34 Теория химического строения органических соединений а.М. Бутлерова, ее основные положения

В 1860-х гг.  А. М. Бутлеров сформулировал основные положения, ставшие впоследствии фундаментом теории строения органических соединений

Создателем теории химического строения был великий русский химик

А.М.Бутлеров. Основные положения своей теории он сформулировал в 1858-1861

г.г. Некоторая трудность для нас заключается в том, что создатель теории

строения не формулировал пункт за пунктом положения своей теории в одном

месте: они пронизывают все научное творчество самого Бутлерова и его

учеников.

1. Атомы в органических молекулах связаны друг с другом в определенном

порядке химическими силами. Этот порядок Бутлеров и называл химическим

строением. Во времена Бутлерова лишь в общих словах называли эти силы «силами

валентности»: в наше время выяснено, что силы валентности имеют электронную

природу.

2. Строение можно изучить экспериментально, используя химические методы –

анализ и синтез. В наше время при установлении строения широко используют также

физические методы – разные виды оптической спектроскопии, рентгенографию,

электронографию, определение дипольных моментов. Физические методы, в первую

очередь рентгенография и электронография, позволяют определить реальное

положение каждого атома в молекуле, получать как бы его фотографию. Это

расположение согласуется с найденным чисто химическим путем. Поэтому мы чаще

говорим просто о строении молекул, опуская прилагательное «химическое»,

которое обязательно употреблял Бутлеров.

3.

Формулы строения выражают порядок химической связи атомов. В формулах строения

(структурных формулах) символы элементов соединяют черточками, условно

изображающими химическую связь, например:

Структурные формулы в развернутой записи (т.е. с обозначением каждого атома и

каждой связи) уже при небольшом усложнении молекулы становится трудно

читаемыми. Поэтому с самого начала необходимо привыкнуть к структурным

формулам в сокращенной записи, например:

или

Как видно из приведенных примеров, при сокращенной записи рядом с атомом

углерода помещают непосредственно связанные с ним атомы и группы, затем ставят

черточку и после нее переходят к другому атому углерода, со стоящими при нем

заместителями. Чтобы еще более сократить запись, иногда совсем опускают

черточки: например, СН₃СН(ОН)СН₃.

При построении структурных формул органических соединений необходимо

учитывать найденную опытным путем валентность элементов-органогенов. Так,

валентность углерода 4, водорода 1, кислорода 2, галогенов 1. Азот, сера и

фосфор могут находиться в разных валентных состояниях.

4. Каждое вещество имеет одну определенную формулу строения, отражающую

порядок химической связи атомов в реально существующей молекуле. Это

положение глубоко материалистично, философски правильно: в основе лежит

реально существующий в природе объект – молекула, и структурная формула

должна возможно точнее отразить этот объект. Выполнению этого требования

подчинены все современные «усовершенствования» в написании формул

органических веществ – введение в них обозначений электронных пар, стрелок,

пунктиров, знаков заряда. Все это улучшает соответствие между формулой и

реальной молекулой, т.е. отвечает принципам теории строения.

5. Связанные в молекуле атомы оказывают друг на друга взаимное влияние:

свойство каждого атома в составе молекулы зависит не только от его

собственной природы, но и от окружения, в котором этот атом находится. С

взаимным влиянием атомов мы постоянно встречались во всем курсе органической

химии. Пока ограничимся простейшим примером: и в молекуле воды, и в молекуле

хлористого водорода имеется атом водорода, но сколь различны его свойства в

обоих веществах!

6. Физические и химические свойства органических соединений определяются

составом и строением их молекул. Во времена Бутлерова можно было судить лишь

о химическом строении – порядке химической связи атомов. В настоящее время

имеется возможность определять пространственное строение; определять

распределение электрических зарядов – электронное строение. Все три

особенности строения важны при рассмотрении свойств органических соединений.

Теория химического строения позволила понять природу изомерии: молекулы

структурных изомеров имеют одинаковый состав, но различаются порядком связи

атомов. Например, формула С₂Н₆О отвечает двум различным

веществам: диметиловому эфиру и этиловому спирту.

Бутлеров не ограничился лишь теоретическим объяснении изомерии на основе

теории строения. Он провел и ряд экспериментальных работ, подтвердив

предсказания теории получением изобутана и третичного бутилового спирта.

35 Классификация химических реакций в органической химии.

Многообразие органических реакций сводится к пяти типам: замещения, присоединения, отщепления, перегруппировки и окислительно-восстановительные.

Реакции замещения

В реакциях замещения водород или функциональная группа замещается на неводородный атом или другую функциональную группу:

Реакции присоединения

Реакции присоединения сопровождаются разрывом кратных связей:

Реакции отщепления

Реакции отщепления (элиминирования) приводят к образованию непредельных углеводородов:

Реакции перегруппировки

Реакции перегруппировки (изомеризации) приводят к образованию изомеров:

Реакции окисления и восстановления

Реакции окисления и восстановления протекают с изменением степени окисления углеродного атома: Полное окисление (сгорание) Частичное окисление