Organski spojevi. Klase organskih spojeva

Sve tvari koje sadrže ugljikov atom, osim karbonata, karbida, cijanida, tiocijanata i ugljična kiselina su organski spojevi. To znači da ih mogu stvoriti živi organizmi od ugljikovih atoma enzimatskim ili drugim reakcijama. Danas, mnogi organska tvar Možete sintetizirati umjetno, što vam omogućuje da razvijete medicinu i farmakologiju, kao i stvorite polimerne i kompozitne materijale visoke čvrstoće.

Klasifikacija organskih spojeva

Organski spojevi su najbrojnija klasa tvari. Postoji oko 20 vrsta tvari. Razlikuju se po kemijskim svojstvima, različitim fizičkim svojstvima. Njihova tališta, masa, hlapljivost i topljivost, kao i agregacija pod normalnim uvjetima također su različiti. Među njima su:

• ugljikovodici (alkani, alkini, alkeni, alkadieni, cikloalkani, aromatski ugljikovodici) ;
• aldehidi;
• ketoni;
• alkoholi (dvoatomski, monohidrični, polihidrični);
• eteri;
• esteri;
• karboksilne kiseline;
• amina;
• amino kiseline;
• ugljikohidrata;
• masti;
• proteina;
• biopolimeri i sintetski polimeri.

Ova klasifikacija odražava karakteristike kemijske strukture i prisutnost specifičnih atomskih skupina koje određuju razliku u svojstvima tvari. Općenito, klasifikacija temeljena na konfiguraciji ugljika, koja ne uzima u obzir osobitosti kemijskih interakcija, izgleda drugačije. Prema njegovim odredbama organski spojevi se dijele na:

• alifatski spojevi;
• aromatske tvari;
• heterocikličke tvari.

podaci klase organskih spojeva mogu imati izomere u različitim skupinama tvari. Svojstva izomera su različita, iako njihov atomski sastav može biti isti. To proizlazi iz odredbi A. M. Butlerova. Također, teorija o strukturi organskih spojeva je vodeća osnova za provođenje svih istraživanja u organskoj kemiji. Stavljen je na istu razinu kao Mendelejev periodički zakon.

Teorija strukture organskih spojeva

Koncept kemijske strukture uveo je A. M. Butlerov. Pojavila se u povijesti kemije 19. rujna 1861. Ranije su u znanosti postojala različita mišljenja, a neki znanstvenici su u potpunosti poricali prisutnost molekula i atoma. Stoga u organskoj i anorganskoj kemiji nije bilo reda. Štoviše, nije bilo zakona po kojima je moguće procijeniti svojstva određenih tvari. Bilo je i spojeva koji su, s istim sastavom, pokazali različita svojstva.

Izjave A. M. Butlerova uvelike su vodile razvoj kemije u pravom smjeru i stvorile najjači temelj za to. Kroz njega je bilo moguće sistematizirati akumulirane činjenice, odnosno kemijska ili fizička svojstva određenih tvari, obrasce njihovog ulaska u reakcije i tako dalje. Čak je i predviđanje načina dobivanja spojeva i prisutnost nekih zajedničkih svojstava postalo moguće zahvaljujući toj teoriji. I najvažnije, A. M. Butlerov je pokazao da se struktura molekule tvari može objasniti u smislu električnih interakcija.

Logika teorije o strukturi organskih tvari

Od 1861. godine u kemiji mnogi su odbacili postojanje atoma ili molekule, teorija organskih spojeva postala je revolucionarni prijedlog za znanstveni svijet. Budući da sam A. Butlerov nastavlja samo s materijalističkih zaključaka, uspio je pobiti filozofske ideje o organskoj tvari.

On je uspio pokazati da se molekularna struktura može empirijski prepoznati kroz kemijske reakcije. Na primjer, sastav bilo kojeg ugljikohidrata može se utvrditi spaljivanjem određene količine i brojanjem proizvedene vode i ugljičnog dioksida. Količina dušika u molekuli amina također se izračunava izgaranjem mjerenjem volumena plinova i oslobađanjem kemijske količine molekularnog dušika.

Ako razmotrimo Butlerovljeve prosudbe o kemijskoj strukturi, koja ovisi o strukturi, u suprotnom smjeru, onda se sugerira novi zaključak. Naime, poznavanje kemijske strukture i sastava tvari može empirijski preuzeti njezina svojstva. Ali najvažnije, Butlerov je objasnio da u organskoj tvari postoji ogromna količina tvari koje pokazuju različita svojstva, ali imaju isti sastav.

Opće odredbe teorije

Uzimajući u obzir i istražujući organske spojeve, Butlerov A.M. je izveo neke od najvažnijih zakonitosti. Kombinirao ih je u teorije teorije koja objašnjava strukturu kemikalija organskog podrijetla. Odredbe teorije su sljedeće:

• u organskim molekulama atomi su međusobno povezani u strogo definiranom nizu, koji ovisi o valenciji;
• kemijska struktura je izravni poredak u kojem su spojeni atomi u organskim molekulama;
• kemijska struktura određuje prisutnost svojstava organskog spoja;
• Ovisno o strukturi molekula istog kvantitativnog sastava mogu se pojaviti različita svojstva tvari;
• Sve atomske skupine uključene u stvaranje kemijskog spoja međusobno utječu.

Sve klase organskih spojeva izgrađene su prema načelima te teorije. Nakon postavljanja temelja, Butlerov A.M. bio je u stanju proširiti kemiju kao polje znanosti. Objasnio je da zbog činjenice da u organskim tvarima ugljik pokazuje valenciju jednaku četiri, uzrokuje se raznolikost tih spojeva. Prisutnost skupine aktivnih atomskih skupina određuje pripadnost neke tvari određenoj klasi. I upravo zbog prisutnosti specifičnih atomskih skupina (radikala) pojavljuju se fizička i kemijska svojstva.

Ugljikovodici i njihovi derivati

Ti organski spojevi ugljika i vodika najjednostavniji su u sastavu među svim tvarima skupine. Predstavljene su podklasom alkana i cikloalkana (zasićenih ugljikovodika), alkenima, alkadienima i alkatrienima, alkinima (nezasićenim ugljikovodicima), kao i potklasom aromatskih tvari. U alkanima su svi ugljikovi atomi povezani samo s jednom C-C vezom, zbog čega nijedan atom H ne može biti ugrađen u sastav ugljikovodika.

U nezasićenim ugljikovodicima vodik može biti ugrađen na mjestu prisutnosti dvostruke veze C = C. Također, C-C veza može biti trostruka (alkin). To omogućuje da te tvari ulaze u mnoge reakcije povezane s redukcijom ili dodatkom radikala. Sve druge tvari koje olakšavaju proučavanje njihove sposobnosti reagiranja smatraju se derivatima jedne od klasa ugljikovodika.

alkoholi

Alkoholi se nazivaju složenijim organskim kemikalijama od ugljikovodika. Sintetiziraju se kao rezultat protoka enzimskih reakcija u živim stanicama. Najtipičniji primjer je sinteza etanola iz glukoze fermentacijom.

U industriji, alkoholi se dobivaju iz halogenih derivata ugljikovodika. Kao rezultat supstitucije atoma halogena za hidroksilnu skupinu, nastaju alkoholi. Monohidrični alkoholi sadrže samo jednu hidroksilnu skupinu, polihidričnu - dvije ili više. Primjer dihidričnog alkohola je etilen glikol. Polivalentni alkohol je glicerin. Opća formula alkohola je R-OH (R je lanac ugljika).

Aldehidi i ketoni

Nakon ulaska alkohola u reakcije organskih spojeva povezanih s uklanjanjem vodika iz alkoholne (hidroksilne) skupine, dvostruka veza između kisika i ugljika se zatvara. Ako ova reakcija prođe kroz alkoholnu skupinu koja se nalazi na terminalnom ugljikovom atomu, tada se aldehid formira kao rezultat toga. Ako se ugljikov atom s alkoholom ne nalazi na kraju ugljikovog lanca, tada je rezultat reakcije dehidracije proizvodnja ketona. Opća formula ketona je R-CO-R, aldehid R-COH (R je ugljikovodični radikal lanca).

Eteri (jednostavni i složeni)

Kemijska struktura organskih spojeva ove klase je komplicirana. eteri smatraju se reakcijskim proizvodima između dvije molekule alkohola. Kada se iz njih ukloni voda, formira se spoj ROR uzorka. Reakcijski mehanizam: uklanjanje protona vodika iz jednog alkohola i hidroksilne skupine iz drugog alkohola.

Esteri su produkti reakcije između alkohola i organske karboksilne kiseline. Reakcijski mehanizam: eliminacija vode iz alkoholnih i karboksilnih skupina obiju molekula. Vodik se odcjepljuje od kiseline (hidroksilnom skupinom), a sama OH skupina se odvaja od alkohola. Dobiveni spoj je prikazan kao R-CO-OR, gdje je bukva R označena radikalima - preostalim dijelovima lanca ugljika.

Karboksilne kiseline i amini

Karboksilne kiseline su posebne tvari koje igraju važnu ulogu u funkcioniranju stanice. Kemijska struktura organskih spojeva je: ugljikovodični radikal (R) s vezanom karboksilnom skupinom (-COOH). Karboksilna skupina može se nalaziti samo na ekstremnom ugljikovom atomu, jer je valenca C u skupini (-COOH) 4.

Amini su jednostavniji spojevi koji se dobivaju iz ugljikovodika. Ovdje, na bilo kojem ugljikovom atomu, nalazi se aminski radikal (-NH2). Postoje primarni amini u kojima je skupina (-NH2) vezana na jedan ugljik (opća formula je R-NH2). U sekundarnim aminima, dušik se kombinira s dva ugljikova atoma (formula: R-NH-R). U tercijarnim aminima, dušik je povezan s tri ugljikova atoma (R3N), gdje je p radikal, ugljikov lanac.

Aminokiseline

Aminokiseline su kompleksni spojevi koji pokazuju svojstva amina i kiselina organskog porijekla. Ima ih nekoliko tipova, ovisno o položaju aminske skupine u odnosu na karboksil. Najvažnije alfa-aminokiseline. Ovdje se aminska skupina nalazi na ugljikovom atomu na koji je vezan karboksil. To vam omogućuje stvaranje peptidne veze i sintezu proteina.

Ugljikohidrati i masti

Ugljikohidrati su aldehidni alkoholi ili ketospiriti. To su spojevi s linearnom ili cikličkom strukturom, kao i polimeri (škrob, celuloza, itd.). Njihova najvažnija uloga u stanici je strukturna i energetska. Masti, odnosno lipidi, obavljaju istu funkciju, uključene samo u druge biokemijske procese. U smislu kemijske strukture, masnoća je ester organskih kiselina i glicerin.