Химии • Стихийный (до XIV в ) • Алхимический (XV – XVII вв) • Виталистический (XVII – XVIII вв) • Систематизационный (с 1824 г) • Научный (с 1861 г) Органической химии • Эмпирический (до конца XVIII в) • Аналитический (конец XVIII в – 1869 г ) • Структурный период (с 1869 г)
Применение готовых веществ; Пища, одежда – все поставляла органическая природа
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. • Растительные масла, животные жиры, сахар, смолы, яды – органические вещества, которые получали и использовали в то время
• • Прогресс в развитии начался только в XVI -XVII в: были получены некоторые продукты, в основном путём перегонки некоторых растительных продуктов. В период ятрохимии, исследования направлены на выделение и использование лекарственных веществ: из растений выделен ряд эфирных масел, приготовлен простой диэтиловый эфир. 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.
Конец XVIII века — А. Лавуазье разработал количественные методы определения состава химических соединений. 40— 60 -е годы XVIII века — представления о сохранении массы материи получили подтверждение и обобщение в трудах М. В. Ломоносова
Органическая химия – химия растительных и животных веществ, образующихся под влиянием жизненной силы Йенс Якоб Берцелиус (1779 - 1848)
Фридрих Вёлер (1800 -1882) 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).
Ф. Вёлер Осуществил первые органические синтезы (1824, 1828) N≡C─C≡N + 4 H 2 O → 2 NH 3 + HOOC─COOH щавелевая кислота NH 4 OCN → NH 2 -CO-NH 2 цианат аммония мочевина «… должен сообщить вам, что могу получать мочевину без помощи почек … и вообще без участия какого-либо живого существа…»
Ю. Либих 1831 г – синтез муравьиной кислоты (Пелуз) Т. Пелуз 1837 год — создание унитарной системы (О. Лоран, Ш. Жерар, Ж. Дюма), в основу которой легло представление о молекуле как едином целом. Огюст Лоран Ж. Дюма 1837 год — Ю. Либих и Ж. Дюма опубликовали программную статью “О современном состоянии органической химии”
1845 – синтез уксусной кислоты, из древесного угля, водорода, кислорода, серы и хлора (Кольбе) 1842 год — Н. Н. Зинин открыл метод получения анилина путем восстановления нитробензола. 1846 – синтез нитроглицерина (Собреро) 1854 – синтез этилового спирта, жиров (Бертло)
Теория этерина (20 -е г. XIX в. ) Аммиак NН 3 Гидрат аммония NН 3 · Н 2 О Хлорид аммония NН 3 · НCl Этерин Этиловый спирт С 2 Н 4 · Н 2 О Этилхлорид С 2 Н 4 · НCl Ж. Б. Дюма
Теория этерина (20 -е г. XIX в. ) Ж. Б. Дюма Достоинства: • Впервые рассмотрены различные органические соединения с единой точки зрения; • Показано, что состав органических веществ, так же как и неорганических, подчиняется некоторым закономерностям; Недостатки: • Теория не могла охватить все известные на то время органические вещества;
Теория радикалов (1832 г. ) Й. Я. Берцелиус Ф. Вёлер Ю. Либих Radical (лат. ) – «корень» Радикал – группа атомов, переходящая из одной молекулы в другую; Бензальдегид С 7 Н 5 ОН Бензойная кислота С 7 Н 5 ООН Хлористый бензоил С 7 Н 5 ОCl Бензамид С 7 Н 5 ОNН 2
Теория радикалов (1832 г. ) Й. Я. Берцелиус Ф. Вёлер Достоинства: Ю. Либих • Акцентировано внимание на переходе определенных групп из одного соединения в другие при химических реакциях; Недостатки: • Рассматривала строение органических веществ поверхностно; • Теория не могла охватить все известные на то время органические вещества; • Не объясняла реакции, в которых радикалы изменялись.
Теория типов (1853 г) По этой теории все вещества построены подобно немногим неорганическим соединениям (типам) и могут быть произведены от них путем замещения атомов водорода атомами других элементов или радикалами. 1853 год — Ш. Жерар излагает в законченном виде теорию типов Ш. Жерар О. Лоран
Теория типов (1653 г) Ш. Жерар О. Лоран
Теория типов (1653 г) Ш. Жерар О. Лоран v Достоинства: • Позволила квалифицировать органические вещества, предсказать и открыть ряд новых; v Недостатки: • Одни и те же вещества можно было отнести к разным типам • Теория отражала лишь способность вещества вступать в реакцию, но не затрагивала их строения
1853 год — Э. Франкленд вводит понятие о валентности 1857 год — А. Кекуле добавляет к существующим типам соединений метан, к которому относит все существующие углеводороды. В том же году он доказывает четырехвалентность углерода и утверждает возможность сцепления атомов углерода друг с другом с образованием цепей, предлагает структурную формулу бензола
Научный период (с 1961 г) • Сформулировал основные положения теории строения органических веществ (1861 г) • В 1866 году получил изомер бутана — изобутан. Александр Михайлович Бутлеров
1869 год — Д. И. Менделеев открывает периодический закон химических элементов и разрабатывает периодическую систему элементов, вскрывшую взаимосвязь элементов и позволившую предсказать существование и свойства элементов, еще неизвестных.
Открытия конца XIX в Ж. Ле Бель, Я. Вант. Гофф (1874). Стереохимия — учение о пространственном строении химических соединений Дж. Томсон (1897) : открытие электрона. С тех пор электрон считают материальным носителем химической связи, а связи в молекулах стали представлять как фарадеевские трубки, по которым течет электрический ток
Открытия начала XX в Э. Резерфорд (1911 г) — планетарная модель атома Н. Бор (1913 г) — квантовая теория водородоподобного атома Г. Льюис (1916 г) — Электронная (октетная) теория химической связи (представление о возможности образования межатомной связи парой электронов, принадлежащих обоим атомам). Идея: завершённый внешний электронный слой атома содержит восемь электронов
Открытия начала XX в К. Ингольд (1926 -1934 гг) Основоположник физической органической химии. Ввел понятия об индуктивном и мезомерном эффектах Индуктивный: смещение электронной плотности химической связи по σ-связям; Мезомерный - по π-связям Изучение механизмов реакций: SN 1, SN 2, E 1, E 2, SNAr. Теория резонанса: строение соединения описывается совокупностью нескольких структурных изомеров (мезомерных структур).
Открытия начала XX в Э. Хюккель (1930 е гг) Квантовая теория. Объяснение устойчивости сопряженных и ароматических соединений на основе метода молекулярных орбиталей Хюккеля (МОХ). Поскольку химические свойства непредельных соединений определяются их π-системами, а все π-связи ортогональны σ– связям, то для упрощения квантовых расчетов σ–связи можно отбросить. Получаются качественные модели πэлектронных систем, все взаимодействия оцениваются 2 параметрами – α-кулоновским и β-резонансным интегралами
Открытия начала XX в Метод Хюккеля: • Объясняет возникновение ковалентой связи • Оценивает распределение электронов по энергиям • Объясняет явление сопряжения • Объясняет явление ароматичности • Количественные дополнения МОХ: Позволяет расчитать F- индекс свободной валентности, n-порядок связи, r-длину связи, Е- энергию связи, qe – заряд на атоме Правило Хюккеля: моноциклические сопряжённые системы с числом π-электронов 4 n+2 будут ароматическими, а такие же системы с числом электронов 4 n – антиароматическими.
Открытия первой половины XX в Г. Эйринг, М. Поляни (1935 г) использовали квантовую механику для получения энергии реакции. Попытка чисто теоретически связать константу равновесия реакции с фундаментальными постоянными (теория активированного комплекса или теория абсолютных скоростей реакции) - для изучения механизмов реакций. Рис. 1. Простейшая ППЭ для р-ции А + ВС -> АВ + С при расположении всех трех атомов А, В и С на одной прямой Рис. 2. Профиль ППЭ вдоль координаты р-ции.
Открытия второй половины XX в Дерек Бартон (1950 г) Конформационный анализ. Позволил связать стереохимию с реакционной способностью Р. Вудворд, Р. Хофман. (1965 г) Принцип сохранения орбитальной симметрии, объясняющий стереохимию продуктов перициклических реакций. Кэнъити Фукуи (1950 е гг) Теория граничных орбиталей
Открытия второй половины XX в Дальнейшее развитие теоретической органической химии • Изобретение ИК, ЯМР, Фурье-спектроскопии, рентгено-структурного анализа • Методы неразрущающего контроля над высокореакционноспособными частицами (катионами, анионами, радикалами) • Изучение иона карбения (СН 5+) • Введение изотопных методов • Кватово-химические расчеты структуры молекул и механизмов реакций
Задачи ТОХ Совершенствование моделей (наших представлений) о веществах, их свойствах и превращениях Требование к моделям: не содержать логических противоречий на данный момент Основной критерий качества моделей: не только объяснять известные свойства и закономерности, но и давать НОВУЮ информацию только на основании этой модели