ВСТУП. КОРОТКИЙ ОГЛЯД ВИНИКНЕННЯ І РОЗВИТКУ

и

ОРГАНІЧНОЇ ХІМІЇ

Органічна хімія – наука, предметом вивчення якої є сполуки Карбону з іншими

елементами (за винятком деяких найбільш простих – соди, поташу, мармуру), які називаються

органічними сполуками, а також закони перетворення цих речовин.

м

Відомо понад мільйон сполук Карбону, і кількість їх весь час зростає. Хімічних сполук,

до складу яких не входить Карбон

, –

неорганічних – налічується

а

більше 50 тисяч.

т

Різноманітність органічних сполук пояснюється винятковою здатністю атомів карбону міцно

сполучатися у довгі ланцюги і

замкнені

кільця, а

також тим, що для сполук Карбону

характерне явище ізомерії.

е

н

Незважаючи на численність і різноманітність

більша частина їх

органічних сполук,

д

Карбону, входять Гідроген,

дещо рідше – Оксиген, ще рідше –

Нітроген; значно рідше

зустрічаються Сульфур, галогени, Фосфор, метали та ін.

с

у

Однією з важливих особливостей органічних сполук є характерт

зв'язків між атомами в їх

молекулах. У переважній

більшості випадків ці зв'язки

мають яскраво виражений

ковалентний характер. Тому органічні сполуки, як правило, не дисоціюють на іони. Другою

н

характерною особливістю органічних сполук є їх схильність піддаватися при нагріванні

н

великим змінам, внаслідок чого утворюються нові яречовини, які мають зовсім інші

властивості. Органічні сполуки відіграють дуже важливу роль у життєдіяльності рослинних і

галузей промисловості – нафтової, вуглехімічної. лісохімічної, синтезу органічних барвників,

виробництва пластичних мас,

с

препаратів,

ефірних і запашних речовин,

фармацевтичниха

и

штучного волокна, вибухових речовин, фотореактивівт

, синтетичного каучуку, спирту, мила та

багатьох інших продуктів.

р

Успіхи органічної хімії

мають виняткове

значення

для встановлення правильного

науково-філософського погляду на природу. Класичні роботи з органічної хімії, наприклад

синтез сечовини Ф. Велера,

к

о

М.

Бертло, синтез

цукристих речовин

синтез жирів

О.М. Бутлерова та інші, відіграли велику роль у спростуванні антинаукового віталістичного

вчення про “життєву силу”.

и

Перелічені особливості карбонових сполук, своєрідність законів їх перетворень, велике

в

хімії

були причиною

для виділення її в

практичне і теоретичне значення органічної

в давні часи. Так, уже в доісторичний період було відоме спиртове бродіння; за 1500 – 1000

років до н.е. почали добуватия

і використовувати для красіння тканин природну фарбу індиго,

д

а дещо пізніше пурпур і алізарин; добування оцту з вина також відоме з незапам'ятних часів;

запашні ефірні маслалв старовину застосовувались як дезинфікуючі та консервуючі матеріали

(наприклад, при збереженні трупів у стародавньому Єгипті).

Однак у давні часи люди мали справу з сумішами органічних сполук; чисті органічні

речовини

а

почали добувати набагато пізніше. Так, чиста оцтова кислота була одержана

арабськими

лалхіміками лише в IX ст. Ще пізніше, у XI ст., алхіміки при перегонці вина

добули у чистому вигляді винний спирт. Починаючи з XVI ст. під впливом ідей німецького

вченогоіТ. Парацельса (1493 – 1541) дослідження хіміків спрямовуються головним чином у

е

бік використання речовин у медицині; були виділені різні органічні речовини рослинного і

т

походження.

тваринногор

и

мінеральним речовинам. Було також встановлено, що органічні речовини менш стійкі, ніж

мінеральні, і розкладаються при нагріванні.

м

Вперше терміни “органічні сполуки” і “органічна хімія” запропонував шведський хімік

а

І.Я. Берцеліус (1779 – 1848). У своєму підручнику з органічної хімії, виданому в 1827 році, він

твердив, що в живій природі елементи підлягають іншим законам, ніж у неживій, і що

утворення органічних сполук відбувається за допомогою “життєвої сили”.

н

т

Така точка зору Берцеліуса і його послідовників – віталістів (від латинського vis vitalis –

життєва сила) була в корені неправильною і є відбитком ідеалістичних поглядів, які

затримували розвиток органічної хімії.

е

Першого удару по віталізму завдали відкриття німецького хіміка Ф. Велера (1800 –

д

таємничу “життєву силу”. Прихильники її твердили, що сечовина, як продукт виділення

с

тваринного організму, не може вважатися справжньою органічноюуречовиною, а перебуває на

грані між неорганічними і органічними речовинами і є продуктомт

життєдіяльності тваринних

організмів.

Остаточному спростуванню ідеалістичного вчення про “життєву силу” сприяли штучне

добування

оцтової кислоти (Г.

Кольбе, 1845 р.) і

н

синтез жирів

(М. Бертло,

1854 р.).

н

проя

Поступово,

під тиском фактів

ідеалістичне вчення

“життєву

силу” було

відкинуте.

навіки непрохідної безодні між неорганічною і органічною природою...”. Незважаючи на те,

с

межа, яка відділяла ці речовини від

що після синтезу органічних речовин зниклаа

и

неорганічних, проте історично вкорінені назвит“органічні речовини”, або “органічні сполуки”,

використовують до цього часу.

р

У 60-х роках минулого століття О.М. Бутлеров створив структурну теорію, яка стала

фундаментом для швидкого дальшого розвитку органічної хімії.

о

У другій половині XIX ст. виникли виробництво лікарських, запашних і вибухових

к

речовин. Після першої світової війни розпочалися роботи по синтезу вуглеводнів та інших

и

У XX ст. виникли нові галузі промисловості – виробництво синтетичного каучуку,

пластичних мас, синтетичногоя

волокна. Вивчення каучуків, смол, білків, целюлози та інше

д

виділилося в самостійну галузь хімії високомолекулярних сполук.

Дуже важливогол

значення набула хімія елементорганічних сполук, яка успішно

розвивається навіть сьогодні.

Важлива роль

у

розвитку органічної хімії належить

дослідженням

природних

а

фізіологічно активних речовин і синтезу лікувальних препаратів. Початий ще у XIX ст. синтез

лікувальних лречовин досяг у XX ст. значних успіхів. Були синтезовані могутні засоби для

боротьби з інфекційними захворюваннями.

Заіостанні 25 –

30 років значні досягнення зроблені у

вивченні будови

й синтезу

е

найскладніших природних речовин – алкалоїдів, вітамінів, гормонів і антибіотиків, а також в

т

будови білків і нуклеїнових кислот.

пізнаннір

ЗАГАЛЬНІ ЗАКОНОМІРНОСТІ БУДОВИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ

и

ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Теоретичні уявлення в органічній хімії формувалися, змінювалися і вдосконалювалися у

міру розвитку хімічної науки. До середини ХІХ ст. хімія досягла наскільки значних успіхів,

м

що склалися умови для виникнення теорії хімічної будови органічних сполук, одним з

головних творців якої був російський хімік О.М. Бутлеров.

а

До кінця 60-х років ХІХ ст. хіміки відкрили явище ізомерії, ввели поняття гомології і

т

гомологічних рядів, атома, молекули, атомних мас, валентності елементів. У 1858 році було

е

н

встановлено, що Карбон чотиривалентний (А. Кекуле, А. Кольбе) і що його атоми можуть

д

сполучатися між собою у довгі ланцюги (А. Кекуле, А. Купер). А. Купер запропонував

у

зображати зв’язки між атомами в хімічних сполуках за допомогою рисок. Всі перелічені

ТЕОРІЯ ХІМІЧНОЇ БУДОВИ О.М. БУТЛЕРОВА

т

19 вересня 1861 р. О.М. Бутлеров виступив на з’їзді природодослідників і лікарів у

с

м. Шпейєрі з доповіддю, в якій виклав основні положення запропонованої ним теорії хімічної

будови.

н

н

силі (споріднення), я називаю

хімічною будовою розподілу дії цієї сили,

внаслідок якої

хімічні атоми, посередньо або

с

з’єднуються в

безпосередньо авпливаючи один на одного,

хімічну частинку...”.

и

т

Другим положенням теорії будови органічних сполук О.М. Бутлерова є те, що хімічні

р

властивості сполуки залежать від її складу та будови. Це принципово нове, революційне для

того часу положення лягло в основу дальшого розвитку органічної хімії. Воно означало, що

о

хімічна будова складної речовини може бути встановлена на основі її перетворень, а хімічні

к

властивості її (реакційна здатність) – на основні хімічної будови. Бутлеров показав, що будова

и

хімічну будову, що дуже твердо спирається на факти, веде нас тут apriori до припущення

можливості існуванняяречовин, що мають зовсім однаковий склад і однакову величину

д

частинок, і проте зовсім різних між собою внаслідок різної хімічної будови... Принцип

хімічної будови, якийл

заздалегідь вказує навіть хімічний характер ізомерів, повинен

вважатися цілком пояснюючим звичайні явища ізомерії складних речовин”.

Теорія хімічної будови не тільки з’ясувала причини ізомерії, але й дозволила встановити

а

кількість можливих ізомерів і давала можливість виводити формули ізомерних органічних

сполук. Чіткел

уявлення про будову органічних речовин дозволило Бутлерову розвинути

положення про можливість рівноважного існування двох ізомерів задовго до того, як це

явище (ітаутомерія) було підтверджене експериментально. Бутлеров писав: “...Можливо, що й

е

без присутності посередницького реагенту... частинки деяких речовин внаслідок постійного

т

і возз’єднання продуктів у новому порядку, постійно ізомеризуються, переходячи з

розкладур

и

будові, або реакціям, які властиві іншій будові, зважаючи на природу реагенту, впливу якого

піддається”.

м

Одним з найважливіших питань теорії будови було положення про взаємний вплив

а

атомів у молекулі. Згодом його розвинув учень Бутлерова В.В. Марковников. Детальне

вивчення взаємного впливу атомів стало основою дальшого розвитку теорії будови і уявлень

про реакційну здатність речовин.

н

т

Основні положення і наслідки теорії будови органічних сполук О.М. Бутлерова такі:

1. Атоми в молекулах органічних речовин сполучені між собою в певному порядку.

е

Послідовність сполучення атомів у молекулі О.М. Бутлеров назвав хімічною будовою, або

структурою, молекули.

д

3. Властивості молекул органічних речовин залежать від природи атомів, що входять до

с

складу молекул, від кількості цих атомів і від порядку їх сполученняув молекулі, тобто від

хімічної будови молекули.

т

4. Органічні речовини з однаковим якісним і кількісним складом, але з різною хімічною

будовою – ізомери – мають різні хімічні властивості.

н

5. Знаючи властивості органічних речовин, можна встановити їх хімічну будову.

н

6. Реакційна здатність (хімічна активність) атомівя, що входять до складу молекули

органічної речовини, може змінюватись залежно від того,

з якими іншими атомами вони

інші атоми (посередній вплив).

с

великий фактичний матеріал органічної

Теорія хімічної будови Бутлерова узагальнилаа

и

хімії, пояснила її найважливіші закономірностіт

і дала можливість завбачити багато нових

фактів.

р

Теорія хімічної будови в своєму дальшому розвитку збагатилась рядом нових положень,

серед яких у першу чергу

слід

вказати на теорію просторового розміщення атомів у

о

молекулах Вант-Гоффа і Ле-Беля і сучасну електронну теорію, розроблену на основі теорії

к

хімічної будови, яка дала можливість з нової точки зору висвітлювати питання внутрішньої

и

будови молекул і взаємного впливу атомів та окремих угруповань, що складають молекулу.

Розвиток квантової хімії привів

до більш глибокого розуміння природи насичуваності й

в

кратних зв’язків і зв’язків у молекулах ароматичних сполук,

спрямованості валентностей,

ВИВЧЕННЯ БУДОВИ І ВЛАСТИВОСТЕЙ ОРГАНІЧНИХ СПОЛУК

Для встановленняябудови і властивостей органічної сполуки її насамперед необхідно

д

очистити, а потім визначити якісний і кількісний склад, загальну формулу та молекулярну

масу. Після цього різнимил

хімічними і фізичними методами визначають, які фрагменти,

висновок

про її будову. Всі

методи

аналізу класифікуються відповідно

до спеціальних

а

властивостей системи.

В оптичнихл

методах аналізу використовується зв’язок між оптичними властивостями

системи: а) світлопоглинанням; б) світлорозсіюванням; в) заломленням світла; г) обертанням

площиниі

поляризації плоскополяризованого світла; д) другорядним випромінюванням світла

е

речовиною і її складниками. Сюди належать: колориметричний аналіз; нефелометричний і

т

аналіз; рефрактометричний

аналіз; поляриметричний

аналіз;

турбідиметричнийр

люмінесцентний аналіз.

В

електрохімічних

методах

аналізу

використовується:

а)

вимірювання

и

виділення досліджуваної речовини; д) вимірювання кількості електрики, витраченої на

кількісне електрохімічне перетворення речовини.

Розрізняють: кондуктометричний аналіз;

потенціометричний аналіз;

полярографічний

аналіз;

м

аналіз;

електрогравіметричний

кулонометричний аналіз.

а

Поряд з

оптичними і

електрохімічними до числа

найважливіших

фізико-хімічних

методів аналізу

слід віднести

хроматографію.

Основою

т

всіх

видів є

хроматографії

н

використання відмінностей у характері розподілу різних речовин між двома фазами. Дозволяє

досліджувати

як

кількісний так

якісний

склад

речовин.

Поділяється

на:

адсорбційну,

іонообмінну,

осадову,

розподільчу,

паперову,

е

адсорбційно-

окисно-відновну,

комплексоутворюючу та ін.

д

досліджуваного компоненту.

с

наявності тих чи

Поряд з класичними хімічними методами – деструкція, встановленняу

інших функціональних груп, зустрічний синтез та інші – в останніт

роки все більше значення

набувають фізико-хімічні методи дослідження: методи оптичної спектроскопії, спектроскопія

ядерного магнітного резонансу (ЯМР), газорідинна хроматографія, масспектрометрія та ін.

н

Під час дії електромагнітного випромінювання на будь-яку молекулу, в залежності від

н

електрона на визначену збуджену орбіту (УФ-область) чи збудження коливань конкретного

с

атома в конкретній молекулі (ІЧ-область), енергіяа, необхідна для цього, строго визначена і

и

завжди постійна. ІЧта УФ-спектроскопії охоплюютьт

лише невелику частину спектра енергій

електромагнітних хвиль.

р

ІЧ-спектроскопія, яка займається дослідженням органічних сполук, вивчає лише область

від 500 до 5000 см-1 при енергії падаючого випромінювання декілька десятків електрон-вольт

(еВ).

к

о

Основні питання, які можуть бути вирішені за допомогою ІЧ-спектроскопії, такі:

и

- дослідження будови сполук – наявності різноманітних функціональних груп чи навіть

більш складних фрагментів молекули;

в

- встановлення ідентичності сполук;

- контроль за ходом реакцій;

- вивчення внутрішньо-молекулярних чи міжмолекулярних зв’язків.

одні й ті ж самі хімічні групи, показали, що ці спектри мають деяке число загальних частот

або частот, які відрізняютьсяя

. Такі частоти, які з’являються в спектрі при наявності в сполуках

д

конкретних хімічних груп, незалежно від того, яким молекулам ці групи належать, одержали

назву характеристичнихл

. До них належать, наприклад, валентні коливання зв’язків С–Н, С=О,

С=С, О–Н, деформаційні коливання С–Н, N–Н, коливання груп –NO2, –COO, –CONH2.

УФ-спектри, що

застосовуються

для

дослідження органічних

сполук,

звичайно

а

використовують область від 200 до 400 нм, а ділянка спектра від 400 до 1000 нм, є предметом

досліджень спектроскопіїл

в видимій області, при енергії падаючого випромінювання порядку

декількох електрон-вольт.

УФі-спектроскопія

і

спектроскопія

в видимій області дозволяють вирішувати такі

е

питання:

т

-рз’ясування структури молекул та наявність в них конкретних функціональних груп;

- аналітичне визначення концентрації сполук.

Спектри поглинання в УФ- і видимій

областях визначаються

змінами

в енергії