Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Органическая химия - раздел химии, изучающий соединения углерода, их структуру, свойства, методы синтеза, а также законы их превращений. Органическими называют соединения углерода с другими элементами (в основном с H, N, O, S, P, Si, Ge и др.).
Уникальная способность атомов углерода связываться друг с другом, образуя цепочки различной длины, циклические структуры разного размера, каркасные соединения, соединения со многими элементами, различные по составу и строению, обусловливает многообразие органических соединений. К настоящему времени число известных органических соединений на много превышает 10 млн. и увеличивается каждый год на 250-300 тыс. Окружающий нас мир построен в основном из органических соединений, к ним относятся: пища, одежда, топливо, красители, лекарства, моющие средства, материалы для самых различных отраслей техники и народного хозяйства. Органические соединения играют ключевую роль в существовании живых организмов.
На стыке органической химии с неорганической химией, биохимией и медициной возникли химия метало- и элементорганических соединений, биоорганическая и медицинская химия, химия высокомолекулярных соединений.
Основным методом органической химии является синтез. Органическая химия изучает не только соединения, полученные из растительных и животных источников (природные вещества), но в основном соединения, созданные искусственно с помощью лабораторного и промышленного синтеза.
Способы получения различных органических веществ были известны ещё с древности. Так, египтяне и римляне использовали красители растительного происхождения – индиго и ализарин. Многие народы владели секретами производства спиртных напитков и уксуса из сахар- и крахмалсодержащего сырья.
Во времена средневековья к этим знаниям практически ничего не прибавилось, некоторый прогресс начался только в 16-17 веках (период ятрохимии), когда путем перегонки растительных продуктов были выделены новые органические соединения. В 1769-1785 г. К.В. Шееле выделил несколько органических кислот: яблочную, винную, лимонную, галловую, молочную и щавелевую. В 1773 г. Г.Ф. Руэль выделил мочевину из человеческой мочи. Выделенные из животного и растительного сырья вещества имели между собой много общего, но отличались от неорганических соединений. Так возник термин «Органическая химия» – раздел химии, изучающий вещества, выделенные из организмов (определение Й.Я. Берцелиуса, 1807 г.). При этом полагали, что эти вещества могут быть получены только в живых организмах благодаря «жизненной силе».
Принято считать, что органическая химия как наука появилась в 1828 г., когда Ф. Вёлер впервые получил органическое вещество – мочевину – в результате упаривания водного раствора неорганического вещества – цианата аммония (NH4OCN). Дальнейшие экспериментальные работы продемонстрировали неоспоримые аргументы несостоятельности теории «жизненной силы». Так, например, А. Кольбе синтезировал уксусную кислоту, М. Бертло получил метан из H2S и CS2, а А.М. Бутлеров синтезировал сахаристые вещества из формалина.
В середине 19 в. продолжается бурное развитие синтетической органической химии, создаются первые промышленные производства органических веществ (А. Гофман, У. Перкин-старший – синтетические красители, фуксин, цианиновые и азакрасители). Усовершенствование открытого Н.Н. Зининым (1842 г.) способа синтеза анилина послужило основой для создания анилинокрасочной промышленности. В лаборатории А. Байера были синтезированы природные красители – индиго, ализарин, индигоидные, ксантеновые и антрахиноновые.
Важным этапом в развитии теоретической органической химии стала разработка Ф.А. Кекуле теории валентности в 1857 г., а также классической теории химического строения А.М. Бутлеровым в 1861 г., согласно которой атомы в молекулах соединяются в соответствии с их валентностью, химические и физические свойства соединений определяются природой и числом входящих в них атомов, а также типом связей и взаимным влиянием непосредственно несвязанных атомов. В 1865 г. Ф. Кекуле предложил структурную формулу бензола, что стало одним из важнейших открытий в органической химии. В.В. Марковников и А.М. Зайцев сформулировали ряд правил, впервые связавших направление органических реакций со строением вступающих в них веществ. В 1875 г. Вант-Гофф и Ле Бель предложили тетраэдрическую модель атома углерода, по которой валентности углерода направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого размещён атом углерода. На основе этой модели, в сочетании с экспериментальными исследованиями И. Вислиценуса (!873 г.), показавшего идентичность структурных формул (+)-молочной кислоты (из кислого молока) и (±)-молочной кислоты, возникла стереохимия – наука о трёхмерной ориентации атомов в молекулах, которая предсказывала в случае наличия 4 различных заместителей при атоме углерода (хиральные структуры) возможность существования пространственно-зеркальных изомеров (антиподов или энантиомеров).
В 1917 г. Льюис предложил рассматривать химическую связь с помощью электронных пар.
В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств небензоидных ароматических систем, чем основал новое направление в органической химии – квантовую химию. Это послужило толчком для дальнейшего интенсивного развития квантовохимических методов, в частности метода молекулярных орбиталей. Этап проникновения орбитальных представлений в органическую химию открыла теория резонанса Л. Полинга (1931-1933 г.г.) и далее работы К. Фукуи, Р. Вудворда и Р. Хофмана о роли граничных орбиталей в определении направления химических реакций.
Середина 20 в. характеризуется особенно бурным развитием органического синтеза. Это определялось открытием основополагающих процессов, таких как получение олефинов с использованием илидов (Г. Виттиг, 1954 г.), диеновый синтез (О. Дильс и К. Альдер, 1928 г.), гидроборирование непредельных соединений (Г. Браун, 1959 г.), синтез нуклеотидов и синтез гена (А. Тодд, Х. Корана). Успехи в химии металоорганических соединений во многом обязаны работам А.Н. Несмеянова и Г.А. Разуваева. В 1951 г. был осуществлен синтез ферроцена, установление «сэндвичевой» структуры которого Р. Вудвордом и Дж. Уилкинсоном положило начало химии металлоценовых соединений и вообще органической химии переходных металлов.
В 20-30 г.г. А.Е. Арбузов создает основы химии фосфорорганических соединений, что впоследствии привело к открытию новых типов физиологически активных соединений, Комплексонов и др.
В 60-80 г.г. Ч. Педерсен, Д. Крам и Ж.М. Лен разрабатывают химию краун-эфиров, криптандов и других родственных структур, способных образовывать прочные молекулярные комплексы, и тем самым подходят к важнейшей проблеме «молекулярного узнавания».
Современная органическая химия продолжает своё бурное развитие. В практику органического синтеза вводятся новые реагенты, принципиально новые синтетические методы и приемы, новые катализаторы, синтезируются неизвестные ранее органические структуры. Постоянно ведется поиск органических новых биологически активных соединений. Еще многие проблемы органической химии ждут своего решения, например, детальное установление взаимосвязи структура – свойства (в том числе, биологическая активность), установление строения и стереонаправленный синтез сложных природных соединений, разработка новых регио- и стереоселективных синтетических методов, поиск новых универсальных реагентов и катализаторов.
Интерес мирового сообщества к развитию органической химии ярко продемонстрирован вручением Нобелевской премии по химии 2010 г. Р. Хеку, А. Судзуки и Э. Нэгиси за работы по применению палладиевых катализаторов в органическом синтезе для формирования связей углерод - углерод.
Эмиль Фишер - 3 страница
Эмиль Фишер родился 9 октября 1852 г. в Эйскирхене в Рейнской области в семье фабриканта. В 1869 г. он начал учиться химии у Кекуле в Бонне. Когда Эмиль Фишер продолжил свое химическое образование в Страсбурге у ученика Кекуле А. фон Байера, его больше всего привлекла органическая химия, которую впоследствии Фишер обогатил результатами своих работ. Эмиль Фишер был выдающимся экспериментатором, разработавшим многочисленные методы для применения в химической промышленности. Его интересовали главным образом исследования природы белков, Сахаров, пуриновых производных, дубильных веществ и красителей. Немало химиков еще до работ Фишера занималось важной в естественнонаучном и философском плане проблемой строения белковых молекул. Так, например, Браконно уже в 1820 г. получил глицин (аминоэтановую кислоту) и лейцин (2-амино-4-метилпентановую кислоту) при гидролитическом расщеплении неорганическими кислотами или основаниями белковых молекул клея. Фишер также вначале предпринял разложение белков гидролитически при помощи соляной или серной кислоты, но затем стал действовать на смесь аминокислот спиртовым раствором соляной кислоты и разделял образовавшиеся эфиры фракционированной перегонкой под вакуумом. Фишер сумел доказать, что лишь а-аминокислоты (2-аминокислоты) являются теми «кирпичиками», из которых построены белки.
Фишер и Лейке сумели с помощью циангидринового синтеза получить серии (2-амино-З-гидроксипропановую кислоту) из гли-колевого альдегида (гидроксиэтанола) и цианистого водорода в присутствии аммиака. В 1903 г. Фишер изучил синтез пептидов и получил дипептид глицилаланин. При решении этой проблемы Фишер шел двумя путями. По первому из них при взаимодействии солянокислого хлорангидрида аминокислоты с эфиром аминокислоты образуется солянокислый эфир дипептида, омыление котокоторого ведет к дипептиду. По другому пути дипептид получают исходя из галогенангидрида жирной а-галогенокислоты, который, соединяясь с эфиром аминокислоты, образует дипептид, для чего галоген полученной галогенокислоты при воздействии аммиака заменяется еще аминогруппой. В 1907 г. Фишер получил синтетически октадекапептид, построенный из восемнадцати молекул различных аминокислот.
Работы Фишера внесли значительный вклад в изучение строения белков. Фридрих Энгельс писал в 1886 г. о значении этой научной проблемы: «если мы обратим внимание на то, какое бесчисленное множество так называемых органических соединений получается теперь искусственным путем без помощи каких бы то ни было органических веществ, то мы, конечно, не потребуем от химии, чтобы она остановилась перед проблемой белка... Как только будет установлен состав белковых тел, химия сможет приступить к изготовлению живого белка».
Установление структуры белков, по мнению Энгельса, является таким научным знанием, которое подтверждает положения марксистской философии и опровергает идеалистическое представление о природе жизни и ее возникновении.
Исследования природы Сахаров позволили выяснить строение моносахаридов. Фишер и другие химики показали, что моносахариды можно представить как продукты окисления многоосновных спиртов. Исходя из этого, можно разделить моносахариды на альдозы и кетозы. Фишер открыл взаимодействие моносахаридов с фенилгидразином и впервые ввел эту одну из важнейших реакций в химию Сахаров. Это позволило Фишеру объяснить пространственное строение моносахаридов и тем самым продолжить разработку систематики углеводов, углубляя в то же время стереохими-ческие представления. Циангидрин (оксинитрил) ученый использовал также для своих замечательных синтезов Сахаров. Долгие годы он занимался исследованием углеводов. Эти исследования были продолжены его учениками.
Немаловажную роль придавал Фишер решению теоретических вопросов химии. Так, на примере глюкозы он исследовал природу связи между пространственным расположением заместителей в углеродном тетраэдре и оптической активностью. Изучая также поведение заместителей у асимметрического атома углерода органических соединений, изменяющих их оптическую активность, Фишер доказал на примере оптически активных аминокислот, что при проведении органических реакций часто происходит Вальде-новское обращение.
По совету своего учителя Байера Фишер провел обширные исследования трифенилметановых красителей. Разрабатывая эту открытую А. В. Гофманом область химии, Фишер многое сделал для того, чтобы внести окончательную ясность в проблему строения данной группы красителей.
Влияние А. Ф. Байера на творческую деятельность Фишера заметно и в исследованиях конденсированных систем, в том числе и индола, интерес к которому у Фишера появился одновременно с началом изучения белковых веществ. Однако особое значение имели работы Фишера по изучению производных пиримидина и имидазола - исходных веществ для пуриновых производных, которые сыграли важную роль в его исследовательской программе.
Представления Фишера о способе решения этой проблемы были тесно связаны с его интересом к биохимии. Он привел Фишера к исследованию нуклеиновых кислот и в конечном счете к открытию при этом диэтилбарбитуровой кислоты, полученной им путем замещения обоих атомов водорода в метиленовой группе барбитуровой кислоты этильными группами. Диэтилбарбитуровая кислота стала известна под названием «веронал» как снотворное средство. За его работу по исследованиям Сахаров и пуриновых производных Эмиль Фишер был удостоен в 1902 г. Нобелевской премии по химии. Как следует из мотивировки награждения этой премией, работы Фишера по изучению белковых веществ еще не дали к этому времени таких результатов, которые могли бы быть отмечены столь высокой наградой. Тем не менее с сегодняшней точки зрения их следует оценивать очень высоко.
Август Вильгельм Гофман
За время своей жизни Август Вильгельм Гофман, подобно Кекуле и другим химикам, был свидетелем развития химической промышленности Германии от ее первых шагов в начале XIX в. до создания мощных предприятий. Этому способствовала и разработка научных основ химии красителей Гофманом. В период, соответствовавший второй половине жизни Гофмана, постепенно стало очевидным, что естественные науки приобретают значение производительных сил. Одним из следствий такого осознания роли науки было введение систематического химического образования в немецких университетах для подготовки достаточного числа специалистов-химиков для работы в промышленности. В решении этой проблемы Гофман также принял активное участие.
Август Вильгельм Гофман родился 8 апреля 1818 г. в Гиссене. Его отец был придворным архитектором у Великого герцога. В 1836 г. Гофман начал изучать право в Гиссенском университете. Однако лекции Либиха, которые он посещал вместе со своими друзьями, побудили его стать химиком.
Либих посоветовал Гофману заняться исследованием продуктов перегонки каменноугольной смолы, которая привлекла в то время внимание химиков в связи с развитием газовых заводов и ростом производства кокса. Для выполнения этой задачи Гофман должен был проверить результаты опытов Рунге, проведенных в 1834 г., и сравнить их с данными, полученными другими современными ему химиками. Прежде всего Гофман исследовал основные продукты, образующиеся при разгонке каменноугольной смолы, и установил, что «кианол» Рунге, «кристаллин» Унфердорбена, «анилин» Фрицше и «бензидам» Зинина одно и то же вещество. Результаты этих работ были опубликованы Гофманом в 1843 г. в статье под названием «Химические исследования органических оснований каменноугольной смолы». Они указали путь получения бензола из каменноугольной смолы, который позже был с успехом применен на практике учеником Гофмана Мэнсфилдом. Гофман высоко оценил в этой работе предложенный Зининым метод восстановления нитробензола в аминобензол. Но в отличие от Зинина он применил для этой цели водород, выделяющийся при реакции соляной кислоты с цинком. Впоследствии цинк в этом способе был заменен железом. Вместе с Муспраттом Гофман получил по этому методу в 1845 г. метиланилин (толуидин).
В обобщающей работе Гофмана «Обзор исследований индиго и его превращений, проведенных в последнее время», также опубликованной в 1843 г., ярко проявился его большой талант, правильность подхода к проблемам, требующим сравнительных и обобщающих исследований, и умение обнаруживать основополагающие закономерности химии.
Публикация спустя два года работы «Превращения индиго, получение органических оснований, содержащих хлор и бром» сделала имя Гофмана широко известным в кругах химиков.
|
загрузка... |
|
загрузка... |
БАЙЕР, ИОГАНН ФРИДРИХ ВИЛЬГЕЛЬМ АДОЛЬФ ФОН (Baeyer, Johann Friedrich Wilhelm Adolf von), 1835-1917 (Германия). Нобелевская премия по химии (1905).
Родился 31 октября 1835 года в Берлине, старшим из пяти детей Иоганна Якоба фон Байера и Евгении Хитциг. Отец - генерал прусской армии, автор работ по географии, возглавивший впоследствии общеевропейскую геодезическую службу. Мать - дочь известного юриста и историка Юлиуса Эдуарда Хитцига. В доме Байеров собирались известные люди, например, писатель Эрнст Теодор Амадей Гофман.
У Байера рано проявился интерес к химии, а в 12-летнем возрасте он сделал первое химическое открытие. Это была новая двойная соль - карбонат меди и натрия. Окончив гимназию, он в 1853 поступил в Берлинский университет, где в течение двух лет занимался изучением математики и физики.
После года службы в армии стал студентом Гейдельбергского университета и приступил к изучению химии под руководством Роберта Вильгельма Бунзена, открывшего ранее вместе Густавом Робертом Кирхгофом спектральный анализ. В Гейдельберге Байер сосредоточил свое внимание на физической химии, но после опубликования в 1857 статьи о хлорметане увлекся органической химией и стал работать в частной лаборатории Фридриха Августа Кекуле и провел работу по исследованию органических соединений мышьяка, за которую ему была присуждена докторская степень.
С 1858 в течение двух лет он вместе с Кекуле работал в Гентском университете в Бельгии, а затем возвратился в Берлин, где читал лекции по химии в берлинской Высшей технической школе. Под влиянием Кекуле Байер сначала исследовал мочевую кислоту, а затем, начиная с 1865, изучал строение индиго. Индиго было ценным синим красителем, структура которого была неизвестной.
Переехав в Страсбург (1872) и заняв место профессора химии в Страсбургском университете, Байер приступил к изучению других красителей и выделил фенолфталеин и эозин.
В 1875 Байер занял должность профессора химии в Мюнхенском университете. Здесь в течение более чем четырех десятилетий он был центром притяжения множества одаренных студентов. Его лаборатория стала Меккой химиков-органиков. Он создал собственную научную школу из многих десятков учеников. 'Я бросаю людей в море, и пусть выплывает, кто как может' - так сам Байер характеризовал свой метод обучения.
Примененный Байером способ восстановления индиго позволил провести его структурный анализ. Изучая другой процесс - окисление изатина, Байер в 1883 сумел синтезировать индиго. Он не был, однако первым. В 1875 Марцелл Ненцкий получил индиго окислением индола озоном и в 1900 году Байер признал его приоритет.
В 1882 Байер объявил о результатах своих исследований индиго и предложил его формулу. Эта формула вызвала насмешки химиков. Так, известный органик Адольф Вильгельм Герман Кольбе, познакомившись с ней, назвал ее 'зонтиком без ручки' и 'башенной лестницей', однако уже в 1883 Байер предложил правильную формулу. В 1900, в статье, посвященной истории синтеза индиго, он сказал: 'Наконец-то у меня в руках основное вещество для синтеза индиго, и я испытываю такую же радость, какую, вероятно, испытывал Эмиль Фишер, когда после 15 лет работы синтезировал пурин - исходное вещество для получения мочевой кислоты'. После исследований Байера индиго стало продуктом промышленного производства.
Изучение красителей привело Байера к исследованию структуры углеводородов и их производных. Во-первых, он установил, что в молекуле бензола, важнейшего представителя класса ароматических углеводородов, все атомы углерода равноценны. На основании этого он совместно с английским химиком Генри Эдуардом Армстронгом предложил центрическую формулу бензола, которая была со временем отвергнута, но сыграла в тот период определенную роль в развитии структурных представлений.
Во-вторых, он изучал строение насыщенных аналогов бензола и насыщенных производных с иными размерами кольца. Для них он, с одной стороны, сформулировал стереохимическую теорию напряжения, опирающуюся на представления Вант-Гоффа (Нобелевская премия, 1901) и Жозефа Ашиля Ле Беля о тетраэдрическом строении атома углерода. Он утверждал, что из-за размеров кольца молекула может находиться под напряжением и что это напряжение определяет не только форму молекулы, но также и ее стабильность. С другой стороны, он впервые обнаружил явление геометрической изомерии - цис, транс-изомерию. Это явление было перенесено и на другой класс углеводородов - на ненасыщенные углеводороды, в молекулах которых атомы углерода образуют двойную связь.
В 1885 в день 50-летия Байера в знак признания заслуг ему был пожалован наследственный титул, давший право ставить перед фамилией частицу 'фон'.
В 1905 Байеру была присуждена Нобелевская премия 'за вклад в развитие органической и промышленной химии работами по красящим веществам и гидроароматическим соединениям'. Поскольку в это время он был болен и не мог лично присутствовать на церемонии вручения премии, она была передана через германского посла.
Байер продолжил исследования в области молекулярной структуры. Его работы по кислородным соединениям привели к выводу о сходстве оксониевых и аммониевых производных. Он также занимался изучением связи между молекулярной структурой и оптическими свойствами веществ, в частности цветом.
Вплоть до своего выхода в отставку Байер продолжал с увлечением заниматься исследовательской деятельностью. Пользовался глубоким уважением за свое искусство экспериментатора и пытливый ум. Получал много выгодных предложений от химических фирм, но всегда от них отказывался.
Умер в своем загородном доме на Штарнбергском озере, недалеко от Мюнхена, 20 августа 1917.
2. Ф.М.Флавицкий, его место и роль в КХШ (по экспозиции музея КХШ). Карманная лаборатория Ф.М.Флавицкого
ФЛАВИЦКИЙ, Флавиан Михайлович
10 января 1848 г. – 1 ноября 1917 г.
Флавиан Михайлович Флавицкий – русский химик-органик. Родился в Усмани (ныне Липецкой области). Окончил Харьковский университет (1869). В 1870-1873 гг. работал в лаборатории А. М. Бутлерова в Петербургском университете, с 1774 г. преподавал в Казанском университете (с 1884 профессор). Член-корреспондент Петербургской академии наук (с 1907).
Работы посвящены преимущественно химии углеводородов. Под руководством Бутлерова выполнил ряд исследований, связанных с проверкой теории химического строения. Получил один из амиловых спиртов. Предложил способ определения числа изомеров предельных одноатомных спиртов. Показал (1875), что полученный Ш. А. Вюрцем амиленгидрат представляет собой не вторичный, а третичный спирт, дегидратирующийся в изопропилэтилен (амилен Флавицкого). Сформулировал правило, согласно которому наиболее устойчивой формой изомерных углеводородов является наиболее метилированный углеводород например из пентанов – тетраметилметан (правило Флавицкого). Это правило послужило фактором предвидения направления реакций изомеризации и основанием синтеза термически устойчивых кумуленов с метильными группами в конце цепи.
Занимался исследованием терпенов (с 1880) и изучением смол хвойных деревьев; заложил основание казанской школы в области химии терпенов. Предложил (1880) классификацию терпенов и впервые осуществил взаимопревращения моно- и бициклических терпенов. Осуществил (1891) превращение пинена в оптически активный лимонен. Развивал химическую теорию растворов.
Ф.М.Флавицкий (1848 - 1917) - русский химик-органик, член-корреспондент Петербургской академии наук (с 1907 г.).
По окончании Харьковского университета (1869 г.) работал в Петербурге в лаборатории А.М.Бутлерова (1870-1873 гг.).
В 1873 г. Ф.М.Флавицкий в Харьковском университете защищает диссертацию на право чтения лекций "Соотношение физических свойств с химическим строением" и в этом же году принимает предложение А.М.Зайцева перейти на должность хранителя музея при химической лаборатории Казанского университета.
В 1875 г. он защищает в Казанском университете магистерскую диссертацию "Об изомерии амиленов из амильного алкоголя брожения" - прямое продолжение одной из работ, выполненных в лаборатории Бутлерова.
Предмет его докторской диссертации - исследования в области терпенов - был одобрен А.М.Бутлеровым и А.М.Зайцевым. Докторская диссертация "О некоторых свойствах терпенов и их взаимных отношениях" защищена в 1881 г.
С 1884 г. Флавицкий - профессор Казанского университета, с1889 г. он прекращает занятия органической химией и полностью переходит на исследования в области неорганической, физической, а позднее и аналитической химии.
Коллекции профессоров Казанского университета в музейных фондах
ФЛАВИЦКИЙ Флавиан Михайлович (1848-1917) — химик. С 1873 года работал в Казанском университете, с 1884 по 1917 год возглавлял кафедру химии. Был удостоен звания заслуженного профессора. В 1907 году был избран членом-корреспондентом Академии наук.
Ф.М. Флавицкий является основателем казанской школы в области химии природных соединений — терпенов. Его труды о теории строения и химии терпенов получили широкое признание и позволили решить вопрос о добывании и использовании смол и скипидаров. Многие годы он руководил исследованиями о закономерностях химического состава и изучению реакций веществ в твердом состоянии.