, серной или азотной кислотой, причем в результате этих реакций происходит замещение атомов водорода, а не присоединение, характерное для олефинов. Другая особенность, отличающая ароматические соединения от олефинов,— их высокая устойчивость, способность образоваться даже в жестких пиролитических процессах и сравнительная трудность протекания реакций окисления. Наконец, весьма характерными являются свойства некоторых производных ароматических соединений. Так, ароматические амины менее основны, чем алифатические. При реакции с азотистой кислотой [c.12]

    С середины XIX в. возникают и укрепляются отдельные направления в физической химии. Г. И. Гесс (1836) установил закон постоянства сумм теплот, который способствовал возникновению термохимии. Огромное значение для развития физической химии имело открытие законов термодинамики (Карно, Джоуль, Майер, Клаузиус, Томсон и др.). Гиббсом было создано термодинамическое учение о фазовом и химическом равновесии. Открытие Д. И. Менделеевым периодического закона, создание А. М. Бутлеровым теории химического строения оказали сильное влияние на формирование представлений о взаимосвязи химической природы веществ и их физических свойств. [c.7]

    А. М. Бутлеровым теории химического строения, необходимо познакомиться с теоретическими воззрениями в органической химии в период, предшествовавший созданию бутлеровской теории. [c.33]

    Итак, говоря о созданной Бутлеровым теории химического строения, надо ясно представлять себе  [c.41]

    Развитие представлений о химическом строении привело к созданию А.М. Бутлеровым теории химического строения. Основные понятия этой теории оказали существенное влияние на последующее развитие органической химии и сохраняют свое значение вплоть до настоящего времени. Основной тезис этой теории формулируется следующим образом Свойства органического вещества определяются не только составом (каких и сколько атомов в молекуле), но способом связывания этих атомов, т. е. химическим строением . [c.27]

    В 1861 г. одновременно с созданием Бутлеровым теории химического строения появилась работа физика Лошмидта, в которой он чисто умозрительным путем пытался изобразить большое количество органических соединений. Однако работа эта, не основанная на химическом эксперименте, прошла почти незамеченной и не оказала влияния на развитие органической химии [28, стр. 153—154]. [c.35]

    Представление о валентности явилось одной из важнейших предпосылок для создания А. М. Бутлеровым теории химического строения веществ (1861). Д. И. Менделеев (1869) установил связь между валентностью элемента и его положением в периодической системе. Так, валентность элементов в их высших кислородных соединениях оказалась равной номеру группы. [c.119]

    Теория химического строения органических соединений А. М. Бутлерова. Теория химического строения органических соединений была наиболее полно изложена А, М,. Бутлеровым в его труде [c.9]

    Позднее, после создания Бутлеровым теории химического строения, К. Шорлеммер определил органическую химию как химию углеводородов и их производных . Он хотел этим определением подчеркнуть а) способность углерода образовать цепи С—С-атомов б) присутствие водорода в большинстве органических молекул в) способность водорода к замещению со вступлением на его место разнообразных других атомов (галоиды, [c.17]

    Благодаря развитию органической химии после создания А. М. Бутлеровым теории химического строения появилась возможность синтезировать органические вещества в промышленности. [c.252]

    Количество известных ароматических соединений с этого времени быстро увели