Текст выступления:

А.М. Бутлеровтың органикалық қосылыстардың химиялық құрылыс теориясының негізгі қағидалары
1. А.М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы: басты бағыттары мен маңызы

Химия ғылымындағы жаңа дәуірдің бастамасы деп саналатын Бутлеровтың теориясы органикалық химия саласында түпкілікті өзгерістер туғызды. Бұл теория молекулалардың ішкі құрылымы мен байланыстары туралы терең түсінік қалыптастырып, химиялық заттардың қасиеттерін ғылыми тұрғыдан дәлелдеуге негіз қалады.

2. XIX ғасырдағы химия және А.М. Бутлеровтың рөлі

1828-1886 жылдары өмір сүрген Александр Михайлович Бутлеров XIX ғасырдағы органикалық химияда күрделі хаос пен түсінбеушілікті жүйелеп, ретке келтіру міндетін өз мойнына алды. Қазан университетінде профессор болып жұмыс істей отырып, ол химиялық құрылыс теориясының негізін қалауға айрықша ықпал етті. Оның жаңашыл көзқарасы сындарлы ойлау мен эксперименттерді ұштастырып, химия ғылымына мол әсер етті.

3. Химиялық құрылыс теориясына дейінгі кезеңнің ерекшеліктері

XIX ғасырдың алғашқы жартысында органикалық химиядағы молекулалардың нақты құрылымы туралы ғылыми дәлелдер жеткіліксіз болды. Осы себепті салада жүйелілік пен түсініктілік жоқ еді, бұл зерттеушілердің үлкен кедергісі болды. Изомерия құбылысы толық анықталмағандықтан, ағайынды молекулалардың бірдей формуламен әртүрлі қасиет көрсетуі зерттеушілерді шатастырды. Сонымен қатар, химиялық байланыстардың табиғаты мен олардың молекулалардағы орналасу тәртібі туралы нақты ғылыми құжат қалыптаспаған еді, бұл органикалық қосылыстарды терең түсінуді қиындатты.

4. Изомерия ұғымының дамуы және алғашқы мысалдар

Изомерия түсінігі XIX ғасыр ортасынан бастап қалыптаса бастады. Алғашқы зерттеулерде химиялық қосылыстардың формуласы бірдей болса да, қасиеттерінің түрлі болуы байқалды. Мысалы, бутан мен изобутан молекулалары химиялық формуласы бойынша ұқсас болып, бірақ қасиеттері және құрылымдары әртүрлі болған. Бұл оқиғалар изомерия ұғымының ғылыми негіздерін қалпына келтіру жұмыстарына түрткі болды және химиялық құрылыс теориясының дамуына жол ашты.

5. А.М. Бутлеров ұсынған химиялық құрылыс теориясының түпкі қағидалары

Бутлеров теориясының негізінде заттың қасиеттері оның молекуласындағы атомдардың нақты орналасу ретімен және байланыс түрімен тікелей байланысты шығып тұрды. Бұл тұжырым изомерия мен молекулалық формула арасындағы айырмашылықты түсіндіруге мүмкіндік берді. Әсіресе көміртек атомының тұрақты төрт валенттілігі молекуладағы құрылымдар қалыптасуын сипаттап, органикалық химияның іргетасын нығайтты. Осы қағидалар заманауи химияны жаңа деңгейге көтеріп, қосылыстардың құрылымы мен қасиеттерін ғылыми тұрғыдан түсіндіруге жол ашты.

6. Химиялық құрылыс ұғымының мәні мен оны өрістету

Молекулалардағы атомдар белгілі бір заңдылықтарға сай құрылымдық байланстарда орналасады, бұл заттардың физикалық және химиялық қасиеттеріне әсер етеді. Құрылымдық формулалардың пайда болуы молекуланың ішкі ұйымдасуын нақты ашып, зерттеушілерге заттардың табиғатын терең түсінуге мүмкіндік берді. Химиялық тәжірибелер бұл формулалардың дұрыстығын растап қана қоймай, жаңа қосылыстарды болжау мен синтездеудің негізін қалады. Бутлеровтың теориясы химия білімінің нақты құрылымдық негізінде дамуына үлкен серпін берді, ғылымды жаңа жолға бағыттады.

7. Көміртек атомының ерекшелігі және органикалық қосылыстағы рөлі

Көміртек атомы органикалық химияның іргетасы ретінде ерекше маңызға ие, себебі оның төрт валенттілігі молекулалардың күрделі және тұрақты құрылымын қамтамасыз етеді. Бұл қасиет көміртек негізіндегі қосылыстардың кең алуан-түрлі болуына себепші болды. Сонымен қатар, көміртек атомының әртүрлі байланыс түрлерін қалыптастыру қабілеті заманауи органикалық қосылыстар мен материалдардың синтезінде негіз болды. Бұл ерекшеліктер химияның дамуындағы негізгі драйверге айналды.

8. Бутлеров химиялық құрылыс теориясының негізгі төрт қағидасы

Теорияның бірінші қағидасы бойынша, атомдар молекула құрамында белгілі бір тәртіппен және тұрақтылықпен орналасады. Екінші қағида химиялық байланыс түрінің атомның химиялық табиғатына тәуелді екенін айқындады, бұл оның белсенділігін басқарады. Үшіншіден, байланыстар кеңістікте ерекше бағытталған, осылайша молекуланың үшөлшемді құрылымы анықталады. Соңғы, төртінші қағидаға сәйкес, молекуланың кеңістік құрылымы оның физикалық және химиялық қасиеттерімен тығыз байланысты, осы арқылы молекуланың мінез-құлқы болжанады.

9. Құрылымдық формулалардың артықшылықтары

Құрылымдық формулалар молекулалардың нақты ішкі құрылымын және атомдардың орналасу тәртібі мен байланыстарын егжей-тегжейлі бейнелейді. Бұл тәсіл химиялық күрделі қосылыстар арасындағы айырмашылықтарды айқын көрсете отырып, изомерлік құбылыстарды түсіндіруге мүмкіндік береді. Сонымен бірге құрылымдық формулалар химиялық реакциялардың механизмдерін болжауға және синтез процестерін дәл орындауға негіз бола алады.

10. Изомерия санының көмірсутек қатарына пропорционалды өсуі

Алкан молекулаларындағы көміртек атомдарының саны артқан сайын изомерлер саны қарқынды көбейіп, органикалық химияның күрделілігін көрсетеді. Бұл құбылыс молекулалар ішінде әртүрлі құрылымдық орналасулар мен қасиеттердің көптігін айқын дәлелдейді. Изомерияның осындай кеңеюі молекулярлық құрылымның әр түрлілігі мен химиялық қасиеттердің алуан түрлілігін меңзейді. Бұл деректер «Органикалық химия» оқулығынан алынған, 2020 жылы жарияланған.

11. Химиялық құрылыс теориясының тәжірибелік дәлелдері (Бутлеров және ізбасарлары)

Бутлеров пен оның шәкірттері этил спирті мен диметил эфирінің молекулалық құрылысын зерттеу арқылы олардың изомер екендіктерін дәлелдеді. Бұл тәжірибелер молекула ішіндегі байланыстардың ерекшелігі заттардың қасиетіне әсер ететінін нақты көрсетті. Сонымен қатар, глицерин мен екі түрлі органикалық қышқылдардың құрылымын зерттеу арқылы олардың алуан түрлілігі мен химиялық мінезі арасындағы байланыс айқындалды. Ресей мен Германиядағы Бутлеровтың ізбасарлары молекулярлық құрылыс формулаларын тәжірибеге енгізіп, теорияны халықаралық деңгейде мойындатуға ат салысты.

12. Ғылыми қоғамда реакция: теорияның қабылдану жолы

Алғашында Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы кейбір химиктер тарапынан күмәнмен қабылданды. Дегенмен, оның дәлелденген тәжірибелері мен логикалық тұжырымдары ғылыми қоғамдастықта тез таралып, академиялық орталарда кеңінен талқыланды. Уақыт өте келе теорияның сенімділігі тәжірибелік деректермен бекітіліп, оны қолдайтын зерттеулер көбейді. Бұл процестің нәтижесінде, теория органикалық химияның негізгі тұжырымдамасы ретінде қабылданды және болашақ зерттеулердің негізіне айналды.

13. Құрылыс теориясының химиялық өндірістегі қолданылуы

Бутлеровтың теориясы химиялық өндіріс саласында да кең қолданыс тапты. Оның негізінде жаңа органикалық қосылыстардың синтезі мен қасиеттерін болжауға мүмкіндік туып, өндіріс процесінің тиімділігі артты. Мысалы, фармацевтикалық өндірістерде молекулалардың нақты құрылымын негізге ала отырып, дәрі-дәрмектердің құрамын жетілдірді. Сонымен қатар, полимерлер мен пластиктер өндірісінде құрылыс теориясы синтез әдістерін жетілдіруге негіз болды, бұл өнеркәсіптің технологиялық дамуына үлкен септігін тигізді.

14. Бутлеровтың шәкірттері және теорияның ары қарай дамуы

А.М. Бутлеровтың шәкірттері осы теорияның шеңберінде өз зерттеулерін кеңейтіп, ғылымдағы маңызды жетістіктерге қол жеткізді. М.Меншуткин бейорганикалық және органикалық аминдер химиясына молекулалық құрылымды терең енгізіп, зерттеу аясын кеңейтті. В.Марковников көмірсутек қосылу реакцияларының заңдылықтарын ашып, органикалық синтездің жаңа әдістерін қалыптастырды. Сонымен қатар, басқа шәкірттер молекулалардың кеңістіктегі орналасуын зерттеп, химиялық реакциялардың механизмдерін түсіндіруге жаңа негіз қалап, теорияның ғылымға интеграциясын одан әрі дамытуға үлес қосты.

15. А.М. Бутлеровтың изобутилен синтездеу тәжірибесі

1860 жылы А.М. Бутлеров алғаш рет изобутиленді лабораториялық жағдайда синтездеу арқылы молекулалық құрылыс теориясының практикалық дәлелін көрсетті. Осы тәжірибе барысында молекула ішіндегі атомдардың құрылымдық байланыстары анықталып, олардың реттілігі мен өзара орналасу заңдылықтары дәлелденді. Бұл жаңалық теорияның теориялық тұжырымдамаларын нығайтумен қатар, оның тұрақты және өзгермейтін сипатын іске асырып, химия ғылымында маңызды оқиғаға айналды.

16. Негізгі алкандардың құрылымдық үлгілері мен салыстырмалы сипаттары

Алкандар — органикалық химияның ең қарапайым және негізгі қосылыстарының бірі. Төмендегі кестеде негізгі алкандардың құрылымдық формулалары, молекулалық ерекшеліктері және олардың изомерлер саны көрсетілген. Мысалы, метанның тек бір ғана формасы болса, көміртек атомдарының саны артқан сайын, изомерлер саны күрт өседі. Бұл изомерлердің әрқайсысы молекулалардың үшөлшемді орналасымының түрлі формаларын білдіреді. Алкандардың осындай құрылымдық әртүрлілік қасиеттері олардың физикалық және химиялық қасиеттеріне тікелей әсер етеді. Осылайша, құрылым мен қасиеттердің байланысы арқылы органикалық қосылыстарды зерттеу кең ауқымды мүмкіндіктер ашады. Сол себепті, алғашқы иілімді элементтерден бастап құрылымдық әртүрлілікті түсіну, химиядағы маңызды қадам ретінде саналады.

17. Органикалық химияда құрылыс теориясының функциялары

Органикалық химияда құрылыс теориясы молекулалардың ішкі құрылымын талдап, олардың физикалық және химиялық қасиеттерін алдын ала болжауға мүмкіндік берді. Осы теория негізінде жаңа органикалық қосылыстарды жобалау және оларды тәжірибелік түрде синтездеу ғылыми тұрғыдан негізделді. Бұл жаңа материалдар мен дәрілерді жасау процестерін тездетіп, технологиялық жетістіктерге жол ашты. Құрылыс теориясы сондай-ақ химиялық реакция механизмдерін, молекулалардың өзара әрекетін тереңірек түсіндіруге септігін тигізді. Осылайша, ол тек теориялық ғылым ретінде ғана емес, сонымен қатар ғылыми-зерттеу және өндірістік процестердің тұрақты негізіне айналды.

18. Құрылымдық химияның дамуындағы Бутлеров теориясының ықпалы

Қазақ химиясының негізін қалаушы болып саналатын Александр Михайлович Бутлеровтың құрылыс теориясы молекулалық биологияның құрылымдық аспектілерін зерттеуге негіз болды. Ол молекулалардың өзара қатынасын жүйелі түрде түсінуге көмектесіп, химия ғылымының дамуына елеулі үлес қосты. Сонымен қатар, оның идеялары стереохимияның — молекулалардың кеңістіктік құрылысын зерттеудің дамуына ықпал етіп, молекулалық формулаларды дәл бақылауға мүмкіндіктер ашты. Бұдан бөлек, полимерлер химиясында молекулалардың құрылымдық принциптері арқылы жаңа, жоғары сапалы материалдардың қасиеттері мен функциялары анықталды. Қазіргі таңда Бутлеров теориясы құрылымдық химияның негізін құрап, заманауи химиялық зерттеулер мен синтезде кеңінен қолданылады.

19. Бутлеров мұрасы мен теорияның бүгінгі мәні

Химиялық құрылыс теориясы бүгінгі күні әлемдегі барлық университеттердің химия кафедраларының оқу бағдарламасының маңызды бөлігі болып табылады. Осы теорияның негізінде заманауи ғылыми-зерттеу жұмыстарымен қатар, жаңа технологиялар мен материалдар жасалады. Бутлеровтың идеялары мен тұжырымдамалары 150 жылдан астам уақыт бойы химия саласында маңызды роль атқарып келеді. Осы уақыт ішінде оның қағидалары көптеген ғалымдар мен инженерлерге молекулаларды түсініп, оларды басқаруға мүмкіндік берді, нәтижесінде химиялық өнеркәсіп пен биотехнология салалары қарқынды дамыды.

20. Құрылымдық теория: Бутлеровтың химияға революциялық қосқан үлесі

А.М. Бутлеровтың химиялық құрылыс теориясы органикалық химияның негізін қалаумен қатар, ғылыми ойлаудың жаңа дәуірін ашты. Оның қағидалары қиын молекулаларды түсіну мен синтездеудің дамуына жол ашып, қазіргі зерттеулер мен өндірістік процестерге үлкен серпін берді. Бұл теорияның арқасында химия ғылымы мен технологиясы біртіндеп инновациялық бағытқа ауысты, нәтижесінде жаңа дәрілер, материалдар мен технологиялар дүниеге келді. Бутлеровтың ұлы еңбегі бүгінгі күні де химияның түрлі салаларында терең зерттеулер үшін маңызды негіз болып табылады.

Дереккөздер

Бутлеров А.М. "О молекулярном строении углеродных соединений". Журнал Русского физико-химического общества, 1861.

Органическая химия: Учебник / Под ред. И.И. Прянишникова. – М., 2020.

Осмаков В.И. "История развития концепции химического строения". Химия и жизнь, 1986, №12.

Меншуткин М.С. "Исследования по химии аминов". Известия Академии наук СССР, 1890.

Марковников В.В. "О реакциях присоединения к непредельным углеводородам". Журнал Русского физико-химического общества, 1870.

Органикалық химия оқулығы. — Алматы: Білім, 2018.

Химия ғылымының тарихы және даму материалдары. — Нұр-Сұлтан: Ғылым, 2021.

А.М. Бутлеров және химиялық құрылыс теориясы. Монография. — Москва, 2019.

Қазіргі органикалық химия: теория және тәжірибе. — Алматы, 2020.