Органическая химия. Основные положения. История развития науки Кинзябаева Наркес Исянгулова Нурзия
Цель работы: Получить основную информацию об органической химии и истории её развития. l Получить представлен ие об основных положен иях теории хим. строени я А. Бутлерова l
Александр Михайлович Бутлеров (1828— 1886) — российский химик-органик, академик Петербургской АН (1874). Создал (1861) и обосновал теорию химического строения, согласно которой свойства веществ определяются порядком связей атомов в молекулах и их взаимным влиянием. Первым объяснил (1864) явление изомерии. Открыл полимеризацию изобутилена. Синтезировал ряд органических соединений (уротропин, полимер формальдегида и др. ). Труды по сельскому хозяйству, пчеловодству. Поборник высшего образования для женщин.
l Александр Бутлеров родился в 1828 году в Бутлеровке — небольшой деревушке неподалеку от Казани, где находилось имение отца. Матери своей Саша не помнил, она умерла через одиннадцать дней после его рождения. Воспитанный отцом, человеком образованным, Саша хотел во всем походить на него. Сначала он ходил в пансион, а затем поступил в Первую казанскую гимназию, учителя которой были очень опытные, хорошо подготовленные, они умели заинтересовать учеников. Саша легко усваивал материал, так как с раннего детства его приучили к систематической работе. Особенно привлекали его естественные науки.
l l После окончания гимназии, вопреки желанию отца, Саша поступил на естественнонаучное отделение Казанского университета, правда, пока только как слушатель, так как он был еще несовершеннолетним. В 1846 году Александр заболел тифом и чудом выжил, а вот заразившийся от него отец скончался. Осенью вместе с тетей они переехали в Казань. Молодой Александр занимался с исключительным усердием, но, к своему удивлению, заметил, что самое большое удовольствие доставляют ему лекции по химии. Лекции профессора Клауса его не удовлетворяли, и он стал регулярно посещать лекции Николая Николаевича Зинина. Очень скоро Зинин, наблюдая за Александром во время лабораторных работ, заметил, что этот светловолосый студент необыкновенно одарен и может стать хорошим исследователем.
l Александр Бутлеров был известен не только как незаурядный химик, но и как талантливый ботаник. Он проводил разнообразные опыты в своих оранжереях в Казани и в Бутлеровке, писал статьи по проблемам садоводства, цветоводства и земледелия. С редкостным терпением и любовью наблюдал он за развитием нежных камелий, пышных роз, выводил новые сорта цветов. Уходя домой, он никогда не забывал срезать лучшие цветы для жены
С 1957 года, став уже профессором Казанского университета, А. Бутлеров отправляется в Париж, где в серьез начинает изучать углеводородные соединения. l l Занимаясь изучением углеводородов, Бутлеров понял, что они представляют собой совершенно особый класс химических веществ. Анализируя их строение и свойства, ученый заметил, что здесь существует строгая закономерность. Она и легла в основу созданной им теории химического строения. Его доклад в Парижской академии наук вызвал всеобщий интерес и оживленные прения. Бутлеров говорил: «Способность атомов соединяться друг с другом различна. Особенно интересен в этом отношении углерод, который, по мнению Августа Кекуле, является четырехвалентным. Если представить валентность в виде щупальцев, с помощью которых атомы связываются между собой, нельзя не заметить, что способ связи отражается на свойствах соответствующих соединений. Может быть, настало время, когда наши исследования должны стать основой теории химического строения веществ. Эта теория будет отличаться точностью математических законов и позволит предвидеть свойства органических соединений» .
Теория химического строения 1. 2. «Полагая, что каждому химическому атому свойственно лишь определённое и ограниченное количество химической силы (сродства), с которой он принимает участие в образовании тела, я назвал бы химическим строением эту химическую связь, или способ взаимного соединения атомов в сложном теле» «… химическая натура сложной частицы определяется натурой элементарных составных частей, количеством их и химическим строением» [
Современная формулировка 1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определенной последовательности согласно их валентностям. Последовательность межатомных связей в молекуле называется ее химическим строением и отражается одной структурной формулой (формулой строения). 2. Химическое строение можно устанавливать химическими методами. (В настоящее время используются также современные физические методы). 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.
Основные заслуги l l l l А. М. Бутлеров провел большое число экспериментов, подтверждающих выдвинутую им теорию строения. Предсказал и объяснил (1864 г. ) изомерию многих органических соединений, в том числе двух изомерных бутанов и трех пентанов. Получил трет-бутиловый спирт и его гомологи, открыв класс третичных спиртов, а также другие изомерные спирты до амиловых (С 5) включительно. Осуществил первый полный синтез сахаристого вещества (1861). Изучая (1861) полимеризацию бромистого винила CH 2=CHBr и некоторых других виниловых мономеров, дал современное толкование терминам "полимер" и "полимеризация". В 1862 г. предложил тетраэдрическую модель атома углерода. В 1870 -х годах применил свои идеи к исследованию обратимых изомерных превращений (таутомерии). Написал "Введение к полному изучению органической химии" (1864 г. ) - первое в истории науки руководство, основанное на теории химического строения. Создал школу русских химиков, в которую входили В. В. Марковников, А. М. Зайцев, Е. Е. Вагнер, А. Е. Фаворский, И. Л. Кондаков и
l Александр Михайлович Бутлеров умер 17 августа (5 августа по ст. ) 1886 года, в деревне Бутлеровка Спасского уезда (ныне Алексеевский район) Казанской губернии, от закупорки кровеносных сосудов
Органическая химия
l Органическая химия — раздел химии, изучающий соединения углерода, их структуру, свойства, методы синтеза. [1] Органическими называют соединения углерода с другими элементами. Наибольшее количество соединений углерод образует с так называемыми элементами-органогенами: H, N, O, S, P. [2] Способность углерода соединяться с большинством элементов и образовывать молекулы различного состава и строения обусловливает многообразие органических соединений (к концу XX века их число превысило 10 млн. ). Органические соединения играют ключевую роль в существовании живых организмов.
l l l Органическая химия – химия углеводородов и их производных. Углеводороды (УВ) – простейшие органические вещества, молекулы которых состоят из атомов только двух элементов: С и Н (СН 4, С 4 Н 10). Производные УВ – продукты замещения атомов «Н» в молекулах УВ на другие атомы или группы атомов. Органическая вещества Природные (Нефть, белки, жиры, углеводы) Искусственные (Бензин, вескоза) Синтетические (Лекарства, витамины , пластмасса)
Важнейшие характристики Примечания § Многочисленность (около 27 млн. ) а) гомология б) изомерия в) котенация § В состав обязательно входят атомы H и C Все органические соединения горючи. § Низкая температура плавления, соединения не прочны У большенства молекулярная кисталлическая решетка §В большенстве неэлектролиты (в растворе в виде молекул) Реакции протикают медленно и чаще с участием катализатора §Большая молекулярная масса §Образуют гомологические ряды определение §Образуют изомеры определение §Большинство учаастники или продукты процессов протекающих живых организмах
l Гомологический ряд — ряд химических соединений одного структурного типа (например, алканы или алифатические спирты — спирты жирного ряда), отличающихся друг от друга по составу на определенное число повторяющихся структурных единиц — т. н. «гомологическую разность» . Чаще всего это метиленовые звенья: …—СН 2—… Простейший пример гомологического ряда — низшие гомологи алканов (общая формула Сn. H 2 n+2): метан CH 4, этан C 2 H 6, пропан С 3 H 8 и т. д. l Гомологи – сходное строение и свойства, отличающиеся на одну или несколько СН 2
l l l Изомери я (от izos — равный и meros — доля, часть греч. , ср. изо-) — существование соединений (главным образом органических), одинаковых по элементному составу и молекулярной массе, но различных по физическим и химическим свойствам. Такие соединения называются изомерами. Изомеры – вещества, имеющие одинаковую молекулярную форму, но разное строение и свойства. Например
История Способы получения различных органических веществ были известны ещё с древности. Египтяне и римляне использовали красители индиго и ализарин, содержащиеся в растительных веществах. Многие народы знали секреты производства спиртных напитков и уксуса из сахар- и крахмалсодержащего сырья. Во времена средневековья к этим знаниям ничего не прибавилось, некоторый прогресс начался только в 16 -17 в: были получены некоторые продукты, в основном путём перегонки некоторых растительных продуктов. В 1769— 1785 г. Шееле выделил несколько органических кислот, таких как яблочная, винная, лимонная, галловая, молочная и щавелевая. В 1773 г. Руэль выделил из человеческой мочи мочевину. Выделенные из животного или растительного сырья продукты имели между собой много общего, но отличались от неорганических соединений. Так возник термин «Органическая химия» — раздел химии, изучающий вещества, выделенные из организмов (определение Берцелиуса, 1807 г. ). При этом полагали, что эти вещества могут быть получены только в живых организмах благодаря «жизненной силе» . Как принято считать, органическая химия как наука появилась в 1828 году когда Фридрих Вёлер впервые получил органическое вещество — мочевину — в результате упаривания водного раствора цианата аммония (NH 4 OCN).
Важным этапом стала разработка теории валентности Купером и Кекуле в 1857 г. , а также теории химического строения Бутлеровым в 1861 г. В основу этих теорий были положены четырёхвалентность углерода и его способность к образованию цепей. В 1865 году Кекуле предложил структурную формулу бензола, что стало одним из важнейших открытий в органической химии. В 1875 г. Вант-Гофф и Ле Бель предложили тетраэдрическую модель атома углерода, по которой валентности углерода направлены к вершинам тетраэдра, если атом углерода поместить в центр этого тетраэдра. В 1917 году Льюис предложил рассматривать химическую связь с помощью электронных пар. В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств альтернантных ароматических углеродов, чем основал новое направление в органической химии — квантовую химию. В 1933 г. Ингольд провел изучение кинетики реакции замещения у насыщенного атома углерода, что привело к масштабному изучению кинетики большинства типов органических реакций. Историю органической химии принято излагать в связи с открытиями сделанными в области строения органических соединений, однако такое изложение больше связано с историей химии вообще. Гораздо интереснее рассматривать историю органической химии с позиции материальной базы, т. е. собственно предмета изучения органической химии.
На заре органической химии предметом изучения были преимущественно субстанции биологического происхождения. Именно этому факту органическая химия обязана своим названием. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и со временем основной материальной базой органической химии стала каменноугольная смола, выделяемая при получении кокса прокаливанием каменного угля. Именно на основе переработки каменноугольной смолы в конце 19 века возник основной органический синтез. В 50 -60 годах прошлого века произошёл переход основного органического синтеза на новую базу — нефть. Таким образом появилась новая область химии — нефтехимия. Огромный потенциал, который был заложен в новом сырье вызвал бум в органической химии и химии вообще. Появление и интенсивное развитие такой области как химии полимеров обязана прежде всего новой сырьевой базе. Несмотря на то, что современная органическая химия в качестве материальной базы по прежнему использует сырье биологического происхождения и каменноугольную смолу, объем переработки этих видов химического сырья по сравнению с переработкой нефти мал. Смена материально-сырьевой базы органической химии была вызвана прежде всего возможностями наращивания объёмов производства.
l Органическая химия имеет исключительно важное научное и практическое значение. Объектом её исследований в настоящее время являются более 20 млн. соединений синтетического и природного происхождения. Поэтому органическая химия стала крупнейшим и наиболее важным разделом современной химии.
Вывод l l l Органическая химия имеет исключительно важное научное и практическое значение. Природные органические вещества и их превращения лежат в основе явлений Жизни. Поэтому органическая химия является химическим фундаментом биологической химии и молекулярной биологии – наук, изучающих процессы, происходящие в клетках организмов на молекулярном уровне. Исследования в этой области позволяют глубже понять суть явлений живой природы. Множество синтетических органических соединений производится промышленностью для использования в самых разных отраслях человеческой деятельности. Это – нефтепродукты, горючее для различных двигателей, полимерные материалы (каучуки, пластмассы, волокна, пленки, лаки, клеи и т. д. ), поверхностно-активные вещества, красители, средства защиты растений, лекарственные препараты, вкусовые и парфюмерные вещества и т. п. Без знания основ органической химии современный человек не способен экологически грамотно использовать все эти продукты цивилизации.
Литература: l l Быков Г. В. История классической теории химического строения. — М. , 1960. Марковников В. В. Московская речь о Бутлерове // Труды института истории естествознания и техники. — 1956. — Т. 12. — С. 135— 181. http: //ru. wikipedia. org/wiki/%C 1%F 3%F 2%EB%E 5%F 0%EE%E 2, _%C 0%E B%E 5%EA%F 1%E 0%ED%E 4%F 0_%CC%E 8%F 5%E 0%E 9%EB%EE%E 2 %E 8%F 7#. D 0. 9 D. D 0. B 0. D 1. 83. D 1. 87. D 0. BD. D 1. 8 B. D 0. B 9_. D 0. B 2. D 0. BA. D 0. BB. D 0. B 0. D 0. B 4 http: //school 33 nn. siteedit. ru/page 20
Скачать презентацию Органическая химия Основные положения История развития науки Кинзябаева
орг химиияя.ppt