Цианаты

Витализм теориясының мү лдем кү йреуіне ө ткен ғ асырдың алпысыншы жылдарында майлардың (1854 ж., М. Бертло), қ анттың (1861 ж., А.М. Бутлеров) синтездік жолмен алынуы ү лкен себеп болды. Осы уақ ыттан басталып органикалық химияның ө те кү шті қ арқ ынмен дамуы басталады.

Органикалық заттардың табиғ атын, олардың ө зіндік қ асиеттерін тү сініп білу – олардың молекулалық қ ұ рамын, қ ұ рылысын зерттеуден басталуы керектігі – ендігі жерде ғ алымдар ізденісінің қ ажеттігіне айналды. Ғ алымдар органикалық заттардың қ асиеттерін олардың молекулаларының қ ұ рылысында деп біліп, ә ртү рлі ұ сыныстар, теориялар жасай бастады. Сө йтіп, ХІХ ғ асырдың ортасынан бастап органикалық химия ө з алдына жеке ғ ылым ретінде біржола қ алыптасты.

Ө з алдына ғ ылым болып дами бастағ анына жү з елу жылдай уақ ыт болғ ан органикалық химия кейінгі 20 – 30 жыл ішінде ө те қ арқ ынды дамыды. Оғ ан себеп, органикалық химиямен тығ ыз байланысты басқ а жаратылыстану ғ ылымдарының зор жетістіктерге жетуі. Атап айтқ анда: кванттық химияның есептеу ә дістерін, молекулалық механиканың жетістіктерін, заттар қ ұ рамын анық тауда физика – химиялық жаң а ә дістерді пайдалану, сонымен қ атар кү рделі органикалық синтездеу стратегиясының мү лдем ө згеріп кетуі, міне, осының бә рі, органикалық химияның ә лі де қ алыптасқ ан ұ ғ ымдарына, тү сініктеріне бү гінгі кү ннің ғ ылыми – техникалық дә режесінде сын кө збен қ арап, ө згертулер, жаң а мағ ыналы тү сініктер енгізуді талап етеді.

Бү гінде органикалық химияны молекулалық қ ұ рылымы жә не соғ ан сә йкес қ асиеттері, кө міртегінің осы заттың молекуласын қ ұ рудағ ы ерекше қ асиеттерімен (тізбек, сақ ина, қ ос немесе ү ш байланыс тү зудегі конфигурациялық ө згерістері, кө міртегі мен кө міртегі немесе кө міртегі мен басқ а элемент аралығ ындағ ы химиялық байланыстар, молекуладағ ы кө міртегі атомдарының бір – біріне, немесе кө міртегіне басқ а атомдар, атомдар топтарының ә сері, т.б.) сипатталатын кү рделі заттардың химиясы дегеніміз жө н. Ал, қ азірде органикалық химия – кө міртекті қ осылыстар химиясы дей салу, органикалық заттар туралы ұ ғ ымның шең берін тым тарылтып жібереді. Олай дейтініміз, қ ұ рамында кө міртегі бар толып жатқ ан органикалық емес заттардың да бар екенін ескерсек те жеткілікті.

Органикалық химияның негізгі объектісі - кө міртегінің басқ а элементтермен қ осылыстары жә не олардың қ асиеттері. Бұ л мә селені шешуде органикалық химия ғ ылым ретінде зерттеулерін заттардың молекулалық қ ұ рылыстарын анық таудан бастайды.

Заттардың қ ұ рылысын зерттеудегі органикалық химияның даму тарихын мына тө мендегідей кезең дерге бө луге болады:

а) органикалық заттардың қ ұ рылыс теориясына дейінгі кезең (ХІХ ғ асырдың 30 – 40 жылдар аралығ ы);

ә) заттардың химиялық қ ұ рылыс теориясы жә не стереохимия туралы классикалық теорияның дә уірі (ХІХ ғ асырдың 40 – 60 жылдар аралығ ы);

б) заттар қ ұ рылысы туралы электрондық жә не квант – механикалық кө зқ арастардың қ алыптасқ ан кезі (ХІХ ғ асырдың 60 – жылдарынан бастап, бү гінгі кү нге дейін).

Бұ л кезең дердің біріншісінде органикалық заттар жө ніндегі сол кездегі барлық ұ ғ ымдарды біріктіруге тырысқ ан радикалдар теориясы пайда болды.

РАДИКАЛДАР ТЕОРИЯСЫ

Радикалдар теориясының негізін қ алаушылар Якоб Берцелиус, неміс ғ алымдары Юстус Либих (1803 - 1873), Фридрих Велер (1800 - 1882) жә не т.б. Теорияның тууына тікелей себеп болғ ан, соң ғ ы екі ғ алымның бензой қ ышқ ылы жә не оның туындыларымен жү ргізген жұ мыстарының қ орытындылары еді. Олар бензой қ ышқ ылының бірнеше туындыларын зерттей отырып, бұ л қ осылыстардың барлығ ының молекулалық қ ұ рамында белгілі бір атомдардың жиынтығ ы С₇Н₅О ү немі кездесіп отыратындығ ын байқ ағ ан. Мысалы, мынадай қ осылыстарда:

С₇Н₆О немесе С₆Н₅СНО (бензальдегид),

О

С₇Н₅ОСІ немесе С₆Н₅С (хлорлы бензоил ),

СІ

С₇Н₅ООН немесе С₆Н₅СООН (бензой қ ышқ ылы ),

О

С₇Н₅ОNН₂ немесе С₆Н₅С (бензой қ ышқ ылының амиді).

NН₂

Ө згеріссіз бір заттан екінші заттың қ ұ рамына ауысып отыратын атомдар тобының жиынтығ ын олар «р а д и к а л» деп атағ ан. Радикалдар қ атарына олар сонымен қ атар СН₃СО немесе С₂Н₃О – ацетилді, т.б. қ алдық тарды жатқ ызғ ан. Басқ аша айтқ анда, олар: барлық органикалық заттардың молекулалық қ ұ рамында екі тү рлі бө лшек бар:

- оның бірі бір қ осылыстың қ ұ рамынан екінші қ осылыстың қ ұ рамына химиялық реакциялар кезінде ө згеріссіз ауысып отыратын бө лшек (радикалдар), ал екіншісі химиялық ө згеріске ұ шырайтын бө лшектер деп ұ қ ты.

Радикалдар теориясының тұ жырымын былай деп кө рсетуге болар еді.

а) барлық органикалық заттардың қ ұ рамында ә рдайым оң зарядталғ ан

радикалдар бар;

ә) радикалдар ә рдайым тұ рақ ты, олар бір заттан екінші заттың қ ұ рамына ешқ андай ө згеріске ұ шырамай ауысып отырады;

б) радикалдар бос кү йінде, ешбір заттардың қ ұ рамына кірмей – ақ, ө з алдына ө мір сү ре алады.

Алайда, аз уақ ыттан соң – ақ радикалдар теориясының тұ жырымдарына қ арама – қ арсы келетін фактілер тым кө бейіп кетті. Олардың ішіндегі ең бастысы Француз ғ алымы Жан Батист Дюманың (1800 - 1884) жұ мыстарының қ орытындысы болды. Жан Дюма қ азірде «м е т а л е п с и я» деп жү рген реакцияны ең алғ аш ашқ ан химик. Ол органикалық заттардың кө пшілігіне хлорды ә рекеттестіргенде, хлор атомдарының ә лемдегі заттың қ ұ рамындағ ы «р а д и к а л» деп саналатын бө лшектеріндегі сутегінің атомдарын реакция кезінде біртіндеп ығ ыстырып шығ аратынын байқ ағ ан. Сонымен қ атар, ә рбір реакцияғ а тү скен хлордың бір эквивалентіне сә йкес, реакциядан бір эквивалент сутегі хлорсутек (НСІ) тү рінде бө лініп шығ атыны жә не жаң адан алынғ ан заттардың жалпы қ асиеттеріндегі реакцияғ а дейінгі алынғ ан заттың қ асиеттеріне ұ қ састық, аса ү лкен айырмашылық тың болмауы.

Мысалы, Ж. Дюманың іске асырғ ан мына тө мендегідей реакцияларын қ арастырайық:

СІ₂ СІ₂

СН₃СООН СІСН₂СООН

- НСІ - НСІ

сірке қ ышқ ылы монохлорсірке қ ышқ ылы

СІ₂

СІ₂СНСООН СІ₃ССООН

- НСІ

дихлорсірке қ ышқ ылы трихлорсірке қ ышқ ылы

Бұ л реакциялар схемасында кө рсетілген: сірке қ ышқ ылы, монохлор-, дихлор – жә не трихлорсірке қ ышқ ылдарының бә рі бір негізді қ ышқ ылдар. Яғ ни олардың физикалық жә не химиялық қ асиеттерінде жалпы ұ қ састық тар кө п. Кейінгі ү ш қ ышқ ыл сірке қ ышқ ылынан алынып отыр жә не оны мү мкін етіп отырғ ан жағ дай сірке қ ышқ ылының СН₃СООН молекуласындағ ы СН₃ – метил радикалының химиялық реакциялар кезінде ө згеріске ұ шырауы. Сонымен радикалдар химиялық ө згерістерге ұ шырамайды деген ұ ғ ымғ а соқ қ ы берілді.

Ендігі жерде, заттардың қ асиеттерін анық тайтын сол заттың молекуласын қ ұ растырып тұ ратын атомдардың тү рі немесе сапасы ғ ана емес, сонымен бірге атомдардың молекуладағ ы орналасу тә ртібі, олардың бір – бірімен байланысу типтері деген ұ ғ ым орнығ ып, қ алыптаса бастады.

Радикалдар теориясы ө зінің кемшіліктеріне қ арамастан, органикалық химияның дамуында келелі із қ алдырды: химия саласында «р а д и к а л» деген жаң а ұ ғ ым қ алыптасты. Радикалдар жеке ө з алдына ө мір сү ре алатын бө лшектер деген болжау да ө зін ақ тады. Сонымен қ атар, радикалдар теориясын негіздеушілердің: белгілі бір атомдар тобы ешбір ө згеріске ұ шырамай бір заттың қ ұ рамынан екінші заттың қ ұ рамына ауысып отырады деген кө зқ арастары да осы кү ндері орасан кө птеген химиялық реакциялардың қ орытындыларымен дә лелденіп отыр.

Радикалдар теориясы тек қ ана химия емес, кө птеген ғ ылымдардың дамуына ық пал - ә сер еткен теория жә не керісінше, оның тууына себеп болғ ан басқ а жаратылыстану ғ ылымдары (ә сіресе, физика). Радикалдар теориясының негізгі қ алаушы Я. Берццелиустің: барлық органикалық заттардың молекуласы қ арама – қ арсы электр зарядтары бар екі бө лшектен тұ рады, - деуіне себеп болғ ан, - сол кезде ү стем болғ ан Фарадей заң дарының (ә сіресе, электролиз заң дарының) ә сері еді.

Я. Берцелиустің кезінде ә лемге ә йгілі болғ ан элементтердің химиялық тектестігінің э л е к т р о х и м и я л ы қ т е о р и я с ы н дамытушы, химия саласында дуалистік (дү ниенің негізі бір – біріне бағ ынбайтын, тең праволы екі нә рседен – «рухтан» жә не «материядан» басталады деп танып, материализм мен идеализмді ү йлестіруге тырысатын) ағ ымды уағ ыздаушы болғ анын айта кету қ ажет. Олай болса, дү ние танудағ ы бұ ндай қ ате кө зқ арастың радикалдар теориясының кемшіліктерін қ оюлата тү скені белгілі.

ТИПТЕР ТЕОРИЯСЫ

Типтер териясының пайда болуына ә сер еткендер мыналар еді:

а) Ж.Дюманың жұ мыстары;

ә) ХІХ ғ асырдың 40 – жылдарында пайда болғ ан «г о м о л о г и я» туралы ілімнің табыстары;

б) органикалық заттардың орасан кө п жаң а тү рлерінің ашылуы жә не олардың кө пшілігінің қ асиеттеріндегі тектестіктің болуы. Олай болса, осы заттардың арасындағ ы тектестік ненің себебінен туады деген сұ рақ тың тууы;

в) заттарды қ асиеттерінің тектестігіне қ арап жіктеудің басталуы;

г) ө згеріске ұ шырамайды дейтін радикалдарды бө ліп алу жолында жасалғ ан тә жірибелердің сә тсіздікпен аяқ талуы.

Бұ л теория ХІХ ғ асырдың қ ырқ ыншы жылдарынан басталып, алпысыншы жылдарғ а дейін органикалық химияғ а тиянақ ты қ ызмет атқ арды. Негізін қ алаушылар француз ғ алымы Шарль Фредерик Жерар (1816 - 1856), неміс химигі Август Кекуле (1829 - 1896) жә не т.б.

Олар заттарды біртұ тас қ алпында (радикалшылдар сияқ ты зат екі тү рлі бө лшектен тұ рады демей) қ арастырып, ө з жұ мыстарында заттарды молекулалық қ ұ рамына қ арай тү рлі – тү рлі типтерге бө лді жә не тек олардың ө зара ө згерістері мен химиялық реакцияларын сипаттауғ а тырысты. Кейінірек бұ л теория Ш. Жерардың «т и п т е р д і ң у н и т а р л ы т е о р и я с ы» деп аталып кетті. Оның негізі мынада еді:

а) органикалық жә не бейорганикалық заттардың реакцияларының арасында бір типтестік, яғ ни тектестік бар, оның себебі – олардың молекулалық қ ұ рылыстарының тектестігі. Кейбір органикалық заттардың молекуласы судың молекуласының типімен, қ айсы біреулері – хлорсутектің, ал енді біреулері сутегінің молекуласы типінде қ ұ рылғ ан. Олай болса, заттың қ ұ рамындағ ы сутегінің орнына басқ а атомды, не атомды тобын қ ою арқ ылы жаң а зат алуғ а болады, - деп кө рсетті. Мысалы, бұ л тұ жырымды мынадай схемамен кө рсетуге болар еді:

С₂Н₃О СН₃

О О

Н Н

сірке қ ышқ ылы метил спирті

С₂Н₃О Н С₂Н₅

О О О

СН₃ Н Н

метил сірке этил спирті

қ ышқ ылы эфирі СУ

С₂Н₅ СН₃

О О

С₂Н₅ СН₃

диэтил эфирі диметил эфирі

Су типін ағ ылшын ғ алымы Александр Вильямсон (1824 – 1904) ұ сынғ ан. Су типі ең соң ғ ы шық қ ан типтердің қ атарына жатады.

Сутегі типіне: кө мірсутектерді, альдегидтер мен кетондарды жатқ ызғ ан. Бұ л заттардың формулаларын мынадай етіп жазу ұ сынылды.

СН₃ С₂Н₅ СН₃

метан Н этан Н этан СН₃