Открытия в области органической химии

Министерство  образования Республики Беларусь

Государственное учреждение образования

«Бобруйский государственный лесотехнический колледж»

 

 

 

 

 

 

Реферат:

Открытия в области органической химии

 

 

Выполнила учащаяся группы Э-11

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Бобруйск

2013 

 

Содержание

Введение

Открытие Жданова  и Андрианова

Крушение витализма

«Кирпичики» жизни

Изомеры и радикалы

Анализ пирополимеров

История открытия спиртов

Открытие радиоактивности 

Внезапные открытия в области органической химии

Литература

 

 

 

 

 

Введение

Органи́ческая хи́мия — раздел химии, изучающий соединения углерода, их структуру, свойства, методы синтеза. Органическими называют соединения углерода с другими элементами. Наибольшее количество соединений углерод образует с так называемыми элементами-органогенами: H, N, O, S, P. Способность углерода соединяться с большинством элементов и образовывать молекулы различного состава и строения обусловливает многообразие органических соединений (к концу XX века их число превысило 10 млн, сейчас более 60 млн[источник не указан 502 дня]). Органические соединения играют ключевую роль в существовании живых организмов.

Предмет органической химии включает следующие цели, экспериментальные  методы и теоретические представления:

• Выделение индивидуальных веществ из растительного, животного или ископаемого сырья
• Синтез и очистка соединений
• Определение структуры веществ
• Изучение механизмов химических реакций
• Выявление зависимостей между структурой органических веществ и их свойствами

 

Открытие Жданова и Андрианова

Подлинную революцию  в деле получения термостойких полимеров совершило открытие группы советских ученых под руководством А. А. Жданова, ученика академика К. А. Андрианова. В 1965 г. они опубликовали свои результаты по получению серии полиорганосесквисилок-санов с помощью открытого ими принципиально нового и довольно простого и надеяшого метода. В качестве исходного соединения для синтеза лестничного силоксана был использовал «кубик» — мономер, который легче нарисовать, чем назвать словами, потому что его название должно звучать примерно так: октафепилстереогекса-циклосиладуодекаоксан, да и то еще не совсем правильно, а структурная формула приведена па 8, а.

При нагревании такого «кубика» в специально подобранных  условиях и в присутствии анионных катализаторов он превращается в  полимер, имеющий лестничную структуру ( 8, б) и молекулярную массу до нескольких миллионов, т. е. каждая макромолекула содержит от 4000 до 16 ООО элементарных звопьев.

Самым удивительным оказалось то, что полимер этот прекрасно растворяется во многих органических раство-ГЛях Для изучения его структуры пришлось шв-пиально разрабатывать новые гидродинамические и элек-шоичкие методы. Каждый из новых методов подтвердил, что полимер действительно лестничный. Правда, тщательное исследование показало, что на практике длина истинно лестничного сегмента в этом полимере изменяется в зависимости от условий проведения синтеза от 37 до 96 элементарных звеньев. Затем идут один-два обычных линейных силоксановых звена, снова — такой я?е лестничный сегмент и т. д. Но стоит вспомнить, что молекулярная масса одного такого сегмента составляет 10000—25000, что почти равняется молекулярной массе иного обычного линейного или циклоцепного полимера. Так что даже при таких «дефектах» полимерной цепи лестничные полимерные сесквисилоксапы оказались способны длительно работать, сохраняя высокую прочность, при температуре до 400 °С, а кратковременно выдерживали и 700°С! Кроме фенилзамещенных, таким же способом были получены хлорфеннл-, 3-метилбутенил-, изо-бутилзамещепные и другие лестничные сесквисилоксано-вые полимеры. Все они растворимы в органических растворителях, имеют очень высокую молекулярную массу и высокую термическую стабильность.

Значимость этого  открытия тем более возрастает, если учесть, что и 10 лет спустя в работах но синтезу лестничных силоксанов обычными способами удалось достичь молекулярных масс лишь в несколько тысяч. Один из таких полимеров был синтезирован термической полйкон-денсацией ис-1,3,5,7-тетраокси-1,3,5,7-тетрафепилцикло-тетрасилоксана (ну и назвапьице!), а вся формула макромолекулы полученного полимера уместилась па 8, в. Более перспективным, по-видимому, следует считать направление синтеза силоксанов, в макромолекулах которых сочетаются лестничные элементы со спироструктурами, например таких, что показаны па 8, г. Этот полимер, синтезированный в 1975 г., имел молекулярную массу 300 000, прекрасно растворялся в толуоле и обладал высокой термостойкостью.

 

Крушение витализма

Еще со времени  открытия огня человек разделил вещества на две группы: горючие и негорючие. К горючим веществам относились, в частности, дерево и жир или масло, они в основном и служили топливом. Дерево — это продукт растительного происхождения, а жир и масло — продукты как животного, так и растительного происхождения. Вода, песок, различные горные породы и большинство других веществ минерального происхождения не горели, более того, гасили огонь.

Таким образом, между способностью вещества к горению  и принадлежностью его к живому или неживому миру существовала определенная связь. Хотя, безусловно, были известны и исключения. Например, уголь и сера — продукты неживой материи — входили в группу горючих веществ.

Накопленные в XVIII столетии знания показали химикам, что  судить о природе веществ, исходя только из их горючести или негорючести, нельзя. Вещества неживой природы могли выдерживать жесткую обработку, а вещества живой или некогда живой материи такой обработки не выдерживали. Вода кипела и снова конденсировалась в воду; железо или соль расплавлялись, но, остывая, возвращались в исходное состояние. В то же время оливковое масло или сахар при нагревании превращались в дым и гарь. То, что оставалось, не имело уже ничего общего с оливковым маслом или сахаром, и превратить этот остаток в оливковое масло или сахар больше не удавалось. Словом, вещества этих двух групп вели себя принципиально различным образом.

В 1807 г. Берцелиус  предложил вещества, подобные оливковому маслу или сахару, которые типичны  для живой природы, называть органическими. Вещества, подобные воде и соли, которые  характерны для неживой природы, он назвал неорганическими.

Химиков не переставало  удивлять, что органические вещества при нагревании или каком-либо другом жестком воздействии легко превращаются в неорганические вещества. (Возможность обратного превращения, т. е. превращения неорганического вещества в органическое была установлена несколько позднее.) То время было временем господства витализма — учения, рассматривающего жизнь

как особое явление, подчиняющееся не законам мироздания, а влиянию особых жизненных сил. Защитником витализма веком раньше был Шталь, основатель теории флогистона (см. гл. 5). Сторонники витализма утверждали, что для превращения неорганических веществ в органические требуется какое-то особое воздействие («жизненная сила»), которое проявляется только внутри живой ткани. По этой причине неорганические соединения, например воду, можно было найти повсюду — в пределах и живого, и неживого мира, тогда как органические соединения, образующиеся под воздействием жизненной силы, можно найти только в живых тканях.

Химики, имевшие  дело с самыми обычными соединениями и пользовавшиеся самыми обычными методами, осуществить превращение, требовавшее  участия жизненных сил, естественно, не могли.

Первые сомнения в справедливости такого утверждения  возникли после опубликования в 1828 г. работы Фридриха Вёлера (1800— 1882), немецкого химика, ученика Берцелиуса. Вёлера, в частности, интересовали цианиды и родственные им соединения. Нагревая цианат аммония (в то время это соединение безоговорочно причисляли к неорганическим веществам, не имеющим ничего общего с живой материей), Вёлер обнаружил, что в процессе нагревания образуются кристаллы, похожие на мочевину — продукт жизнедеятельности человека и животных, выделяющийся в значительных количествах с мочой. Тщательно изучив эти кристаллы, Вёлер установил, что он действительно получил мочевину — бесспорно органическое соединение.

Вёлер несколько раз повторил опыт и, убедившись, что он по своему желанию может превращать неорганическое соединение (цианат аммония) в органическое (мочевину), сообщил о своем открытии Берцелиусу. Берцелиус был упрямым человеком, который редко менял свое мнение под чьимлибо влиянием, однако в этом случае он вынужден был согласиться, что проведенное им, Берцелиусом, разделение на органические и неорганические соединения оказалось не таким четким, как он полагал.

Однако не надо переоценивать значения этой работы Вёлера %). Сама по себе она не столь уж существенна. Строго говоря, цианат аммония не является типичным неорганическим соединением, но даже если считать его таковым, то превращение цианата аммония в мочевину (как со временем и было показано) является просто результатом изменения расположения атомов внутри молекулы. И в самом деле, ведь молекула мочевины фактически является перестроенной молекулой все того же цианата аммония.

И тем не менее значение открытия Вёлера отрицать нельзя. Оно способствовало низвержению витализма * и вдохновило химиков на попытки синтеза органического вещества; не будь этого открытия, химики направили бы свои усилия в другом направлен НИИ.

В 1845 г. Адольф Вильгельм  Герман Кольбе (1818—1884), ученик Вёлера, успешно синтезировал уксусную кислоту, считавшуюся в его время несомненно органическим веществом. Более того, он синтезировал ее таким методом, который позволил проследить всю цепь химических превращений — от исходных элементов (углерода, водорода и кислорода) до конечного продукта — уксусной кислоты. Именно такой синтез из элементов, или полный синтез, и был необходим. Если синтез мочевины Вёлера породил сомнения относительно существования «жизненной силы», то синтез уксусной кислоты Кольбе позволил решить этот вопрос.

Французский химик  Пьер Эжен Марселей Бертло (1827—1907)3) в 50е годы XIX в. начал систематическую разработку синтеза органических соединений и достиг больших успехов. Он синтезировал, в частности, такие хорошо известные и важные соединения, как метиловый и этиловый спирты, метан, бензол, ацетилен. Бертло «нарушил границу» между неорганической и органической химией, покончив с пресловутым «запретом». В дальнейшем такое «нарушение границ» стало обычным.

 

«Кирпичики» жизни

Вёлер, Кольбе и Бертло синтезировали относительно простые органические соединения, тогда как для живой природы характерны значительно более сложные соединения типа крахмала, жиров и белков. Изучать такие соединения гораздо труднее; непросто даже установить их точный элементный состав. В целом изучение органических веществ обещало разгадку многих проблем, но подступиться к этим веществам химику прошлого века было совсем непросто.

Вначале об этих сложных соединениях было известно только то, что их можно разбить  на сравнительно простые «строительные  блоки» («кирпичики»), нагревая их с разбавленной кислотой или разбавленным основанием. Русский химик Константин Сигизмундович Кирхгоф (1764—1833) первым занялся детальным изучением этого вопроса. В 1812 г. ему удалось превратить крахмал, нагревая его с кислотой, в сахар, который впоследствии получил название глюкозы.

В 1820 г. французский  химик Анри Браконно (1780—1854) таким же способом обрабатывал желатину (продукт денатурирования белка) и получил глицин — азотсодержащую органическую кислоту, относящуюся к той группе веществ, которые впоследствии были названы (Берцелиусом) аминокислотами. Глицин был первой из двадцати различных аминокислот, выделенных в следующем веке из природных белков.

И крахмал, и  белок имеют гигантские молекулы, построенные, как выяснилось позднее, из длинных цепей, состоящих из остатков глюкозы и аминокислот соответственно. Химики ХIХ в. пряктически были лишены возможности синтезировать эти длинные цепи в лаборатории. Иначе дело обстояло с жирами.

Французский химик  Мишель Эжен Шеврель (1786—1889) посвятил первую половину своей очень долгой творческой жизни изучению жиров. В 1809 г. он обработал мыло (полученное нагреванием жира со щелочью) кислотой и выделил то, что мы теперь называем жирными кислотами. Позднее он показал, что, превращаясь в мыло, жиры теряют глицерин.

Молекула глицерина  сравнительно простая и построена  таким образом, что к ней легко  могут «прикрепиться» дополнительные группы атомов.

Следовательно, вполне логично было предположить, что, в то время как крахмал  и белки, скорее всего, построены  из большого числа простых остатков молекул, с жирами дело обстоит иначе. До середины XIX в. считалось, что жиры, вероятно, построены из остатков только четырех молекул: молекулы глицерина и трех молекул жирных кислот.

На этом этапе  свое слово сказал Бертло. В 1854 г. он, нагревая глицерин со стеариновой кислотой (одной из самых распространенных жирных кислот, полученных из жиров), получил молекулу, состоящую из остатка молекулы глицерина и трех остатков молекул стеариновой кислоты. Этот тристеарин, который оказался идентичен тристеарину, полученному из природных жиров, был самым

сложным из синтезированных к тому времени аналогов природных продуктов.

Бертло сделал еще более важный шаг. Вместо стеариновой кислоты он взял кислоты, похожие на нее, но полученные не из природных жиров, и также нагрел их с глицерином. В результате Бертло получил соединения, очень похожие на обычные жиры, но несколько отличающиеся от любого из природных жиров.

Этот синтез показал, что химик не только способен синтезировать аналоги природных продуктов, он в состоянии сделать большее. Например, он может синтезировать из продуктов неживой природы соединение, по всем своим свойствам являющееся органическим. Именно с синтезом аналогов природных продуктов связаны самые крупные достижения органической химии второй половины XIX в. (см. гл. 10).