идентификатор: 232-793-768

Приложение № 6.
Доказательство теории органических соединений А.М. Бутлерова
Доказательство положения «Свойства веществ зависят не только от того, сколько и каких атомов входит в состав молекул, но и от того, как они соединены»

Углерод в органических веществах всегда проявляет валентность IV, и каждый атом углерода образует 4 связи, водород проявляет валентность I, и каждый атом водорода образует 1 связь, о чем свидетельствуют структурные формулы углеводородов различных классов, причем, как разветвленные углеводороды, так и неразветвленные:

Алканы: С₆Н₁₄ Н

|

H H H H H H Н Н – С – Н H

| | | | | | | | |

H – С – С – С – С – С – С – H Н – С – С – С – С – С – Н

| | | | | | | / \ / \ / \ |

H H H H H H H H H H HH H H

H

Алкены: С₆Н₁₂ |

Н Н Н Н Н Н H – C – H H H

| | | | | | | | |

Н – С = С – С – С – С – С – Н Н – С = С – С – С – С – Н

| | | | | / \ | |

Н Н Н Н H H H H H

H

Алкины: С₆Н₁₀ |

Н Н Н Н H – C – H H

| | | | | |

Н – С С – С – С – С – С – Н Н – С С – С – С – С – Н

| | | | | / \ |

Н Н Н Н H H H H

Доказательство положения «Свойства веществ зависят не только от того, сколько и каких атомов входит в состав молекул, но и от того, как они соединены»

1. 
   Углеводороды нормального и разветвленного строения с одинаковой молекулярной формулой:
   

а) имеют разные температуры кипения: углеводороды с разветвленной цепью атомов кипят при более низкой температуре, чем их изомеры неразветвленного строения.

б) изостроения детонируют тем меньше, чем более разветвленным строением они обладают.

в) под влиянием катализаторов при нагревании углеводороды нормального строения подвергаются изомеризации – перестройке углеродного скелета с образованием алканов разветвленного строения.

t⁰, AlCl₃

CH₃ –CH₂ –CH₂ –CH₂ –CH_{3 (пентан)} CH₃ –CH – CH₂ –CH_{3 (2метилбутан)}

|

CH₃

2. 
   Углеводороды, имеющие одну молекулярную формулу, но принадлежащие к разным классам обладают различными свойствами:
   

а) формулу С₅Н₁₀ имеют циклопентан (класс циклоалканов) и пентен (класс алкенов).
Циклопентан вступает в реакции замещения и не обесцвечивает бромную воду и раствор KMnO₄:
CH₂ CH₂

/ \ / \

CH₂ CH₂ + Br₂ CH₂ CH – Br + HBr

| | | |

CH₂ – CH₂ CH₂ – CH₂
Пентен вступает в реакции присоединения, обесцвечивает бромную воду и раствор KMnO₄:
СН₂ = СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ + Br₂ CH₂ – CH – СН₂ – СН₂ – СН₃

| |

Br Br
б) формулу С₅Н₈ имеют пентин (класс алкинов) и пентадиен (класс алкадиенов).
Пентин, в отличие от пентадиена, вступает в реакции присоединения воды (в присутствии ионов Hg⁺²; реакция Кучерова):

Hg⁺²

СН₂ СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ + Н₂O CH₃ – C – СН₂ – СН₂ – СН₃

||

O

Доказательство положения «По свойствам данного вещества можно определить его строение, а по строению предвидеть свойства»

1. 
   По свойствам вещества можно предположить его строение:
   

В трех пробирках находятся растворы пентана, пентена – 1, пентина-1. При помощи каких реакций можно предположить особенности строения и различить данные вещества

Пробирка №	Реагенты				Вещество
	Бромная вода (Br2)	Раствор KMnO4	[Ag(NH3)2]OH	Предположительные особенности строения
1	-------	-------	---------	Не содержится двойных и тройных связей	Пентан
2	Быстрое обесцвечивание	Быстрое обесцвечивание	---------	Содержится двойная связь	Пентен-1
3	Медленное обесцвечивание	Медленное обесцвечивание	осадок	Содержится тройная связь	Пентин-1

Уравнения реакций:

СН₂ = СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ + Br₂ CH₂ – CH – СН₂ – СН₂ – СН₃

| |

Br Br

Br Br

| |

СН₂ СН – СН₂ – СН₂ – СН₃ + 2Br₂ CH₂ – CH – СН₂ – СН₂ – СН₃

| |

Br Br
СН₃ – CH₂ – CH₂ – СCH + [Ag(NH₃)₂]OH CH₃CH₂CH₂СCAg + 2NH₃ + H₂O

2. 
   По строению можно предвидеть свойства вещества:
   

а) Если углеводород относится к классу алканов, то он вступает с галогенами в реакции замещения на свету:

СН₃ – СН₂ – СН₃ + Cl₂ (свет) СН₃ – СН – СН₃ + HCl

|

Cl

б) Если углеводород содержит двойные или тройные связи, то он будет вступать в реакции присоединения:
СН₂ = СН – СН₃ + HCl СН₃ – СН – СН₃

|

Cl

CHC – CH₃ + HCl CH₂ = C – CH₃

|

Cl

в) Если углеводород относится к классу ароматических углеводородов и содержит бензольное кольцо, то он будет вступать как в реакции замещения, так и в реакции присоединения:
С₆Н₆ + 3Н₂ С₆Н₁₂
С₆Н₆ + Вr₂ C₆H₅Br + HBr
Доказательство положения «Атомы и группы атомов в молекулах органических веществ взаимно влияют друг на друга»
Сравним бензол (С₆Н₆) и толуол (С₆Н₅ –СН₃) – они относятся к классу ароматических углеводородов и способны вступать в реакции замещения:
С₆Н₆ + НNO₃ С₆Н₅ – NO₂ + H₂O
С₆Н₅ –СН₃ + НNO₃ С₆Н₄ (CH₃) – NO₂ + H₂O
Но толуол вступает в реакции замещения легче, чем бензол, что говорит о том, что группа СН₃ влияет на бензольное ядро (смещает электронную плотность в сторону бензольного ядра)
В то же время бензол стоек к окислению, а толуол окисляется раствором KMnO₄, причем окисляется при этом боковой радикал СН₃ – значит, бензольное ядро тоже влияет на радикал.

5С₆Н₅ –СН₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ 5С₆Н₅ –СOOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O