Курс органической химии - Каррер П.
Скачать (прямая ссылка):
Пример 2. При анализе уксусной кислоты было найдено, что она содержит 40% углерода, 6,7% водорода и 53,3% кислорода. Для нахождения простейшей эмпирической формулы уксусной кислоты делим найденные числа на атомные веса соответствующих элементов и получаем:
• . для с = т|оТ = 3-33; для Н = ТЖ = 6'65
для 0 = ^=3,33
Простейшая эмпирическая формула уксусной кислоты должна поэтому иметь следующий вид:
С3,ззнб,б5°з,зз или С1На°1
В большинстве случаев простейшие эмпирические формулы не дают, однако, достаточного представления о природе органического соединения. Очень часто существует несколько, а иногда даже очень много различных веществ, которые могут быть выражены одной и той же эмпирической формулой, несмотря на существующие между ними различия в молекулярном весе, в строении или в пространственном расположении атомов в молекуле. Для выяснения этих различий прежде всего необходимо определить молекулярный вес соответствующего соединения. Для определения молекулярного веса в органической химии пользуются обычными методами, основанными на измерении упругости паров или осмотического давления (определения повышения температуры кипения или понижения температуры плавления). Предполагается, что все эти методы читателю известны.
Приведем следующий пример. Посредством определения плотности паров бензола было найдено, что его молекулярный вес лежит в пределах 77—80. Из этого следует, что простейшая эмпирическая формула бензола, найденная как указано выше, не совпадает с его молекулярной формулой и должна быть умножена на шесть. Молекулярная'формула бензола должна поэтому соответствовать {С\Н\)& или СбН6 (рассчитанный молекулярный вес равен 78).
12
Гл. 1. Введение
В некоторых случаях определение молекулярного веса с помощью какого-нибудь одного физического метода ие может привести к правильному выводу о величине молекулы вещества. Если, например, попытаться определить величину молекулярного веса уксусной кислоты по упругости ее паров или но осмотическому давлению, то можно получить значения, существенно превышающие истинное (определенное другим способом). Причиной аномалии является ассоциация молекул уксусной кислоты, вследствие чего получаются значения, относящиеся не к отдельным молекулам, а к молекулам, ассоциированным в комплексы (в большинстве случаев — димерные).
¦ В подобных случаях задачу определения молекулярного веса соединения удается иногда упростить, исследуя какое-либо его производное, молекулы которого обладают меньшей склонностью к ассоциации. Из уксусной кислоты СН3СООН путем замены атома водорода карбоксильной группы углеводородным остатком можно получить так называемые сложные эфиры (например, СН3СООС2Н5 — уксусноэтиловый эфир), не обладающие, в отличие от исходного вещества, способностью к ассоциации. На основании данных об упругости паров этого эфира можно вычислить истинный молекулярный вес уксусной кислоты.
В других случаях удается определить молекулярный вес какого-либо соединения, сопоставляя данные анализа его производных (солей, продуктов замещения и пр.). Выше уже было указано, что уксусной кислоте соответствует простейшая эмпирическая формула (СНгО)/, этой же формуле отвечают и некоторые другие кислотные соединения, например молочная кислота. Однако серебряные соли обеих кислот значительно отличаются друг от друга по составу:
для уксуснокислого серебра С =14,4%; Н = 18,8%: 0 = 19,2%; А? = 64,6% для молочнокислого серебра С =18,3%; Н = 2,5%; 0 = 24,4%; А? = 54,8%
Вычислив обычным способом простейшие эмпирические формулы обоих соединений, получим:
для уксуснокислого серебра С, 3Н1 80, 2А§0 6 или C3HзO.,Ag для молочнокислого серебра С, 53Н2 й0} -3А§0 31 или С3Нй03А§
Сопоставляя полученные данные, можно прийти к следующим выводам. Прежде всего, молекулярная формула уксусной кислоты не может быть меньше, чем С2Н4О2, а молекулярная формула молочной кислоты — меньше, чем СзН603, так как совершенно ясно, что в любой молекуле соли не может содержаться меньше одного атома серебра. Однако это соображение еще не указывает верхнего предела для величины молекул обеих кислот; уксуснокислое серебро, например, могло бы иметь молекулярную формулу С.4Н60.,Асг2) а молочнокислое серебро — С6НюОбА§2, что точно так же соответствовало бы результатам анализа. Таким образом, посредством подобного «определения молекулярного веса химическим путем» мы можем, следовательно, точно установить только наименьшие размеры молекулы, но не определить ее максимальную величину. Последнюю задачу можно разрешить, лишь определив величину молекулярного веса с помощью физических методов — по плотности паров или по величине осмотического давления. Однако эти результаты, в свою очередь, тоже не вполне однозначны так как устанавливают для величины молекул исследуемого вещества л'иш*. зерхиие границы, ие исключая возможности существования также молекул меньших размеров. Так, например, для веществ, молекулы ко-
Структурные формулы, или формулы строения
13
.торых находятся в ассоциированном состоянии, т. е. соединяются друг с другом, образуя молекулярные агрегаты, физические методы определения величины молекулярного веса могут указать лишь величину этих агрегатов, но не истииные размеры химических молекул.
