Kimia është një shkencë që na jep të gjithë shumëllojshmërinë e materialeve dhe sendeve shtëpiake që përdorim çdo ditë pa u menduar. Por për të arritur në zbulimin e një shumëllojshmërie të tillë të komponimeve që njihen sot, shumë kimistëve iu desh të kalonin një rrugë të vështirë shkencore.
Punë e madhe, eksperimente të shumta të suksesshme dhe të pasuksesshme, një bazë njohurish teorike kolosale - e gjithë kjo çoi në formimin e fushave të ndryshme të kimisë industriale, bëri të mundur sintetizimin dhe përdorimin e materialeve moderne: goma, plastikë, plastikë, rrëshira, lidhje, gota të ndryshme. , silikone dhe kështu me radhë.
Një nga shkencëtarët kimistë më të famshëm, të nderuar, i cili dha një kontribut të paçmuar në zhvillimin e kimisë organike, ishte njeriu rus A. M. Butlerov.
biografi e shkurtër
Data e lindjes së shkencëtarit është shtatori 1828, numri ndryshon në burime të ndryshme. Ai ishte djali i nënkolonelit Mikhail Butlerov, ai humbi shumë herët nënën e tij. Ai jetoi gjithë fëmijërinë e tij në pasurinë familjare të gjyshit të tij, në fshatin Podlesnaya Shentala (tani një rajon i Republikës së Tatarstanit).
Ai studioi në vende të ndryshme: fillimisht në një shkollë private të mbyllur, pastaj në një gjimnaz. Më vonë ai hyri në Universitetin e Kazanit për të studiuar fizikë dhe matematikë. Sidoqoftë, përkundër kësaj, ai ishte më i interesuar për kiminë. Autori i ardhshëm i teorisë së strukturës së përbërjeve organike mbeti në vend si mësues pas diplomimit.
1851 - koha e mbrojtjes së disertacionit të parë të shkencëtarit me temën "Oksidimi i përbërjeve organike". Pas performancës së tij të shkëlqyer, atij iu dha mundësia të menaxhonte të gjithë kiminë në universitetin e tij.
Shkencëtari vdiq në 1886 ku kaloi fëmijërinë e tij, në pasurinë familjare të gjyshit të tij. Ai u varros në kishën e familjes lokale.
Kontributi i shkencëtarit në zhvillimin e njohurive kimike
Teoria e Butlerov për strukturën e përbërjeve organike është, natyrisht, puna e tij kryesore. Megjithatë, jo i vetmi. Ishte ky shkencëtar që krijoi për herë të parë shkollën ruse të kimistëve.
Për më tepër, nga muret e saj dolën shkencëtarë të tillë që më vonë patën ndikim të madh në zhvillimin e të gjithë shkencës. Këta janë njerëzit e mëposhtëm:
- Markovnikov;
- Zaitsev;
- Kondakov;
- Favorsky;
- Konovalov;
- Lvov dhe të tjerët.
Punon në kiminë organike
Ka shumë vepra të tilla që mund të përmenden. Mbi të gjitha, Butlerov kaloi pothuajse të gjithë kohën e tij të lirë në laboratorin e universitetit të tij, duke kryer eksperimente të ndryshme, duke nxjerrë përfundime dhe përfundime. Kështu lindi teoria e përbërjeve organike.
Ka disa vepra veçanërisht të fuqishme nga shkencëtari:
- ai krijoi një raport për një konferencë me temën "Mbi strukturën kimike të materies";
- punim disertacioni "Për vajrat esenciale";
- vepra e parë shkencore “Oksidimi i përbërjeve organike”.
Para formulimit dhe krijimit të saj, autori i teorisë së strukturës së përbërjeve organike studioi për një kohë të gjatë veprat e shkencëtarëve të tjerë nga vende të ndryshme, shqyrtoi veprat e tyre, përfshirë ato eksperimentale. Vetëm atëherë, pasi kishte përgjithësuar dhe sistemuar njohuritë e fituara, ai pasqyroi të gjitha përfundimet në dispozitat e teorisë së tij personale.
Teoria e strukturës së përbërjeve organike nga A. M. Butlerov
Shekulli i 19-të u shënua nga zhvillimi i shpejtë i pothuajse të gjitha shkencave, përfshirë kiminë. Në veçanti, zbulimet e gjera mbi karbonin dhe përbërjet e tij vazhdojnë të grumbullohen dhe të mahnitin të gjithë me diversitetin e tyre. Megjithatë, askush nuk guxon të sistemojë dhe organizojë gjithë këtë material faktik, ta sjellë atë në një emërues të përbashkët dhe të identifikojë modele të përbashkëta mbi të cilat është ndërtuar gjithçka.
Butlerov A.M ishte i pari që e bëri këtë. Ishte ai që zotëronte teorinë e zgjuar të strukturës kimike të përbërjeve organike, dispozitat e së cilës ai foli masivisht në një konferencë gjermane. Ky ishte fillimi i një epoke të re në zhvillimin e shkencës, kimia organike hyri në
Vetë shkencëtari iu afrua kësaj gradualisht. Ai kreu shumë eksperimente dhe parashikoi ekzistencën e substancave me veti të dhëna, zbuloi disa lloje reagimesh dhe pa të ardhmen pas tyre. Kam studiuar shumë vepra të kolegëve të mi dhe zbulimet e tyre. Vetëm në këtë sfond, me një punë të kujdesshme dhe të mundimshme, ai arriti të krijonte kryeveprën e tij. Dhe tani teoria e strukturës së përbërjeve organike në këtë është praktikisht e njëjtë me tabelën periodike në atë inorganike.
Zbulimet e shkencëtarit para krijimit të teorisë
Cilat zbulime u bënë dhe arsyetime teorike iu dhanë shkencëtarëve përpara se të shfaqej teoria e A. M. Butlerov për strukturën e përbërjeve organike?
- Gjeniu vendas ishte i pari që sintetizoi substanca të tilla organike si metenamina, formaldehidi, jodidi i metilenit dhe të tjerët.
- Ai sintetizoi një substancë të ngjashme me sheqerin (alkool terciar) nga inorganikët, duke i dhënë kështu një goditje tjetër teorisë së vitalizmit.
- Ai parashikoi të ardhmen e reaksioneve të polimerizimit, duke i quajtur ato më të mirat dhe më premtueset.
- Izomerizmi u shpjegua për herë të parë vetëm nga ai.
Sigurisht, këto janë vetëm pikat kryesore të punës së tij. Në fakt, puna shumëvjeçare e mundimshme e një shkencëtari mund të përshkruhet gjerësisht. Sidoqoftë, më e rëndësishmja sot është ende teoria e strukturës së përbërjeve organike, dispozitat e së cilës do të diskutojmë më tej.
Pozicioni i parë i teorisë
Në vitin 1861, shkencëtari i madh rus, në një kongres kimistësh në qytetin e Speyer, ndau me kolegët e tij pikëpamjet e tij mbi arsyet e strukturës dhe diversitetit të përbërjeve organike, duke i shprehur të gjitha këto në formën e parimeve teorike.
Pika e parë është si vijon: të gjithë atomet brenda një molekule janë të lidhur në një sekuencë strikte, e cila përcaktohet nga valenca e tyre. Në këtë rast, atomi i karbonit shfaq një indeks valence prej katër. Oksigjeni ka një vlerë të këtij treguesi të barabartë me dy, hidrogjen - një.
Ai propozoi të quhej një veçori e tillë kimike më vonë, u miratuan shënime për ta shprehur atë në letër duke përdorur formula grafike të plota, të shkurtuara dhe molekulare.
Këtu përfshihet edhe dukuria e kombinimit të grimcave të karbonit me njëra-tjetrën në zinxhirë të pafund të strukturave të ndryshme (lineare, ciklike, të degëzuara).
Në përgjithësi, teoria e Butlerov-it për strukturën e përbërjeve organike, me pozicionin e saj të parë, përcaktoi rëndësinë e valencës dhe një formulë të vetme për secilin përbërës, duke pasqyruar vetitë dhe sjelljen e substancës gjatë reaksioneve.
Pozicioni i dytë i teorisë
Në këtë pikë u dha një shpjegim për shumëllojshmërinë e përbërjeve organike në botë. Bazuar në përbërjet e karbonit në zinxhir, shkencëtari shprehu idenë se në botë ekzistojnë komponime të ndryshme që kanë veti të ndryshme, por janë krejtësisht identike në përbërjen molekulare. Me fjalë të tjera, ekziston një fenomen i izomerizmit.
Me këtë propozim, teoria e A. M. Butlerov për strukturën e përbërjeve organike jo vetëm që shpjegoi thelbin e izomerëve dhe izomerizmit, por vetë shkencëtari konfirmoi gjithçka përmes përvojës praktike.
Për shembull, ai sintetizoi izomerin e butanit - izobutan. Pastaj ai parashikoi ekzistencën e jo një, por tre izomerëve për pentanin, bazuar në strukturën e përbërjes. Dhe ai i sintetizoi të gjitha, duke dëshmuar se kishte të drejtë.
Hapja e pozicionit të tretë
Pika tjetër e teorisë thotë se të gjithë atomet dhe molekulat brenda një përbërjeje janë në gjendje të ndikojnë në vetitë e njëri-tjetrit. Natyra e sjelljes së substancës në reaksione të llojeve të ndryshme, si dhe vetitë kimike dhe të tjera të shfaqura, do të varen nga kjo.
Kështu, në bazë të kësaj dispozite, dallohen disa grupe përcaktuese funksionale që ndryshojnë në pamje dhe strukturë.
Teoria e strukturës së përbërjeve organike nga A. M. Butlerov është paraqitur shkurtimisht në pothuajse të gjitha tekstet shkollore mbi kiminë organike. Në fund të fundit, është pikërisht kjo që është baza e këtij seksioni, një shpjegim i të gjitha modeleve mbi të cilat janë ndërtuar molekulat.
Rëndësia e teorisë për kohët moderne
Sigurisht që është e mrekullueshme. Kjo teori lejoi:
- të kombinojë dhe të sistemojë të gjithë materialin faktik të grumbulluar në kohën e krijimit të tij;
- të shpjegojë modelet e strukturës dhe vetitë e përbërjeve të ndryshme;
- jepni një shpjegim të plotë të arsyeve për një shumëllojshmëri kaq të gjerë të komponimeve në kimi;
- krijoi sinteza të shumta të substancave të reja bazuar në parimet e teorisë;
- lejoi të avancoheshin pikëpamjet dhe të zhvillohej mësimi atomiko-molekular.
Prandaj, të thuash se autori i teorisë së strukturës së përbërjeve organike, fotografia e të cilit mund të shihet më poshtë, ka bërë shumë do të thotë të mos thuash asgjë. Butlerov me të drejtë mund të konsiderohet babai i kimisë organike, themeluesi i themeleve të saj teorike.
Vizioni i tij shkencor për botën, gjenialiteti i të menduarit, aftësia për të parashikuar rezultatin luajtën një rol në analizën përfundimtare. Ky njeri kishte kapacitet të jashtëzakonshëm për të punuar, durim dhe eksperimentonte, sintetizonte dhe stërvitej pa u lodhur. Kam bërë gabime, por kam nxjerrë gjithmonë një mësim dhe kam bërë përfundimet e duhura afatgjata.
Vetëm një grup i tillë cilësish dhe zgjuarsi biznesi dhe këmbëngulje bënë të mundur arritjen e efektit të dëshiruar.
Studimi i kimisë organike në shkollë
Në kursin e arsimit të mesëm, nuk i kushtohet shumë kohë studimit të bazave të organikës. Vetëm një e katërta e klasës së 9-të dhe i gjithë viti i klasës së 10-të (sipas programit të O. S. Gabrielyan). Sidoqoftë, kjo kohë është e mjaftueshme që fëmijët të jenë në gjendje të studiojnë të gjitha klasat kryesore të përbërjeve, veçoritë e strukturës dhe nomenklaturës së tyre dhe rëndësinë e tyre praktike.
Baza për fillimin e zotërimit të kursit është teoria e strukturës së përbërjeve organike nga A. M. Butlerov. Klasa 10 i kushtohet një shqyrtimi të plotë të dispozitave të tij, dhe më pas konfirmimit teorik dhe praktik të tyre në studimin e çdo klase substancash.
Si u formua shkenca në fillim të shekullit të 19-të, kur shkencëtari suedez J. Ya Berzelius prezantoi për herë të parë konceptin e substancave organike dhe kimisë organike. Teoria e parë në kiminë organike është teoria e radikalëve. Kimistët zbuluan se gjatë transformimeve kimike, grupet e disa atomeve kalojnë të pandryshuara nga një molekulë e një lënde në një molekulë të një substance tjetër, ashtu si atomet e elementeve kalojnë nga molekula në molekulë. Grupe të tilla "të pandryshueshme" të atomeve quhen radikale.
Megjithatë, jo të gjithë shkencëtarët u pajtuan me teorinë radikale. Shumë në përgjithësi e hodhën poshtë idenë e atomizmit - idenë e strukturës komplekse të një molekule dhe ekzistencën e një atomi si pjesë përbërëse e tij. Ajo që është vërtetuar padiskutim sot dhe nuk ngjall as më të voglin dyshim, në shek. ishte objekt i polemikave të ashpra.
Përmbajtja e mësimit shënimet e mësimit Mbështetja e prezantimit të mësimit në kuadër të metodave të përshpejtimit teknologjitë interaktive Praktikoni detyra dhe ushtrime punëtori për vetëtestim, trajnime, raste, kërkime pyetje diskutimi për detyra shtëpie pyetje retorike nga nxënësit Ilustrime audio, videoklipe dhe multimedia fotografi, foto, grafika, tabela, diagrame, humor, anekdota, shaka, komike, shëmbëlltyra, thënie, fjalëkryqe, citate Shtesa abstrakte artikuj truke për krevat kureshtarë tekste mësimore fjalor termash bazë dhe plotësues të tjera Përmirësimi i teksteve dhe mësimevekorrigjimi i gabimeve në tekstin shkollor përditësimi i një fragmenti në një tekst shkollor, elemente të inovacionit në mësim, zëvendësimi i njohurive të vjetruara me të reja Vetëm për mësuesit leksione perfekte plani kalendar për vitin; Mësime të integruaraE para u shfaq në fillim të shekullit të 19-të. teori radikale(J. Gay-Lussac, F. Wehler, J. Liebig). Radikalet janë grupe atomesh që kalojnë pa ndryshim gjatë reaksioneve kimike nga një përbërje në tjetrën. Ky koncept i radikalëve është ruajtur, por shumica e dispozitave të tjera të teorisë së radikalëve rezultuan të pasakta.
Sipas teoritë e tipit(C. Gerard) të gjitha substancat organike mund të ndahen në lloje që korrespondojnë me substanca të caktuara inorganike. Për shembull, alkoolet R-OH dhe eteret R-O-R konsideroheshin përfaqësues të llojit të ujit H-OH, në të cilin atomet e hidrogjenit zëvendësohen nga radikalet. Teoria e llojeve krijoi një klasifikim të substancave organike, disa nga parimet e të cilit përdoren sot.
Teoria moderne e strukturës së përbërjeve organike u krijua nga shkencëtari i shquar rus A.M. Butlerov.
Parimet themelore të teorisë së strukturës së përbërjeve organike nga A.M. Butlerov
1. Atomet në një molekulë janë të renditur në një sekuencë të caktuar sipas valencës së tyre. Valenca e atomit të karbonit në përbërjet organike është katër.
2. Vetitë e substancave nuk varen vetëm nga ato atome dhe në çfarë sasie përfshihen në molekulë, por edhe nga radha në të cilën ato lidhen me njëra-tjetrën.
3. Atomet ose grupet e atomeve që përbëjnë një molekulë ndikojnë reciprokisht në njëra-tjetrën, gjë që përcakton aktivitetin kimik dhe reaktivitetin e molekulave.
4. Studimi i vetive të substancave na lejon të përcaktojmë strukturën e tyre kimike.
Ndikimi i ndërsjellë i atomeve fqinje në molekula është vetia më e rëndësishme e përbërjeve organike. Ky ndikim transmetohet ose përmes një zinxhiri lidhjesh të thjeshta ose përmes një zinxhiri lidhjesh të thjeshta dhe të dyfishta të konjuguara (të alternuara).
Klasifikimi i përbërjeve organike bazohet në analizën e dy aspekteve të strukturës së molekulave - strukturës së skeletit të karbonit dhe pranisë së grupeve funksionale.
Komponimet organike
Hidrokarburet Përbërjet heterociklike
Kufiri - I paparë - Aroma -
praktike efikase
Karbociklike alifatike
Ultimate Unsaturated Aromatike Ultimate Unsaturated
(Alkane) (Cikloalkane) (Arena)
ME P H 2 P+2 C P H 2 P ME P H 2 P -6
alkenet polienet dhe alkinet
ME P H 2 P poliinat C P H 2 P -2
Oriz. 1. Klasifikimi i përbërjeve organike sipas strukturës së skeletit të karbonit
Klasat e derivateve të hidrokarbureve bazuar në praninë e grupeve funksionale:
Derivatet halogjene R–Gal: CH 3 CH 2 Cl (kloroetan), C 6 H 5 Br (bromobenzen);
Alkoolet dhe fenolet R–OH: CH 3 CH 2 OH (etanol), C 6 H 5 OH (fenol);
Tiolet R–SH: CH 3 CH 2 SH (etanetiol), C 6 H 5 SH (tiofenol);
Eteret R–O–R: CH 3 CH 2 – O– CH 2 CH 3 (eter dietil),
kompleksi R–CO–O–R: CH 3 CH 2 COOCH 2 CH 3 (acid etilik acetik);
Përbërjet karbonil: aldehidet R–CHO:
ketonet R–СОR: CH 3 COCH 3 (propanon), C 6 H 5 COCH 3 (metil fenilketon);
Acidet karboksilike R-COOH: (acid acetik), (acid benzoik)
Acidet sulfonike R–SO 3 H: CH 3 SO 3 H (acid metanesulfonik), C 6 H 5 SO 3 H (acid benzensulfonik)
Aminet R–NH 2: CH 3 CH 2 NH 2 (etilaminë), CH 3 NHCH 3 (dimetilaminë), C 6 H 5 NH 2 (aniline);
Përbërjet nitro R–NO 2 CH 3 CH 2 NO 2 (nitroetan), C 6 H 5 NO 2 (nitrobenzen);
Përbërjet organometalike (organoelement): CH 3 CH 2 Na (etil natrium).
Një seri përbërjesh të ngjashme në strukturë, që posedojnë veti kimike të ngjashme, në të cilat anëtarët individualë të serisë ndryshojnë nga njëri-tjetri vetëm në numrin e grupeve -CH 2 - quhet seri homologe dhe grupi -CH 2 është një ndryshim homologjik . Për anëtarët e një serie homologe, shumica dërrmuese e reagimeve vazhdojnë në të njëjtën mënyrë (me përjashtim të vetëm anëtarëve të parë të serialit). Rrjedhimisht, duke ditur reaksionet kimike të vetëm një anëtari të serisë, mund të thuhet me një shkallë të lartë probabiliteti se i njëjti lloj transformimi ndodh me anëtarët e mbetur të serisë homologe.
Për çdo seri homologe, mund të nxirret një formulë e përgjithshme që pasqyron marrëdhënien midis atomeve të karbonit dhe hidrogjenit të anëtarëve të kësaj serie; si kjo quhet formula formula e përgjithshme e serisë homologe. Po, S P H 2 P+2 – formula e alkaneve, C P H 2 P+1 OH – alkoolet monohidrike alifatike.
Nomenklatura e përbërjeve organike: nomenklatura e parëndësishme, racionale dhe sistematike. Nomenklatura e parëndësishme është një koleksion emrash të vendosur historikisht. Pra, nga emri është menjëherë e qartë se ku është izoluar acidi malik, sukcinik ose citrik, si është marrë acidi piruvik (piroliza e acidit të rrushit), njohësit e gjuhës greke do të marrin me mend lehtësisht se acidi acetik është diçka e thartë, dhe glicerina është e ëmbël. . Me sintetizimin e përbërjeve të reja organike dhe zhvillimin e teorisë së strukturës së tyre, u krijuan nomenklatura të tjera që pasqyronin strukturën e përbërjes (përkatësinë e tij në një klasë të caktuar).
Nomenklatura racionale ndërton emrin e një përbërjeje bazuar në strukturën e një përbërjeje më të thjeshtë (anëtari i parë i një serie homologe). CH 3 AI- karbinol, CH 3 CH 2 AI– metilkarbinol, CH 3 CH(OH) CH 3 – dimetilkarbinol, etj.
Nomenklatura IUPAC (nomenklatura sistematike). Sipas nomenklaturës IUPAC (Unioni Ndërkombëtar i Kimisë së Pastër dhe të Aplikuar), emrat e hidrokarbureve dhe derivateve të tyre funksionale bazohen në emrin e hidrokarburit përkatës me shtimin e parashtesave dhe prapashtesave të qenësishme në këtë seri homologe.
Për të emërtuar saktë (dhe pa mëdyshje) një përbërje organike duke përdorur nomenklaturën sistematike, duhet:
1) zgjidhni sekuencën më të gjatë të atomeve të karbonit (struktura prindërore) si skeletin kryesor të karbonit dhe jepni emrin e tij, duke i kushtuar vëmendje shkallës së pangopurit të përbërjes;
2) identifikoni Të gjitha grupet funksionale të pranishme në përbërje;
3) përcaktoni se cili grup është i lartë (shih tabelën), emri i këtij grupi pasqyrohet në emrin e përbërjes në formën e një prapashtese dhe vendoset në fund të emrit të përbërjes; të gjitha grupet e tjera jepen në emër në formën e parashtesave;
4) numëroni atomet e karbonit të zinxhirit kryesor, duke i dhënë grupit më të lartë numrin më të ulët;
5) listoni parashtesat sipas rendit alfabetik (në këtë rast nuk merren parasysh parashtesat e shumëzimit di-, tri-, tetra-, etj.);
6) shkruani emrin e plotë të përbërjes.
|
Klasa e lidhjes |
Formula e grupit funksional |
Prapashtesë ose mbaresë |
|
|
Acidet karboksilike |
Karboksi- |
Acidi oik |
|
|
Acidet sulfonike |
Acidi sulfonik |
||
|
Aldehidet | |||
|
hidroksi- | |||
|
Merkapto- | |||
|
С≡≡С | |||
|
Derivatet halogjene |
Br, I, F, Cl |
Brom-, jod-, fluor-, klor- |
-bromid, -jodur, -fluoride, -klorur |
|
Komponimet nitro |
Është e nevojshme të mbani mend:
Në emrat e alkooleve, aldehideve, ketoneve, acideve karboksilike, amideve, nitrileve, halogjeneve acide, prapashtesa që përcakton klasën ndjek prapashtesën e shkallës së pangopurit: për shembull, 2-butenal;
Komponimet që përmbajnë grupe të tjera funksionale quhen derivate hidrokarbure. Emrat e këtyre grupeve funksionale vendosen si parashtesa përpara emrit të hidrokarburit mëmë: për shembull, 1-kloropropani.
Emrat e grupeve funksionale acide, si acidi sulfonik ose acidi fosfinik, vendosen pas emrit të skeletit të hidrokarbureve: për shembull, acidi benzensulfonik.
Derivatet e aldehideve dhe ketoneve shpesh emërtohen sipas përbërjes mëmë karbonil.
Esteret e acideve karboksilike quhen derivate të acideve mëmë. Mbarimi – acid oik zëvendësohet nga –oate: për shembull, metil propionati është metil esteri i acidit propanoik.
Për të treguar se zëvendësuesi është i lidhur me atomin e azotit të strukturës mëmë, përdorni një shkronjë të madhe N përpara emrit të zëvendësuesit: N-metilaniline.
Ato. ju duhet të filloni me emrin e strukturës mëmë, për të cilën është absolutisht e nevojshme të dini përmendësh emrat e 10 anëtarëve të parë të serisë homologe të alkaneve (metan, etan, propan, butan, pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan). Ju gjithashtu duhet të dini emrat e radikalëve të formuar prej tyre - në këtë rast, mbaresa -an ndryshon në -il.
Konsideroni një përbërje që është pjesë e barnave të përdorura për trajtimin e sëmundjeve të syrit:
CH 3 – C(CH 3) = CH – CH 2 – CH 2 – C(CH 3) = CH – CHO
Struktura bazë mëmë është një zinxhir prej 8 atomesh karboni, duke përfshirë një grup aldehidi dhe të dy lidhjet e dyfishta. Tetë atome karboni janë oktan. Por ka 2 lidhje dyfishe - midis atomeve të dytë dhe të tretë dhe midis të gjashtit dhe të shtatës. Një lidhje e dyfishtë - mbaresa -an duhet të zëvendësohet me -ene, ka 2 lidhje dyfishe, që do të thotë -diene, d.m.th. oktadien, dhe në fillim tregojmë pozicionin e tyre, duke emërtuar atomet me numra më të ulët - 2,6-oktadien. Jemi marrë me strukturën dhe pacaktueshmërinë origjinale.
Por përbërja përmban një grup aldehid, nuk është hidrokarbur, por aldehid, ndaj shtojmë prapashtesën -al, pa numër, është gjithmonë i pari - 2,6-oktadienal.
2 zëvendësues të tjerë janë radikale metil në atomet e 3-të dhe të 7-të. Pra, në fund marrim: 3,7-dimetil - 2,6-oktadienal.
Të gjitha substancat që përmbajnë një atom karboni, përveç karbonateve, karbiteve, cianideve, tiocianateve dhe acidit karbonik, janë komponime organike. Kjo do të thotë se ato janë të afta të krijohen nga organizmat e gjallë nga atomet e karbonit përmes reaksioneve enzimatike ose të tjera. Sot, shumë substanca organike mund të sintetizohen artificialisht, gjë që lejon zhvillimin e mjekësisë dhe farmakologjisë, si dhe krijimin e polimereve dhe materialeve të përbëra me rezistencë të lartë.
Klasifikimi i përbërjeve organike
Përbërjet organike janë klasa më e madhe e substancave. Këtu ka rreth 20 lloje substancash. Ato ndryshojnë në vetitë kimike dhe ndryshojnë në cilësitë fizike. Pika e tyre e shkrirjes, masa, paqëndrueshmëria dhe tretshmëria, si dhe gjendja e tyre e grumbullimit në kushte normale janë gjithashtu të ndryshme. Midis tyre:
- hidrokarburet (alkanet, alkinet, alkenet, alkadienet, cikloalkanet, hidrokarburet aromatike);
- aldehidet;
- ketonet;
- alkoole (dihidrike, monohidrike, polihidrike);
- eteret;
- estere;
- acide karboksilike;
- aminat;
- aminoacidet;
- karbohidratet;
- yndyrna;
- proteinat;
- biopolimere dhe polimere sintetike.
Ky klasifikim pasqyron karakteristikat e strukturës kimike dhe praninë e grupeve atomike specifike që përcaktojnë ndryshimin në vetitë e një substance të veçantë. Në përgjithësi, klasifikimi, i cili bazohet në konfigurimin e skeletit të karbonit, i cili nuk merr parasysh karakteristikat e ndërveprimeve kimike, duket i ndryshëm. Sipas dispozitave të tij, përbërjet organike ndahen në:
- komponimet alifatike;
- aromatike;
- substanca heterociklike.
Këto klasa të përbërjeve organike mund të kenë izomere në grupe të ndryshme substancash. Vetitë e izomerëve janë të ndryshme, megjithëse përbërja e tyre atomike mund të jetë e njëjtë. Kjo rrjedh nga dispozitat e përcaktuara nga A.M. Gjithashtu, teoria e strukturës së përbërjeve organike është baza udhëzuese për të gjitha kërkimet në kiminë organike. Ai vendoset në të njëjtin nivel me Ligjin Periodik të Mendelejevit.
Vetë koncepti i strukturës kimike u prezantua nga A.M Butlerov. Ajo u shfaq në historinë e kimisë më 19 shtator 1861. Më parë, kishte mendime të ndryshme në shkencë, dhe disa shkencëtarë e mohuan plotësisht ekzistencën e molekulave dhe atomeve. Prandaj, nuk kishte rregull në kiminë organike dhe inorganike. Për më tepër, nuk kishte modele me të cilat mund të gjykoheshin vetitë e substancave specifike. Në të njëjtën kohë, kishte komponime që, me të njëjtën përbërje, shfaqnin veti të ndryshme.
Deklaratat e A.M Butlerov drejtuan kryesisht zhvillimin e kimisë në drejtimin e duhur dhe krijuan një bazë shumë të fortë për të. Nëpërmjet tij u bë i mundur sistemimi i fakteve të grumbulluara, përkatësisht, vetitë kimike ose fizike të substancave të caktuara, modelet e hyrjes së tyre në reaksione, etj. Edhe parashikimi i mënyrave të përftimit të komponimeve dhe prania e disa vetive të përgjithshme u bë i mundur falë kësaj teorie. Dhe më e rëndësishmja, A.M Butlerov tregoi se struktura e molekulës së një substance mund të shpjegohet nga pikëpamja e ndërveprimeve elektrike.
Logjika e teorisë së strukturës së substancave organike
Meqenëse para vitit 1861 shumë në kimi hodhën poshtë ekzistencën e një atomi ose molekule, teoria e përbërjeve organike u bë një propozim revolucionar për botën shkencore. Dhe meqenëse vetë A. M. Butlerov del vetëm nga përfundimet materialiste, ai arriti të përgënjeshtronte idetë filozofike për lëndën organike.
Ai ishte në gjendje të tregonte se struktura molekulare mund të njihet eksperimentalisht përmes reaksioneve kimike. Për shembull, përbërja e çdo karbohidrati mund të përcaktohet duke djegur një sasi të caktuar të tij dhe duke numëruar ujin dhe dioksidin e karbonit që rezulton. Sasia e azotit në një molekulë amine llogaritet gjithashtu gjatë djegies duke matur vëllimin e gazeve dhe duke izoluar sasinë kimike të azotit molekular.
Nëse marrim parasysh gjykimet e Butlerovit për strukturën kimike të varur nga struktura në drejtim të kundërt, del një përfundim i ri. Domethënë: duke ditur strukturën dhe përbërjen kimike të një lënde, mund të supozojmë në mënyrë empirike vetitë e saj. Por më e rëndësishmja, Butlerov shpjegoi se në lëndën organike ekziston një numër i madh i substancave që shfaqin veti të ndryshme, por kanë të njëjtën përbërje.
Dispozitat e përgjithshme të teorisë
Duke marrë parasysh dhe studiuar përbërjet organike, A. M. Butlerov nxori disa nga parimet më të rëndësishme. Ai i kombinoi ato në një teori që shpjegon strukturën e substancave kimike me origjinë organike. Teoria është si më poshtë:
- në molekulat e substancave organike, atomet janë të lidhura me njëri-tjetrin në një sekuencë të përcaktuar rreptësisht, e cila varet nga valenca;
- struktura kimike është rendi i menjëhershëm sipas të cilit atomet në molekulat organike janë të lidhura;
- struktura kimike përcakton praninë e vetive të një përbërjeje organike;
- në varësi të strukturës së molekulave me të njëjtën përbërje sasiore, mund të shfaqen veti të ndryshme të substancës;
- të gjitha grupet atomike të përfshira në formimin e një përbërjeje kimike kanë një ndikim të ndërsjellë mbi njëri-tjetrin.
Të gjitha klasat e përbërjeve organike janë ndërtuar sipas parimeve të kësaj teorie. Pasi hodhi themelet, A. M. Butlerov ishte në gjendje të zgjeronte kiminë si një fushë të shkencës. Ai shpjegoi se për faktin se në substancat organike karboni shfaq një valencë prej katër, diversiteti i këtyre përbërjeve përcaktohet. Prania e shumë grupeve atomike aktive përcakton nëse një substancë i përket një klase të caktuar. Dhe pikërisht për shkak të pranisë së grupeve specifike atomike (radikaleve) shfaqen vetitë fizike dhe kimike.
Hidrokarburet dhe derivatet e tyre
Këto komponime organike të karbonit dhe hidrogjenit janë më të thjeshtat në përbërje midis të gjitha substancave në grup. Ato përfaqësohen nga një nënklasë e alkaneve dhe cikloalkaneve (hidrokarburet e ngopura), alkeneve, alkadieneve dhe alkatrieneve, alkineve (hidrokarburet e pangopura), si dhe një nënklasë substancash aromatike. Në alkanet, të gjithë atomet e karbonit janë të lidhur vetëm me një lidhje të vetme C-C, kjo është arsyeja pse asnjë atom i vetëm H nuk mund të përfshihet në përbërjen e hidrokarbureve.
Në hidrokarburet e pangopura, hidrogjeni mund të përfshihet në vendin e lidhjes së dyfishtë C=C. Gjithashtu, lidhja C-C mund të jetë e trefishtë (alkine). Kjo lejon që këto substanca të hyjnë në shumë reaksione që përfshijnë reduktimin ose shtimin e radikalëve. Për lehtësinë e studimit të aftësisë së tyre për të reaguar, të gjitha substancat e tjera konsiderohen si derivate të njërës prej klasave të hidrokarbureve.
Alkoolet
Alkoolet janë komponime kimike organike që janë më komplekse se hidrokarburet. Ato sintetizohen si rezultat i reaksioneve enzimatike në qelizat e gjalla. Shembulli më tipik është sinteza e etanolit nga glukoza si rezultat i fermentimit.
Në industri, alkoolet merren nga derivatet halogjene të hidrokarbureve. Si rezultat i zëvendësimit të atomit të halogjenit me një grup hidroksil, formohen alkoole. Alkoolet monohidrike përmbajnë vetëm një grup hidroksil, alkoolet polihidrike përmbajnë dy ose më shumë. Një shembull i një alkooli dihidrik është etilen glikol. Alkooli polihidrik është glicerina. Formula e përgjithshme e alkooleve është R-OH (R është zinxhiri i karbonit).
Aldehidet dhe ketonet
Pasi alkoolet hyjnë në reaksione të përbërjeve organike të shoqëruara me nxjerrjen e hidrogjenit nga grupi i alkoolit (hidroksil), lidhja e dyfishtë midis oksigjenit dhe karbonit mbyllet. Nëse ky reagim vazhdon përmes grupit të alkoolit të vendosur në atomin terminal të karbonit, rezulton në formimin e një aldehidi. Nëse atomi i karbonit me alkoolin nuk ndodhet në fund të zinxhirit të karbonit, atëherë rezultati i reaksionit të dehidrimit është prodhimi i një ketoni. Formula e përgjithshme e ketoneve është R-CO-R, aldehidet R-COH (R është radikali hidrokarbur i zinxhirit).
Esteret (të thjeshta dhe komplekse)
Struktura kimike e përbërjeve organike të kësaj klase është e ndërlikuar. Eteret konsiderohen si produkte reaksioni midis dy molekulave të alkoolit. Kur uji hiqet prej tyre, formohet një përbërje e modelit R-O-R. Mekanizmi i reagimit: abstraksioni i një protoni hidrogjeni nga një alkool dhe i një grupi hidroksil nga një alkool tjetër.
Esteret janë produkte të reagimit midis një alkooli dhe një acidi karboksilik organik. Mekanizmi i reagimit: eliminimi i ujit nga grupi i alkoolit dhe karbonit të të dy molekulave. Hidrogjeni ndahet nga acidi (në grupin hidroksil), dhe vetë grupi OH ndahet nga alkooli. Përbërja që rezulton përshkruhet si R-CO-O-R, ku ahu R tregon radikalët - pjesët e mbetura të zinxhirit të karbonit.
Acidet karboksilike dhe aminat
Acidet karboksilike janë substanca të veçanta që luajnë një rol të rëndësishëm në funksionimin e qelizës. Struktura kimike e komponimeve organike është si vijon: një radikal hidrokarbur (R) me një grup karboksil (-COOH) të lidhur me të. Grupi karboksil mund të gjendet vetëm në atomin më të jashtëm të karbonit, sepse valenca e C në grupin (-COOH) është 4.
Aminet janë komponime më të thjeshta që janë derivate të hidrokarbureve. Këtu, në çdo atom karboni ka një radikal amine (-NH2). Ekzistojnë amina primare në të cilat një grup (-NH2) është i lidhur me një karbon (formula e përgjithshme R-NH2). Në aminat sekondare, azoti kombinohet me dy atome karboni (formula R-NH-R). Në aminat terciare, azoti është i lidhur me tre atome karboni (R3N), ku p është një radikal, një zinxhir karboni.
Aminoacidet
Aminoacidet janë komponime komplekse që shfaqin vetitë e amineve dhe acideve me origjinë organike. Ka disa lloje të tyre, në varësi të vendndodhjes së grupit amine në raport me grupin karboksil. Më të rëndësishmet janë aminoacidet alfa. Këtu grupi amin ndodhet në atomin e karbonit në të cilin është bashkangjitur grupi karboksil. Kjo lejon krijimin e një lidhjeje peptide dhe sintezën e proteinave.
Karbohidratet dhe yndyrnat
Karbohidratet janë alkoole aldehide ose keto alkoole. Këto janë komponime me strukturë lineare ose ciklike, si dhe polimere (niseshte, celulozë dhe të tjerë). Roli i tyre më i rëndësishëm në qelizë është strukturor dhe energjik. Yndyrnat, ose më mirë lipidet, kryejnë të njëjtat funksione, vetëm se ato marrin pjesë në procese të tjera biokimike. Nga pikëpamja e strukturës kimike, yndyra është një ester i acideve organike dhe glicerinës.
Alexander Mikhailovich Butlerov lindi në 3 (15) shtator 1828 në qytetin e Chistopol, provincën Kazan, në familjen e një pronari toke, një oficer në pension. Ai mori arsimin e tij të parë në një shkollë private me konvikt, më pas studioi në gjimnaz dhe në Universitetin Imperial Kazan. Ai dha mësim nga viti 1849, dhe në 1857 u bë profesor i zakonshëm i kimisë në të njëjtin universitet. Ai ishte dy herë rektor i saj. Në 1851 ai mbrojti tezën e tij të masterit "Mbi oksidimin e përbërjeve organike", dhe në 1854 në Universitetin e Moskës - tezën e doktoraturës "Mbi vajrat esenciale". Që nga viti 1868 ai ishte profesor i zakonshëm i kimisë në Universitetin e Shën Petersburgut, dhe që nga viti 1874 - një akademik i zakonshëm i Akademisë së Shkencave të Shën Petersburgut. Përveç kimisë, Butlerov i kushtoi vëmendje çështjeve praktike të bujqësisë, kopshtarisë dhe bletarisë nën udhëheqjen e tij, në Kaukaz filloi kultivimi i çajit. Vdiq në fshatin Butlerovka të provincës Kazan më 5 (17 gusht) 1886.
Para Butlerov, u bënë një numër i konsiderueshëm përpjekjesh për të krijuar një doktrinë të strukturës kimike të përbërjeve organike. Kjo çështje u trajtua vazhdimisht nga kimistët më të shquar të asaj kohe, puna e të cilëve u përdor pjesërisht nga shkencëtari rus për teorinë e tij të strukturës. Për shembull, kimisti gjerman August Kekule arriti në përfundimin se karboni mund të formojë katër lidhje me atome të tjera. Për më tepër, ai besonte se mund të ekzistojnë disa formula për të njëjtin përbërës, por ai gjithmonë shtoi se në varësi të transformimit kimik, kjo formulë mund të jetë e ndryshme. Kekule besonte se formulat nuk pasqyrojnë rendin në të cilin atomet në molekulë janë të lidhur. Një tjetër shkencëtar i shquar gjerman, Adolf Kolbe, e konsideronte përgjithësisht të pamundur për të sqaruar strukturën kimike të molekulave.
Butlerov shprehu fillimisht idetë e tij themelore për strukturën e përbërjeve organike në 1861 në një raport "Mbi strukturën kimike të materies", të cilin ai ua prezantoi pjesëmarrësve të Kongresit të Natyralistëve dhe Mjekëve Gjermanë në Speyer. Në teorinë e tij, ai përfshiu idetë nga Kekule rreth valencës (numri i lidhjeve për një atom të veçantë) dhe kimisti skocez Archibald Cooper se atomet e karbonit mund të formojnë zinxhirë. Dallimi themelor midis teorisë së Butlerov dhe të tjerëve ishte dispozita për strukturën kimike (dhe jo mekanike) të molekulave - mënyra në të cilën atomet u lidhën me njëri-tjetrin për të formuar një molekulë. Në këtë rast, çdo atom krijoi një lidhje në përputhje me "forcën kimike" që i përket posaçërisht atij. Në teorinë e tij, shkencëtari bëri një dallim të qartë midis një atomi të lirë dhe një atomi që ka hyrë në një lidhje me një tjetër (ai shndërrohet në një formë të re, dhe si rezultat i ndikimit të ndërsjellë, atomet e lidhur, në varësi të mjedisit strukturor. , kanë funksione të ndryshme kimike). Kimisti rus ishte i bindur se formulat jo vetëm që përshkruajnë në mënyrë skematike molekulat, por gjithashtu pasqyrojnë strukturën e tyre reale. Për më tepër, çdo molekulë ka një strukturë specifike, e cila ndryshon vetëm gjatë transformimeve kimike. Nga dispozitat e teorisë doli (e vërtetuar më vonë eksperimentalisht) se vetitë kimike të një përbërjeje organike përcaktohen nga struktura e tij. Kjo deklaratë është veçanërisht e rëndësishme, pasi bëri të mundur shpjegimin dhe parashikimin e transformimeve kimike të substancave. Ekziston gjithashtu një marrëdhënie e kundërt: formula strukturore mund të përdoret për të gjykuar vetitë kimike dhe fizike të një substance. Përveç kësaj, shkencëtari tërhoqi vëmendjen për faktin se reaktiviteti i komponimeve shpjegohet me energjinë me të cilën lidhen atomet.
Me ndihmën e teorisë së krijuar, Butlerov ishte në gjendje të shpjegonte izomerizmin. Izomerët janë komponime në të cilat sasia dhe "cilësia" e atomeve janë të njëjta, por në të njëjtën kohë ato kanë veti të ndryshme kimike, dhe për rrjedhojë një strukturë të ndryshme. Teoria bëri të mundur shpjegimin e qartë të rasteve të njohura të izomerizmit. Butlerov besonte se ishte e mundur të përcaktohej rregullimi hapësinor i atomeve në një molekulë. Parashikimet e tij u konfirmuan më vonë, të cilat i dhanë shtysë zhvillimit të një dege të re të kimisë organike - stereokimisë. Duhet të theksohet se shkencëtari ishte i pari që zbuloi dhe shpjegoi fenomenin e izomerizmit dinamik. Kuptimi i tij është se dy ose më shumë izomerë në kushte të caktuara mund të shndërrohen lehtësisht në njëri-tjetrin. Në përgjithësi, ishte izomerizmi që u bë një provë serioze për teorinë e strukturës kimike dhe u shpjegua shkëlqyeshëm prej saj.
Dispozitat e pakundërshtueshme të formuluara nga Butlerov shumë shpejt i sollën teorisë njohje universale. Korrektësia e ideve të paraqitura u konfirmua nga eksperimentet e shkencëtarit dhe ndjekësve të tij. Në procesin e tyre, ata vërtetuan hipotezën e izomerizmit: Butlerov sintetizoi një nga katër alkoolet butil të parashikuar nga teoria dhe deshifroi strukturën e tij. Në përputhje me rregullat e izomerizmit, që rrjedhin drejtpërdrejt nga teoria, u sugjerua edhe mundësia e ekzistencës së katër acideve valerike. Ata u pritën më vonë.
Këto janë vetëm fakte të izoluara në një zinxhir zbulimesh: teoria kimike e strukturës së përbërjeve organike kishte aftësi të mahnitshme parashikuese.
Në një periudhë relativisht të shkurtër u zbuluan, u sintetizuan dhe u studiuan një numër i madh i substancave të reja organike dhe izomerëve të tyre. Si rezultat, teoria e Butlerov i dha shtysë zhvillimit të shpejtë të shkencës kimike, duke përfshirë kiminë organike sintetike. Kështu, sintezat e shumta të Butlerov janë produktet kryesore të industrive të tëra.
Teoria e strukturës kimike vazhdoi të zhvillohej, e cila solli shumë ide revolucionare në kiminë organike në atë kohë. Për shembull, Kekule sugjeroi strukturën ciklike të benzenit dhe lëvizjen e lidhjeve të tij të dyfishta në molekulë, vetitë e veçanta të komponimeve me lidhje të konjuguara dhe shumë më tepër. Për më tepër, teoria e përmendur e bëri kiminë organike më vizuale - u bë e mundur të vizatoheshin formula molekulare.
Dhe kjo, nga ana tjetër, shënoi fillimin e klasifikimit të përbërjeve organike. Ishte përdorimi i formulave strukturore që ndihmuan për të përcaktuar mënyrat e sintetizimit të substancave të reja dhe për të vendosur strukturën e përbërjeve komplekse, domethënë, përcaktoi zhvillimin aktiv të shkencës kimike dhe degëve të saj. Për shembull, Butlerov filloi të kryejë kërkime serioze në procesin e polimerizimit. Në Rusi, kjo nismë u vazhdua nga studentët e tij, gjë që në fund bëri të mundur zbulimin e një metode industriale për prodhimin e gomës sintetike.