3. Первые теоретические воззрения

Теория радикалов

Теорию радикалов, возникшую в первой четверти XIX века, мож­но считать первой теорией органической химии. Гей-Люссак (1815), а позже Велер и Либих (1832), анализируя продукты химических реакций, пришли к заключению, что определеннее группа атомов, такие, как цианогруппа, бензоил и другие без изменения переходят из одного соединения в другое. Такие группы атомов были названы радикалами. Предполагалось, что как молекулы неорганического вещества состоят из атомов, так и органические вещества состоят из радикалов.

В общем-то, это правильно. Но неправильным в теории радика­лов было то, что радикалы постоянны и неизменны. Впервые это было опровергнуто русским ученым Т. Е. Ловицом, который пока­зал, что в уксусной кислоте все три атома водорода последовательно могут быть замещены на электроотрицательный хлор с образовани­ем моно, ди- и три- хлоруксусных кислот.

Теория радикалов до некоторой степени сыграла и положитель­ную роль в развитии теоретической органической химии. Она на­правила внимание химиков на поиски общих групп в органических соединениях, а также впервые утвердила положение о переходе радикалов без изменения из одной молекулы в другую. Но все же, под напором новых фактов об изменяемости радикалов эта теория должна была уступить место новой теории - теории типов.

Теория типов

Основоположником теории типов был Жерар.

Он предложил строить органические соединения подобно неорганическим, посред­ством замены атомов в последних, органическими остатками. Всю органическую химию он предлагал разделить на несколько типов: тип воды, тип хлористого водорода, тип аммиака, тип метана и т.д.

По теории Жерара, различные радикалы не обладают про­тивоположными зарядами. В связи с этим его система была назва­на «унитарной системой», т.е. единой (фр. - unitaire - единый), в отличие от дуалистического представления Берцелиуса в теории радикалов. Берцелиус высказал предположение о двойственной природе как неорганических, так и органических молекул, которые состоят, по его мнению, из положительно и отрицательно заряжен­ных частиц.

Теория типов сыграла положительную роль. Для несложных молекул она способна была предсказать свойства вновь получаемо­го соединения, а также положила основы классификации органиче­ских веществ (вторая четверть XIX века).

Однако в середине XIX столетия по мере накопления ор­ганических соединений теория типов все чаще оказывалась бес­сильной не только предсказывать, но уже и объяснять что-либо. Сложные органические молекулы нужно было относить ко мно­гим типам, что создало большие трудности, и теория типов уже становилась тормозом в развитии органической химии (пример: Н₂N — СН₂ — СНС1 — СН₂ — COOН). К тому времени было уста­новлено, что углерод четырехвалентен (Кекуле, 1857 г.), а Купер (1857 г.) установил, что атомы углерода могут объединяться друг с другом, образуя цепи. Эти данные в то время были отрывочными, и никто их не мог объединить в единую общую теорию.

4. Теория строения а.М.Бутлерова

Создание теории строения именно в России не является слу­чайностью. Шестидесятые годы XIX столетия были годами бур­ного роста капитализма в России. Это, в свою очередь, предъявило ряд требований к естествознанию. В формировании мировоззре­ния русских естествоиспытателей того времени Д. И. Менделеева, И. М. Сеченова, А. М. Бутлерова и др. огромную роль сыграла дея­тельность революционных демократов-материалистов: А. И. Герце­на и В.Г.Белинского, Н.Г.Чернышевского и Н. А.Добролюбова.

Бутлеров воспринял от них материалистическое учение и критическое отношение ко всем теориям. Впервые основные идеи теории строения, высказанные А. М. Бутлеровым в его докладе «О химическом строении вещества», сделанном им 19 сентября 1861 года на конференции в Шпейере, а затем вошли в его учебник, который был издан в России в 1864-1866 гг., а затем переведен в Гер­мании на немецкий язык в 1867-1868 гг.

Основные идеи теории А. М. Бутлерова могут быть кратко из­ложены следующим образом:

1. Все атомы, образующие молекулу органического вещества, свя­заны в определенной последовательности, причем на соедине­ние их друг с другом затрачивается определенная доля химиче­ского сродства.

Четырехвалентность углерода и способность его образовывать цепи вошла в теорию как составные части. Химическое сродство - валентность. Все это привело к написанию химических формул, ко­торыми мы пользуемся в настоящее время, т.е. открытые цени угле­родных атомов, замкнутая в кольцо цепь углеродных атомов.

2. От химического строения вещества зависят его химические и фи­зические свойства. Это положение теории объяснило явление изомерии.

3. Изучение свойств вещества позволяет определить его строение, а, следовательно, и свойства.

4. Химические свойства атомов и атомных групп неизменны и меняются только под влиянием присутствующих атомов и атомных групп, особенно непосредственно связанных друг с другом.

Идея Бутлерова о взаимном влиянии атомов в молекуле впослед­ствии была блестяще развита его учеником В. В. Морковниковым.

Величайшая заслуга А. М. Бутлерова заключается не только в обобщении огромного фактического материала и выдвиженки пе­редовых идей, но и в блестящем экспериментальном доказательстве созданной им теории строения. Исходя из своей теории строения, Л. М. Бутлеров предсказал существование совершенно в то время неизвестных соединений и даже классов (например, третичных спиртов) и затем смог их синтезировать.

Как Д. И. Менделеев, исходя из своей периодической системы, предсказывал неизвестные элементы, так и А. М. Бутлеров, исходя из теории строения, предсказывал возможность существования но­вых веществ и сам синтезировал их.

А. М. Бутлеров впервые высказал мысль о расположении атомов не на плоскости, а в пространстве, и явился основоположником идеи пространственной изомерии.

Он рассматривал химическую молекулу не как что-то мертвое, а находящееся в постоянном движении. Это представление привело Л. М. Бутлерова к идее об «обратной изомерии», т.е. он фактически явился основателем идеи так называемой таутомерии. Прошло бо­лее ста лет с тех пор, как была создана теория А. М. Бутлерова, но и теперь все с тем же успехом пользуются ею химики-органики.

Позднее, К. Шорлеммер в 1880 г определил органическую хи­мию как «химию углеводородов и их производных», он этим хотел подчеркнуть:

1 Способность углерода образовывать цепи С — С атомов.

2. Присутствие водорода в большинстве органических молекул.

3. Способность водорода к замещению на галоиды, О, S, N, Р).