Бензол. Історія та суть наукового відкриття

ВАЖЛИВІ НАУКОВІ ВІДКРИТТЯ
Безкоштовна бібліотека / Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Бензол. Історія та суть наукового відкриття

Найважливіші наукові відкриття

Довідник / Найважливіші наукові відкриття

Вивчення ароматичних сполук почало розвиватися лише після того, як основні засади теорії хімічної будови були визнані хіміками-органіками. У середині ХІХ століття в області ароматичних сполук більшість хіміків розглядали групу з шести атомів вуглецю як щось ціле, навіть не висловлюючись про її хімічну будову. Для ароматичних сполук характерною була наявність особливої вуглецевої групи з шести атомів, наприклад, в бензолі. Що стосується бензолу, то помилково приймалося, що існують два його різновиди: звичайний з температурою кипіння 80 градусів Цельсія та парабензол з температурою кипіння 97 градусів. Подібна теорія ще більше ускладнювала відповідь на питання, скільки ж ізомерів може вийти при заміщенні одного водню в бензольному ядрі.

"Г Кольбе вважав, що, крім бензойної кислоти, існує ізомерна їй - салідова кислота, - пише Г.В. Биков. - Подібні "факти", поки вони не були спростовані, змушували вчених дуже обережно підходити до висування гіпотез про будову ароматичних сполук . AM Бутлерів в 1864 році обмежився тільки припущенням, що в бензолі "і його похідних принаймні деякі з паїв вуглецю з'єднані між собою більшою кількістю спорідненості, ніж у вуглеводні С6Н14..." Подібним чином Кекуле в тому ж 1864 відносив ароматичні сполуки і нафталін до сполук, в яких вуглецеві атоми з'єднані імовірно "двома або, можливо, трьома одиницями спорідненості".

У першій половині шістдесятих років почали з'являтися нові цікаві факти, особливо ті, що стосувалися числа заступників. У 1864 році була показана ідентичність метилфенілу з толуолом, що вже говорило про рівноцінність шести атомів вуглецю в бензолі. Накопичувалися відомості щодо будови двозаміщених похідних бензолу: у 1863 році К. Зайцевим було отримано третю оксибензойну кислоту; того ж року Г. Фішер виділив третю нітробензойну кислоту; в 1864 році Г. Глазівець і Л. Барт синтезували резорцин, третій представник двоатомних ароматичних спиртів, і т. д. На підставі вивчення властивостей оксибензойних кислот AM Бутлеров дійшов висновку, що "хімічна будова їх відрізняється лише різним приміщенням алкогольного водяного залишку щодо вуглецю фенільної групи". Так, у радикалі фенілу, з'єднаному з карбоксильною групою, він розрізняв три атоми водню; при заміщенні кожного з них гідроксилом виходять три різні оксибензойні кислоти. Таким чином, вже був підготовлений ґрунт для успішного узагальнення наявного матеріалу.

У 1865 році з таким саме узагальненням виступив А. Кекуле, прийнявши, що атоми вуглецю в бензольному ядрі утворюють замкнутий ланцюг, з'єднуючись один з одним поперемінно: за допомогою однієї пари, то двох пар одиниць спорідненості..."

Август Кекуле (1829–1896) народився Німеччини. Хлопчик виявився напрочуд обдарованим. Ще в школі він міг вільно говорити чотирма мовами, мав літературні здібності. За проектом гімназиста Кекуле було збудовано три будинки! Після закінчення школи Август виїхав до Гіссена вчитися в університеті.

В університеті Август уперше почув ім'я Юстуса Лібіха. Кекуле вирішив відвідувати лекції уславленого вченого, хоч і не цікавився хімією.

Перша наукова робота Кекуле про амілсерну кислоту отримала високу оцінку професора Білля. За неї у червні 1852 року Вчена рада університету присудила йому ступінь доктора хімії.

Після закінчення університету молодий вчений деякий час працював у Швейцарії у Адольфа фон Планта, а потім переїхав до Лондона, де йому рекомендували лабораторію Джона Стенхауза.

Питання про валентність надзвичайно займало Кекуле, і в нього поступово визрівали ідеї експериментальної перевірки деяких теоретичних положень, які він вирішив викласти у статті. У ній Кекуле зробив спробу узагальнити та розширити теорію типів, розроблену Жераром.

Весною 1855 року Кекуле залишив Англію і повернувся до Дармштадта. Він відвідав університети Берліна, Гіссена, Геттінгена та Гейдельберга, але вакантних місць там не було. Тоді він вирішив просити дозволу визначитися як приват-доцент у Гейдельберзі.

Весь вільний час Кекуле присвятив дослідницькій роботі. Свою увагу він зосередив на гримучій кислоті та її солях, будова яких залишалася ще не з'ясованою.

Йому вдалося розширити та доповнити теорію типів. До основних Кекул додав ще один - тип метану. Свої висновки він виклав у статті "Про конституцію гримучої ртуті". У статті "Про теорію багатоатомних радикалів" Кекуле сформулював основні положення своєї теорії валентності. Він узагальнив висновки Франкланда, Вільямсона, Одлінга та розробив питання про сполучну здатність атомів.

У статті "Про склад та перетворення хімічних сполук та про хімічну природу вуглецю" Кекуле обґрунтував чотиривалентність вуглецю в органічних сполуках. Він також наголошував, що спроба Жерара підвести всі хімічні реакції під один загальний принцип - подвійний обмін - не виправдана, оскільки існують реакції прямої сполуки кількох молекул в одну.

Кекуле висунув зовсім нові ідеї, ідеї про вуглецеві ланцюги. Це була революція теорії органічних сполук. Це були перші кроки теорії структури органічних сполук.

Наприкінці 1858 року Кекуле поїхав у Гент, де продовжив дослідницьку роботу.

" ... Кекуле взявся вивчення структури бензолу та її похідних, вимагало, передусім, відшукання підходящих засобів для викладу навчального матеріалу у розділі ароматичних сполук, - пише К. Манолов. - Він добре знав книгу Лошмідта, що вийшла 1861 року, в якої вперше формули органічних сполук були представлені згідно з атомною теорією.Знав і теорію Бутлерова, яку ще повністю не приймав, але й не міг відкинути... Атоми в молекулі взаємно впливають одна на одну, і властивості молекули залежать від розташування атомів. вуглецеві ланцюги у вигляді змій, вони звивалися, приймали різні положення, віддавали або приєднували атоми, перетворюючись на нові сполуки. представити структуру бензолу йому поки що не вдавалося.Як розташовані шість вуглецевих та шість водневих атомів у його молекулі? е робив десятки припущень, але, подумавши, відкидав.

Стомлений роботою, Кекуле відклав списані листи і посунув крісло до каміна. Приємна теплота поступово огорнула тіло, і вчений забув у напівдрімоті. І знову у його свідомості виникли шість вуглецевих атомів, утворюючи химерні постаті. Шестиатомна "змія" безперервно "вививалась" і раптом, ніби розлючена чимось, вона з жорстокістю почала кусати себе за хвіст, потім міцно вхопила його за кінчик і так завмерла. Ні, не змія, це перстень графині Герліц, який простягав Кекуле Юстус Лібіх. Так, на його долоні лежить перстень - платинова змія, переплетена із золотою. Кекуле здригнувся і прийшов до тями. Який дивний сон! І тривала всього мить. Але атоми і молекули не зникали перед його очима, він продовжував наяву згадувати порядок розташування атомів у молекулі, побачений уві сні. Може це і є рішення? Кекуле поспішно накидав на аркуші паперу нову форму ланцюга. Перша кільцева формула...

Ідея бензольного кільця дала новий поштовх для експериментальних та теоретичних досліджень. Статтю "Про будову ароматичних сполук" Кекуле надіслав Вюрцу, який представив її Паризькій Академії наук. Статтю було надруковано в "Бюлетені Академії" у січні 1865 року. Наука збагатилася ще однією новою, виключно плідною теорією будови ароматичних сполук.

Подальші дослідження в цій галузі призвели до відкриття різних ізомерних сполук, багато вчених стали проводити досліди щодо з'ясування будови ароматичних речовин, пропонували інші формули бензолу... Але теорія Кекуле виявилася найбільш правомірною і незабаром утвердилася повсюдно. На основі своєї теорії Кекуле передбачив можливість існування трьох ізомерних сполук (орто, мета та пара) за наявності двох заступників у бензольному кільці. Перед вченими відкрилося ще одне поле діяльності, з'явилася можливість синтезу нових речовин. У Німеччині над цим працювали Гофман, Баєр, у Франції - Вюрц, в Італії - Канніццаро, у Росії - Бутлеров та інші".

Формула бензолу Кекуле викликала й численні заперечення. Як пише Г.В. Биков: "А. Клаус в 1867 звернув увагу на те, що бензол за своїми властивостями несхожий з етиленом, на який він мав би бути схожим судячи з формули Кекуле, і запропонував свої формули з зв'язками, що перехрещуються. А. Ладенбург в 1869 відзначив , що за формулою Кекуле повинні існувати два ізомери для продуктів заміщення при сусідніх вуглецях, і запропонував свою, призматичну формулу.

А. Кекуле ще в 1869 році писав, що він вважає ці заперечення "не надто вагомими", і навів ряд реакцій, добре зрозумілих його формулою, яка здається йому до того ж "елегантнішою і симетричнішою" інших. У 1872 році він спробував взагалі зняти висунуті заперечення, запропонувавши так звану осциляційну гіпотезу, згідно з якою вуглецевий атом в якийсь момент співпадає один раз з одним і два рази з іншим сусіднім атомом, а наступного моменту - навпаки. Ці удари, за уявленнями Кекуле, відповідають одинарному та подвійному зв'язкам.

Дискусія про будову бензольного ядра тривала ще багато років. Була експериментально спростована призматична формула А. Ладенбурга, були висунуті відомі формули Р. Армстронга і А. Байєра, фізичний зміст яких був ще менш зрозумілий, і т. д. Але для встановлення будови величезної більшості ароматичних сполук це не мало істотного значення; важливими були лише такі положення: атоми вуглецю розташовані симетрично (у кутах правильного шестикутника), і вони рівноцінні одне одному " .

Автор: Самін Д.К.

Рекомендуємо цікаві статті розділу Найважливіші наукові відкриття:

▪ Кванти

▪ Велика теорема Ферма

▪ Геном людини

Дивіться інші статті розділу Найважливіші наукові відкриття.

Читайте та пишіть корисні коментарі до цієї статті.

<< Назад

Останні новини науки та техніки, новинки електроніки:

Машина для проріджування квітів у садах 02.05.2024

У сучасному сільському господарстві розвивається технологічний прогрес, спрямований на підвищення ефективності догляду за рослинами. В Італії було представлено інноваційну машину для проріджування квітів Florix, створену з метою оптимізації етапу збирання врожаю. Цей інструмент оснащений мобільними важелями, що дозволяють легко адаптувати його до особливостей саду. Оператор може регулювати швидкість тонких проводів, керуючи ним із кабіни трактора за допомогою джойстика. Такий підхід значно підвищує ефективність процесу проріджування квітів, забезпечуючи можливість індивідуального налаштування під конкретні умови саду, а також сорт та вид фруктів, що вирощуються на ньому. Після дворічних випробувань машини Florix на різних типах плодів результати виявились дуже обнадійливими. Фермери, такі як Філіберто Монтанарі, який використовував машину Florix протягом кількох років, відзначають значне скорочення часу та трудовитрат, необхідних для проріджування кольорів. ...>>

Удосконалений мікроскоп інфрачервоного діапазону 02.05.2024

Мікроскопи відіграють важливу роль у наукових дослідженнях, дозволяючи вченим занурюватися у світ невидимих для ока структур та процесів. Однак різні методи мікроскопії мають обмеження, і серед них було обмеження дозволу при використанні інфрачервоного діапазону. Але останні досягнення японських дослідників із Токійського університету відкривають нові перспективи вивчення мікросвіту. Вчені з Токійського університету представили новий мікроскоп, який революціонізує можливості мікроскопії в інфрачервоному діапазоні. Цей удосконалений прилад дозволяє побачити внутрішні структури живих бактерій із дивовижною чіткістю в нанометровому масштабі. Зазвичай мікроскопи в середньому інфрачервоному діапазоні обмежені низьким дозволом, але нова розробка японських дослідників дозволяє подолати ці обмеження. За словами вчених, розроблений мікроскоп дозволяє створювати зображення з роздільною здатністю до 120 нанометрів, що в 30 разів перевищує дозвіл традиційних метрів. ...>>

Пастка для комах 01.05.2024

Сільське господарство - одна з ключових галузей економіки, і боротьба зі шкідниками є невід'ємною частиною цього процесу. Команда вчених з Індійської ради сільськогосподарських досліджень – Центрального науково-дослідного інституту картоплі (ICAR-CPRI) у Шимлі представила інноваційне вирішення цієї проблеми – повітряну пастку для комах, яка працює від вітру. Цей пристрій адресує недоліки традиційних методів боротьби зі шкідниками, надаючи дані про популяцію комах у реальному часі. Пастка повністю працює за рахунок енергії вітру, що робить її екологічно чистим рішенням, яке не вимагає електроживлення. Її унікальна конструкція дозволяє відстежувати як шкідливі, так і корисні комахи, забезпечуючи повний огляд популяції в будь-якій сільськогосподарській зоні. "Оцінюючи цільових шкідників у потрібний час, ми можемо вживати необхідних заходів для контролю як комах-шкідників, так і хвороб", - зазначає Капіл. ...>>

Випадкова новина з Архіву

Лазерні голограми покращать якості промислового тривимірного друку. 15.12.2019

Одним із недоліків сучасних промислових технологій лазерного тривимірного друку є сильне нагрівання в точці контакту металу з променем лазерного світла. Це нагрівання плавить металевий порошок, але він також призводить до появи областей внутрішньої механічної напруженості та деформації деталі, що виготовляється. І всі ці речі практично не піддаються прогнозуванню, що не дає можливості їх якось компенсувати. Однак, група дослідників з Кембриджського університету знайшла спосіб вирішення описаної вище проблеми. За допомогою спеціальних голографічних зображень, що генеруються комп'ютером за допомогою складних алгоритмів, можна керувати розподілом енергії лазерного світла в трьох вимірах, що дозволяє уникнути зайвого нагрівання деталі, що виготовляється.

"Замість використання одного єдиного променя світла потужного лазера ми використовуємо кілька променів лазерного світла, що фокусуються особливим чином у потрібній точці тривимірного простору" - розповідає професор Тім Уілкінсон (Tim Wilkinson), керівник даного проекту, - "Це дозволяє нам друкувати деталі більш тривимірним способом". "і уникнути виникнення теплових деформацій".

Голограма, за якою друкується тривимірний об'єкт, розраховується та змінюється комп'ютером зі швидкістю близько тисячі разів на секунду для поліпшення контролю за розподілом енергії. При цьому алгоритми, які виробляють керуючу голограму, враховують цілий ряд тонкощів, таких як властивості матеріалів, що використовуються, оптичні спотворення, поточну температуру і т.п. "Такий голографічний підхід дозволяє нам зробити такі речі, які раніше було зробити неможливо. Є певні види структур, які неможливо надрукувати через теплові деформації, що виникають" - розповідає професор Вілкінсон.

Зараз вчені вже створили дослідну установку з трьома лазерами, промені яких відбиваються від кремнієвого "мікродисплея", тонкого шару рідких кристалів на поверхні кремнієвого чіпа, який виступає в ролі керованої дифракційної решітки і змінює фазу лазерного світла, що відображається. А найближчим часом кембриджські дослідники планують створення більш досконалої установки, в якій буде використано вісім лазерів, сумарною потужністю 200 Вт, якої достатньо для плавлення частинок алюмінієвого порошку.

Крім перевірки роботи рідкокристалічних мікродисплеїв на такому рівні потужності лазерного світла, вчені за допомогою нової установки працюватимуть з металевими порошками з додаванням пластмас і смол для покращення алгоритмів складання керуючих голограм. Згідно з планами, нова і потужніша установка почне працювати у 2020 році, а цей проект, результатом якого має стати повністю працездатна промислова установка, буде завершено до 2022 року.

Інші цікаві новини:

▪ Знайдено слід від зіткнення з найбільшим метеоритом за всю історію

▪ Однокристальні системи Dimensity 920 5G та Dimensity 810 5G

▪ Мозковий чіп для відновлення зору

▪ Самовідновлюваний пластик

▪ Римський кінь у Німеччині

Стрічка новин науки та техніки, новинок електроніки

Цікаві матеріали Безкоштовної технічної бібліотеки:

▪ розділ сайту Технології радіоаматора. Добірка статей

▪ стаття Не спи, не спи, художник, не вдайся сну. Крилатий вислів

▪ стаття За що був засуджений на смерть Сократ? Детальна відповідь

▪ стаття Оператор верстатів із програмним управлінням. Посадова інструкція

▪ стаття Термін окупності сонячних колекторів. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

▪ стаття Транзистори IRFR010 - IRFUC20. Енциклопедія радіоелектроніки та електротехніки

Залишіть свій коментар до цієї статті:

All languages of this page

Головна сторінка | Бібліотека | Статті | Карта сайту | Відгуки про сайт