http://www.mitht.ru/e-library
Помогаев А.И.
Органикалық химияның қысқаша курсы 1 бөлім
Органикалық химияның теориялық негіздері.
Оқулық M., MITHT оларды. М.В.Ломоносов, 2003 - 48 б.
2-ші басылым.
MITHT кітапханасы және баспа комиссиясы мақұлдаған
олар. М.В. Ломоносов оқу құралы ретінде.
Бұл оқу құралы органикалық химияны бір оқу семестрінде оқитын «Материалтану және жаңа материалдар технологиясы» бакалавриат бағытының 3 курс студенттеріне арналған.
Әдістемелік құрал негізінен осы салаға арналған органикалық химияның оқу бағдарламасының шеңберінен шықпайтын материалды ұсыну болып табылады. Әрбір бөлімнің соңында жаттығулар мен типтік тапсырмалар берілген, оларды өз бетінше шешу студентке сынаққа да, емтиханға да дайындалуға көмектеседі.
MITHT органикалық химия кафедрасында дайындалған. М.В. Ломоносов.
© Мәскеу мемлекеттік тамаша химиялық технология академиясы. М.В. Ломоносов
http://www.mitht.ru/e-library
ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ _____________ 4
1. Органикалық қосылыстардың классификациясы____________________________4
2. Органикалық қосылыстардағы байланыстардың түзілуі ______________________ 5
3. Коваленттік байланыстың қасиеттері ________________________________________________9
4. Органикалық қосылыстардың молекулаларындағы электрондық орын ауыстырулар _________11
4.1. Индуктивті әсер ________________________________________________11
4.2. Орбиталық конъюгация: байланыстың делокализациясы, мезомерлі эффект ______14
5. Органикалық қосылыстардың изомериясы________________________________19
5.1. Құрылымдық изомерия ________________________________________________19
5.2. Стереоизомеризм ________________________________________________20
6. Тапсырмалар мен жаттығулар ______________________________________________________32
ОРГАНИКАЛЫҚ РЕАКЦИЯЛАР ТЕОРИЯСЫНЫҢ НЕГІЗДЕРІ __________ 34
1. Байланыстың үзілу түріне қарай органикалық реакциялардың жіктелуі __________34
1.1. Гомолитикалық немесе бос радикалды реакциялар ___________________34
1.2. Гетеролитикалық немесе иондық реакциялар ____________________________36
2. Трансформация түріне қарай реакциялардың жіктелуі _______________________38
3. Органикалық химиядағы қышқылдар мен негіздер _________________________39
3.1. Бронст қышқылдары мен негіздер __________________________________________39
3.2. Льюис қышқылдары мен негіздері ________________________________________________43
3.3. Қышқыл-негізкатализ__________________________________________44
4. Тапсырмалар мен жаттығулар ______________________________________________________45
http://www.mitht.ru/e-library
ОРГАНИКАЛЫҚ ҚОСЫЛЫСТАРДЫҢ ҚҰРЫЛЫМЫ
1. Органикалық қосылыстардың классификациясы
Органикалық химия көміртегінің әртүрлі қосылыстарын зерттейді,
олардың ең қарапайымы көміртегінің сутегімен қосылыстары -
көмірсутектер. Барлық басқа органикалық заттар ретінде қарастыруға болады көмірсутек туындылары, олардың көмірсутектерден айырмашылығы оларда бір немесе бірнеше сутегі атомдары кейбір басқа атомдармен немесе атомдар тобымен (функционалдық топтар) ауыстырылады.
Органикалық қосылыстардың құрамына көміртегі мен сутегі атомдарынан басқа басқа элементтердің атомдары (гетероатомдар деп аталатын) кіруі мүмкін. Ол,
ең алдымен галоген атомдары (көмірсутектердің галоген туындылары),
оттегі (спирттер, фенолдар, эфирлер, альдегидтер, кетондар, карбон қышқылдары), азот (аминдер, нитроқосылыстар), күкірт (тиолдар, сульфон қышқылдары),
металдар (металлорганикалық қосылыстар) және басқа да көптеген элементтер.
AT Органикалық қосылыстардың жіктелуі оларға негізделгенқұрылым
– молекуладағы атомдар тізбегі. Органикалық қосылыстардың жіктелуі үшін алдымен көмірсутекті негіз (аналық құрылым) жіктеледі, оны ашық тізбекті қаныққан көмірсутектер немесе циклдік, қаныққан немесе қанықпаған,
алициклді немесе ароматты. Ал содан кейін олар функционалдық тобын ескере отырып, көмірсутектердің сәйкес туындыларына тағайындалады. Мысалы, бутан қаныққан циклді емес көмірсутек (мұндай көмірсутектер алкандар деп аталады), 1-бутен қос байланысы (алкен) бар қанықпаған циклді емес көмірсутек. Циклобутин - циклдік алкен, ал бензол - ароматты көмірсутек. 2-Бутенал қанықпаған ациклді
(яғни, циклді емес) альдегид, ал бензой қышқылы ароматты карбон қышқылы болып табылады.
http://www.mitht.ru/e-library
CH3 CH2 CH2 CH3 |
CH2 =CHCH2 CH3 |
CH3CH=CHCH=O |
||||||
циклобутен |
2-бутенал |
бензой |
||||||
2. Органикалық қосылыстардағы байланыстардың түзілуі
Кез келген органикалық қосылыстардың молекуласы негізінен коваленттік байланыс арқылы байланысқан атомдардың реттелген жиынтығы болып табылады. Иондық байланыс органикалық молекулаларда да кездеседі, бірақ ол органикалық қосылыстардың басым көпшілігінің құрылымы мен химиялық әрекетін анықтамайды. Органикалық химия – көміртегінің ковалентті қосылыстарының химиясы.
коваленттік байланыс- бұл екі атом электрондардың әлеуметтенген жұбы арқылы жүзеге асыратын байланыс. Электрон жұбының әлеуметтенуі екі атомның атомдық орбитальдары қабаттасқан кезде орын алады, ал ол (түзілген байланыс үшін) қабаттасатын орбитальдардың әрқайсысында қанша электрон болғаны мүлдем бей-жай болады. Екі орбитальдың әрқайсысында бір электрон болуы мүмкін немесе орбитальдардың бірінде жұп электрон болуы мүмкін, ал екіншісінде бір электрон емес (соңғы жағдайда олар коваленттік байланыстың түзілуінің донор-акцепторлық механизмі туралы айтады. ).
1-ші және 2-ші период элементтерінің атомдары органикалық қосылыстарда байланыс түзуді қамтамасыз ететін орбитальдар атомдық орбитальдар үшін әдеттегі сипаттамаларға ие болуы мүмкін, яғни s- немесе p-орбитальдар болуы мүмкін. Сонымен,
мысалы, хлорсутек молекуласының түзілуінде хлор атомы р-орбиталды, ал сутегі атомы s-орбиталды қамтамасыз етеді. Хлор атомының р-орбиталында бір электрон болуы мүмкін, содан кейін сутегі атомы байланыс құру үшін бір электрон береді. Немесе хлор атомының р-орбиталында екі электрон (анион) болуы мүмкін, онда байланыс құру үшін сутегі атомында бос немесе бос орбиталь (протон) болуы керек. Соңғы жағдайда коваленттік байланыс донор-акцепторлық әдіспен түзіледі: хлор анионы электронды жұп доноры, ал протон оның акцепторы ретінде әрекет етеді. Төменде
http://www.mitht.ru/e-library
өзара әрекеттесу (қабаттасу) кезінде молекулалық орбитальдарды қалыптастырудың екі схемасы (байланыс және антибайланыс немесе қопсыту) ұсынылған.
атомдық орбитальдар.
Көміртек атомы үшін, екінші периодтың басқа элементтерінің атомдары сияқты,
қарапайым (бір) байланыстарды да, қос немесе үштік байланыстарды да құра алатын атомдық орбитальдардың гибридтенуі тән,
әртүрлі энергиялардың атомдық орбитальдары (s- және р-орбитальдар) өздерінің энергияларын теңестіргенде, азғындаған орбитальдар деп аталатындарды құрайды, т. орбитальдар,
бірдей энергияға ие.
Көміртек атомының сыртқы энергетикалық деңгейінде төрт электрон бар. Екі валенттік электрон s-орбитальда, екі p-де орналасқан.
орбитальдарда бір электрон бар, ал үшінші р-орбиталь бос. Байланыстар түзілген кезде көміртек атомы қозып, s-электрондардың біреуі бос р-орбиталға өтеді.
қозу
s px ru pz
Электрондық конфигурациясы 2s2p3 бар қозған көміртегі атомы ең көбі төрт коваленттік байланыс құра алады. Бұл жағдайда байланыстар әртүрлі атомдар санымен - төрт, үш немесе екімен түзілуі мүмкін.
Бірінші жағдайда, көміртек атомы көршілес төрт атоммен байланыс түзгенде, т.б. болып табылады төрт – үйлестіру, барлық төрт орбитальдардың гибридтенуі бастапқы орбитальдардан энергиясы жағынан да, пішіні жағынан да ерекшеленетін төрт дегенерацияланған орбитальдардың түзілуімен жүреді.
http://www.mitht.ru/e-library
Бұл процесс процеске қатысатын орбитальдарға сәйкес sp 3 - деп аталады.
будандастыру, ал алынған орбитальдар sp3-гибридті орбитальдар. Кеңістікте бұл гибридті орбитальдар осьтерде жатады
бір-бірінен мүмкіндігінше алыс және осыған байланысты бұрышта орналасқан
109,50 бір-біріне (тетраэдрдің ортасын оның төбелерімен қосатын кесінділер ретінде). Сондықтан sp3 будандастырудағы көміртек атомы да аталады
тетраэдрлік.
109,5o |
||
Көміртек атомы көршілес үш атоммен байланыс түзгенде, т.б.
болып табылады үш координат, үш орбитальдың энергиясы бір s- және екі р-орбиталь осьтері бір жазықтықта 120О бұрышпен жатқан үш азғындаған sp 2 - гибридті орбитальдар түзіледі.
бір біріне. Гибридизацияға қатыспайтын p-орбиталь аталған жазықтыққа перпендикуляр орналасқан.
120o |
||
sp2 |
Үшінші жағдайда, көміртегі атомы болғанда екі координатжәне
тек екі көрші атомдармен байланысады, sp-гибридтену жүзеге асады. Екі дегенерацияланған sp-орбитальдар бір-біріне 180° бұрышта орналасады, яғни. бір координат осінде, ал екі гибридті емес р-орбитальдар қалған екеуінде
координаталық осьтер. |
|||
http://www.mitht.ru/e-library
Көміртек атомының байланыстарының түзілуі оның гибридті орбитальдары басқа атомдардың сәйкес гибридті немесе гибридті емес орбитальдарымен қабаттасқанда жүреді. Бұл жағдайда орбитальдарды қабаттастырудың екі түбегейлі әртүрлі әдісін жүзеге асыруға болады.
A) Орбитальдардың осьтік қабаттасуы , бұл кезде қабаттасу максимумы байланыстырушы атомдардың ядролары арқылы өтетін осьте болады, түзілуіне әкеледі.σ-байланыстар. Бұл байланыстың электронды тығыздығы байланысқан атомдардың ядроларының арасында жатыр. Ол қабаттасу осіне қатысты симметриялы.σ-байланыс кез келген атомдық орбитальдардың қабаттасуы арқылы түзілуі мүмкін. Хлорсутек молекуласындағы сутегі мен хлор атомдары байланысқанσ-байланыс, осьтік қабаттасу нәтижесінде пайда болады s-орбитальдар сутегі атомы және p-орбитальдар хлор атомы. Метан молекуласында көміртегі атомы мен сутегі атомдары арасындағы барлық төрт байланыс барσ-байланыстар, олардың әрқайсысы төртеудің бірінің қабаттасуы арқылы жасалады sp 3 - гибридті көміртегі атомының орбитальдарысутегі атомының s-орбитасы.
Хлорсутек (а) мен метан (б) молекулаларында σ-байланыстар түзу кезінде атомдық орбитальдардың қабаттасуы.
B) Орбитальдардың бүйірлік қабаттасуы екі p-тің қабаттасуы
өзара параллель осьтерде орналасқан орбитальдар. Мұндай қабаттасу кезінде пайда болатын π-байланыс қабаттасу максимумы байланысқан атомдардың ядролары арқылы өтетін осьте орналаспауымен сипатталады. π-байланыс sp2- немесе sp-гибридтенген атомдардың р-орбитальдары арқылы түзіледі.
Мәселен, мысалы, этилен молекуласында (CH2 \u003d CH2), әрбір көміртегі атомының үш sp2 гибридті орбитальдары осьтік қабаттаса отырып, екі s-
сутегі атомдарының орбитальдары және көрші көміртегі атомының бір sp2 орбитальдары
http://www.mitht.ru/e-library
үш σ-байланыс түзеді. Көміртек атомдарының гибридті емес р-орбитальдары «бүйірге» қабаттасып, π-байланыс түзеді. Бұл жағдайда барлық бес σ-байланыс бір жазықтықта орналасады, ал π-байланыстың симметрия жазықтығы оған перпендикуляр болады.
Ацетилен молекуласында көміртек-көміртек үштік байланысы σ байланысы мен екі π байланысының қосындысы болып табылады. Соңғылары өзара перпендикуляр гибридті емес р-орбитальдардың бүйірлік қабаттасуы арқылы түзіледі.
ұшақтар. |
||||
Этилен (а) және ацетилен (б) молекулаларында π-байланыстың түзілуі.
3. Коваленттік байланыстың қасиеттері
Коваленттік байланыс келесі параметрлермен сипатталады:
Байланыс ұзындығы байланысқан атомдар арасындағы қашықтық ретінде анықталады. Байланыстың ұзындығы байланысқан атомдардың радиустарына, атомдардың гибридтену түріне,
және де байланыстың көптігі бойынша (1-кесте).
1-кесте |
|||||||
Байланыс ұзындығы, Å |
Байланыс ұзындығы, Å |
||||||
Байланыс энергиясы байланыс түзілу немесе диссоциациялану энергиясы ретінде анықталады және байланысқан атомдардың табиғатына, байланыс ұзындығына, сондай-ақ оның
http://www.mitht.ru/e-library
көптігі (2-кесте). Айта кету керек, қос С-С байланысының энергиясы бір байланыстың екі есе энергиясын көрсетпейді, өйткені орбитальдардың бүйірлік қабаттасуы осьтік байланыстың тиімділігінен азырақ, демек, π-
байланыс σ-байланысқа қарағанда берік емес.
кесте 2 |
||||||
Байланыс түрі |
байланыс энергиясы, |
Байланыс түрі |
байланыс энергиясы, |
|||
ккал/моль |
ккал/моль |
|||||
Байланыс полярлығыбайланысқан атомдардың электртерістігінің айырмашылығымен анықталады. Атомның электртерістігі – оның валенттік электрондарды тарту қабілеті. Егер байланысқан атомдардың электртерістігі бірдей болса, байланыстың электронды тығыздығы атомдар арасында біркелкі таралады. Барлық басқа жағдайларда байланыстың электрон тығыздығы атомдардың қайсысына күштірек тартылатынына байланысты бір немесе басқа бағытта ығысады. Бұл жағдайда жартылай теріс заряд деп аталатын электртеріс атомда, ал жартылай оң заряд аз электронтеріс атомда пайда болады. Екі атомды молекулалар үшін байланыстың полярлығын өлшеуге болатын молекуланың дипольдік моменті арқылы өте қарапайым сипаттауға болады. Әдетте, бір байланыстың полярлығы электртеріс атомға қарай байланыс бойындағы көрсеткі арқылы көрсетіледі. Көптік байланыстардың полярлығы байланыстан электртеріс атомға қарай бағытталған қисық көрсеткі арқылы көрсетіледі. Төменде мысалдар келтірілген
Егер сіз университетке түскен болсаңыз, бірақ осы уақытқа дейін сіз бұл қиын ғылымды түсінбесеңіз, біз сізге бірнеше құпияны ашуға және органикалық химияны нөлден ("манекештерге") үйренуге көмектесуге дайынбыз. Тек оқып, тыңдау керек.
Органикалық химия негіздері
Органикалық химия, оның зерттеу объектісі құрамында көміртегі бар барлық нәрсе болғандықтан, жеке кіші түр ретінде бөлінеді.
Органикалық химия көміртек қосылыстарын, мұндай қосылыстардың құрылысын, қасиеттерін және байланысу тәсілдерін зерттейтін химияның бір саласы.
Белгілі болғандай, көміртек көбінесе келесі элементтермен қосылыстар түзеді - H, N, O, S, P. Айтпақшы, бұл элементтер деп аталады. органогендер.
Органикалық қосылыстар, олардың саны бүгінде 20 миллионға жетеді, барлық тірі ағзалардың толық тіршілігі үшін өте маңызды. Дегенмен, ешкім күмәнданбады, әйтпесе адам бұл белгісіз зерттеуді артқы жағына тастар еді.
Органикалық химияның мақсаттары, әдістері және теориялық тұжырымдамалары төмендегідей берілген:
- Қазба, жануар немесе өсімдік шикізатын бөлек заттарға бөлу;
- Әртүрлі қосылыстарды тазарту және синтездеу;
- Заттардың құрылымын ашу;
- Химиялық реакциялардың жүру механикасын анықтау;
- Органикалық заттардың құрылысы мен қасиеттері арасындағы байланысты табу.
Органикалық химия тарихынан біраз
Сіз бұған сенбейтін шығарсыз, бірақ ежелгі дәуірде де Рим мен Египет тұрғындары химиядан бір нәрсені түсінді.
Біз білетіндей, олар табиғи бояуларды пайдаланған. Көбінесе олар дайын табиғи бояуды емес, оны тұтас өсімдіктен (мысалы, өсімдіктерде бар ализарин мен индиго) бөліп алу арқылы алу керек болды.
Алкогольді ішу мәдениетін де еске түсіре аламыз. Алкогольді сусындарды өндірудің құпиясы әр халыққа белгілі. Сонымен қатар, көптеген ежелгі адамдар крахмал және қант бар өнімдерден «ыстық суды» дайындаудың рецепттерін білген.
Бұл көптеген жылдарға созылды, тек 16-17 ғасырларда ғана кейбір өзгерістер, шағын жаңалықтар басталды.
18 ғасырда белгілі бір Шееле алма, шарап, қымыздық, сүт, галль және лимон қышқылдарын бөліп алуды үйренді.
Сонда өсімдік немесе жануар шикізатынан бөліп алуға болатын өнімдердің көптеген ортақ белгілері бар екені бәріне белгілі болды. Сонымен бірге олар бейорганикалық қосылыстардан айтарлықтай ерекшеленді. Сондықтан ғылым қызметшілері оларды шұғыл түрде жеке сыныпқа бөлуді қажет етті және «органикалық химия» термині пайда болды.
Органикалық химияның өзі ғылым ретінде 1828 жылы ғана пайда болғанына қарамастан (сол кезде Вёлер мырза аммоний цианатын буландыру арқылы несепнәрді бөліп алды), 1807 жылы Берцелиус органикалық химия номенклатурасына шәйнектер үшін бірінші терминді енгізді:
Ағзалардан алынатын заттарды зерттейтін химия саласы.
Органикалық химияның дамуындағы келесі маңызды қадам 1857 жылы Кекуле мен Купер ұсынған валенттілік теориясы және 1861 жылдан бастап Бутлеров мырзаның химиялық құрылым теориясы болып табылады. Сол кездің өзінде ғалымдар көміртектің төрт валентті және тізбек құра алатынын анықтай бастады.
Тұтастай алғанда, содан бері ғылым органикалық химияның белсенді дамуына мүмкіндік беретін жаңа теориялар, тізбектер мен қосылыстардың ашылуына байланысты үнемі толқулар мен толқуларды бастан кешірді.
Ғылымның өзі ғылыми-техникалық прогрестің бір орнында тұра алмауынан пайда болды. Жаңа шешімдерді талап етіп, жүре берді. Өнеркәсіпте көмір шайыры жеткіліксіз болған кезде, адамдар жаңа органикалық синтезді жасауға мәжбүр болды, ол ақырында алтыннан да қымбат тұратын керемет маңызды заттың ашылуына айналды. Айтпақшы, органикалық химияның арқасында оның «қызы» дүниеге келді - «мұнай химиясы» деп аталатын қосалқы ғылым.
Бірақ бұл сіз өзіңіз зерттей алатын мүлдем басқа әңгіме. Әрі қарай, манекендерге арналған органикалық химия туралы ғылыми танымал бейнені көруді ұсынамыз:
Егер сізде уақыт жоқ болса және шұғыл көмек қажет болса кәсіпқойлар, сіз оларды қайдан табуға болатынын әрқашан білесіз.
Органикалық химия-көміртек қосылыстарын, олардың құрылысын, қасиеттерін зерттейтін химия саласы , синтез әдістері, сондай-ақ олардың түрлену заңдылықтары. Органикалық қосылыстар басқа элементтермен (негізінен H, N, O, S, P, Si, Ge және т.б. бар) көміртекті қосылыстар деп аталады.
Көміртек атомдарының бір-бірімен байланысуы, әртүрлі ұзындықтағы тізбектерді, әртүрлі өлшемдегі циклдік құрылымдарды, қаңқалық қосылыстарды, құрамы мен құрылымы жағынан әртүрлі көптеген элементтері бар қосылыстарды құрайтын ерекше қабілеті органикалық қосылыстардың әртүрлілігін анықтайды. Бүгінгі күні белгілі органикалық қосылыстардың саны 10 миллионнан әлдеқайда көп және жыл сайын 250-300 мыңға көбейіп келеді.Бізді қоршаған дүние негізінен органикалық қосылыстардан құрылған, оларға мыналар жатады: тамақ, киім, отын, бояу, дәрі-дәрмек, жуғыш заттар. , техника мен халық шаруашылығының әртүрлі салаларына арналған материалдар. Органикалық қосылыстар тірі ағзалардың өмір сүруінде шешуші рөл атқарады.
Органикалық химияның бейорганикалық химиямен, биохимиямен және медицинамен түйіскен жерінде металлорганикалық және элементтік қосылыстар химиясы, биоорганикалық және медициналық химия, макромолекулалық қосылыстар химиясы пайда болды.
Органикалық химияның негізгі әдісі – синтез. Органикалық химия өсімдіктер мен жануарлардан алынатын қосылыстарды (табиғи заттар) ғана емес, негізінен лабораториялық және өнеркәсіптік синтез арқылы жасанды түрде жасалған қосылыстарды зерттейді.
Органикалық химияның даму тарихы
Әртүрлі органикалық заттарды алу әдістері ерте заманнан белгілі. Сонымен, мысырлықтар мен римдіктер өсімдік тектес бояғыштарды - индиго және ализаринді пайдаланды. Көптеген халықтар қант пен құрамында крахмал бар шикізаттан алкогольдік сусындар мен сірке суын өндірудің құпияларына ие болды.
Орта ғасырларда бұл білімге іс жүзінде ештеңе қосылмаған, кейбір прогресс тек 16-17 ғасырларда (ятрохимия кезеңі), жаңа органикалық қосылыстар өсімдік өнімдерін айдау арқылы бөлінген кезде ғана басталды. 1769-1785 жж К.В. Шелебірнеше органикалық қышқылдарды бөліп алды: алма, шарап, лимон, галль, сүт және қымыздық. 1773 ж Г.Ф. Руэльадамның зәрінен оқшауланған мочевина. Жануарлар мен өсімдік шикізатынан оқшауланған заттардың көп ортақ қасиеттері болды, бірақ бейорганикалық қосылыстардан айырмашылығы болды. «Органикалық химия» термині осылай пайда болды - организмдерден оқшауланған заттарды зерттейтін химия саласы (анықтамасы Ю.Я. Берцелиус, 1807). Сонымен бірге бұл заттарды тек тірі ағзаларда «тіршілік күшінің» арқасында алуға болады деп есептелді.
Органикалық химия ғылым ретінде 1828 жылы пайда болған деп жалпы қабылданған Ф.Вёлералдымен органикалық зат – мочевина – бейорганикалық зат – аммоний цианатының (NH 4 OCN) сулы ерітіндісін булану нәтижесінде алды. Одан әрі эксперименттік жұмыс «өмірлік күш» теориясының сәйкессіздігінің даусыз дәлелдерін көрсетті. Мысалға, А.Көлбесинтезделген сірке қышқылы, М.Бертелот H 2 S және CS 2-ден метан алды және А.М. Бутлеровформалиннен сахаридтер синтезделеді.
19 ғасырдың ортасында синтетикалық органикалық химияның қарқынды дамуы жалғасуда, органикалық заттардың алғашқы өнеркәсіптік өндірісі құрылды ( А. Хоффман, В. Перкин аға.- синтетикалық бояғыштар, фуксин, цианин және аза бояғыштары). Ашық Н.Н. Зинин(1842) анилинді синтездеу әдісі анилин-бояғыш өнеркәсібін құруға негіз болды. Зертханада А.Байертабиғи бояғыштар – индиго, ализарин, индиго, ксантен және антрахинон синтезделді.
Теориялық органикалық химияның дамуының маңызды кезеңі даму болды Ф. Кекуле 1857 ж. валенттілік теориясы, сондай-ақ химиялық құрылымның классикалық теориясы А.М. Бутлеров 1861 ж., соған сәйкес молекулалардағы атомдар олардың валенттілігіне сәйкес байланысқан, қосылыстардың химиялық және физикалық қасиеттері олардағы атомдардың табиғаты мен санымен, сондай-ақ байланыс түрімен және тікелей байланыспаған заттардың өзара әсерімен анықталады. атомдар. 1865 жылы Ф. Кекулебензолдың құрылымдық формуласын ұсынды, бұл органикалық химияның маңызды жаңалықтарының бірі болды. В.В. Марковниковжәне А.М. Зайцевалғаш рет органикалық реакциялардың бағытын оларға түсетін заттардың құрылымымен байланыстыратын бірқатар ережелерді тұжырымдады. 1875 жылы Вант Хоффжәне Ле Белкөміртек атомының тетраэдрлік моделін ұсынды, оған сәйкес көміртегінің валенттіліктері тетраэдрдің төбелеріне бағытталған, оның ортасында көміртек атомы орналасқан. Осы модель негізінде эксперименттік зерттеулермен біріктірілген I. Wislicenus(! 873), ол (+)-сүт қышқылының (қышқыл сүттен) және (±)-сүт қышқылының құрылымдық формулаларының сәйкестігін көрсетті, стереохимия пайда болды - молекулалардағы атомдардың үш өлшемді бағыты туралы ғылым, ол көміртегі атомында 4 түрлі орынбасушы болған жағдайда (хиральды құрылымдар) ғарыштық айна изомерлерінің (антиподтар немесе энантиомерлердің) болу мүмкіндігі болжанады.
1917 жылы Льюисэлектронды жұптарды пайдаланып химиялық байланысты қарастыруды ұсынды.
1931 жылы Хюкельорганикалық химияда жаңа бағыт – кванттық химияның негізін қалаған бензеноидты емес ароматты жүйелердің қасиеттерін түсіндіру үшін қолданылған кванттық теория. Бұл кванттық химиялық әдістердің, атап айтқанда молекулалық орбитальдар әдісінің одан әрі қарқынды дамуына серпін болды. Орбиталық көріністердің органикалық химияға ену кезеңін резонанс теориясы ашты. Л. Полинг(1931-1933) және одан әрі жұмыс К.Фукуй, Р.Вудворджәне Р.Хоффманхимиялық реакциялардың бағытын анықтаудағы шекаралық орбитальдардың рөлі туралы.
20 ғасырдың ортасы органикалық синтездің ерекше қарқынды дамуымен сипатталады. Бұл илидтердің көмегімен олефиндерді алу сияқты іргелі процестердің ашылуымен анықталды ( Г. Виттиг, 1954), диен синтезі ( О.Дильсжәне C. Олдер, 1928), қанықпаған қосылыстардың гидроборациясы ( Г.Браун, 1959), нуклеотидтер синтезі және ген синтезі ( А.Тодд, H. Құран). Металл органикалық қосылыстардың химиясындағы жетістіктер көп жағдайда еңбектің арқасында А.Н. Несмеяновжәне Г.А. Разуваева. 1951 жылы ферроценнің синтезі жүргізілді, оның «сэндвич» құрылымы құрылды. Р.Вудворджәне Дж.Уилкинсонметаллоцен қосылыстары химиясының және жалпы өтпелі металдардың органикалық химиясының бастауын белгіледі.
20-30 жылда. А.Е. АрбузовФосфорорганикалық қосылыстардың химиясының негіздерін жасайды, бұл кейіннен физиологиялық белсенді қосылыстардың, комплекстердің және т.б. жаңа түрлерінің ашылуына әкелді.
60-80 жылдары. Ч.Педерсен, Д. Крамжәне Дж.М. Зығыркүшті молекулалық кешендерді құруға қабілетті крондық эфирлердің, криптандардың және басқа да байланысты құрылымдардың химиясын дамыту және осылайша «молекулярлық тану» ең маңызды мәселесіне жақындау.
Қазіргі органикалық химия өзінің қарқынды дамуын жалғастыруда. Органикалық синтез тәжірибесіне жаңа реагенттер, принципті түрде жаңа синтетикалық әдістер мен әдістер, жаңа катализаторлар енгізілді, бұрын белгісіз органикалық құрылымдар синтезделеді. Органикалық жаңа биологиялық белсенді қосылыстарды іздеу үнемі жүргізілуде. Органикалық химияның тағы да көптеген мәселелері шешімін күтуде, мысалы, құрылым-қасиеттік қатынасты (соның ішінде биологиялық белсенділікті) егжей-тегжейлі анықтау, күрделі табиғи қосылыстардың құрылымын және стереодирективті синтезін құру, жаңа аймақтық- және стереоселективті синтетикалық әдістер, жаңа әмбебап реагенттер мен катализаторларды іздеу.
Әлемдік қауымдастықтың органикалық химияны дамытуға деген қызығушылығын 2010 жылы химия бойынша Нобель сыйлығының берілуі айқын көрсетті. Р.Хеку, А.Сузуки және Э.НегишиПалладий катализаторларын органикалық синтезде көміртек-көміртек байланыстарын құру үшін пайдалану жөніндегі жұмысы үшін.
Органикалық қосылыстардың классификациясы
Классификация органикалық қосылыстардың құрылымына негізделген. Құрылымды сипаттаудың негізі құрылымдық формула болып табылады.
Органикалық қосылыстардың негізгі кластары
Көмірсутектер -тек көміртек пен сутектен тұратын қосылыстар. Олар, өз кезегінде, бөлінеді:
Қаныққан- құрамында жалғыз (σ-байланыстар) болады және көп байланыстар болмайды;
Қанықпаған- кем дегенде бір қос (π-байланыс) және/немесе үштік байланыс бар;
ашық тізбек(алициклді);
тұйық контур(циклдік) - циклді қамтиды
Оларға алкандар, алкендер, алкиндер, диендер, циклоалкандар, арендер жатады
Функционалдық топтардағы гетероатомы бар қосылыстар- R көміртегі радикалы функционалдық топпен байланысқан қосылыстар. Мұндай қосылыстар функционалдық топтың табиғаты бойынша жіктеледі:
Алкоголь, фенолдар(құрамында OH гидроксил тобы бар)
Эфирлер(R-O-R немесе R-O-R тобын қамтиды
Карбонилді қосылыстар(құрамында RR «C = O тобы бар), оларға альдегидтер, кетондар, хинондар жатады.
Құрамында карбоксил тобы бар қосылыстар(COOH немесе COOR), оларға карбон қышқылдары, күрделі эфирлер жатады
Элементтік және металлорганикалық қосылыстар
Гетероциклді қосылыстар -сақинада гетероатомдардан тұрады. Олар цикл сипатымен (қаныққан, ароматты), циклдегі атомдар санымен (үш, төрт, бес, алты мүшелі циклдар және т.б.), гетероатомның табиғаты бойынша, циклдегі гетероатомдар саны. Бұл осы кластың белгілі және жыл сайын синтезделетін қосылыстарының алуан түрлілігін анықтайды. Гетероциклдер химиясы органикалық химияның ең қызықты және маңызды салаларының бірі болып табылады. Синтетикалық және табиғи шыққан препараттардың 60%-дан астамы гетероциклді қосылыстардың әртүрлі кластарына жататынын айтсақ та жеткілікті.
Табиғи қосылыстар -әдетте бірден органикалық қосылыстардың бірнеше класына жататын өте күрделі құрылымды қосылыстар. Олардың ішінде: аминқышқылдары, белоктар, көмірсулар, алкалоидтар, терпендер және т.б.
Полимерлер- периодты қайталанатын фрагменттерден тұратын молекулалық массасы өте үлкен заттар – мономерлер.
Органикалық қосылыстардың құрылымы
Органикалық молекулалар негізінен ковалентті полюссіз С-С байланыстары немесе С-O, C-N, C-Hal типіндегі коваленттік полярлық байланыстар арқылы түзіледі. Полярлық электрон тығыздығының электртеріс атомға қарай ығысуымен түсіндіріледі. Органикалық қосылыстардың құрылымын сипаттау үшін химиктер молекулалардың құрылымдық формулаларының тілін пайдаланады, онда жеке атомдар арасындағы байланыстар бір (жай, немесе бір байланыс), екі (қос) немесе үш (үштік) валентті штрихпен белгіленеді. Бүгінгі күнге дейін мәнін жоймаған валенттілік инсульт ұғымы органикалық химияға енді. А.Купер 1858 жылы
Органикалық қосылыстардың құрылымын түсіну үшін көміртегі атомдарының гибридтенуі туралы түсінік өте маңызды. Негізгі күйдегі көміртегі атомы 1s 2 2s 2 2p 2 электрондық конфигурацияға ие, оның негізінде оның қосылыстарындағы көміртекке тән 4 валенттілігін және шыңдарға бағытталған алкандарда 4 бірдей байланыстың болуын түсіндіру мүмкін емес. тетраэдрдің. Валенттік байланыс әдісінің шеңберінде бұл қайшылық будандастыру түсінігін енгізу арқылы шешіледі. Көңіл көтергенде, с→бэлектрондардың ауысуы және одан кейінгі, деп аталатын, sp-будандастыру, гибридтелген орбитальдардың энергиясы энергиялар арасында аралық болады с- және б-орбитальдар. Алкандарда байланыс түзілгенде үш Р- электронның біреуімен әрекеттесуі с-электрон ( sp 3 гибридтену) және бір-біріне тетраэдрлік бұрышта (109 шамамен 28 дюйм) орналасқан 4 бірдей орбиталь пайда болады.Алкендердегі көміртек атомдары sp 2-гибридті күй: әрбір көміртегі атомында бір жазықтықта бір-біріне 120 бұрышта орналасқан үш бірдей орбиталь бар ( sp 2 орбиталь), төртінші ( Р-орбиталь) осы жазықтыққа перпендикуляр. Қабаттасу Р-екі көміртек атомының орбитальдары қос (π) байланыс түзеді. Үштік байланысты тасымалдайтын көміртек атомдары бар sp- гибридті күй.
Органикалық реакциялардың ерекшеліктері
Әдетте иондар бейорганикалық реакцияларға қатысады, мұндай реакциялар тез жүреді және бөлме температурасында аяқталады. Органикалық реакцияларда коваленттік байланыстар жаңаларының пайда болуымен жиі үзіледі. Әдетте, бұл процестер ерекше жағдайларды қажет етеді: белгілі бір температура, реакция уақыты, белгілі бір еріткіштер және жиі катализатордың болуы. Әдетте бір емес, бірнеше реакциялар бірден жүреді.Сондықтан органикалық реакцияларды бейнелегенде теңдеулер емес, стехиометрияны есептемейтін схемалар қолданылады. Органикалық реакциялардағы мақсатты заттардың шығымы көбінесе 50%-дан аспайды, оларды реакциялық қоспадан бөліп алу және тазарту арнайы әдістер мен әдістерді қажет етеді. Қатты заттарды тазарту үшін, әдетте, арнайы таңдалған еріткіштерден қайта кристалдану қолданылады. Сұйық заттар атмосфералық қысымда немесе вакуумда (қайнау температурасына байланысты) айдау арқылы тазартылады. Реакциялардың жүру барысын бақылау үшін жеке күрделі реакциялық қоспалар, хроматографияның әр түрлі түрлері қолданылады [жұқа қабат хроматографиясы (ТЛК), препаративті жоғары өнімді сұйықтық хроматографиясы (HPLC) және т.б.].
Реакциялар өте күрделі және бірнеше сатыда жүруі мүмкін. Аралық қосылыстар ретінде радикалдар R·, карбокациялар R + , карбаниондар R - , карбендер:CX 2 , радикал катиондар, радикал аниондар және басқа белсенді және тұрақсыз бөлшектер әдетте секундтың бір бөлігін өмір сүреді. Реакция кезінде молекулалық деңгейде болатын барлық түрлендірулердің толық сипаттамасы деп аталады реакция механизмі. Алшақтық және байланыстардың түзілу сипаты бойынша радикалды (гомолитикалық) және иондық (гетеролитикалық) процестер бөлінеді. Трансформация түрлері бойынша тізбекті радикалды реакциялар, нуклеофильді (алифаттық және ароматтық) орын басу реакциялары, элиминация реакциялары, электрофильді қосу, электрофильді орынбасу, конденсация, циклизация, қайта түзілу процестері және т.б.Әдістері бойынша реакциялар да жіктеледі. олардың инициациясы (қозу), олардың кинетикалық тәртібі (мономолекулалық, бимолекулалық және т.б.).
Органикалық қосылыстардың құрылымын анықтау
Органикалық химия ғылым ретінде өмір сүрген уақыт ішінде органикалық қосылыстардың құрылымын анықтау ең маңызды міндет болды. Бұл қандай атомдардың құрылымға кіретінін, бұл атомдардың қандай ретпен және қалай байланысқандығын және олардың кеңістікте қалай орналасқанын білу дегенді білдіреді.
Бұл мәселелерді шешудің бірнеше әдістері бар.
- элементтік талдаузаттың қарапайым молекулаларға ыдырауынан тұрады, олардың саны бойынша қосылысты құрайтын атомдар санын анықтауға болады. Бұл әдіс атомдар арасындағы байланыстардың ретін орнатуға мүмкіндік бермейді. Жиі ұсынылған құрылымды растау үшін ғана қолданылады.
- Инфрақызыл спектроскопия (ИҚ спектроскопиясы) және Раман спектроскопиясы (Раман спектроскопиясы). Әдіс заттың инфрақызыл диапазондағы электромагниттік сәулеленумен (жарықпен) әсерлесуіне негізделген (инфрақызыл диапазондағы абсорбция, ал радиацияның шашырауы Раман спектроскопиясында байқалады). Бұл жарық жұтылған кезде молекулалардың діріл және айналу деңгейлерін қоздырады. Анықтамалық деректер дипольдік моменттің (IC) немесе поляризацияланғыштығының (CR) өзгеруіне байланысты молекуланың тербелістерінің саны, жиілігі және қарқындылығы болып табылады. Әдіс функционалдық топтардың болуын анықтауға мүмкіндік береді, сонымен қатар көбінесе олардың спектрлерін салыстыру арқылы белгілі бір затпен заттың сәйкестігін растау үшін қолданылады.
- Масс-спектрометрия. Зат белгілі бір жағдайларда (электрондық әсер ету, химиялық иондау және т.б.) атомдарын жоғалтпай (молекулалық иондар) және жоғалтумен (фрагментация, фрагменттік иондар) иондарға айналады. Әдіс заттың молекулалық массасын, оның изотоптық құрамын, кейде функционалдық топтардың болуын анықтауға мүмкіндік береді. Фрагментацияның табиғаты құрылымдық ерекшеліктер туралы кейбір қорытындылар жасауға және зерттелетін қосылыстың құрылымын қайта құруға мүмкіндік береді.
- Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) әдісірадиожиілік диапазонында айнымалы электромагниттік сәулеленуі бар ядролардың өзіндік магниттік моменті (спин) және сыртқы тұрақты магнит өрісіне (спинді қайта бағдарлау) орналастырылған өзара әрекеттесуіне негізделген. ЯМР химиялық құрылымды анықтаудың ең маңызды және ақпаратты әдістерінің бірі болып табылады. Бұл әдіс молекулалардың кеңістіктік құрылымы мен динамикасын зерттеу үшін де қолданылады. Радиациямен әрекеттесетін ядроларға байланысты, мысалы, молекуладағы сутегі атомдарының орнын анықтауға мүмкіндік беретін протонды-резонанстық PMR, ЯМР 1 H әдісі бар. 19 F ЯМР әдісі фтор атомдарының болуын және орнын анықтауға мүмкіндік береді. 31 P ЯМР әдісі молекуладағы фосфор атомдарының болуы, валенттілігі және орны туралы ақпаратты береді. 13С ЯМР әдісі көміртегі атомдарының саны мен түрлерін анықтауға мүмкіндік береді, ол молекуланың көміртек қаңқасын зерттеу үшін қолданылады. Алғашқы үшеуден айырмашылығы, соңғы әдіс элементтің кіші изотопын пайдаланады, өйткені негізгі 12 С изотопының ядросы нөлдік спинге ие және ЯМР арқылы байқалмайды.
- Ультракүлгін спектроскопия әдісі (УК-спектроскопия)немесе электронды өтпелі спектроскопия. Әдіс молекуладағы электрондардың жоғарғы толтырылған энергия деңгейлерінен бос деңгейлерге ауысуы (молекуланың қозуы) кезінде спектрдің ультракүлгін және көрінетін аймақтарында электромагниттік сәулеленуді жұтуға негізделген. Көбінесе конъюгаттық π-жүйелердің болуын және сипаттамаларын анықтау үшін қолданылады.
- Аналитикалық химияның әдістерінақты химиялық (сапалық) реакциялар арқылы белгілі бір функционалды топтардың болуын анықтауға мүмкіндік береді, олардың фактісі көзбен (мысалы, сыртқы түрі немесе түсінің өзгеруі) немесе басқа әдістерді қолдану арқылы бекітіледі. Органикалық химияда талдаудың химиялық әдістерінен басқа хроматография (жұқа қабат, газ, сұйық) сияқты аспаптық аналитикалық әдістер жиі қолданылады. Олардың арасында құрметті орынды хроматография-масса-спектрометрия алады, бұл алынған қосылыстардың тазалық дәрежесін бағалауға ғана емес, сонымен қатар күрделі қоспалардың құрамдас бөліктері туралы масс-спектрлік ақпарат алуға мүмкіндік береді.
- Органикалық қосылыстардың стереохимиясын зерттеу әдістері. 80-жылдардың басынан. емдік тиімділігі мен қауіпсіздігінің оңтайлы арақатынасы бар энантиомерикалық таза дәрілік заттарды құрумен байланысты фармакология мен фармациядағы жаңа бағытты дамытудың мақсаттылығы айқын болды. Қазіргі уақытта барлық синтезделген фармацевтикалық препараттардың шамамен 15% таза энантиомерлерден тұрады. Бұл тенденция терминнің соңғы жылдардағы ғылыми әдебиеттерде пайда болуынан көрініс тапты хиральды ауыстырып қосқыш, бұл орыс тілінен аударғанда «хиральды молекулаларға ауысу» дегенді білдіреді. Осыған байланысты хиральды органикалық молекулалардың абсолютті конфигурациясын орнату және олардың оптикалық тазалығын анықтау әдістері органикалық химияда ерекше маңызға ие. Абсолютті конфигурацияны анықтаудың негізгі әдісі ретінде рентгендік дифракциялық талдау (XRD), ал оптикалық тазалық – стационарлық хираль фазасы бар бағандардағы хроматография және арнайы қосымша хиральды реагенттерді қолдану арқылы ЯМР әдісі қарастырылуы керек.
Органикалық химияның химия өнеркәсібімен байланысы
Органикалық химияның негізгі әдісі – синтез – органикалық химияны химия өнеркәсібімен тығыз байланыстырады. Синтетикалық органикалық химияның әдістері мен әзірлемелерінің негізінде шағын тоннажды (жұқа) органикалық синтез пайда болды, оның ішінде дәрілік заттар, витаминдер, ферменттер, феромондар, сұйық кристалдар, органикалық жартылай өткізгіштер, күн батареялары және т.б. (негізгі) органикалық синтез де органикалық химияның жетістіктеріне негізделген. Негізгі органикалық синтезге жасанды талшықтарды, пластмассаларды өндіру, мұнай, газ және көмір шикізатын өңдеу жатады.
Ұсынылатын оқу
- Г.В. Быков, Органикалық химияның тарихы, М.: Мир, 1976 (http://gen.lib/rus.ec/get?md5=29a9a3f2bdc78b44ad0bad2d9ab87b87)
- Дж. Март, Органикалық химия: реакциялар, механизмдер және құрылым, 4 томдық, М.: Мир, 1987 ж
- Ф.Кэри, Р.Сандберг, Органикалық химияның тереңдетілген курсы, 2 томда, М.: Химия, 1981 ж
- О.А. Реутов, А.Л. Курц, К.П. Бутин, Органикалық химия, 4 бөлімнен, М .: «Бином, Білім зертханасы», 1999-2004 ж. (http://edu.prometey.org./library/author/7883.html)
- Химиялық энциклопедия, ред. Кнунянц, М.: «Ұлы орыс энциклопедиясы», 1992 ж.
Химиялық қосылыстардың барлық алуан түрлерінің көпшілігінде (төрт миллионнан астам) көміртегі бар. Олардың барлығы дерлік органикалық. Көмірсулар, белоктар, витаминдер сияқты органикалық қосылыстар табиғатта кездеседі, олар жануарлар мен өсімдіктер тіршілігінде маңызды рөл атқарады. Көптеген органикалық заттар мен олардың қоспалары (пластик, каучук, мұнай, табиғи газ және т.б.) елдің халық шаруашылығын дамыту үшін үлкен маңызға ие.
Көміртек қосылыстарының химиясы органикалық химия деп аталады. Міне, осылайша ұлы орыс органикалық химигі А.М. Бутлеров. Дегенмен, барлық көміртегі қосылыстары әдетте органикалық болып жіктелмейді. Көміртек оксиді (II) СО, көмірқышқыл газы СО2, көмір қышқылы H2CO3 және оның тұздары, мысалы, CaCO3, K2CO3 сияқты қарапайым заттар бейорганикалық қосылыстарға жатады. Органикалық заттардың құрамына көміртектен басқа басқа элементтер де кіруі мүмкін. Ең көп тарағандары сутегі, галогендер, оттегі, азот, күкірт және фосфор. Құрамында басқа элементтер, соның ішінде металдар бар органикалық заттар да бар.
2. Көміртек атомының құрылысы (С), оның электрондық қабатының құрылымы
2.1 Органикалық қосылыстардың химиялық құрылымындағы көміртек атомының (С) мәні
КӨМІРБЕК (лат. Carboneum), С, периодтық жүйенің IVа топшасының химиялық элементі; атомдық нөмірі 6, атомдық массасы 12.0107, бейметалдарға жатады. Табиғи көміртек екі тұрақты нуклидтен тұрады - 12С (масса бойынша 98,892%) және 13С (1,108%) және бір тұрақсыз - С жартылай ыдырау периоды 5730 жыл.
табиғатта таралуы. Көміртек жер қыртысының массасының 0,48% құрайды, онда ол мазмұны бойынша басқа элементтердің арасында 17-ші орынды алады. Негізгі көміртегі бар тау жыныстары табиғи карбонаттар (әктас және доломиттер); олардағы көміртегінің мөлшері шамамен 9,610 тоннаны құрайды.
Бос күйінде көміртек табиғатта қазбалы отын түрінде, сонымен қатар минералдар – алмаз және графит түрінде кездеседі. 1013 тоннаға жуық көміртегі қатты және қоңыр көмір, шымтезек, тақтатас, битум сияқты қазбалы отындарда шоғырланған, олар жер қойнауында қуатты жинақтауларды құрайды, сонымен қатар табиғи жанғыш газдар. Алмаздар өте сирек кездеседі. Тіпті құрамында алмас бар таужыныстарда (кимберлиттерде) салмағы 9-10% аспайтын, әдетте 0,4 г аспайтын алмаздар бар.Табылған ірі гауһар тастарға әдетте арнайы ат беріледі. Салмағы 621,2 г (3106 карат) ең үлкен Куллинан алмасы 1905 жылы Оңтүстік Африкада (Трансвааль), ал салмағы 37,92 г (190 карат) ең үлкен ресейлік Орлов алмасы 17 ғасырдың ортасында Сібірде табылды.
Қара-сұр түсті мөлдір емес, ұстағанда майлы, металл жылтыр, графит бір-бірінің үстіне бос қабатталған көміртегі атомдарының жалпақ полимерлі молекулаларының жинақталуы. Бұл жағдайда қабаттар арасындағы атомдарға қарағанда қабат ішіндегі атомдар өзара тығыз байланысқан.
Алмаз басқа мәселе. Түссіз, мөлдір және сыну қабілеті жоғары кристалында әрбір көміртек атомы тетраэдр шыңдарында орналасқан төрт бірдей атоммен химиялық байланысқан. Барлық байланыстардың ұзындығы бірдей және өте берік. Олар кеңістікте үздіксіз үш өлшемді жақтауды құрайды. Бүкіл алмаз кристалы, «әлсіз» жерлері жоқ бір алып полимер молекуласы, өйткені барлық байланыстардың күші бірдей.
Алмаздың 20°С тығыздығы 3,51 г/см 3 , графиттікі – 2,26 г/см 3 . Алмаздың физикалық қасиеттері (қаттылық, электр өткізгіштік, жылу кеңею коэффициенті) барлық бағытта іс жүзінде бірдей; бұл табиғатта кездесетін барлық заттардың ең қаттысы. Графитте бұл қасиеттер әртүрлі бағытта – көміртегі атомдарының қабаттарына перпендикуляр немесе параллель – бір-бірінен айтарлықтай ерекшеленеді: кіші бүйірлік күштердің әсерінен графиттің параллель қабаттары бір-біріне қатысты ығысады және қағазда із қалдыратын бөлек үлпектерге бөлінеді. . Электрлік қасиеттері бойынша алмас диэлектрик, ал графит электр тогын өткізеді.
Алмаз 1000 ° C-тан жоғары ауасыз қыздырылған кезде графитке айналады. Графит бірдей жағдайда тұрақты қыздыру кезінде 3000 ° C дейін өзгермейді, ол балқымай сублимацияланады. Графиттің алмазға тікелей ауысуы тек 3000°С жоғары температурада және орасан зор қысымда – шамамен 12 ГПа болады.
Көміртектің үшінші аллотропиялық модификациясы – карбин – жасанды жолмен алынды. Бұл жұқа кристалды қара ұнтақ; оның құрылымында көміртегі атомдарының ұзын тізбектері бір-біріне параллель болады. Әрбір тізбектің құрылымы (-C=C) L немесе (=C=C=) L. Графит пен алмас арасындағы карабиннің орташа тығыздығы 2,68-3,30 г/см 3 құрайды. Карабиннің ең маңызды ерекшеліктерінің бірі оның адам ағзасының тіндерімен үйлесімділігі болып табылады, бұл оны, мысалы, организмнен бас тартпайтын жасанды қан тамырларын жасауда қолдануға мүмкіндік береді (1-сурет).
Фуллерендер өз есімдерін химиктің құрметіне емес, американдық сәулетші Р.Фуллердің құрметіне алды, ол күмбез түріндегі ангарлар мен басқа құрылымдарды салуды ұсынды, олардың беті бесбұрыштар мен алтыбұрыштардан тұрады (мұндай күмбез болды. мысалы, Мәскеудегі Сокольники саябағында салынған).
Көміртегі де құрылымы бұзылған күймен сипатталады - бұл деп аталады. аморфты көміртек (күйе, кокс, көмір) күріш. 2. Көміртекті (С) алу:
Біздің айналамыздағы заттардың көпшілігі органикалық қосылыстар. Бұл жануарлар мен өсімдіктердің ұлпалары, біздің азық-түлік, дәрі-дәрмек, киім (мақта, жүн және синтетикалық талшықтар), жанармай (мұнай және табиғи газ), резеңке және пластмасса, жуғыш заттар. Қазіргі уақытта мұндай 10 миллионнан астам заттар белгілі және ғалымдардың табиғат объектілерінен белгісіз заттарды бөліп алып, табиғатта жоқ жаңа қосылыстар жасауына байланысты олардың саны жыл сайын айтарлықтай өсуде.
Органикалық қосылыстардың мұндай алуан түрлілігі көміртегі атомдарының өздерінің арасында да, басқа атомдармен де күшті коваленттік байланыстар түзетін бірегей ерекшелігімен байланысты. Көміртек атомдары бір-бірімен жалғыз және бірнеше байланыстармен қосылып, кез келген ұзындықтағы және циклдардағы тізбектерді құра алады. Органикалық қосылыстардың алуан түрлілігі де изомерия құбылысының болуымен байланысты.
Барлық дерлік органикалық қосылыстардың құрамында сутегі бар, көбінесе олар оттегі, азот атомдарын қамтиды, азырақ - күкірт, фосфор, галогендер. Құрамында көміртекпен тікелей байланысқан кез келген элементтердің атомдары бар қосылыстар (O, N, S және галогендерден басқа) органоэлементтік қосылыстар деген атпен топтастырылады; мұндай қосылыстардың негізгі тобы металлорганикалық қосылыстар (3-сурет).
Органикалық қосылыстардың үлкен саны олардың нақты жіктелуін талап етеді. Органикалық қосылыстың негізін молекуланың қаңқасы құрайды. Қаңқа ашық (тұйық емес) құрылымға ие болуы мүмкін, содан кейін қосылыс ациклді (алифатты; алифаттық қосылыстар майлы қосылыстар деп те аталады, өйткені олар майлардан алғаш оқшауланған), ал тұйық құрылымды, содан кейін ол циклдік деп аталады. Қаңқа көміртек болуы мүмкін (тек көміртек атомдарынан тұрады) немесе құрамында көміртектен басқа атомдар болуы мүмкін - деп аталатын. гетероатомдар, көбінесе оттегі, азот және күкірт. Циклді қосылыстар ароматты және алициклды (құрамында бір немесе бірнеше сақина бар) және гетероциклді болуы мүмкін карбоциклді (көміртек) болып бөлінеді.
Сутегі мен галоген атомдары қаңқаға кірмейді, ал гетероатомдар кем дегенде екі көміртек байланысы болған жағдайда ғана қаңқаға кіреді. Сонымен, этил спиртінде CH3CH2OH оттегі атомы молекуланың қаңқасына кірмейді, ал диметил эфирінде CH3OCH3 оның құрамына кіреді.
Сонымен қатар, ациклді қаңқа тармақсыз (барлық атомдар бір қатарда орналасқан) және тармақталған болуы мүмкін. Кейде тармақталмаған қаңқа сызықтық деп аталады, бірақ біз жиі қолданатын құрылымдық формулалар атомдардың нақты орналасуын емес, тек байланыс тәртібін беретінін есте ұстаған жөн. Осылайша, «сызықтық» көміртегі тізбегі ирек пішінге ие және кеңістікте әртүрлі тәсілдермен бұра алады.
Молекуланың қаңқасында көміртегі атомдарының төрт түрі бар. Көміртек атомы екінші көміртек атомымен бір ғана байланыс түзсе, оны біріншілік деп атайды. Екінші атом басқа екі көміртегі атомымен, үшінші атом үш атоммен байланысады, ал төрттік атом көміртегі атомдарымен байланыс құру үшін өзінің төрт байланысын түгел пайдаланады.
Келесі жіктеу ерекшелігі - бірнеше облигациялардың болуы. Құрамында жай байланыстар ғана бар органикалық қосылыстар қаныққан (шектеуіш) деп аталады. Құрамында қос немесе үш байланысы бар қосылыстар қанықпаған (қанықпаған) деп аталады. Олардың молекулаларында шекті атомдарға қарағанда бір көміртегі атомында сутегі атомдары аз болады. Бензол қатарындағы циклдік қанықпаған көмірсутектер ароматты қосылыстардың жеке класына бөлінеді.
Үшінші классификациялық белгі – бұл қосылыстар класына тән және оның химиялық қасиеттерін анықтайтын функционалдық топтардың, атомдар топтарының болуы. Функционалды топтардың саны бойынша органикалық қосылыстар монофункционалды – бір функционалды топты қамтиды, полифункционалды – глицерин сияқты бірнеше функционалды топтарды қамтиды және гетерофункционалды – бір молекулада аминқышқылдары сияқты бірнеше түрлі топтарға бөлінеді.
Қандай көміртек атомының функционалдық тобы бар екеніне байланысты қосылыстар біріншілік, мысалы, этилхлорид СН 3 СН 2 С1, екіншілік - изопропилхлорид (СН3) 2СНС1 және үшінші - бутилхлорид (CH 8) 8 CCl болып бөлінеді.
Органикалық химия көміртек қосылыстарын зерттейтін ғылыморганикалық заттар. Осыған байланысты органикалық химия деп те аталады көміртек қосылыстарының химиясы.
Органикалық химияның жеке ғылымға бөлінуінің ең маңызды себептері төмендегідей.
1. Бейорганикалықтармен салыстырғанда көптеген органикалық қосылыстар.
Белгілі органикалық қосылыстардың саны (шамамен 6 миллион) Менделеевтің периодтық жүйесінің барлық басқа элементтерінің қосылыстарының санынан айтарлықтай асып түседі.Қазіргі уақытта 700 000-ға жуық бейорганикалық қосылыстар белгілі, енді бір жылда шамамен 150 000 жаңа органикалық қосылыстар алынады. Бұл химиктер органикалық қосылыстарды синтездеу және зерттеумен ерекше қарқынды айналысатындығымен ғана емес, сонымен қатар көміртегі элементінің тізбектер мен циклдармен байланысқан көміртегі атомдарының шексіз дерлік саны бар қосылыстар берудегі ерекше қабілетімен түсіндіріледі.
2. Органикалық заттардың өте алуан түрлі практикалық қолданылуымен де, организмдердің өмірлік процестерінде шешуші рөл атқаратынымен де ерекше маңызға ие.
3. Органикалық қосылыстардың бейорганикалық қосылыстардың қасиеттері мен реакциялық қабілетінде айтарлықтай айырмашылықтары бар, нәтижесінде органикалық қосылыстарды зерттеудің көптеген нақты әдістерін жасау қажеттілігі туындады.
Органикалық химияның пәні органикалық қосылыстардың маңызды кластарын алу әдістерін, құрамын, құрылымын және қолданылуын зерттейді.
2. Органикалық химияның дамуына қысқаша тарихи шолу
Органикалық химия ғылым ретінде 19 ғасырдың басында қалыптаса бастады, бірақ адамның органикалық заттармен танысуы және оларды практикалық мақсатта қолдануы ерте заманда басталды. Алғашқы белгілі қышқыл сірке суы немесе сірке қышқылының сулы ерітіндісі болды. Ежелгі халықтар жүзім шырынын ашытуды білген, олар ректификацияның қарабайыр әдісін білген және оны скипидар алу үшін қолданған; Галлдар мен немістер сабын жасауды білген; Мысырда, Галлияда және Германияда сыраны қайнатуды білген.
Үндістанда, Финикияда, Египетте органикалық заттардың көмегімен бояу өнері жоғары дамыған. Сонымен қатар, ежелгі адамдар органикалық заттарды май, май, қант, крахмал, сағыз, шайыр, индиго және т.б.
Орта ғасырлардағы химиялық білімнің даму кезеңі (шамамен 16 ғасырға дейін) алхимия кезеңі деп аталды. Дегенмен, бейорганикалық заттарды зерттеу органикалық заттарды зерттеуге қарағанда әлдеқайда табысты болды. Соңғысы туралы ақпарат ежелгі дәуірдегідей дерлік шектеулі болып қалды. Дистилляция әдістерін жетілдіру арқылы кейбір жетістіктерге қол жеткізілді. Осылайша, атап айтқанда, бірнеше эфир майлары бөлініп, күшті шарап спирті алынды, ол философиялық тасты дайындауға болатын заттардың бірі болып саналды.
18 ғасырдың соңы органикалық заттарды зерттеуде елеулі табыстармен ерекшеленді, ал органикалық заттар таза ғылыми тұрғыдан зерттеле бастады. Осы кезеңде өсімдіктерден бірқатар маңызды органикалық қышқылдар (қымыздық, лимон, алма, галл) бөлініп, сипатталған және майлар мен майлардың құрамында жалпы компонент ретінде «майлардың тәтті бастамасы» болатыны анықталды. (глицерин) және т.б.
Бірте-бірте органикалық заттарды зерттеу дами бастады - жануарлар ағзаларының тіршілік әрекетінің өнімдері. Мысалы, адамның зәрінен мочевина мен зәр қышқылы, ал сиыр мен жылқы зәрінен гиппур қышқылы бөлініп алынды.
Елеулі фактілік материалдың жинақталуы органикалық заттарды тереңірек зерттеуге күшті түрткі болды.
Органикалық заттар және органикалық химия ұғымдарын алғаш рет швед ғалымы Берцелиус (1827) енгізді. Көптеген басылымдардан өткен химия оқулығында Берцелиус «тірі табиғатта элементтер жансыз табиғатқа қарағанда басқа заңдарға бағынады» және органикалық заттар кәдімгі физикалық және химиялық күштердің әсерінен түзілмейді, бірақ оларды қажет етеді деген сенімін білдіреді. олардың қалыптасуы үшін ерекше «өмір күші». Ол органикалық химияны «Өсімдіктер мен жануарлар заттарының немесе тіршілік күшінің әсерінен түзілетін заттардың химиясы» деп анықтады. Органикалық химияның кейінгі дамуы бұл көзқарастардың қателігін дәлелдеді.
1828 жылы Вёлер бейорганикалық зат – аммоний цианаты қыздырылған кезде жануар организмінің қалдық өнімі – мочевинаға айналатынын көрсетті.
1845 жылы Кольбе бастапқы материал ретінде көмір, күкірт, хлор және суды қолданып, әдеттегі органикалық зат – сірке қышқылын синтездеді. Салыстырмалы түрде қысқа мерзімде бұрын тек өсімдіктерден бөлініп алынған басқа да бірқатар органикалық қышқылдар синтезделді.
1854 жылы Бертелот майлар класына жататын заттарды синтездеуге қол жеткізді.
1861 жылы А.М.Бутлеров әк суының параформальдегидке әсер етуі арқылы алғаш рет қант класына жататын метиленитанның синтезін жүзеге асырды, ол белгілі болғандай қанттың өмірлік процестерінде маңызды рөл атқарады. организмдер.
Осы ғылыми жаңалықтардың барлығы витализмнің – «өмірлік күш» туралы идеалистік ілімнің күйреуіне әкелді.