Химического строения теория

Химического строения теория, теория, описывающая строение органических соединений, т. е. последовательность (порядок) расположения атомов и связей в молекуле, взаимное влияние атомов, а также связь строения с физическими и химическими свойствами веществ.

Впервые основные положения Х. с. т. были высказаны А. М. Бутлеровым в докладе "О химическом строении веществ" (съезд немецких естествоиспытателей, г. Шпейер, 1861); он писал: "Исходя от мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определенным количеством принадлежащей ему химической силы (сродства), я называю химическим строением распределение действия этой силы, вследствие которого химические атомы, посредственно или непосредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу" (Избранные работы по органической химии, 1951, с. 71—72). Впоследствии эти положения были развиты им в ряде статей и книге "Введение к полному изучению органической химии" (Казань, 1864—66; немецкое издание: Лейпциг, 1867—1868) — первом руководстве по органической химии, в котором весь материал систематизирован с позиций Х. с. т. Созданию Х. с. т. предшествовали установление таких важных понятий, как атом и молекула (1-й Международный конгресс химиков, Карлсруэ, 1860), а также постулирование Ф. А. Кекуле и А. С. Купером четырёхвалентности углерода (1857—58). Графические формулы органических соединений, близкие формулам, вытекающим из Х. с. т., были предложены в 1858 Купером (см. Органическая химия).

Основные положения Х. с. т. заключаются в следующем: а) в органических молекулах атомы соединяются между собой в определённом порядке согласно их валентности, что определяет химическое строение молекул; б) химические и физические свойства органических соединений зависят как от природы и числа входящих в их состав атомов, так и от химического строения молекул; в) для каждой эмпирической формулы можно вывести определённое число теоретически возможных структур (изомеров); г) каждое органическое соединение имеет одну формулу химического строения, которая даёт представление о свойствах этого соединения; д) в молекулах существует взаимное влияние атомов как связанных, так и непосредственно не связанных друг с другом. Последнее положение теории было развито учеником Бутлерова В. В. Марковниковым (см. Марковникова правило) и в дальнейшем — многими другими учёными.

Х. с. т. позволила объяснить остававшиеся непонятными для химиков того времени известные случаи изомерии (положения и скелета). Оправдалось предвидение Бутлерова (1863) о возможности определения пространственного расположения атомов в молекуле. В 1874 Я. Вант-Гофф и независимо от него французский химик Ж. Ле Бель высказали идею о том, что четыре валентности углерода имеют чёткую пространственную ориентацию и направлены к вершинам тетраэдра, в центре которого находится атом углерода. Это положение об определённой пространственной ориентации химических связей легло в основу нового раздела органической химии — стереохимии. Оно позволило объяснить ряд уже известных к тому времени случаев геометрической и главным образом оптической изомерии, а также явление, получившее в дальнейшем название таутомерии (Бутлеров, 1862; немецкий химик К. Лаар, 1885).

Правильность своей теории Бутлеров подтвердил синтезом ряда органических соединений. Х. с. т. обладала огромной предсказательной способностью в направлении синтеза органических соединений и установлении строения уже известных веществ. Поэтому теория Бутлерова способствовала бурному развитию химической науки, в том числе синтетической органической химии, и химической промышленности.

Дальнейшее развитие Х. с. т. обогатило органическую химию новыми представлениями, например о циклическом строении бензола (Кекуле, 1865) и осцилляции (перемещении) двойных связей в его молекуле (1872) (это представление сыграло очень большую роль в химии ароматических и гетероциклических соединений), об особых свойствах соединений с сопряжёнными связями (теория парциальных валентностей, Ф. К. И. Тиле, 1899) и др. Развитие стереохимии привело к созданию теории напряжения (А. Байер, 1885), объясняющей различную устойчивость циклов в зависимости от их размера, и в дальнейшем — к конформационному анализу (немецкие химики Г. Заксе, 1890, и Э. Мор, 1918). Основные положения Х. с. т. получили подтверждение при изучении органических соединений химическими, физическими и расчётными методами.

Фундаментальное значение в Х. с. т. имеют представления о взаимном влиянии атомов в молекулах органических соединений. Однако Х. с. т. не могла объяснить природу этого влияния, его внутренний механизм. Это стало возможным благодаря успехам физики, позволившим раскрыть сущность понятий "валентность" и "химическая связь". С начала 20 в. возникают электронные представления в органической химии (см. Электронные теории в органической химии), в основе которых лежат электронные трактовки природы ионов (Дж. Дж. Томсон), ионной связи (В. Коссель) и ковалентной связи (немецкий физик И. Штарк, Г. Н. Льюис). Электронные представления позволили объяснить причину взаимного влияния атомов (статическим и динамическим смещением электронной плотности в молекуле) и предсказывать направленность реакций в зависимости от химического строения реагентов. С конца 20-х гг. 20 в. химическую связь стали трактовать с позиций квантовой химии.

Теория Бутлерова лежит в основе номенклатуры и систематики органических соединений (см. Номенклатура химическая), а применение его структурных формул помогает как определению путей синтеза новых веществ, так и установлению строения сложных (в т. ч. и природных) соединений.

Лит.: Бутлеров А. М., Соч., т. 1—3, М., 1953—1958; Марковников В. В., Избр. труды, М., 1955; Столетие теории химического строения. Сб. статей, М., 1961; Быков Г. В., История классической теории химического строения, М., 1960; его же, История электронных теорий органической химии, М., 1963; Жданов Ю. А., Теория строения органических соединений, М., 1971; Реутов О. А., Теоретические основы органической химии, [2 изд.], М., 1964; Татевский В. М., Классическая теория строения молекул и квантовая механика, И., 1973.