Курс органической химии - Каррер П.
Скачать (прямая ссылка):
эфир спирт
тогда как в действительности известны три соединения с эмпирической формулой С3Н80. Исходя из представлений о строении углеводородных остатков как производных типа метана, следует ожидать существования двух изомерных пропиловых спиртов, отличающихся друг от друга по строению остатка С3Н7;
H
I
H H H H-C-H H
I I I II
НО—С—С—С—H но—с-С—H
Iii II
H H H H H
Лишь значительно позднее стали известны некоторые факты, особенно случаи изомерии, которые не могли быть объяснены даже при помощи подобных структурных формул. Чтобы понять и объяснить эти явления, необходимо было принять во внимание не только взаимные связи атомов, но и их пространственное расположение в молекуле. Исследованием этих пространственных соотношений занимается зародившаяся приблизительно в 1870 г. стереохимия (пространственная химия), с основами которой мы познакомимся в последующих главах.
История развития представлений о природе химических связей 1
Для того чтобы упорядочить необычайно большое число соединений углерода, в течение последнего столетия стремились изыскать такую всеобъемлющую систематику этих веществ, на основе которой можно было бы вывести закономерности образования и объяснить природу органических соединений. Конечно, к той же цели можно было идти
1 W. Kauzmann, Quantum Chemistry. An Introduction. New York 1957 — H .Hartmann Theorie der chemischen Bindung. Berlin 1954. — С. A. Coulson,
Уоа^ПСЧ°ХД0ГЧ ,rL-JP^Ul,1,ng,' T?e Nature of the Chemical Bond. New York 1955 -ECartmell and GW. A. Fowl es Valency and Molecular Structure. London 19o6. — W. H eitle r, Elementary Wave Mechanics. Oxford 1944 — H Hartmann, Die chemische Bindung. Berlin 1955. — F. Seel, Atombau und chemische Bindung. Stuttgart 19ob.
Развитие представлений о природе химических связей
23
и обратным путем, устанавливая закономерности и строя на них систематику, но для этого было необходимо более глубокое знание внутримолекулярных сил.
В то время как Дальтон считал, что химические силы можно изучить только путем исследования химических свойств, Берцелиус развил представления Деви о том, что в основе этих сил лежит кулонов-ское притяжение между различно заряженными частицами, образующими молекулу. Эта электрохимическая теория, возникшая на основе дуалистических представлений о чередовании положительно и отрицательно заряженных атомов и их взаимодействии, получила довольно широкое распространение, особенно в интерпретации реакций электролитов. Однако она оказалась не в состоянии объяснить явления замещения в органических молекулах, так как отождествление химической связи с электростатическими силами взаимодействия двух точечных зарядов привело к серьезным противоречиям.
Унитарные представления о природе химических сил были развиты Кекуле. Он назвал эти силы «насыщаемыми силовыми лучами», которые можно символически обозначать крючками или черточками (Эрленмейер). Каждому атому присуща своя «атомность», или валентность, которые указывают на количество его связей; устойчивыми являются те молекулы, в которых не осталось неиспользованных валентностей. Характер валентных сил физика того времени еще не могла; объяснить, но, тем не менее, с помощью этих представлений уже можно было описывать природу и Превращения органических молекул. Едва ли какие-нибудь другие теории в естествознании были столь плодотворны для изучения и систематики колоссального экспериментального материала, как теория валентности Кекуле. Именно поэтому она долгое время находила почти неограниченное применение.
Представления Берцелиуса и Кекуле в дальнейшем привели к более глубоким знаниям и, наконец, к разработке подробной физической теории, объясняющей сущность химических связей. Вначале Фарадей открыл зависимость между химическими и электрическими явлениями, которая была использована Аррениусом в созданной им ионной теории. Это позволило рядом с кекулевскон теорией построить электрохимическую теорию, так что создалась система, основанная на представлениях о двух возможных типах химической связи — «электровалентной» (соли, электролиты) и «ковалентной» (простые молекулы). Принятая тогда в химии атомная модель — шарик, несущий положительный или отрицательный заряд или же снабженный крючками — в конце прошлого и начале текущего столетия сильно изменилась под влиянием работ Гельмгольца, Ленарда, Томсона и Резерфорда. В результате их экспериментов было установлено, что атомы состоят из ядра и оболочки. Было выяснено, что в оболочке находятся отрицательно заряженные частицы— электроны, а ядро нейтрального атома содержит эквивалентный положительный заряд и в нем сосредоточена почти вся масса атома. Правда, эта модель атома обладала той особенностью, чго ее свойства было невозможно объяснить на основании законов ньютоновской механики и электростатики. Однако в 1912 г. Бор сформулировал постулаты, с помощью которых удалось, используя постоянную Планка, объяснить динамическую стабильность атома. Эта старая квантовая теория была дополнена Зоммерфельдом. Было установлено, что оболочки атомов в нормальном состоянии построены из групп, «слоев», для каждого из которых характерно свое максимальное число электронов.
