Питання для самоконтролю:

1. Коли почалося знайомство людини з сполуками органічного типу?

2. Перша класифікація речовин.

3. Яка основна задача алхімії?

4. На який історичний період припадає період об’єднання в органічній хімії?

5. Які вчені внесли великий вклад в період нагромадження знань в органічній хімії?

6. В чому суть «віталістичних поглядів»?

7. Що сприяло активізації наукових досліджень?

Заняття №2 (2 години, аудиторне). Зміст Тема: Визначення будови органічних сполук.

План:

1. Хімічні методи.

2. Фізичні методи.

Для визначення будови органічних сполук необхідна їх висока чистота, відсутність домішок. Для виділення індивідуальних органічних сполук існують відповідні методи: перегонка проста, вакуумна, з водяною парою; перекристалізація; сублімація; екстракція з розчину, суспензії або твердого стану; хроматографія на папері, в колонках, газова, рідинна, адсорбційна, тонкошарова тощо. Ступінь чистоти оцінюють виміром фізичних констант індивідуальних речовин: густини, температури кипіння або топлення, показника заломлення, питомого обертання для енантіомерів тощо.

Важливою інформацією є елементарний склад речовини, що дозволяє з’ясувати тип елементів та їх співвідношення в молекулі. Молекулярну масу сполук визначають за допомогою кріоскопії ( за зниженням температури замерзання) або ебуліоскопії (за збільшенням температури кипіння), а також сучаснішим методом – мас-спектроскопії. На підставі елементарного аналізу та молекулярної маси встановлюють молекулярну брутто-формулу сполуки. Для визначення певних структурних фрагментів у молекулі та їх просторового розташування застосовують хімічні та фізичні методи дослідження.

Хімічні методи

Хімічні методи аналізу дозволяють здійснити нескладні реакції на певні зв’язки, елементи, функціональні групи, які кількісно визначають за допомогою відповідного титрування. Наприклад присутність подвійних зв’язків виявляють шляхом приєднання до них брому (знебарвлення бромної води). Потрійний зв'язок встановлюють реакцією з нітратом аргентуму з утворенням осаду відповідних ацетиленідів.

Функціональні групи визначають за допомогою специфічних реакцій для кожної з них, наприклад для ОН- групи користуються методом ацилювання або фталоїлювання за реакцією:

Оцтову кислоту, що утворюється в процесі реакції, визначають титруванням лугом з відомою концентрацією.

Реакції, які застосовують для аналізу функціональних груп, розглядатимуться у відповідних розділах курсу.

Фізичні методи

Сучасна органічна хімія неможлива без використання фізичних (інструментальних) методів аналізу складу і будови сполук, які мають значні переваги перед традиційними хімічними: мала кількість речовини, необхідної для аналізу; менша витрата часу, можливість отримання такої інформації про будову, яку неможливо одержати іншими методами (наприклад, між’ядерні відстані і валентні кути, розташування атомів у просторі, взаємодія атомів, визначення механізму реакцій, наявність водневих зв’язків тощо.)

До фізичних методів аналізу органічних сполук належать спектральні, дифракційні тощо. Найчастіше застосовують спектральні методи. Зупинимось спочатку на не спектральних, які були першими при дослідженні органічних сполук.

Рефрактометрія визначає молекулярну рефракцію, яку розраховують на підставі визначення показника заломлення. Молекулярну рефракцію використовують для визначення будови речовини, вона пропорційна електронній поляризованості молекули і якісно оцінює здатність сполуки до поляризації.

Поляриметрія визначає питоме оптичне обертання площини поляризованого світла при його проходженні крізь зразок сполуки з хіральними (енантіомерними) властивостями.

Калориметрія визначає теплові ефекти реакцій за допомогою калориметрів вимірюванням теплоти згоряння (ентальпію утворення), що дозволяє встановлювати енергії зв’язків.

Дипольні моменти характеризують полярність, або нерівномірність розподілу електронної густини в молекулі.

Полярографія визначає здатність молекули до відновлення, що відбувається біля катода. Це електрохімічний метод аналізу і ґрунтується на залежності сили струму від напруги при проходженні струму крізь розчин. Крива залежності характеризує реакції, що відбуваються на ртутному катоді (приєднання електрона).

Анодна вольтамперометрія характеризує здатність молекули до окиснення на платиновому або графічному аноді аналогічно полярографії. Здатність до окиснення оцінюється значеннями потенціалу півхвилі окиснення які характеризують електронодонорні властивості.

Дифракційні методи аналізу ґрунтуються на здатності сполук розсіювати при опромінюванні електромагнітні коливання завдяки взаємодії їх з електронними оболонками атомів. Унаслідок розсіювання з’являється дифракційна картина, яку фіксують частіше на фотоплівці у вигляді точок, кола або плям різного ступеня затемнення. Для опромінювання речовини застосовують рентгенівські промені з довжиною хвилі 0,1 – 10 нм (рентгенографія, або рентгеноструктурний аналіз), прискорені нейтрони (нейтронографія) або електрони (електронографія).

Методом рентгенографії визначені структури таких складних природних і синтетичних сполук, як білки (міоглобін, РНК, ДНК), вітаміни, полісахариди, пеніцилін тощо.