Den største begivenhed i udviklingen af organisk kemi var oprettelsen i 1961 af den store russiske videnskabsmand ER. Butlerov teorier om organiske forbindelsers kemiske struktur.
Inden A.M. Butlerov anså det for umuligt at kende strukturen af et molekyle, det vil sige rækkefølgen af kemiske bindinger mellem atomer. Mange videnskabsmænd benægtede endda virkeligheden af atomer og molekyler.
ER. Butlerov benægtede denne udtalelse. Han kom fra det rigtige sted materialistisk og filosofiske ideer om virkeligheden af eksistensen af atomer og molekyler, om muligheden for at kende den kemiske binding af atomer i et molekyle. Han viste, at strukturen af et molekyle kan etableres eksperimentelt ved at studere de kemiske omdannelser af et stof. Omvendt kan man ved at kende strukturen af molekylet udlede forbindelsens kemiske egenskaber.
Teorien om kemisk struktur forklarer mangfoldigheden af organiske forbindelser. Det skyldes evnen af tetravalent kulstof til at danne kulstofkæder og -ringe, kombinere med atomer af andre elementer og tilstedeværelsen af isomerisme i den kemiske struktur af organiske forbindelser. Denne teori lagde det videnskabelige grundlag for organisk kemi og forklarede dens vigtigste love. De grundlæggende principper i hans teori A.M. Butlerov skitserede det i sin rapport "Om teorien om kemisk struktur."
Hovedprincipperne i teorien om struktur er som følger:
1) i molekyler er atomer forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge i overensstemmelse med deres valens. Den rækkefølge, hvori atomerne binder sig, kaldes kemisk struktur;
2) et stofs egenskaber afhænger ikke blot af, hvilke atomer og i hvilken mængde der indgår i dets molekyle, men også af den rækkefølge, hvori de er forbundet med hinanden, altså af molekylets kemiske struktur;
3) atomer eller grupper af atomer, der danner et molekyle, påvirker hinanden gensidigt.
I teorien om kemisk struktur lægges der stor vægt på den gensidige påvirkning af atomer og grupper af atomer i et molekyle.
Kemiske formler, der afbilder rækkefølgen, hvori atomer er kombineret i molekyler, kaldes strukturformler eller strukturformler.
Betydningen af teorien om kemisk struktur af A.M. Butlerova:
1) er den vigtigste del af det teoretiske grundlag for organisk kemi;
2) i betydning kan den sammenlignes med grundstoffernes periodiske system af D.I. Mendeleev;
3) det gjorde det muligt at systematisere en enorm mængde praktisk materiale;
4) gjorde det muligt på forhånd at forudsige eksistensen af nye stoffer samt angive måder at opnå dem på.
Teorien om kemisk struktur fungerer som det rettesnor for al forskning i organisk kemi.
12 Fenoler, hydroxyderivater aromatiske forbindelser, indeholdende en eller flere hydroxylgrupper (–OH) bundet til carbonatomerne i den aromatiske kerne. Baseret på antallet af OH-grupper skelnes der mellem monoatomiske forbindelser, for eksempel oxybenzen C 6 H 5 OH, normalt kaldet blot phenol, hydroxytoluener CH 3 C 6 H 4 OH - den såkaldte kresoler, oxynaphthalener – naftoler, diatomiske, for eksempel dioxybenzener C 6 H 4 (OH) 2 ( hydroquinon, pyrocatechin, resorcinol), polyatomisk, for eksempel pyrogallol, phloroglucinol. F. - farveløse krystaller med en karakteristisk lugt, sjældnere væsker; meget opløseligt i organiske opløsningsmidler (alkohol, ether, oensol). Med sure egenskaber danner fosfor saltlignende produkter - phenolater: ArOH + NaOH (ArONa + H 2 O (Ar er et aromatisk radikal). Alkylering og acylering af phenolater fører til fosforestere - simpel ArOR og kompleks ArOCOR (R er en organisk estere kan opnås ved direkte vekselvirkning mellem phosphor og carboxylsyrer, deres anhydrider og syrechlorider. Når phenoler opvarmes med CO 2, dannes phenolsyrer, f.eks. salicylsyre. I modsætning til alkoholer hydroxylgruppen i F. erstattes med halogen med stort besvær. Elektrofil substitution i phosphorkernen (halogenering, nitrering, sulfonering, alkylering osv.) udføres meget lettere end i usubstituerede aromatiske kulbrinter; afløsergrupper sendes til ortho- Og par-position til OH-gruppen (se. Orienteringsregler). Katalytisk hydrogenering af F. fører til alicykliske alkoholer, f.eks. reduceres C 6 H 5 OH til cyclohexanol. F. er også kendetegnet ved kondensationsreaktioner, for eksempel med aldehyder og ketoner, som anvendes i industrien til fremstilling af phenol- og resorcinol-formaldehydharpikser, diphenylolpropan og andre vigtige produkter.
Fosfater opnås for eksempel ved hydrolyse af de tilsvarende halogenderivater, alkalisk smeltning af arylsulfonsyrer ArSO 2 OH og isoleres fra stenkulstjære, brunkulstjære osv. Fysik er et vigtigt råmateriale i fremstillingen af forskellige polymerer, klæbemidler , maling og lak, farvestoffer og medicin (phenolphtalein, salicylsyre, salol), overfladeaktive stoffer og duftstoffer. Nogle F. bruges som antiseptiske midler og antioxidanter (for eksempel polymerer, smøreolier). Til kvalitativ identifikation af ferrichlorid anvendes opløsninger af ferrichlorid, som danner farvede produkter med ferrisyre. F. er giftige (se Spildevand.).
13 Alkaner
generelle karakteristika
Kulbrinter er de enkleste organiske forbindelser, der består af to grundstoffer: kulstof og brint. Mættede kulbrinter, eller alkaner (internationalt navn), er forbindelser, hvis sammensætning er udtrykt ved den almene formel C n H 2n+2, hvor n er antallet af carbonatomer. I molekylerne af mættede kulbrinter er kulstofatomer forbundet med hinanden ved en simpel (enkelt)binding, og alle andre valenser er mættede med brintatomer. Alkaner kaldes også mættede kulbrinter eller paraffiner (udtrykket "paraffiner" betyder "lav affinitet").
Det første medlem af den homologe serie af alkaner er methan CH4. Endelsen -an er typisk for navnene på mættede kulbrinter. Dette efterfølges af ethan C 2 H 6, propan C 3 H 8, butan C 4 H 10. Startende med det femte carbonhydrid, er navnet dannet af det græske tal, der angiver antallet af carbonatomer i molekylet, og slutningen -an. Dette er pentan C 5 H 12 hexan C 6 H 14, heptan C 7 H 16, oktan C 8 H 18, nonan C 9 H 20, decan C 10 H 22 osv.
I den homologe serie observeres en gradvis ændring i kulbrinternes fysiske egenskaber: koge- og smeltepunkter stiger, tæthed stiger. Under normale forhold (temperatur ~ 22°C) er de første fire medlemmer af serien (methan, ethan, propan, butan) gasser, fra C 5 H 12 til C 16 H 34 er væsker, og fra C 17 H 36 er faste stoffer.
Alkaner, startende fra det fjerde medlem af serien (butan), har isomerer.
Alle alkaner er mættede med brint til grænsen (maksimum). Deres carbonatomer er i en tilstand af sp 3 hybridisering, hvilket betyder, at de har simple (enkelt)bindinger.
Nomenklatur
Navnene på de første ti medlemmer af serien af mættede kulbrinter er allerede blevet givet. For at understrege, at en alkan har en lige kulstofkæde, tilføjes ordet normal (n-) ofte til navnet, for eksempel:
CH3-CH2-CH2-CH3CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH3
n-butan n-heptan
(normal butan) (normal heptan)
Når et hydrogenatom fjernes fra et alkanmolekyle, dannes enkeltvalente partikler kaldet kulbrinteradikaler (forkortet R). Navnene på monovalente radikaler er afledt af navnene på de tilsvarende kulbrinter med slutningen –an erstattet af –yl. Her er relevante eksempler:
Radikaler dannes ikke kun af organiske, men også af uorganiske forbindelser. Så hvis man trækker hydroxylgruppen OH fra salpetersyre, får man et monovalent radikal - NO 2, kaldet en nitrogruppe osv.
Når to hydrogenatomer fjernes fra et carbonhydridmolekyle, opnås divalente radikaler. Deres navne er også afledt af navnene på de tilsvarende mættede carbonhydrider med slutningen -an erstattet af -yliden (hvis hydrogenatomerne er adskilt fra et carbonatom) eller -ylen (hvis hydrogenatomerne er fjernet fra to tilstødende carbonatomer) . Radikalet CH 2 = kaldes methylen.
Navnene på radikaler bruges i nomenklaturen for mange kulbrintederivater. For eksempel: CH 3 I - methyliodid, C 4 H 9 Cl - butylchlorid, CH 2 Cl 2 - methylenchlorid, C 2 H 4 Br 2 - ethylenbromid (hvis bromatomer er bundet til forskellige carbonatomer) eller ethylidenbromid (hvis bromatomer er bundet til et carbonatom).
For at nævne isomerer er to nomenklaturer meget brugt: gammel - rationel og moderne - substitutiv, som også kaldes systematisk eller international (foreslået af International Union of Pure and Applied Chemistry IUPAC).
Ifølge rationel nomenklatur anses kulbrinter for at være derivater af metan, hvor et eller flere brintatomer er erstattet af radikaler. Hvis de samme radikaler gentages flere gange i en formel, er de angivet med græske tal: di - to, tre - tre, tetra - fire, penta - fem, hexa - seks osv. For eksempel:
Rationel nomenklatur er praktisk til ikke særlig komplekse forbindelser.
Ifølge substitutiv nomenklatur er navnet baseret på én kulstofkæde, og alle andre fragmenter af molekylet betragtes som substituenter. I dette tilfælde vælges den længste kæde af carbonatomer, og atomerne i kæden er nummereret fra den ende, som carbonhydridgruppen er tættest på. Så kalder de: 1) nummeret på det carbonatom, som radikalet er forbundet med (startende med det enkleste radikal); 2) et kulbrinte, der har en lang kæde. Hvis formlen indeholder flere identiske radikaler, før deres navne angiver tallet i ord (di-, tri-, tetra- osv.), og numrene på radikalerne er adskilt med kommaer. Her er, hvordan hexanisomerer skal kaldes ifølge denne nomenklatur:
Her er et mere komplekst eksempel:
Både substituerende og rationel nomenklatur bruges ikke kun til kulbrinter, men også til andre klasser af organiske forbindelser. For nogle organiske forbindelser anvendes historisk etablerede (empiriske) eller såkaldte trivielle navne (myresyre, svovlsyre, urinstof osv.).
Når man skriver formlerne for isomerer, er det let at bemærke, at carbonatomerne indtager forskellige positioner i dem. Et carbonatom, der kun er bundet til et carbonatom i kæden, kaldes primært, til to kaldes sekundært, til tre er tertiært, og til fire er kvaternært. Så for eksempel i det sidste eksempel er carbonatomer 1 og 7 primære, 4 og 6 er sekundære, 2 og 3 er tertiære, 5 er kvaternære. Egenskaberne for hydrogenatomer, andre atomer og funktionelle grupper afhænger af, om de er bundet til et primært, sekundært eller tertiært carbonatom. Dette bør altid tages i betragtning.
Kvittering. Ejendomme.
Fysiske egenskaber. Under normale forhold er de første fire medlemmer af den homologe serie af alkaner (C 1 - C 4) gasser. Normale alkaner fra pentan til heptadecan (C 5 - C 17) er væsker, startende fra C 18 og derover er faste stoffer. I takt med at antallet af kulstofatomer i kæden stiger, dvs. Når den relative molekylvægt stiger, stiger koge- og smeltepunkterne for alkaner. Med det samme antal kulstofatomer i molekylet har forgrenede alkaner lavere kogepunkter end normale alkaner.
Alkaner er praktisk talt uopløselige i vand, da deres molekyler er lavpolære og ikke interagerer med vandmolekyler, de opløses godt i ikke-polære organiske opløsningsmidler såsom benzen, carbontetrachlorid osv. Flydende alkaner blandes let med hinanden.
De vigtigste naturlige kilder til alkaner er olie og naturgas. Forskellige oliefraktioner indeholder alkaner fra C 5 H 12 til C 30 H 62. Naturgas består af metan (95%) med en blanding af ethan og propan.
Blandt de syntetiske metoder til fremstilling af alkaner kan følgende skelnes:
1. Fremstillet fra umættede kulbrinter. Interaktionen mellem alkener eller alkyner med hydrogen ("hydrogenering") sker i nærvær af metalkatalysatorer (Ni, Pd) ved
opvarmning:
CH3-C=CH + 2H2 → CH3-CH2-CH3.
2. Forberedelse fra halogenerede ledere. Når monohalogenerede alkaner opvarmes med natriummetal, opnås alkaner med det dobbelte antal carbonatomer (Wurtz-reaktion):
C2H5Br + 2Na + Br-C2H5 → C2H5-C2H5 + 2NaBr.
Denne reaktion udføres ikke med to forskellige halogenerede alkaner, fordi den resulterer i en blanding af tre forskellige alkaner
3. Fremstilling af salte af carboxylsyrer. Når vandfrie salte af carboxylsyrer fusioneres med alkalier, opnås alkaner indeholdende et carbonatom mindre sammenlignet med carbonkæden i de oprindelige carboxylsyrer:
4.Opnåelse af metan. I en elektrisk lysbue, der brænder i en brintatmosfære, dannes en betydelig mængde metan:
C + 2H2 -> CH4.
Den samme reaktion sker, når kulstof opvarmes i en hydrogenatmosfære til 400-500 °C ved forhøjet tryk i nærvær af en katalysator.
Under laboratorieforhold opnås metan ofte fra aluminiumcarbid:
Al4C3 + 12H2O = ZSN4 + 4Al (OH) 3.
Kemiske egenskaber. Under normale forhold er alkaner kemisk inerte. De er modstandsdygtige over for virkningen af mange reagenser: de interagerer ikke med koncentrerede svovl- og salpetersyrer, med koncentrerede og smeltede alkalier, de oxideres ikke af stærke oxidationsmidler - kaliumpermanganat KMnO 4 osv.
Den kemiske stabilitet af alkaner forklares af den høje styrke af C-C og CH s-bindinger, såvel som deres upolaritet. Ikke-polære C-C- og CH-bindinger i alkaner er ikke tilbøjelige til ionisk spaltning, men er i stand til homolytisk spaltning under påvirkning af aktive frie radikaler. Derfor er alkaner karakteriseret ved radikale reaktioner, som resulterer i forbindelser, hvor brintatomer er erstattet af andre atomer eller grupper af atomer. Følgelig indgår alkaner i reaktioner, der forløber i overensstemmelse med den radikale substitutionsmekanisme, betegnet med symbolet S R (fra engelsk, substitutionsradikal). Ifølge denne mekanisme erstattes brintatomer lettest ved tertiære, derefter ved sekundære og primære carbonatomer.
1. Halogenering. Når alkaner reagerer med halogener (klor og brom) under påvirkning af UV-stråling eller høj temperatur, dannes en blanding af produkter fra mono- til polyhalogen-substituerede alkaner. Det generelle skema for denne reaktion er vist ved hjælp af metan som et eksempel:
b) Vækst af kæden. Kloradikalet fjerner et brintatom fra alkanmolekylet:
Cl + CH 4 → HCI + CH 3
I dette tilfælde dannes et alkylradikal, som fjerner et kloratom fra klormolekylet:
CH3 + Cl2 → CH3Cl + Cl
Disse reaktioner gentages, indtil kæden knækker i en af reaktionerne:
Cl + Cl → Cl 2, CH 3 + CH 3 → C 2 H 6, CH 3 + Cl → CH 3 Cl
Overordnet reaktionsligning:
I radikale reaktioner (halogenering, nitrering) blandes først hydrogenatomer ved tertiære carbonatomer, derefter ved sekundære og primære carbonatomer. Dette forklares ved, at bindingen mellem det tertiære carbonatom og brint nemmest brydes homolytisk (bindingsenergi 376 kJ/mol), derefter den sekundære (390 kJ/mol), og først derefter den primære (415 kJ). /mol).
3. Isomerisering. Normale alkaner kan under visse forhold omdannes til forgrenede alkaner:
4. Revner er den hæmolytiske spaltning af C-C-bindinger, som opstår ved opvarmning og under påvirkning af katalysatorer.
Når højere alkaner krakkes, dannes alkener og lavere alkaner; når methan og ethan krakkes, dannes acetylen:
C8H18 → C4H10 + C4H8,
2CH4 → C2H2 + ZN2,
C2H6 → C2H2 + 2H2.
Disse reaktioner er af stor industriel betydning. På denne måde omdannes højtkogende oliefraktioner (fuel oil) til benzin, petroleum og andre værdifulde produkter.
5. Oxidation. Ved mild oxidation af metan med atmosfærisk oxygen i nærværelse af forskellige katalysatorer kan methylalkohol, formaldehyd og myresyre opnås:
 |
Mild katalytisk oxidation af butan med atmosfærisk oxygen er en af de industrielle metoder til fremstilling af eddikesyre:
t°
2C4H10 + 5O2 → 4CH3COOH + 2H2O.
kat
I luften brænder alkaner til CO 2 og H 2 O:
CnH2n+2+ (3n+1)/2O2 = nCO2 + (n+1)H2O.
Alkenes
Alkener (ellers olefiner eller ethylencarbonhydrider) er acykliske umættede carbonhydrider, der indeholder en dobbeltbinding mellem carbonatomer, der danner en homolog serie med den almene formel CnH2n. Kulstofatomerne ved dobbeltbindingen er i tilstanden sp² hybridisering.
Den enkleste alken er ethen (C2H4). Ifølge IUPAC-nomenklaturen dannes navnene på alkener ud fra navnene på de tilsvarende alkaner ved at erstatte suffikset "-ane" med "-ene"; Dobbeltbindingens position er angivet med et arabisk tal.
Homolog serie
Alkener med mere end tre carbonatomer har isomerer. Alkener er karakteriseret ved isomerisme af kulstofskelettet, dobbeltbindingspositioner, interklasse og geometriske.
| ethen | C2H4 |
| propen | C3H6 |
| n-buten | C4H8 |
| n-penten | C5H10 |
| n-hexen | C6H12 |
| n-hepten | C7H14 |
| n-okten | C8H16 |
| n-nonen | C9H18 |
| n-decen | C10H20 |
Fysiske egenskaber
Smelte- og kogepunkter stiger med molekylvægten og længden af kulstofrygraden.
Under normale forhold er alkener fra C2H4 til C4H8 gasser; fra C5H10 til C17H34 - væsker, efter C18H36 - faste stoffer. Alkener er uopløselige i vand, men er meget opløselige i organiske opløsningsmidler.
Kemiske egenskaber
Alkener er kemisk aktive. Deres kemiske egenskaber bestemmes af tilstedeværelsen af en dobbeltbinding.
Ozonolyse: alkenen oxideres til aldehyder (i tilfælde af monosubstituerede vicinale carboner), ketoner (i tilfælde af disubstituerede vicinale carboner) eller en blanding af aldehyd og keton (i tilfælde af en tri-substitueret alken ved dobbeltbindingen) :
R1–CH=CH–R2 + O3 → R1–C(H)=O + R2C(H)=O + H2O
R1–C(R2)=C(R3)–R4+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(R4)=O + H2O
R1–C(R2)=CH–R3+ O3 → R1–C(R2)=O + R3–C(H)=O + H2O
Ozonolyse under barske forhold - alkenen oxideres til syre:
R"–CH=CH–R" + O3 → R"–COOH + R"–COOH + H2O
Dobbelt forbindelsesforbindelse:
CH2=CH2 +Br2 -> CH2Br-CH2Br
Oxidation med persyrer:
CH2=CH2 + CH3COOOH →
eller
CH2=CH2 + HCOOH → HOCH2CH2OH
Brint type:
Sådanne formler ligner noget moderne. Men tilhængere af typeteorien anså dem ikke for at afspejle den virkelige struktur af stoffer og skrev mange forskellige formler for en forbindelse afhængigt af de kemiske reaktioner, som de forsøgte at skrive ved hjælp af disse formler. De anså strukturen af molekyler for at være grundlæggende ukendelig, hvilket var skadeligt for videnskabens udvikling.
3. Introduktion af J. Berzelius i 1830 af udtrykket "isomerisme" for fænomenet med eksistensen af stoffer af samme sammensætning med forskellige egenskaber.
4. Fremskridt i syntesen af organiske forbindelser, som et resultat af hvilken læren om vitalisme, det vil sige "den vitale kraft", under påvirkning af hvilken organiske stoffer angiveligt dannes i kroppen af levende væsener, blev fordrevet:
I 1828 syntetiserede F. Wöhler urinstof ud fra et uorganisk stof (ammoniumcyanat);
I 1842 opnåede den russiske kemiker N.N. Zinin anilin;
I 1845 syntetiserede den tyske kemiker A. Kolbe eddikesyre;
I 1854 syntetiserede den franske kemiker M. Berthelot fedtstoffer, og til sidst
I 1861 syntetiserede A.M. Butlerov selv et sukkerlignende stof.
5. I midten af 1700-tallet. kemi bliver en mere stringent videnskab. Som et resultat af E. Franklands og A. Kekules arbejde blev konceptet om valensen af atomer af kemiske elementer etableret. Kekule udviklede ideen om kulstoftetravalens. Takket være Cannizzaros værker blev begreberne atom- og molekylmasser klarere, deres betydninger og metoder til bestemmelse blev afklaret.
I 1860 samledes mere end 140 førende kemikere fra forskellige europæiske lande til en international kongres i Karlsruhe. Kongressen blev en meget vigtig begivenhed i kemiens historie: videnskabens succeser blev opsummeret, og betingelserne blev forberedt til en ny fase i udviklingen af organisk kemi - fremkomsten af A. M. Butlerovs teori om den kemiske struktur af organiske stoffer (1861) , såvel som for den grundlæggende opdagelse af D. I. Mendeleev - Periodisk lov og system af kemiske grundstoffer (1869).
I 1861 talte A. M. Butlerov på kongressen for læger og naturvidenskabsmænd i Speyer med en rapport "Om den kemiske struktur af legemer." I den skitserede han grundlaget for sin teori om den kemiske struktur af organiske forbindelser. Ved kemisk struktur forstod videnskabsmanden rækkefølgen af forbindelsen af atomer i molekyler.
Personlige egenskaber hos A. M. Butlerov
A. M. Butlerov var kendetegnet ved sin encyklopædiske kemiske viden, evne til at analysere og generalisere fakta og lave forudsigelser. Han forudsagde eksistensen af butan-isomeren, og fik den derefter, såvel som butylen-isomeren - isobutylen.
Butlerov Alexander Mikhailovich (1828-1886)
Russisk kemiker, akademiker ved Sankt Petersborgs Videnskabsakademi (siden 1874). Uddannet fra Kazan Universitet (1849). Han arbejdede der (siden 1857 - professor, i 1860 og 1863 - rektor). Skaber af teorien om den kemiske struktur af organiske forbindelser, som ligger til grund for moderne kemi. Han underbyggede ideen om den gensidige påvirkning af atomer i et molekyle. Forudsagte og forklarede isomerismen af mange organiske forbindelser. Skrev "An Introduction to the Complete Study of Organic Chemistry" (1864), den første manual i videnskabens historie baseret på teorien om kemisk struktur. Formand for kemiafdelingen i det russiske fysisk-kemiske selskab (1878-1882).
A. M. Butlerov skabte den første skole for organiske kemikere i Rusland, hvorfra strålende videnskabsmænd dukkede op: V. V. Markovnikov, D. P. Konovalov, A. E. Favorsky og andre.
Ikke underligt, at D.I. Mendeleev skrev: "A. M. Butlerov er en af de største russiske videnskabsmænd, han er russisk både i sin videnskabelige uddannelse og i originaliteten af sine værker.”
Grundlæggende principper for teorien om strukturen af kemiske forbindelser
Teorien om den kemiske struktur af organiske forbindelser, fremsat af A. M. Butlerov i anden halvdel af forrige århundrede (1861), blev bekræftet af værker fra mange videnskabsmænd, herunder Butlerovs studerende og ham selv. Det viste sig at være muligt på dets grundlag at forklare mange fænomener, der endnu ikke var blevet fortolket: isomerisme, homologi, manifestationen af tetravalens af carbonatomer i organiske stoffer. Teorien opfyldte også sin prædiktive funktion: på grundlag af den forudsagde videnskabsmænd eksistensen af stadig ukendte forbindelser, beskrev deres egenskaber og opdagede dem.
Altså i 1862-1864. A. M. Butlerov undersøgte isomerismen af propyl-, butyl- og amylalkoholer, bestemte antallet af mulige isomerer og udledte formlerne for disse stoffer. Deres eksistens blev senere eksperimentelt bevist, og nogle af isomererne blev syntetiseret af Butlerov selv.
I løbet af det 20. århundrede. bestemmelserne i teorien om den kemiske struktur af kemiske forbindelser blev udviklet på grundlag af nye synspunkter, der spredte sig i videnskaben: teorien om atomstruktur, teorien om kemiske bindinger, ideer om mekanismerne for kemiske reaktioner. I øjeblikket er denne teori universel, det vil sige, den er gyldig ikke kun for organiske stoffer, men også for uorganiske.
Første position. Atomer i molekyler er kombineret i en bestemt rækkefølge i henhold til deres valens. Kulstof i alle organiske og de fleste uorganiske forbindelser er tetravalent.
Det er klart, at den sidste del af teoriens første position let kan forklares ved, at i forbindelser er carbonatomerne i en exciteret tilstand: 
a) tetravalente carbonatomer kan forbindes med hinanden og danne forskellige kæder:
Åben forgrenet
- åben uforgrenet
- lukket
b) rækkefølgen af forbindelsen af carbonatomer i molekyler kan være forskellig og afhænger af typen af kovalent kemisk binding mellem carbonatomer - enkelt eller multiple (dobbelt og tredobbelt).
Anden position. Stoffers egenskaber afhænger ikke kun af deres kvalitative og kvantitative sammensætning, men også af strukturen af deres molekyler.
Denne position forklarer fænomenet isomerisme. Stoffer, der har samme sammensætning, men forskellige kemiske eller rumlige strukturer, og derfor forskellige egenskaber, kaldes isomerer. Hovedtyper af isomerisme:
Strukturel isomeri, hvor stoffer adskiller sig i rækkefølgen af binding af atomer i molekyler:
1) isomerisme af kulstofskelettet 
3) isomerisme af homologe serier (interklasse) 
Rumlig isomerisme, hvor stoffernes molekyler ikke adskiller sig i rækkefølgen af binding af atomer, men i deres position i rummet: cis-trans isomerisme (geometrisk).
Denne isomerisme er karakteristisk for stoffer, hvis molekyler har en flad struktur: alkener, cycloalkaner osv.
Rumlig isomerisme omfatter også optisk (spejl)isomerisme.
De fire enkeltbindinger omkring carbonatomet er, som du allerede ved, arrangeret tetraedrisk. Hvis et carbonatom er bundet til fire forskellige atomer eller grupper, er forskellige arrangementer af disse grupper i rummet mulige, det vil sige to rumlige isomere former.
To spejlbilleder af aminosyren alanin (2-aminopropansyre) er vist i figur 17.
Forestil dig, at et alanin-molekyle er placeret foran et spejl. -NH2-gruppen er tættere på spejlet, så i reflektionen vil den være foran, og -COOH-gruppen vil være i baggrunden osv. (se billedet til højre). Alanya eksisterer i to rumlige former, som, når de overlejres, ikke kombineres med hinanden.
Universaliteten af den anden position af teorien om strukturen af kemiske forbindelser bekræfter eksistensen af uorganiske isomerer.
Således viste den første af synteserne af organiske stoffer - syntesen af urinstof, udført af Wöhler (1828), at det uorganiske stof - ammoniumcyanat og det organiske stof - urinstof er isomere: 
Hvis man erstatter oxygenatomet i urinstof med et svovlatom, får man thiourinstof, som er isomerisk for ammoniumthiocyanat, et velkendt reagens for Fe 3+ ioner. Det er klart, at thiourinstof ikke giver denne kvalitative reaktion.
Tredje position. Stoffers egenskaber afhænger af den gensidige påvirkning af atomer i molekyler.
For eksempel, i eddikesyre reagerer kun et af de fire hydrogenatomer med en alkali. Baseret på dette kan det antages, at kun ét brintatom er bundet til oxygen:
På den anden side kan vi ud fra strukturformlen for eddikesyre konkludere, at den indeholder et mobilt hydrogenatom, det vil sige, at det er monobasisk.
For at verificere universaliteten af strukturteoriens position om afhængigheden af stoffers egenskaber på den gensidige påvirkning af atomer i molekyler, som eksisterer ikke kun i organiske, men også i uorganiske forbindelser, lad os sammenligne egenskaberne af hydrogenatomer i brintforbindelser af ikke-metaller. De har en molekylær struktur og er under normale forhold gasser eller flygtige væsker. Afhængigt af positionen af ikke-metallet i det periodiske system af D.I. Mendeleev, kan man identificere et mønster i ændringen i egenskaberne af sådanne forbindelser: 
Metan interagerer ikke med vand. Manglen på basale egenskaber ved metan forklares med mætning af kulstofatomets valensmuligheder.
Ammoniak udviser grundlæggende egenskaber. Dets molekyle er i stand til at binde en hydrogenion til sig selv på grund af dets tiltrækning til det enlige elektronpar i nitrogenatomet (donor-acceptor-mekanisme for bindingsdannelse).
Fosfin PH3 har svagt udtrykte grundlæggende egenskaber, som er forbundet med phosphoratomets radius. Det er meget større end nitrogenatomets radius, så fosforatomet tiltrækker brintatomet mindre kraftigt.
I perioder fra venstre mod højre øges ladningerne af atomkerner, radius af atomer falder, frastødende kraft af et brintatom med en delvis positiv ladning §+ øges, og derfor øges de sure egenskaber af brintforbindelser af ikke-metaller. 
I hovedundergrupperne stiger radierne af grundstoffernes atomer fra top til bund, ikke-metalatomer med 5- svagere tiltrækker brintatomer med 5+, styrken af brintforbindelser falder, de dissocierer let, og derfor øges deres sure egenskaber .
Den forskellige evne hos hydrogenforbindelser af ikke-metaller til at eliminere eller tilføje hydrogenkationer i opløsninger forklares af den ulige indflydelse, som ikke-metalatomet har på brintatomerne.
Den forskellige indflydelse af atomer i hydroxidmolekyler dannet af grundstoffer fra samme periode forklarer også ændringen i deres syre-base egenskaber.
De grundlæggende egenskaber af hydroxyloxider falder, og de sure stiger, efterhånden som centralatomets oxidationstilstand øges, derfor energien af dets binding til oxygenatomet (8-) og dets frastødning af hydrogenatomet (8+) stiger.
Natriumhydroxid NaOH. Da brintatomets radius er meget lille, tiltrækkes det stærkere af oxygenatomet, og bindingen mellem brint- og oxygenatomerne vil være stærkere end mellem natrium- og oxygenatomerne. Aluminiumhydroxid Al(OH)3 udviser amfotere egenskaber.
I perchlorsyre HClO 4 er kloratomet med en relativt stor positiv ladning tættere bundet til oxygenatomet og frastøder hydrogenatomet kraftigere med 6+. Dissociation sker i henhold til syretypen.
Hovedretninger for udvikling af teorien om strukturen af kemiske forbindelser og dens betydning
På tidspunktet for A.M. Butlerov blev empiriske (molekylære) og strukturelle formler meget brugt i organisk kemi. Sidstnævnte afspejler rækkefølgen af forbindelsen af atomer i et molekyle i henhold til deres valens, hvilket er angivet med tankestreger.
For at lette registreringen bruges ofte forkortede strukturformler, hvor streger kun angiver bindingerne mellem kulstofatomer eller kulstof og oxygen.
Forkortede strukturformler
Efterhånden som viden om arten af kemiske bindinger og indflydelsen af den elektroniske struktur af molekyler af organiske stoffer udviklede sig på deres egenskaber, begyndte de at bruge elektroniske formler, hvor en kovalent binding konventionelt betegnes med to prikker. Sådanne formler viser ofte retningen for forskydning af elektronpar i et molekyle.
Det er den elektroniske struktur af stoffer, der forklarer de mesomere og induktive virkninger.
Induktionseffekten er forskydningen af elektronpar af gammabindinger fra et atom til et andet på grund af deres forskellige elektronegativitet. Betegnes med (->).
Induktionseffekten af et atom (eller en gruppe af atomer) er negativ (-/), hvis dette atom har en høj elektronegativitet (halogener, oxygen, nitrogen), tiltrækker gammabindingselektroner og får en delvis negativ ladning. Et atom (eller gruppe af atomer) har en positiv induktiv effekt (+/), hvis det frastøder gammabindingselektroner. Nogle begrænsende radikaler C2H5) har denne egenskab. Husk Markovnikovs regel om, hvordan brint og halogenet af hydrogenhalogenid tilsættes til alkener (propen), og du vil forstå, at denne regel er af en særlig karakter. Sammenlign disse to eksempler på reaktionsligninger:
[[Teori_om_strukturen_af_kemiske_forbindelser_A._M._Butlerov| 
]]
I de enkelte stoffers molekyler optræder både induktive og mesomere virkninger samtidigt. I dette tilfælde styrker de enten hinanden (i aldehyder, carboxylsyrer) eller svækker hinanden (i vinylchlorid).
Resultatet af den gensidige påvirkning af atomer i molekyler er omfordelingen af elektrondensiteten.
Ideen om den rumlige retning af kemiske bindinger blev først udtrykt af den franske kemiker J. A. Le Bel og den hollandske kemiker J. X. Van't Hoff i 1874. Forskernes antagelser blev fuldt ud bekræftet af kvantekemi. Stoffers egenskaber er væsentligt påvirket af den rumlige struktur af deres molekyler. For eksempel har vi allerede givet formlerne for cis- og trans-isomererne af buten-2, som adskiller sig i deres egenskaber (se fig. 16).
Den gennemsnitlige bindingsenergi, der skal brydes ved konvertering fra en form til en anden, er ca. 270 kJ/mol; Der er ikke så stor mængde energi ved stuetemperatur. For den gensidige overgang af former for buten-2 fra den ene til den anden er det nødvendigt at bryde en kovalent binding og danne en anden til gengæld. Med andre ord er denne proces et eksempel på en kemisk reaktion, og begge former for buten-2 er forskellige kemiske forbindelser.
Du husker tydeligvis, at det vigtigste problem i syntesen af gummi var at få gummi med en stereoregulær struktur. Det var nødvendigt at skabe en polymer, hvor de strukturelle enheder ville blive arrangeret i en streng rækkefølge (naturgummi, for eksempel, består kun af cis-enheder), fordi en så vigtig egenskab ved gummi som dens elasticitet afhænger af dette.
Moderne organisk kemi skelner mellem to hovedtyper af isomerisme: strukturel (kæde-isomerisme, isomerisme af positionen af multiple bindinger, isomerisme af homologe serier, isomerisme af positionen af funktionelle grupper) og stereoisomerisme (geometrisk eller cis-trans-isomerisme, optisk eller spejl-isomerisme ).
Så du var i stand til at verificere, at den anden position i teorien om kemisk struktur, klart formuleret af A.M. Butlerov, var ufuldstændig. Fra et moderne synspunkt kræver denne bestemmelse tilføjelse:
stoffernes egenskaber afhænger ikke kun af deres kvalitative og kvantitative sammensætning, men også af deres:
Kemisk,
elektronisk,
Rumlig struktur.
Oprettelsen af teorien om strukturen af stoffer spillede en afgørende rolle i udviklingen af organisk kemi. Fra en overvejende beskrivende videnskab bliver den til en kreativ, syntetiserende videnskab; det er blevet muligt at bedømme den gensidige påvirkning af atomer i molekylerne af forskellige stoffer (se tabel 10). Strukturteorien skabte forudsætningerne for at forklare og forudsige forskellige typer af isomerisme af organiske molekyler, samt kemiske reaktioners retninger og mekanismer.
Baseret på denne teori skaber organiske kemikere stoffer, der ikke kun erstatter naturlige, men betydeligt overgår dem i deres egenskaber. Således er syntetiske farvestoffer meget bedre og billigere end mange naturlige, for eksempel alizarin og indigo, kendt i oldtiden. Syntetiske gummier med en lang række egenskaber produceres i store mængder. Plast og fibre er meget udbredt, hvoraf produkter bruges i teknologi, hverdagsliv, medicin og landbrug.
Betydningen af teorien om kemisk struktur af A.M. Butlerov for organisk kemi kan sammenlignes med betydningen af den periodiske lov og det periodiske system af kemiske elementer af D.I. Mendeleev for uorganisk kemi. Det er ikke for ingenting, at begge teorier har så meget tilfælles i deres dannelsesmåder, udviklingsretninger og generel videnskabelig betydning. Men i historien om enhver anden førende videnskabelig teori (Charles Darwins teori, genetik, kvanteteori osv.) kan man finde sådanne generelle stadier.
1. Etabler paralleller mellem de to førende teorier om kemi - den periodiske lov og det periodiske system af kemiske grundstoffer af D. I. Mendeleev og teorien om den kemiske struktur af organiske forbindelser af A. M. Butlerov i henhold til følgende karakteristika: almindelig i lokalerne, fælles i retning af deres udvikling, almindelig i de prognostiske roller.
2. Hvilken rolle spillede teorien om strukturen af kemiske forbindelser i dannelsen af den periodiske lov?
3. Hvilke eksempler fra uorganisk kemi bekræfter universaliteten af hver af bestemmelserne i teorien om strukturen af kemiske forbindelser?
4. Fosforsyre H3PO3 er en dibasisk syre. Foreslå dens strukturformel og overvej den gensidige indflydelse af atomerne i denne syres molekyle.
5. Skriv isomerer med sammensætningen C3H8O. Navngiv dem ved hjælp af systematisk nomenklatur. Bestem typerne af isomeri.
6. Følgende formler for chrom(III)chloridkrystalhydrater er kendte: [Cr(H20)6]Cl3; [Cr(H20)5Cl]Cl2H20; [Cr(H20)4 * C12]Cl 2H20. Hvad vil du kalde det beskrevne fænomen?
Kemisk struktur af et molekyle repræsenterer dets mest karakteristiske og unikke aspekt, da det bestemmer dets generelle egenskaber (mekaniske, fysiske, kemiske og biokemiske). Enhver ændring i den kemiske struktur af et molekyle medfører en ændring i dets egenskaber. I tilfælde af mindre strukturelle ændringer indført i et molekyle, følger små ændringer i dets egenskaber (som normalt påvirker fysiske egenskaber), men hvis molekylet har gennemgået dybtgående strukturelle ændringer, så vil dets egenskaber (især kemiske) blive dybt ændret.
For eksempel har alfa-aminopropionsyre (alfa-alanin) følgende struktur:
Alfa Alanin Hvad vi ser:
- Tilstedeværelsen af visse atomer (C, H, O, N),
- et vist antal atomer tilhørende hver klasse, som er bundet i en bestemt rækkefølge;
Alle disse designegenskaber bestemmer en række egenskaber af Alpha-alanin, såsom: fast aggregeringstilstand, kogepunkt 295 ° C, opløselighed i vand, optisk aktivitet, kemiske egenskaber af aminosyrer osv.
Når aminogruppen er bundet til et andet carbonatom (dvs. der er sket en mindre strukturel ændring), hvilket svarer til beta-alanin:
Beta-alanin De generelle kemiske egenskaber forbliver stadig karakteristiske for aminosyrer, men kogepunktet er allerede 200 ° C, og der er ingen optisk aktivitet.
Hvis for eksempel to atomer i dette molekyle er forbundet med et N-atom i følgende rækkefølge (dyb strukturel ændring):
så er det dannede stof - 1-nitropropan, i dets fysiske og kemiske egenskaber, helt forskellig fra aminosyrer: 1-nitro-propan er en gul væske, med et kogepunkt på 131 ° C, uopløselig i vand.
Dermed, struktur-ejendomsforhold giver dig mulighed for at beskrive de generelle egenskaber af et stof med en kendt struktur og omvendt giver dig mulighed for at finde den kemiske struktur af et stof, ved at kende dets generelle egenskaber.
Generelle principper for teorien om strukturen af organiske forbindelser
Essensen af at bestemme strukturen af en organisk forbindelse er følgende principper, som opstår fra forholdet mellem deres struktur og egenskaber:
a) organiske stoffer, i analytisk ren tilstand, har samme sammensætning, uanset fremstillingsmetoden;
b) organiske stoffer i analytisk ren tilstand har konstante fysiske og kemiske egenskaber;
c) organiske stoffer med konstant sammensætning og egenskaber, har kun én unik struktur.
I 1861, den store russiske videnskabsmand A. M. Butlerov i sin artikel "On the Chemical Structure of Matter" afslørede han hovedideen i teorien om kemisk struktur, som består i indflydelsen af den måde, hvorpå atomerne i et organisk stof er forbundet på dets egenskaber. Han opsummerede al den viden og ideer, der var til rådighed på det tidspunkt om strukturen af kemiske forbindelser i teorien om strukturen af organiske forbindelser.
De vigtigste bestemmelser i teorien om A. M. Butlerov
kan opsummeres som følger:
- I et molekyle af en organisk forbindelse er atomerne forbundet i en bestemt rækkefølge, som bestemmer dens struktur.
- Kulstofatomet i organiske forbindelser har en valens på fire.
- Med den samme sammensætning af et molekyle er flere muligheder for at forbinde dette molekyles atomer med hinanden mulige. Sådanne forbindelser med samme sammensætning men forskellige strukturer blev kaldt isomerer og et lignende fænomen - isomerisme.
- Ved at kende strukturen af en organisk forbindelse kan man forudsige dens egenskaber; Ved at kende egenskaberne af en organisk forbindelse kan man forudsige dens struktur.
- Atomerne, der danner et molekyle, er underlagt gensidig påvirkning, som bestemmer deres reaktivitet. Direkte bundne atomer har større indflydelse på hinanden, mens indflydelsen fra atomer, der ikke er direkte bundne, er meget svagere.
Elev A.M. Butlerova — V. V. Markovnikov fortsatte med at studere spørgsmålet om gensidig påvirkning af atomer, hvilket blev afspejlet i 1869 i hans afhandlingsarbejde "Materialer om spørgsmålet om gensidig påvirkning af atomer i kemiske forbindelser."
Kredit til A.M. Butlerov og betydningen af teorien om kemisk struktur er ekstremt stor for kemisk syntese. Der er åbnet mulighed for at forudsige organiske forbindelsers grundlæggende egenskaber og forudse deres synteseveje. Takket være teorien om kemisk struktur, værdsatte kemikere først molekylet som et ordnet system med en streng rækkefølge af bindinger mellem atomer. Og på nuværende tidspunkt ligger hovedbestemmelserne i Butlerovs teori, på trods af ændringer og præciseringer, til grund for moderne teoretiske begreber om organisk kemi.
Kategorier ,Organisk kemi- en gren af kemi, hvor kulstofforbindelser, deres struktur, egenskaber og indbyrdes omdannelser studeres.
Selve navnet på disciplinen - "organisk kemi" - opstod for lang tid siden. Årsagen til dette ligger i det faktum, at de fleste af de kulstofforbindelser, som forskere stødte på i den indledende fase af udviklingen af den kemiske videnskab, var af vegetabilsk eller animalsk oprindelse. Men som en undtagelse er individuelle kulstofforbindelser klassificeret som uorganiske. For eksempel anses kuloxider, kulsyre, carbonater, bikarbonater, hydrogencyanid og nogle andre for at være uorganiske stoffer.
I øjeblikket kendes knap 30 millioner forskellige organiske stoffer, og denne liste vokser konstant. Et sådant stort antal organiske forbindelser er primært forbundet med følgende specifikke egenskaber af kulstof:
1) carbonatomer kan være forbundet med hinanden i kæder af vilkårlig længde;
2) ikke kun en sekventiel (lineær) forbindelse af carbonatomer med hinanden er mulig, men også en forgrenet og endda cyklisk;
3) forskellige typer bindinger mellem carbonatomer er mulige, nemlig enkelt, dobbelt og tredobbelt. Desuden er valensen af kulstof i organiske forbindelser altid fire.
Derudover er den brede vifte af organiske forbindelser også lettet af det faktum, at kulstofatomer er i stand til at danne bindinger med atomer af mange andre kemiske grundstoffer, for eksempel brint, oxygen, nitrogen, fosfor, svovl og halogener. I dette tilfælde er brint, ilt og nitrogen mest almindelige.
Det skal bemærkes, at organisk kemi i ret lang tid repræsenterede en "mørk skov" for videnskabsmænd. I nogen tid var teorien om vitalisme endda populær i videnskaben, ifølge hvilken organiske stoffer ikke kan opnås "kunstigt", dvs. uden for levende stof. Teorien om vitalisme varede dog ikke ret længe, på grund af det faktum, at der blev opdaget stoffer efter hinanden, hvis syntese er mulig uden for levende organismer.
Forskere var forvirrede over, at mange organiske stoffer har samme kvalitative og kvantitative sammensætning, men ofte har helt forskellige fysiske og kemiske egenskaber. For eksempel har dimethylether og ethylalkohol nøjagtig den samme grundstofsammensætning, men under normale forhold er dimethylether en gas, og ethylalkohol er en væske. Derudover reagerer dimethylether ikke med natrium, men ethylalkohol reagerer med det og frigiver brintgas.
Forskere fra det 19. århundrede fremsatte mange antagelser om, hvordan organiske stoffer var opbygget. Væsentligt vigtige antagelser blev fremsat af den tyske videnskabsmand F.A. Kekule, som var den første til at udtrykke ideen om, at atomer af forskellige kemiske grundstoffer har specifikke valensværdier, og carbonatomer i organiske forbindelser er tetravalente og er i stand til at kombinere med hinanden for at danne kæder. Senere, med udgangspunkt i Kekules antagelser, udviklede den russiske videnskabsmand Alexander Mikhailovich Butlerov en teori om strukturen af organiske forbindelser, som ikke har mistet sin relevans i vores tid. Lad os overveje de vigtigste bestemmelser i denne teori:
1) alle atomer i molekyler af organiske stoffer er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge i overensstemmelse med deres valens. Kulstofatomer har en konstant valens på fire og kan danne kæder af forskellige strukturer med hinanden;
2) de fysiske og kemiske egenskaber af ethvert organisk stof afhænger ikke kun af sammensætningen af dets molekyler, men også af rækkefølgen, hvori atomerne i dette molekyle er forbundet med hinanden;
3) individuelle atomer, såvel som grupper af atomer i et molekyle, påvirker hinanden. Denne gensidige påvirkning afspejles i forbindelsernes fysiske og kemiske egenskaber;
4) ved at studere de fysiske og kemiske egenskaber af en organisk forbindelse kan dens struktur fastslås. Det modsatte er også sandt - ved at kende strukturen af et bestemt stofs molekyle, kan du forudsige dets egenskaber.
Ligesom D.I. Mendelevs periodiske lov blev det videnskabelige grundlag for uorganisk kemi, blev teorien om strukturen af organiske stoffer af A.M. Butlerov blev faktisk udgangspunktet i udviklingen af organisk kemi som videnskab. Det skal bemærkes, at efter skabelsen af Butlerovs teori om struktur begyndte organisk kemi sin udvikling i et meget hurtigt tempo.
Isomerisme og homologi
Ifølge den anden position i Butlerovs teori afhænger organiske stoffers egenskaber ikke kun af den kvalitative og kvantitative sammensætning af molekylerne, men også af den rækkefølge, hvori atomerne i disse molekyler er forbundet med hinanden.
I denne henseende er fænomenet isomerisme udbredt blandt organiske stoffer.
Isomerisme er et fænomen, når forskellige stoffer har nøjagtig den samme molekylære sammensætning, dvs. samme molekylære formel.
Meget ofte er isomerer meget forskellige i fysiske og kemiske egenskaber. For eksempel:
Typer af isomeri
Strukturel isomeri
a) Isomerisme af kulstofskelettet
b) Positionel isomeri:
flere forbindelser
suppleanter:
funktionelle grupper:
c) Interklasse-isomerisme:
Interklasse-isomerisme opstår, når forbindelser, der er isomerer, tilhører forskellige klasser af organiske forbindelser.
Rumlig isomerisme
Rumlig isomerisme er et fænomen, når forskellige stoffer med samme rækkefølge af binding af atomer til hinanden adskiller sig fra hinanden ved en fast-forskellig position af atomer eller grupper af atomer i rummet.
Der er to typer af rumlig isomerisme - geometrisk og optisk. Opgaver om optisk isomeri findes ikke på Unified State Exam, så vi vil kun overveje geometriske.
Hvis molekylet af en forbindelse indeholder en dobbelt C=C-binding eller en ring, vil nogle gange i sådanne tilfælde fænomenet geometriske eller cis-trans-isomerisme.
For eksempel er denne type isomerisme mulig for buten-2. Dens betydning er, at dobbeltbindingen mellem carbonatomer faktisk har en plan struktur, og substituenterne på disse carbonatomer kan være fast placeret enten over eller under dette plan:
Når identiske substituenter er på samme side af planet, siger de, at det er det cis-isomer, og når de er forskellige - trance-isomer.
På i form af strukturformler cis- Og trance-isomerer (ved at bruge buten-2 som eksempel) er afbildet som følger:
Bemærk, at geometrisk isomerisme er umulig, hvis mindst et carbonatom ved dobbeltbindingen har to identiske substituenter. For eksempel, cis-trans- isomerisme er ikke mulig for propen:
Propen har ikke cis-trans-isomerer, da et af carbonatomerne ved dobbeltbindingen har to identiske "substituenter" (brintatomer) Som du kan se fra illustrationen ovenfor, hvis vi bytter plads mellem methylradikalet og hydrogenatomet placeret ved det andet carbonatom, på modsatte sider af planet, får vi det samme molekyle, som vi lige så på fra den anden side.
Påvirkningen af atomer og grupper af atomer på hinanden i molekyler af organiske forbindelser
Begrebet kemisk struktur som en sekvens af atomer forbundet med hinanden blev betydeligt udvidet med fremkomsten af elektronisk teori. Fra denne teoris synspunkt er det muligt at forklare, hvordan atomer og grupper af atomer i et molekyle påvirker hinanden.
Der er to mulige måder, hvorpå en del af et molekyle påvirker en anden:
1) Induktiv effekt
2) Mesomerisk effekt
Induktiv effekt
For at demonstrere dette fænomen, lad os som eksempel tage 1-chlorpropan-molekylet (CH 3 CH 2 CH 2 Cl). Bindingen mellem kulstof- og kloratomer er polær, fordi klor har en meget højere elektronegativitet sammenlignet med kulstof. Som et resultat af skiftet af elektrontæthed fra carbonatomet til chloratomet dannes en delvis positiv ladning (δ+) på carbonatomet, og en delvis negativ ladning (δ-) dannes på chloratomet:
Skiftet i elektrontæthed fra et atom til et andet er ofte angivet med en pil, der peger mod det mere elektronegative atom:
En interessant pointe er imidlertid, at der udover skiftet i elektrondensitet fra det første carbonatom til chloratomet også sker et skift, men i lidt mindre grad, fra det andet carbonatom til det første. fra den tredje til den anden:
Dette skift i elektrontæthed langs en kæde af σ-bindinger kaldes den induktive effekt ( jeg). Denne effekt forsvinder med afstand fra den påvirkende gruppe og optræder praktisk talt ikke efter 3 σ-bindinger.
I det tilfælde, hvor et atom eller en gruppe af atomer har større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomer, siges sådanne substituenter at have en negativ induktiv effekt (- jeg). I eksemplet diskuteret ovenfor har chloratomet således en negativ induktiv virkning. Ud over klor har følgende substituenter en negativ induktiv effekt:
–F, –Cl, –Br, –I, –OH, –NH2, –CN, –NO2, –COH, –COOH
Hvis elektronegativiteten af et atom eller en gruppe af atomer er mindre end elektronegativiteten af et carbonatom, er der faktisk en overførsel af elektrondensitet fra sådanne substituenter til carbonatomerne. I dette tilfælde siger de, at substituenten har en positiv induktiv effekt (+ jeg) (er elektrondonor).
Så substituenter med + jeg-effekten er mættede kulbrinteradikaler. Samtidig er udtrykket + jeg-effekten øges med forlængelse af kulbrinteradikalet:
–CH3, –C2H5, –C3H7, –C4H9
Det skal bemærkes, at carbonatomer placeret i forskellige valenstilstande også har forskellig elektronegativitet. Carbonatomer i sp 2 -hybridiseret tilstand har større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomer i sp 2 -hybridiseret tilstand, som igen er mere elektronegative end carbonatomer i sp 3 -hybridiseret tilstand.
Mesomerisk effekt (M), eller konjugationseffekt, er indflydelsen af en substituent transmitteret gennem et system af konjugerede π-bindinger.
Tegnet for den mesomere effekt bestemmes efter samme princip som tegnet for den induktive effekt. Hvis en substituent øger elektrontætheden i et konjugeret system, har den en positiv mesomerisk effekt (+ M) og er elektrondonerende. Dobbelt carbon-carbon-bindinger og substituenter, der indeholder et ensomt elektronpar: -NH 2 , -OH, halogener har en positiv mesomer effekt.
Negativ mesomerisk effekt (- M) har substituenter, der trækker elektrondensiteten fra det konjugerede system, mens elektrondensiteten i systemet falder.
Følgende grupper har en negativ mesomerisk effekt:
–NO2, –COOH, –SO3H, -COH, >C=O
På grund af omfordelingen af elektrontæthed på grund af mesomere og induktive effekter i molekylet opstår der partielle positive eller negative ladninger på nogle atomer, hvilket afspejles i stoffets kemiske egenskaber.
Grafisk er den mesomere effekt vist ved en buet pil, der begynder i midten af elektrontætheden og slutter, hvor elektrondensiteten skifter. For eksempel i et vinylchloridmolekyle opstår den mesomere effekt, når det enlige elektronpar i chloratomet kobler sig med elektronerne i π-bindingen mellem carbonatomerne. Som følge heraf opstår der således en delvis positiv ladning på kloratomet, og den mobile π-elektronsky forskydes under påvirkning af et elektronpar mod det yderste kulstofatom, hvorpå der opstår en delvis negativ ladning som f.eks. et resultat:
Hvis et molekyle har skiftende enkelt- og dobbeltbindinger, siges molekylet at indeholde et konjugeret π-elektronsystem. En interessant egenskab ved et sådant system er, at den mesomeriske effekt i det ikke falmer.
Mennesket har længe lært at bruge forskellige stoffer til at tilberede mad, farvestoffer, tøj og medicin. Over tid er der ophobet en tilstrækkelig mængde information om visse stoffers egenskaber, hvilket har gjort det muligt at forbedre metoder til deres produktion, forarbejdning mv. Og det viste sig, at mange mineralske (uorganiske stoffer) kan fås direkte.
Men nogle stoffer brugt af mennesket blev ikke syntetiseret af ham, fordi de blev opnået fra levende organismer eller planter. Disse stoffer blev kaldt organiske. Organiske stoffer kunne ikke syntetiseres i laboratoriet. I begyndelsen af det 19. århundrede udviklede en sådan doktrin som vitalisme (vita - liv) sig aktivt, ifølge hvilken organiske stoffer kun opstår takket være den "vitale kraft", og det er umuligt at skabe dem "kunstigt".
Men som tiden gik, og videnskaben udviklede sig, dukkede nye fakta op om organiske stoffer, der var i modstrid med den eksisterende vitalistiske teori.
I 1824 blev den tyske videnskabsmand F. Wöhler syntetiserede oxalsyre for første gang i den kemiske videnskabs historie – organisk stof fra uorganiske stoffer (cyanogen og vand):
(CN)2 + 4H2O → COOH - COOH + 2NH3
I 1828 opvarmede Wöller natriumcyanat med ammoniumsvovl og syntetiseret urinstof - affaldsprodukt fra animalske organismer:
NaOCN+ (NH 4) 2 SO 4 → NH 4 OCN → NH 2 OCNH 2
Disse opdagelser spillede en vigtig rolle i udviklingen af videnskab i almindelighed og kemi i særdeleshed. Kemiske videnskabsmænd begyndte gradvist at bevæge sig væk fra vitalistisk undervisning, og princippet om at opdele stoffer i organiske og uorganiske afslørede dets inkonsekvens.
I øjeblikket stoffer stadig opdelt i organisk og uorganisk, men adskillelseskriteriet er lidt anderledes.
Stoffer kaldes organiske indeholder kulstof, kaldes de også kulstofforbindelser. Der er omkring 3 millioner sådanne forbindelser, de resterende forbindelser er omkring 300 tusind.
Stoffer, der ikke indeholder kulstof, kaldes uorganiske Og. Men der er undtagelser fra den generelle klassificering: der er en række forbindelser, der indeholder kul, men de tilhører uorganiske stoffer (kulilte og dioxid, kuldisulfid, kulsyre og dets salte). Alle af dem ligner uorganiske forbindelser i sammensætning og egenskaber.
I løbet af studiet af organiske stoffer er der opstået nye vanskeligheder: baseret på teorier om uorganiske stoffer er det umuligt at afsløre lovene for strukturen af organiske forbindelser og forklare kulstofs valens. Kulstof i forskellige forbindelser havde forskellige valenser.
I 1861 blev den russiske videnskabsmand A.M. Butlerov var den første til at syntetisere et sukkerholdigt stof.
Når man studerer kulbrinter, ER. Butlerov indså, at de repræsenterer en helt speciel klasse af kemikalier. Ved at analysere deres struktur og egenskaber identificerede videnskabsmanden flere mønstre. De dannede grundlaget for teorier om kemisk struktur.
1. Ethvert organisk stofs molekyle er ikke tilfældigt; atomerne i molekylerne er forbundet med hinanden i en bestemt rækkefølge i henhold til deres valens. Kulstof i organiske forbindelser er altid tetravalent.
2. Rækkefølgen af interatomiske bindinger i et molekyle kaldes dets kemiske struktur og afspejles af én strukturel formel (strukturformel).
3. Den kemiske struktur kan bestemmes ved hjælp af kemiske metoder. (Moderne fysiske metoder anvendes også i øjeblikket).
4. Stoffers egenskaber afhænger ikke kun af sammensætningen af stoffets molekyler, men af deres kemiske struktur (sekvensen af kombinationen af atomer af elementer).
5. Ved egenskaberne af et givet stof kan man bestemme strukturen af dets molekyle, og ved strukturen af molekylet – forudse egenskaber.
6. Atomer og grupper af atomer i et molekyle udøver gensidig indflydelse på hinanden.
Denne teori blev det videnskabelige grundlag for organisk kemi og fremskyndede dens udvikling. På baggrund af teoriens bestemmelser har A.M. Butlerov beskrev og forklarede fænomenet isomerisme, forudsagde eksistensen af forskellige isomerer og opnåede nogle af dem for første gang.
Overvej den kemiske struktur af ethan – C2H6. Efter at have udpeget valensen af elementer med streger, vil vi afbilde ethanmolekylet i rækkefølgen af forbindelse af atomer, det vil sige, vi vil skrive strukturformlen. Ifølge teorien om A.M. Butlerov, det vil have følgende form:
Hydrogen- og kulstofatomer er bundet til én partikel, brints valens er lig med én og kulstof – fire. To carbonatomer forbundet med en carbonbinding – kulstof (C – MED). Kulstofs evne til at danne C – C-bindingen er forståelig baseret på kulstofs kemiske egenskaber. Kulstofatomet har fire elektroner på sit ydre elektronlag; evnen til at opgive elektroner er den samme som evnen til at få manglende. Derfor danner carbon oftest forbindelser med en kovalent binding, det vil sige på grund af dannelsen af elektronpar med andre atomer, herunder carbonatomer med hinanden.
Dette er en af grundene til mangfoldigheden af organiske forbindelser.
Forbindelser, der har samme sammensætning, men forskellige strukturer, kaldes isomerer. Fænomenet isomerisme – en af grundene til mangfoldigheden af organiske forbindelser
Har du stadig spørgsmål? Vil du vide mere om teorien om strukturen af organiske forbindelser?
For at få hjælp fra en vejleder -.
Den første lektion er gratis!
blog.site, ved kopiering af materiale helt eller delvist kræves et link til den originale kilde.