Домашнее задание 1.Проработать материал 2.Выучить основное положение современной теории наизусть 3.Подготовить конкретные вопросы по материалу (что именно непонятно, в чем не смог разобраться)

Значение теории А.М. Бутлерова, её развитие

Предпосылки теории строения Экспериментальные 1824г. - Ф. Вёлер, получил щавелевую кислотуФ. Вёлер 1828г. - Ф. Вёлер, получил мочевину 1842г. - Н.Н. Зинин, получил анилинН.Н. Зинин 1845г. - А. Кольбе, синтезировал уксусную кислотуА. Кольбе 1854г. - М. Бертло, получил жирыМ. Бертло 1861г. - А.М. Бутлеров, получил углеводыА.М. Бутлеров Теоретические 1.Развитие и утверждение атомистических представлений (съезд в Карслруэ, 1860г.); 2.Установление понятия валентности (Э.Франкленд, 1853г) 3. Понятие о четырехвалентности углерода (А.Кекуле, 1858г) 4.Идеи о соединении атомов углерода в цепи (А. Кекуле, А. Купер, 1857г.)

Основные положения теории 1. Атомы в молекулах соединены между собой в определенном порядке, в соответствии с их валентностью. Этот порядок соединения атомов называется химическим строением молекулы. Строение молекулы можно установить химическими методами. Под химическими методами понимается исследование химических свойств вещества или осуществление его синтеза, который либо подтверждал, либо отвергал предполагаемую формулу строения. Для доказатель-ства этого А.М. Бутлеров сам осуществил несколько блестящих синтезов.

Основные положения теории 2. Атомы углерода всегда четырехвалентны и могут соединяться друг с другом а) разными видами связей: одинарной двойной тройной б) в цепочки разного вида: Например: Причем разный вид углеродной цепи может сочетаться с наличием различных связей между атомами углерода, а также связей с некоторыми другими атомами: O, N, галогенами Причем разный вид углеродной цепи может сочетаться с наличием различных связей между атомами углерода, а также связей с некоторыми другими атомами: O, N, галогенами

Основные положения теории 3. Свойства органических соединений зависят: а) от качественного и количественного состава молекулы, качественного и количественного состава молекулыкачественного и количественного состава молекулы б) от химического строения, т.е. порядка связей в молекуле с учетом взаимного влияния атомов взаимного влияния атомоввзаимного влияния атомов С современных позиций это положение требует дополнения: свойства веществ зависят не только от их качественного и количе- ственного состава, но и от их: химического, химического, электронного, электронного, пространственного строения. пространственного строения.

Учение о взаимном влиянии атомов Учение о взаимном влиянии атомов в молекуле и вытекающие из него представления о различной прочности химических связей приобрели конкретную формулировку в правилах, которые были установлены учениками и последователями А.М. Бутлерова - В.В. Марковниковым, А.Н. Поповым, А.М. Зайцевым, Ф.М, Флавинским, И.А. Каблуковым. Два изомера этиловый спирт CH 3 - CH 2 - OH и диметиловый эфир CH 3 - О - CH 3 отличаются и по химическим свойствам. Только один из них реагирует с натрием, выделяя газ водород. Какой? Объясним это на основе современных представлений о влиянии атомов друг на друга. Сопоставим две структурные формулы. Два изомера этиловый спирт CH 3 - CH 2 - OH и диметиловый эфир CH 3 - О - CH 3 отличаются и по химическим свойствам. Только один из них реагирует с натрием, выделяя газ водород. Какой? Объясним это на основе современных представлений о влиянии атомов друг на друга. Сопоставим две структурные формулы.

В молекуле спирта (1) один атом водорода, в отличие от всех других, соединен с атомом кислорода, наиболее электроотрицательным атомом. Под его влиянием связь О

Количественный состав молекулы Достаточно очевидно, что свойства веществ зависят от а) качественного и б) количественного состава. Приведем известные вам примеры из неорганической химии: Достаточно очевидно, что свойства веществ зависят от а) качественного и б) количественного состава. Приведем известные вам примеры из неорганической химии: Сероводород H 2 SВода Н 2 О

Создание теории строения веществ сыграло важнейшую роль в развитии органической химии.: 1. Из науки преимущественно описательной она превращается в науку созидательную, синтезирующую, появилась возможность судить о строении вещества и взаимном влиянии атомов в молекулах различных веществ. 1. Из науки преимущественно описательной она превращается в науку созидательную, синтезирующую, появилась возможность судить о строении вещества и взаимном влиянии атомов в молекулах различных веществ. 2. Теория строения создала предпосылки для объяснения и прогнозирования различных видов изомерии органических молекул, а также направлений и механизмов протекания химических реакций. 3. На основе этой теории химики-органики создают вещества, которые не только заменяют природные, но по своим свойствам значительно их превосходят. Так, синтетические красители гораздо лучше и дешевле многих природных, например известных в древности ализарина и индиго. В больших количествах производят синтетические каучуки с самыми разнообразными свойствами. Широкое применение находят пластмассы и волокна, изделия из которых используют в технике, быту, медицине, сельском хозяйстве. Значение теории химического строения А. М. Бутлерова для органической химии можно сравнить со значением Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева для неорганической химии Значение теории химического строения А. М. Бутлерова для органической химии можно сравнить со значением Периодического закона и Периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева для неорганической химии.

Основой современной органической химии является ТЕОРИЯ СТРОЕНИЯ ОРГАНИЧЕСКИХ СОЕДИНЕНИЙ, созданная на базе теории химического строения А.М. Бутлерова и электронных (квантовохимических) представлений о строении атома и природе химической связи. Теория строения органических соединений Современные теории строения атома и химической связи Электронное строение Пространственное строение Теория химического строения Химическое строение Свойства вещества Современная теория строения позволяет предсказывать основные химические и физические свойства органических соединений, исходя из их химического, пространственного и электронного строения.

Изомерия Вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое или пространственное строение, а следовательно, и разные свойства, называют изомерами. Вещества, имеющие одинаковый состав, но разное химическое или пространственное строение, а следовательно, и разные свойства, называют изомерами. Явление существования изомеров - изомерия Явление существования изомеров - изомерия

Изомерия была открыта в 1823 г. Ю. Либихом, показавшим, что серебряная соль гремучей кислоты Ag - О - N = C и изоцианат серебра Ag - N = C = O имеют один и тот же состав, но совершенно разные свойства. Термин «Изомерия» предложен в 1830 г. Й.Я.Берцелиусом. Йёнс Якоб Берцелиус

(объясняется теорией А.М.Бутлерова и химическими методами исследования) Структурная (объясняется теорией А.М.Бутлерова и химическими методами исследования) -изомерия углеродного скелета; -изомерия углеродного скелета; -изомерия положения; -изомерия положения; -изомерия гомологических рядов -изомерия гомологических рядов (стереохимическая) Пространственная (стереохимическая) Геометрическая ( -цис –транс - изомерия )Геометрическая ( -цис –транс - изомерия ) Оптическая (зеркальная)Оптическая (зеркальная) Пространственная изомерия была изучена физическими методами исследования и нашла свое объяснение в стереохимии.

Структурная изомерия, при которой вещества различаются порядком связи атомов в молекулах: 1) изомерия углеродного скелета Н - бутан изобутан (2-метилпропан) 2) изомерияположения 2) изомерия положения а) кратных связей: бутен-1 б) заместителей 1-хлорпропан 2-хлорпропан в) изомерия положения функциональных групп 3) изомерия гомологических рядов (межклассовая) бутен-2

Отстаивая свое учение о химическом строении и показывая его практическую значимость, А.М. Бутлеров не считал это учение абсолютным и неизменным. Действительно, если молекула реальность, построенная из реальных атомов, то она должна представлять собой определенное физическое тело в трехмерном пространстве. Конкретную гипотезу о пространственном (стереохимическом) строении органических соединений выдвинули в 1874г. независимо друг от друга Идея заключалась в том, что молекула объемна, т.е. четыре атома водорода (или его заместителя) располагаются симметрично в углах воображаемого тетраэдра вокруг четырехвалентного атома углерода. Конкретную гипотезу о пространственном (стереохимическом) строении органических соединений выдвинули в 1874г. независимо друг от друга французский химик Ж. А. Ле Бель и голландский химик Я. X. Вант-Гофф Идея заключалась в том, что молекула объемна, т.е. четыре атома водорода (или его заместителя) располагаются симметрично в углах воображаемого тетраэдра вокруг четырехвалентного атома углерода. метан этилен

Стереохимия Предположения ученых полностью подтвердила квантовая химия. На свойства веществ значительное влияние оказывает пространственное строение их молекул. Жозеф АшильЛе Бель Жозеф Ашиль Ле Бель Изучал свойственные органическим соединениям явления оптической активности. В 1874 году одновременно с Я. Вант- Гоффом, но независимо от него, предложил для их объяснения теорию асимметрического атома углерода. Якоб Хендрик Вант-Гофф первый лауреат Нобелевской премии по химии (1901 год)

Стереохимия начала развиваться с открытия оптической активности органических соединений в растворах (Ж. Био, 1815). В ее изучение главный вклад внесли французские ученые Д.Араго, Ж.Био, Л.Пастер, Э.Коттон, О.Френель. Л. Пастер впервые высказал мысль, что оптическая активность вещества – следствие асимметрии, т.е. хиральности молекул. В настоящее время методы стереохимии применимы ко всем без исключения молекулярным объектам: органическим, неорганическим, металлоорганическим. Одна из практических целей стереохимии – развитие всех видов стереохимического синтеза (Нобелевская премия по химии 2001 года). Достижения стереохимии имеют большое значение, как для фундаментальных исследований, так и для разработки новых лекарств и материалов, используются в промышленном синтезе многих лекарств и других биологически активных веществ. АРАГО, ДОМИНИК ФРАНСУА Био, Жан-Батист Луи Пастер Френель, Огюстен Жан

Оптическая активность – способность соединений вращать плоскость поляризации света. Соединения способные вращать плоскость поляризованного луча в противоположные стороны называются оптически активными. Ж.Био установил, что поворот плоскости поляризации происходит либо по часовой стрелке, либо против нее, если посмотреть навстречу ходу лучей света и в соответствии с этим разделил оптически активные вещества на правовращающие (вращающие положительно, т.е. по часовой стрелке) и левовращающие (отрицательно вращающие) разновидности.

Стереохимия – это «химия в пространстве», она изучает пространственное строение молекул и его влияние на химические и физические свойства вещества. В ее основе лежат три фундаментальных понятия: конфигурация хиральность, конформация.

Конфигурация молекул – в стереохимии, пространственное расположение заместителей вокруг хиральных (стерических) центров молекулы Пространственная изомерия, при которой молекулы веществ отличаются не порядком связи атомов, а положением их в пространстве: цис-, транс-изомерия (геометрическая или конфигурационная стереоизомерия). цис-бутен-2 транс-бутен-2

Слово "хиральный" произошло от греческого слова ceir, означающего руку. Наши руки хиральны: правая рука яв- ляется зеркальным отражением левой – на правую руку можно надеть правую перчатку, на левую руку правую перчатку не наденешь. Оптическая активность – способность соединений вращать плоскость поляризации света. Оптическая активность вещества – следствие асимметрии, т.е. хиральности молекул.

Оптическая изомерия Зеркальные изомеры аминокислоты В общем случае число оптических изомеров одной молекулы равно 2 n, где n – число хиральных центров. любая геометрическая фигура или группа точек называется хиральной, если ее отображение в идеальном плоском зеркале не может быть со- Согласно определению, любая геометрическая фигура или группа точек называется хиральной, если ее отображение в идеальном плоском зеркале не может быть со- вмещенным с нею самою. вмещенным с нею самою. Если, например, мы изучаем обычную аминокислоту аланин, то, как видно из рисунка, она может иметь две зеркальные формы: (S)-аланин и (R)- аланин. При их повороте или кручении, мы не можем совместить эти две формы. (S)-аланин и (R)-аланин являются оптическими изомерами – энантиомерами. Для обозначения энантиомеров используют три разные номенклатуры: 1.По оптической активности (+/–). 2. По абсолютной конфигурации (R/S) 3. По относительной конфигурации (D/L). Подробнее:

Физиологическое действие энантиомеров L- адреналин интенсивно повышает кровяное давление, а его D- изомер совершенно лишен такой способности. Природные L- аминокислоты безвкусные или горькие, а представители D-ряда сладкие. L-аскорбиновая кислота обладает антицинготными свойствами, тогда как её D-изомер неактивен. Важно отметить, что живой организм по-разному реагирует на соединения, отличающиеся лишь своей оптической активностью. В 1857 году Л. Пастер впервые установил, что плесневый грибок Penicillum glaucum потребляет D-винную кислоту, оставляя не тронутой левовращающую форму. Он высказал предположения о том, что физиологическая активность подобных изомеров зависит от расположения в пространстве атомов. Это открытие явилось началом целого ряда исследований, посвященных вопросу о связи между физиологической активностью и пространственной конфигурацией химических соединений. Можно привести ещё много примеров различного действия оптических изомеров на организм. Например, L- адреналин интенсивно повышает кровяное давление, а его D- изомер совершенно лишен такой способности. Природные L- аминокислоты безвкусные или горькие, а представители D-ряда сладкие. L-аскорбиновая кислота обладает антицинготными свойствами, тогда как её D-изомер неактивен. Неодинаковое отношение живого организма к оптическим антиподом несомненно связано с тем обстоятельством, что основные вещества, из которых построено всё живое, например белки, сами по себе являются ассиметричными (хиральными).

Физиологическое действие энантиомеров Фармацевтическая промышленность уделяет пристальное внимание разделению энантиомеров после трагедии, произошедшей в 60-ые года прошлого столетия. талидомид, Тогда было получено новое лекарство талидомид, которое помогало снимать приступы тошноты у беременных. Этот препарат позиционировался как абсолютно безвредный, однако в 1963 г. было обнаружено, что его употребление приводит к врожденным уродствам. Выяснилось, что фармацевты не разделили изомеры этого вещества, и в продажу поступил препарат, рацемат содержащий смесь (рацемат) оптических изомеров: один энантиомер этого соединения помогал избавиться от утренней тошноты, другой вызывал нарушение эмбрионального развития (по разным оценкам от 8 до 12 тысяч детей родились с врожденным уродством )

Конформация. Конформации молекул – различные пространственные формы молекул, возникающие при изменении относительно ориентации отдельных ее частей в результате внутреннего вращения атомов или групп атомов вокруг ординарных связей, изгиба связей и др. При этом стереохимическая конфигурация молекулы остается неизменной, а каждой конформации соответствует определенная энергия. Так для молекулы этана можно представить существование двух максимально различающихся по энергии конформации – заслоненная и заторможенная. Первой из них соответствует максимум, второй минимум энергии. Если для молекулы возможно существование нескольких конформаций, которым отвечает минимум энергии, такие конформации называются конформационными изомерами, или конформерами, а их взаимное превращение – конформационным переходом

Свойства органических соединений определяются составом их молекул, а также их химическим, электронным и пространственным строением.