Вклад Бутлерова в развитие органической химии

 

 

Министерство образования  и науки РФ

Федеральное государственное  бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тульский государственный университет

Кафедра Философии

 

 

Курсовая работа  по дисциплине

«Концепции современного естествознания»

 

Вклад Бутлерова в развитие органической химии

 

 

Подготовил:

 

 

 

Проверил:

 

 

 

 

 

 

Тула,2011

 

Содержание:

Введение – ст. 3

Глава I. Развитие органической химии в IX в.

1. . Состояние органической химии в середине XIX в. – ст.5
2. .Предпосылки создания теории химического строения органических   веществ.- ст. 6
3. . Взгляды А.М. Бутлерова на строение органических веществ. – ст. 7

Глава II. Теория химического строения А. М. Бутлерова и её дальнейшее развитие.

2.1. Основные положения  теории. – ст. 9

2.1.1.  Понятие химического строения.  – ст. 10

2.1.2. Зависимость  свойств  веществ от их химического строения. – ст. 11

2.1.3.  Изомерия. – ст. 14

2.1.4  Взаимное влияние атомов в молекулах. – ст. 16

2.1.5  Формулы химического строения. – ст. 17

2.1.6.  Пространственное строение молекул. – ст. 18

2.2.  Развитие теории  химического строения в xx в. – ст. 21

 

Заключение.  - ст. 23

Список  использованной литературы. – ст. 25

 

 

 

 

 

Введение

     История науки знает немало великих имён, с которыми связаны фундаментальные открытия в области естественных наук, однако в подавляющем большинстве случаев это – учёные, работавшие в одном направлении развития наших знаний. Значительно реже появлялись мыслители, которые охватывали своим мудрым взором всю совокупность знаний своей эпохи и на столетия определяли характер научного мировоззрения. В XIX в. такой величиной в области естественных наук стал Александр Михайлович Бутлеров. Заслуги А. М. Бутлерова в области органической химии достаточно велики, чтобы отвести ему почетное место в истории мировой и отечественной науки.

     Огромным вкладом А. М. Бутлерова в мировую науку было создание теории химического строения, лежащей в основе современных представлений о природе химических соединений. Он был основоположником крупнейшей школы русских химиков (« бутлеровской школы »), из которой вышли почти все выдающиеся отечественные химики-органики и которой страна обязана решением многих важных народнохозяйственных проблем, подобных открытию промышленного метода получения синтетического каучука.

     Он, несомненно, принадлежал к тем немногим в истории не только своего народа, но и человечества, кому было по силам охватить могучим умом целостность органической химии и стать провидцем её дальнейшего развития

     Актуальность данной темы заключается в том, что изучение органической химии становится все более важной и необходимой задачей. Это вызвано непрерывно возрастающим и усложняющимся воздействием человека на окружающую среду.

     Изучать органическую  химию без теоретического наследия  Бутлерова невозможно. Недаром известный советский учёный академик А. Н. Несмеянов, выступая на Международном химическом симпозиуме в 1961г. в Ленинграде, сказал: "Вряд ли можно назвать другую отрасль науки, в которой единственная теория занимала такое доминирующее и определяющее курс положение, как теория строения А. М. Бутлерова в органической химии. 100 лет она служит стержнем развития и расцвета этой науки".

     Именно поэтому наша научная общественность и вся страна до сих пор  высоко чтут имя А. М. Бутлерова.

 

Цель  работы  - раскрыть аспекты теории химического строения органических веществ.

 

Для достижения данной цели, были поставлены следующие задачи:

 

1. Проанализировать состояние органической химии в середине XIX в.
2. Рассмотреть предпосылки теории химического строения
3. Сформулировать и сгруппировать основные положения этой теории
4. Проследить, как эта теории повлияла на дальнейшее состояние органической химии.

 

 

 

 

Глава I. Развитие органической химии в IX в.

1.1Состояние органической  химии в середине XIX в.

 

    В середине XIX в. в мировой органической химии господствовали доструктурные теории – теория радикалов и теория типов.

    Теория радикалов ( ее создатели Ж. Дюма, И. Берцелиус) утверждала, что

в состав органических веществ  входят радикалы , переходящие из одной

молекулы в другую: радикалы постоянны по составу и могут  существовать в

свободном виде. В дальнейшем было установлено, что радикалы могут

подвергаться изменениям в результате реакции замещения (замещение атомов водорода атомами хлора). Так, была получена трихлоруксусная кислота.

     Теория радикалов была постепенно отвергнута, однако она оставила глубокий след в науке: понятие о радикале прочно вошло в химию. Верными оказались утверждения о возможности существования радикалов в свободном виде, о переходе в огромном числе реакций определенных групп из одного соединения в другое.

    Наиболее распространенной в 40-е г.г. ХIХ века была теория типов.

Согласно этой теории все  органические вещества считали производными

простейших неорганических веществ – типа водорода, хлоро-водорода, воды,

аммиака и др. Например, тип  водорода

     Согласно этой теории формулы выражают не внутреннее строение молекул, а только способы образования и реакции вещества. Создатель этой теории Ш.Жерар и его последователи считали, что строение вещества не может быть познано, так как молекулы в процессе реакции изменяются. Для каждого вещества можно написать столько формул, сколько различных видов превращений может испытывать вещество.

    Теория типов в свое время была прогрессивной, так как она позволила

провести классификацию  органических веществ, предсказать  и открыть ряд

несложных веществ, если удавалось  отнести их по составу и некоторым

свойствам к определенному  типу. Однако далеко не все синтезируемые  вещества укладывались в тот или иной тип соединений.

      Теория типов обратила основное внимание на изучение химических превращений органических соединений, что важно было для познания свойств веществ.

     В дальнейшем теория типов стала тормозом развития органической химии, так как она не в состоянии была объяснить факты, накопившиеся в науке, указать пути синтеза новых веществ, необходимых для техники, медицины, ряда отраслей промышленности и др. Нужна была новая теория, которая смогла бы не только объяснить факты, наблюдения,

но и прогнозировать, указывать  пути синтеза новых веществ.

Фактов, требовавших объяснений много –

- вопрос валентности

- изомерии

- написание формул

 

1.2.Предпосылки  создания теории химического строения органических веществ

      К моменту появления теории химического строения А.М. Бутлерова многое уже было известно о валентности элементов: Э. Франкланд установил

валентность для ряда металлов, для органических соединений А.Кекуле

предложил четырехвалентность атома углерода ( 1858) , было высказано

предположение об углерод-углеродной связи, о возможности соединения атомов углерода в цепи (1859, А.С. Купер, А.Кекуле ). Эта идея сыграла большую роль в развитии органической химии.

    Важным событием  в химии был Международный  конгресс химиков ( 1860,

г.Карлсруэ), где были четко  определены понятия об атоме, молекуле, атомном весе, молекулярном весе. До этого не было общепризнанных критериев для определения этих понятий, поэтому была путаница в написании формул веществ.

     А.М. Бутлеров считал самым существенным успехом химии за период с 1840 по 1880г. установление понятий об атоме и молекуле, что дало толчок развитию учения о валентности и позволило перейти к созданию теории химического строения.

    Таким образом, теория химического строения возникла не на пустом месте.

Объективными предпосылками  ее появления явились:

 

• Введение в химию понятий о валентности и особенно, о четырехвалентности атома углерода,
• Введение понятия об углерод-углеродной связи.
• Выработка правильного представления об атомах и молекулах.

 

1.3.Взгляды А.М.  Бутлерова на строение органических веществ

  

     В 1861 году был произнесен доклад А.М. Бутлерова на ХХХVI съезде

немецких врачей и естествоиспытателей  в Шпейере. Между тем его первое

выступление по теоретическим  вопросам органической химии состоялось в

1858г, в Париже в Химическом  обществе. В своем выступлении,  а также в

статье о А.С. Купере ( 1859г.) А.М. Бутлеров указывает на то, что  в создании теории химического строения должна сыграть роль валентность (химическое сродство). Здесь он впервые употребил термин «структура», высказал мысль о возможности познания строения вещества, об использовании

для этих целей экспериментальных  исследований.

    Основные идеи о химическом строении были изложены А.М. Бутлеровым в1861 году в докладе «О химическом строении веществ». В нем отмечалось отставание теории от практики, указывалось на то, что теория типов, несмотря на некоторые ее положительные стороны, имеет крупные недостатки. В докладе дано четкое определение понятия о химическом строении, рассмотрены пути установления химического строения ( способы синтеза веществ, использование различных реакций ).

    А.М. Бутлеров утверждал, что каждому веществу соответствует одна

химическая формула: она  характеризует все химические свойства вещества,

реально отражает порядок  химической связи атомов в молекулах. В последующие годы А.М. Бутлеров и его ученики осуществили ряд экспериментальных работ с целью проверки правильности предсказаний, сделанных на основе теории химического строения. Так, были синтезированы изобутан, изобутилен, изомеры пентана, ряд спиртов и др. По значимости для науки эти работы можно сравнить с открытием предсказанных Д.И. Менднлеевым элементов (экабор,экасилиций, экаалюминий).

    В полном объеме  теоретические воззрения  А.М.  Бутлерова нашли отражение в его учебнике « Введение к полному изучению органической химии» (первое издание вышло в 1864-1866г.г.), построенном на основе теории химического строения. Он считал, что молекулы – это не хаотичное скопление атомов, что атомы в молекулах соединены между собой в определенной последовательности и находятся в постоянном движении и взаимном влиянии. Изучая химические свойства вещества, можно установить последовательность соединения атомов в молекулах и выразить ее формулой.

   А.М. Бутлеров считал, что с помощью химических методов анализа и

синтеза вещества можно установить химическое строение соединения и,

наоборот, зная химическое строение вещества , можно предсказать его

химические свойства.

 

 

Глава II. Теория химического строения А. М. Бутлерова и её дальнейшее развитие

2.1. Основные положения теории

     Основные положения и понятия теории химического строения образуют стройную логическую систему, вне которой немыслима работа современного химика-органика.

В эту систему входят следующие положения:

• атомы в молекулах соединены друг с другом попарно химическими связями в соответствии с их валентностью;
• молекулы обладают определенным порядком (или последовательностью) в распределении связей между атомами, т. е. определенным химическим строением;
• свойства химических соединений зависят от химического строения их молекул; из этого положения следует ряд выводов:

 

а) изучая свойства веществ, можно составить, представление об их химическом 
строении, а зная химическое строение даже еще не полученных веществ, можно предсказать, какими свойствами они будут обладать;

б) причиной изомерии является различие в химическом строении веществ, имеющих одинаковый состав;

в) формулы химического строения дают представление и о свойствах соединений;

г) атомы в молекулах влияют друг на друга, это влияние не одинаково сказывается на свойствах атомов одних и тех же элементов, если химическое строение молекул различно.

Рассмотрим теперь каждое из этих положений и понятий  подробнее.

 

                   2.1.1. Понятие химического строения

     Вводя понятие химического строения, Бутлеров говорил: «Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг па друга, соединятся в химическую частицу».