Курс органической химии - Каррер П.
Скачать (прямая ссылка):
В 1915—1916 гг. Коссель и Лыоис применили эту атомную модель для объяснения электровалентной и ковалентной связей. Коссель
24
Гл. 1. Введение
установил, что электровалентная связь образуется путем перехода электронов из электронной оболочки одного атома в электронную оболочку другого. Это приводит к образованию ионов, которые электростатически взаимодействуют друг с другом. Причиной наблюдающейся при этом избирательности п насыщаемости химической связи является стабильность образующихся в конечном результате электронных оболочек, подобных оболочкам инертных газов. Лыоис интерпретировал ковалентную связь как пару электронов, находящуюся между двумя атомами и принадлежащую одновременно оболочкам обоих атомов. Однако на основании этой статической модели он не смог решить вопроса о силах, связывающих атомы. Лэнгмюр установил, что в стабильных молекулах наружный электронный слой обычно содержит октет электронов. Химические силы, согласно этой модели, определяются изменениями в электронной оболочке.
В 1926 г. Гейзенберг и Шредингер создали механику атомных и молекулярных систем, которая получила широкое применение в атомной и молекулярной физике. Необходимое дополнение в квантовую механику внес Паули, разработавший теорию электронных спинов. Это явилось фундаментом, на котором с учетом известного правила несовместимости (запрет Паули: в атоме не может быть двух электронов, обладающих 4 одинаковыми квантовыми числами) было построено учение о химических силах, в принципе позволяющее понять и описать образование химических соединений. Сначала удалось интерпретировать устойчивость электронных оболочек атомов инертных газов, благодаря чему нашло исчерпывающее объяснение понятие электровалентной связи, лежащее в основе теории Косселя. Затем получила квангово-механическое истолкование и ковалентная связь. Гейтлером и Лондоном было показано, что связь двух атомов в молекуле водорода может быть объяснена чисто электростатическими силами, если для этого использовать квантовую механику. Силы, связывающие два атома и два электрона, возникают благодаря тому, что оба электрона имеют антипараллельные спины и с большой степенью вероятности находятся между двумя атомными ядрами; насыщаемость химических связей объясняется принципом Паули. Таким образом, представления Льюиса получили исчерпывающее физическое обоснование.
Достижения квантовой химии в настоящее время используются для интерпретации многих химических реакций. Однако современное состояние этой теории таково, что за исключением простейших молекул или ионов (Н~,Н2+, Н2), расчеты могут быть проведены только приближенно, и то лишь при использовании сложного математического аппарата. Чем точнее эти расчеты, тем дальше они, в большинстве случаев, от простых химических формул; из них исчезают элементы наглядности, полученные результаты трудно поддаются физической интерпретации и уже не могут быть использованы химиками в их повседневной работе по расщеплению и синтезу сложных органических веществ. Поэтому был создан ряд вспомогательных, так называемых качественных электронных теорий химической связи (Вейтц, Робинсон, Ингольд, Арндт, По-линг, Слейтер, Хюккель, Мулликен и др.), которые нашли широкое распространение и дают плодотворные результаты в построении феноменологической органической химии. Впрочем, необходимо всегда знать границы применения этих приближенных представлений и они будут часто указываться в настоящей книге. Наконец, следует отметить что согласно квантовой механике, невозможно создать точную и вместе с тем наглядную теорию материи, так как любая такая теория неизбежно окажегея лишь ограниченно правильной.
Раздел первый
углеводороды и соединения с одноатомными
функциями
ГЛАВА 2 УГЛЕВОДОРОДЫ 1
Число углеводородов жирного ряда (алифатических углеводородов) чрезвычайно велико. Их многообразие обусловлено способностью атомов углерода соединяться между собой с образованием цепей, причем это свойство в столь сильной степени не присуще ни одному другому элементу и проявляется в гораздо меньшей мере лишь у некоторых элементов, расположенных в периодической системе вблизи от углерода (например, у кремния, азота, фосфора, мышьяка).
Высший предел способности атомов углерода к взаимному соединению неизвестен. Был синтезирован углеводород, в молекуле которого имеются 82 последовательно связанных друг с другом атома углерода, и ничто не предсказывает неустойчивости еще более длинных углеродных цепей.
Особое положение, занимаемое углеродом среди других элементов, связано по крайней мере частично с его электронейтральностыо, которая благоприятствует взаимодействию однородных атомов друг с другом в большей степени, чем у элементов с ярко выраженными электроположительными или электроотрицательными свойствами. Определенные представления о сущности органической, т. е. гомеополярной углерод-углеродной связи дает теория Льюиса—Лэнгмюра, которую мы считаем уже известной читателю (см. также сгр. 51).
Углеводороды подразделяются на группы в зависимости от соотношения, в котором углерод и водород содержатся в их молекуле. Углеводороды, наиболее богатые водородом, называются насыщенными; в них достигнута высшая степень насыщения водородом. Все другие углеводороды, более бедные водородом, называются пепасыщен-н ы м и. В свою очередь, ненасыщенные углеводороды подразделяются на различные подгруппы в зависимости от отношения содержания в них углерода к содержанию водорода.
