Materia organică este un compus chimic care conține carbon. Singurele excepții sunt acidul carbonic, carburile, carbonații, cianurile și oxizii de carbon.
Poveste
Termenul „materie organică” în sine a apărut în viața de zi cu zi a oamenilor de știință în stadiul dezvoltării timpurii a chimiei. În acel moment dominau viziuni vitaliste asupra lumii. Aceasta a fost o continuare a tradițiilor lui Aristotel și Pliniu. În această perioadă, experții erau ocupați să împartă lumea în viață și în viață. În același timp, toate substanțele, fără excepție, au fost clar împărțite în minerale și organice. Se credea că pentru sinteza compușilor substanțelor „vii” era nevoie de o „forță” specială. Este inerent tuturor ființelor vii și fără ea nu se pot forma elemente organice.
Această afirmație, ridicolă pentru știința modernă, a predominat foarte mult timp, până când Friedrich Wöhler a respins-o empiric în 1828. El a reușit să obțină uree organică din cianat de amoniu anorganic. Acest lucru a împins chimia înainte. Cu toate acestea, împărțirea substanțelor în organice și anorganice a supraviețuit în prezent. Acesta stă la baza clasificării. Sunt cunoscuți aproape 27 de milioane de compuși organici.
De ce sunt atât de mulți compuși organici?
Materia organică este, cu unele excepții, un compus carbonic. Acesta este de fapt un element foarte curios. Carbonul este capabil să formeze lanțuri din atomii săi. În același timp, este foarte important ca legătura dintre ele să fie stabilă.
În plus, carbonul din substanțele organice prezintă valență - IV. Din aceasta rezultă că acest element este capabil să formeze legături cu alte substanțe nu numai simple, ci și duble și triple. Pe măsură ce multiplicitatea lor crește, lanțul atomilor va deveni mai scurt. În același timp, stabilitatea conexiunii crește doar.
De asemenea, carbonul are capacitatea de a forma structuri plane, liniare și tridimensionale. De aceea, există atât de multe substanțe organice diferite în natură.
Compoziţie
După cum sa menționat mai sus, materia organică este compusul carbonului. Și acest lucru este foarte important. apar atunci când este asociat cu aproape orice element al tabelului periodic. În natură, cel mai adesea compoziția lor (pe lângă carbon) include oxigen, hidrogen, sulf, azot și fosfor. Restul elementelor sunt mult mai puțin frecvente.
Proprietăți
Deci, materia organică este un compus carbonic. În același timp, există mai multe criterii importante pe care trebuie să le îndeplinească. Toate substanțele de origine organică au proprietăți comune:
1. Diferita tipologie de legături existente între atomi duce inevitabil la apariția izomerilor. În primul rând, se formează atunci când moleculele de carbon se combină. Izomerii sunt substanțe diferite cu aceeași greutate moleculară și aceeași compoziție, dar proprietăți chimice și fizice diferite. Acest fenomen se numește izomerism.
2. Un alt criteriu este fenomenul omologiei. Aceștia sunt o serie de compuși organici, în care formula substanțelor învecinate diferă de cele anterioare cu un grup CH2. Această proprietate importantă este utilizată în știința materialelor.
Care sunt clasele de substanțe organice?
Există mai multe clase de compuși organici. Sunt cunoscute de toată lumea. lipide și carbohidrați. Aceste grupări pot fi numite polimeri biologici. Acestea sunt implicate în metabolism la nivel celular în orice organism. De asemenea, sunt incluși în acest grup acizii nucleici. Deci, putem spune că materia organică este ceea ce mâncăm în fiecare zi, din ce suntem făcuți.
Proteină
Proteinele sunt formate din componente structurale - aminoacizi. Aceștia sunt monomerii lor. Proteinele se mai numesc proteine. Se cunosc aproximativ 200 de tipuri de aminoacizi. Toate se găsesc în organismele vii. Dar doar douăzeci dintre ele sunt componente ale proteinelor. Se numesc de bază. Dar în literatură puteți găsi, de asemenea, termeni mai puțin populari - aminoacizi proteinogeni și care formează proteine. Formula pentru materia organică din această clasă conține componente amină (-NH2) și carboxil (-COOH). Acestea sunt legate între ele prin aceleași legături de carbon.
Funcțiile proteinelor
Proteinele din corpul plantelor și animalelor au multe funcții importante. Dar principalul este structural. Proteinele sunt principalele componente ale membranei celulare și ale matricei organite din celule. În corpul nostru, toți pereții arterelor, venelor și capilarelor, tendoanelor și cartilajului, unghiilor și părului sunt compuse în principal din proteine \u200b\u200bdiferite.
Următoarea funcție este enzimatică. Proteinele acționează ca enzime. Acestea catalizează reacțiile chimice din organism. Acestea sunt responsabile pentru descompunerea substanțelor nutritive din tractul digestiv. La plante, enzimele fixează poziția carbonului în timpul fotosintezei.
Unele transportă substanțe în organism, cum ar fi oxigenul. De asemenea, materia organică este capabilă să se atașeze de ele. Astfel se realizează funcția de transport. Proteinele transportă ioni metalici, acizi grași, hormoni și, desigur, dioxid de carbon și hemoglobină prin vasele de sânge. Transportul are loc și la nivel intercelular.
Compușii proteici - imunoglobulinele - sunt responsabili pentru funcția de protecție. Acestea sunt anticorpi din sânge. De exemplu, trombina și fibrinogenul sunt implicate activ în procesul de coagulare. În acest fel, previn pierderile mari de sânge.
Proteinele sunt, de asemenea, responsabile pentru funcția contractilă. Datorită faptului că miozina și protofibrilele de actină efectuează în mod constant mișcări de alunecare una față de alta, fibrele musculare se contractă. Dar la organismele unicelulare apar procese similare. Mișcarea flagelilor bacterieni este, de asemenea, direct legată de alunecarea microtubulilor, care sunt de natură proteică.
Oxidarea materiei organice eliberează cantități mari de energie. Dar, de regulă, proteinele sunt cheltuite foarte rar pentru nevoile de energie. Acest lucru se întâmplă atunci când toate stocurile sunt epuizate. Lipidele și carbohidrații sunt cele mai potrivite pentru aceasta. Prin urmare, proteinele pot îndeplini o funcție energetică, dar numai în anumite condiții.
Lipidele
Un compus asemănător grăsimilor este, de asemenea, o materie organică. Lipidele se numără printre cele mai simple molecule biologice. Sunt insolubili în apă, dar se degradează în soluții nepolare, cum ar fi benzina, eterul și cloroformul. Acestea fac parte din toate celulele vii. Din punct de vedere chimic, lipidele sunt alcooli și acizi carboxilici. Cele mai faimoase dintre acestea sunt grăsimile. În corpul animalelor și al plantelor, aceste substanțe îndeplinesc multe funcții importante. Multe lipide sunt utilizate în medicină și industrie.
Funcțiile lipidice
Aceste substanțe chimice organice lucrează cu proteinele din celule pentru a forma membrane biologice. Dar funcția lor principală este energia. Când moleculele de grăsime sunt oxidate, se eliberează o cantitate imensă de energie. Se merge la formarea ATP în celule. Sub formă de lipide, corpul poate stoca o cantitate semnificativă de rezerve de energie. Uneori sunt chiar mai mulți decât este necesar pentru a duce viața normală. Odată cu modificările patologice, metabolismul celulelor „grase” devine mai mult. Deși, în mod corect, trebuie remarcat faptul că astfel de rezerve excesive sunt pur și simplu necesare pentru hibernarea animalelor și plantelor. Mulți oameni cred că copacii și arbuștii se hrănesc cu solul în timpul sezonului rece. În realitate, ei consumă rezervele de uleiuri și grăsimi pe care le-au făcut în timpul verii.
La om și animale, grăsimile pot avea și o funcție de protecție. Acestea sunt depuse în țesutul subcutanat și în jurul organelor, cum ar fi rinichii și intestinele. Astfel, ele servesc ca o bună protecție împotriva deteriorării mecanice, adică a șocurilor.
În plus, grăsimile au un nivel scăzut de conductivitate termică, ceea ce ajută la reținerea căldurii. Acest lucru este foarte important, mai ales în climă rece. La animalele marine, stratul de grăsime subcutanată contribuie, de asemenea, la o bună flotabilitate. Dar la păsări, lipidele îndeplinesc și funcții hidrofuge și lubrifiante. Ceara își acoperă penele și le face mai elastice. Unele specii de plante au aceeași floare pe frunze.
Glucidele
Formula pentru materia organică C n (H 2 O) m indică faptul că compusul aparține clasei de carbohidrați. Numele acestor molecule indică faptul că conțin oxigen și hidrogen în aceeași cantitate ca apa. Pe lângă aceste elemente chimice, compușii pot conține, de exemplu, azot.
Carbohidrații din celulă sunt principalul grup de compuși organici. Acestea sunt produse primare și sunt produse de sinteză primare în plante cu alte substanțe, de exemplu, alcooli, acizi organici și aminoacizi. De asemenea, carbohidrații fac parte din celulele animalelor și ciupercilor. Acestea se găsesc, de asemenea, printre principalele componente ale bacteriilor și protozoarelor. Deci, într-o celulă animală, acestea sunt de la 1 la 2%, iar într-o celulă vegetală, numărul lor poate ajunge la 90%.
Până în prezent, se disting doar trei grupe de carbohidrați:
Zaharuri simple (monozaharide);
Oligozaharide, formate din mai multe molecule de zaharuri simple conectate secvențial;
Polizaharidele, conțin mai mult de 10 molecule de monozaharide și derivații lor.
Funcțiile carbohidraților
Toate substanțele organice din celulă îndeplinesc funcții specifice. De exemplu, glucoza este principala sursă de energie. Se descompune în toate celulele în timpul respirației celulare. Glicogenul și amidonul reprezintă cea mai mare parte a energiei, cea dintâi la animale și cea din urmă la plante.
Carbohidrații au și o funcție structurală. Celuloza este componenta principală a peretelui celular al plantei. Și la artropode, chitina îndeplinește aceeași funcție. Se găsește și în celulele ciupercilor superioare. Dacă luăm ca exemplu oligozaharidele, acestea fac parte din membrana citoplasmatică - sub formă de glicolipide și glicoproteine. De asemenea, glicocalixul este adesea detectat în celule. Pentozele sunt implicate în sinteza acizilor nucleici. Când este inclus în ADN, iar riboză este inclusă în ARN. De asemenea, aceste componente se găsesc în coenzime, de exemplu, în FAD, NADP și NAD.
Carbohidrații sunt, de asemenea, capabili să îndeplinească o funcție de protecție în organism. La animale, substanța heparină previne activ coagularea rapidă a sângelui. Se formează în timpul deteriorării țesuturilor și blochează formarea cheagurilor de sânge în vase. Heparina se găsește în cantități mari în mastocite în granule.
Acizi nucleici
Proteinele, carbohidrații și lipidele nu sunt toate clase cunoscute de materie organică. Chimia include aici și acizi nucleici. Acestea sunt biopolimeri care conțin fosfor. Aceștia, aflându-se în nucleul celular și în citoplasma tuturor ființelor vii, asigură transferul și stocarea datelor genetice. Aceste substanțe au fost descoperite datorită biochimistului F. Mischer, care studia spermatozoizii de somon. A fost o descoperire „accidentală”. Puțin mai târziu, ARN și ADN au fost găsite în toate organismele vegetale și animale. Au fost, de asemenea, acizi nucleici izolați în celulele ciupercilor și bacteriilor, precum și viruși.
În total, s-au găsit în natură două tipuri de acizi nucleici - acizii ribonucleici (ARN) și acizii dezoxiribonucleici (ADN). Diferența este clară din nume. dezoxiriboză este un zahăr cu cinci atomi de carbon. Iar riboza se găsește în molecula de ARN.
Chimia organică se ocupă cu studiul acizilor nucleici. Subiectele cercetării sunt, de asemenea, dictate de medicină. Codurile ADN ascund multe boli genetice pe care oamenii de știință nu le-au descoperit încă.
Cea mai simplă clasificare este. că toate substanțele cunoscute sunt împărțite în anorganice și organice... Substanțele organice includ hidrocarburi și derivatele lor. Toate celelalte substanțe sunt anorganice.
Substanțe anorganice prin compoziție se împarte în simplu și complex.
Substanțe simpleconstau din atomi ai unui singur element chimic și sunt împărțiți în metale, nemetale, gaze nobile. Substanțele complexe sunt formate din atomi de diferite elemente legate chimic între ele.
Substanțele anorganice complexe după compoziție și proprietăți sunt împărțite în următoarele clase cele mai importante: oxizi, baze, acizi, hidroxizi amfoteri, săruri.
- Oxizi sunt substanțe complexe formate din două elemente chimice, dintre care unul este oxigenul cu stare de oxidare (-2). Formula generală a oxizilor: E m O n, unde m este numărul de atomi ai elementului E, iar n este numărul de atomi de oxigen. La rândul lor, oxizii sunt clasificați ca formând sare și neformând sare. Formarea sării se împarte în bazice, amfotere, acide, care corespund bazelor, respectiv hidroxizilor amfoteri, acizilor.
- Oxizi bazici - aceștia sunt oxizi metalici în stări de oxidare +1 și +2. Acestea includ:
- oxizi metalici ai subgrupului principal din primul grup ( metale alcaline) Li - pr
- oxizi metalici ai subgrupului principal al celui de-al doilea grup ( Mg și metale alcalino-pământoase) Mg - Ra
- oxizi metalici de tranziție în cele mai scăzute stări de oxidare
- Oxizi acizi-formează nemetale cu S.O. mai mult +2 și metale cu S.O. de la +5 la +7 (SO2, SeO2, P2O5, As2O3, CO2, SiO2, CrO3 și Mn2O7). Excepție: pentru NO oxizi 2 și ClO 2 nu există hidroxizi acizi corespunzători, dar sunt considerați acizi.
- Oxizi amfoteri- format din metale amfotere cu S.O. +2, + 3, + 4 (BeO, Cr2O3, ZnO, Al2O3, GeO2, SnO2 și PbO).
- Oxizi care nu formează sare - oxizi ai nemetalelor cu CO + 1, +2 (CO, NO, N20, SiO).
- Fundații sunt substanțe complexe formate din atomi de metal și una sau mai multe grupări hidroxo (-OH). Formula generală a bazelor: M (OH) y, unde y este numărul de grupări hidroxo egale cu starea de oxidare a metalului M (de obicei +1 și +2). Bazele sunt împărțite în solubile (alcaline) și insolubile.
- Acizi- (hidroxizii acizi) sunt substanțe complexe formate din atomi de hidrogen care pot fi înlocuiți cu atomi de metal și reziduuri acide. Formula generală a acizilor: H x Ac, unde Ac este un reziduu acid (din engleză „acid” - acid), x este numărul de atomi de hidrogen egal cu sarcina ionului reziduului acid.
- Hidroxizi amfoterici sunt substanțe complexe care prezintă atât proprietățile acizilor, cât și proprietățile bazelor. Prin urmare, formulele hidroxizilor amfoterici pot fi scrise atât sub formă de acizi, cât și sub formă de baze.
- Sare sunt substanțe complexe formate din cationi metalici și anioni de reziduuri acide. Această definiție se aplică sărurilor medii.
- Săruri medii sunt produse de înlocuire completă a atomilor de hidrogen dintr-o moleculă acidă cu atomi de metal sau înlocuirea completă a grupărilor hidroxo într-o moleculă de bază cu reziduuri de acid.
- Săruri acide - atomii de hidrogen din acid sunt înlocuiți parțial cu atomi de metal. Se obțin prin neutralizarea bazei cu un exces de acid. Pentru a denumi corect sare acră este necesar să adăugați prefixul hidro- sau dihidro- la numele sării normale, în funcție de numărul de atomi de hidrogen care alcătuiesc sarea acidă. De exemplu, KHCO 3 este bicarbonat de potasiu, KH 2 PO 4 este dihidrogen de potasiu fosfat. Trebuie amintit că sărurile acide pot forma doar doi sau mai mulți acizi bazici.
- Săruri de bază - grupările hidroxil ale bazei (OH -) sunt parțial substituite cu reziduuri acide. A apela sare de bază, este necesar să adăugați prefixul hidroxo sau dihidroxo la numele sării normale, în funcție de numărul de grupări OH - care formează sarea. De exemplu, (CuOH) 2 CO 3 - hidroxicarbonat de cupru (II). să ne amintim că sărurile bazice pot forma numai baze care conțin două sau mai multe grupări hidroxil.
- Săruri duble - conțin doi cationi diferiți, obținuți prin cristalizare dintr-o soluție mixtă de săruri cu cationi diferiți, dar aceiași anioni. De exemplu, KAl (SO 4) 2, KNaSO 4.
- Săruri mixte - conțin doi anioni diferiți. De exemplu, Ca (OCl) Cl.
- Săruri hidratate (hidrați cristalini) - includ molecule de apă de cristalizare. Exemplu: Na 2 SO 4 10H 2 O.
Clasificarea substanțelor organice
Se numesc compuși constând numai din atomi de hidrogen și carbon hidrocarburi... Înainte de a începe această secțiune, amintiți-vă, pentru a simplifica notația, chimiștii nu descriu lanțurile de carboni și hidrogeni, dar nu uitați că carbonul formează patru legături, iar dacă în figură carbonul este legat de două legături, atunci acesta este legat de încă doi hidrogeni, deși acesta din urmă nu este indicat:
În funcție de structura lanțului de carbon, compușii organici sunt împărțiți în compuși cu lanț deschis - aciclic (alifatic) și ciclic - cu un lanț închis de atomi.
Ciclic sunt împărțite în două grupe: carbociclice conexiuni și heterociclice.
Compuși carbocicliciLa rândul său, includ două serii de compuși: aliciclice și aromat.
Compuși aromatici structura moleculelor se bazează pe cicluri plate care conțin carbon cu un sistem special închis de π-electroni. formând un sistem π \u200b\u200bcomun (un singur nor π-electron).
Atât hidrocarburile aciclice (alifatice), cât și cele ciclice pot conține legături multiple (duble sau triple). Astfel de hidrocarburi se numesc nesaturat(nesaturat), spre deosebire de limită(saturat) conținând doar legături simple.
Legătura Pi (legătura π) este o legătură covalentă formată prin suprapunerea orbitalilor p-atomici. Spre deosebire de legătura sigma, care se realizează prin suprapunerea orbitalelor s-atomice de-a lungul liniei conexiunii atomice, legăturile pi apar atunci când orbitalele p-atomice se suprapun pe ambele părți ale liniei legăturii atomice.
În cazul formării unui sistem aromatic, de exemplu, benzenul C6H6, fiecare dintre cei șase atomi de carbon se află în starea de hibridizare sp2 și formează trei legături sigma cu unghiuri de legătură de 120 °. Al patrulea electron-p al fiecărui atom de carbon este orientat perpendicular pe planul inelului benzenic. În general, apare o singură legătură, care se extinde la toți atomii de carbon ai inelului benzenic. Pe ambele părți ale planului legăturilor sigma se formează două regiuni de legături pi cu densitate mare de electroni. Cu o astfel de legătură, toți atomii de carbon din molecula de benzen devin echivalenți și, prin urmare, un astfel de sistem este mai stabil decât un sistem cu trei legături duble localizate.
Hidrocarburile alifatice saturate se numesc alcani, au formula generală C n H 2n + 2, unde n este numărul de atomi de carbon. Vechiul lor nume este adesea folosit în zilele noastre - parafine:
Hidrocarburile alifatice nesaturate cu o legătură triplă se numesc alchine. Formula lor generală este C n H 2n - 2
Hidrocarburile aliciclice saturate sunt cicloalcani, formula lor generală este Сn Н 2n:
Am analizat clasificarea hidrocarburilor. Dar dacă în aceste molecule unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu alți atomi sau grupe de atomi (halogeni, grupări hidroxil, grupări amino etc.), se formează derivați de hidrocarburi: derivați de halogen, oxigen, conțin azot și alți organici compuși.
Atomii sau grupurile de atomi care determină proprietățile cele mai caracteristice ale unei clase date de substanțe se numesc grupe funcționale.
Hidrocarburile din derivații lor cu aceeași grupă funcțională formează serii omoloage.
O serie omologă este o serie de compuși aparținând aceleiași clase (omologi), diferiți între ei prin compoziție printr-un număr întreg de grupări -CH 2 - (diferență omologă), având o structură similară și, prin urmare, proprietăți chimice similare.
Similitudinea proprietăților chimice ale omologilor simplifică foarte mult studiul compușilor organici.
Hidrocarburi substituite
- Hidrocarburi halogenate pot fi considerați ca produse de substituție în hidrocarburi a unuia sau mai multor atomi de hidrogen cu atomi de halogen. În conformitate cu aceasta, pot exista derivați mono-, li-, tri- (în general poli-) halogeni limitați și nesaturați. Formula generală a hidrocarburilor halogenate saturate RG. Substanțele organice care conțin oxigen includ alcooli, fenoli, aldehide, cetone, acizi carboxilici, eteri și esteri.
- Alcooli - derivați de hidrocarburi în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu grupări hidroxil. Alcoolii se numesc monoatomici dacă au o grupare hidroxil, și saturați, dacă sunt derivați de alcani. Formula generală a alcoolilor monohidrați saturați: R-OH.
- Fenoli - derivați ai hidrocarburilor aromatice (seria benzenică), în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen din inelul benzenic sunt înlocuiți cu grupări hidroxil.
- Aldehide și cetone - derivați de hidrocarburi care conțin o grupă carbonilică de atomi (carbonil) .În moleculele de aldehidă, o legătură a carbonilului merge la un compus cu un atom de hidrogen, cealaltă cu un radical hidrocarbonat. În cazul cetonelor, gruparea carbonil este legată la doi radicali (în general diferiți).
- Eteri sunt substanțe organice care conțin doi radicali de hidrocarburi conectați de un atom de oxigen: R \u003d O-R sau R-O-R 2. Radicalii pot fi identici sau diferiți. Compoziția eterilor este exprimată prin formula C n H 2n + 2O.
- Esteri - compuși formați prin înlocuirea atomului de hidrogen al grupării carboxil în acizi carboxilici cu un radical hidrocarbonat.
- Compuși nitro - derivați de hidrocarburi în care unul sau mai mulți atomi de hidrogen sunt înlocuiți cu o grupare nitro —NO2.
- Amine - compuși considerați ca derivați ai amoniacului, în care atomii de hidrogen sunt înlocuiți cu radicali de hidrocarburi.În funcție de natura radicalului, aminele pot fi alifatice. În funcție de numărul de atomi de hidrogen înlocuiți de radicali, se disting amine primare, amine secundare și terțiare. Într-un caz particular, radicalii aminelor secundare și terțiare pot fi aceiași. Aminele primare pot fi, de asemenea, considerate ca derivați ai hidrocarburilor (alcani) în care un atom de hidrogen este înlocuit cu o grupare amino. Aminoacizii conțin două grupări funcționale conectate la un radical hidrocarbonat, o grupare amino - NH 2 și un carboxil - COOH.
Se cunosc și alți compuși organici importanți care au mai multe grupuri funcționale diferite sau identice, lanțuri liniare lungi legate de inele de benzen. În astfel de cazuri, este imposibilă o determinare strictă a apartenenței unei substanțe la o anumită clasă. Acești compuși sunt adesea izolați în grupuri specifice de substanțe: carbohidrați, proteine, acizi nucleici, antibiotice, alcaloizi etc. În prezent, sunt cunoscuți și mulți compuși care pot fi clasificați ca organici și anorganici. Se numesc compuși organoelementali. Unele dintre ele pot fi considerate ca derivați ai hidrocarburilor.
Nomenclatură
Pentru numele compușilor organici, se utilizează 2 nomenclaturi - nume raționale și sistematice (IUPAC) și banale.
Compilația nomenclaturii IUPAC:
1) Baza denumirii compusului este rădăcina cuvântului care denotă o hidrocarbură saturată cu același număr de atomi ca lanțul principal.
2) Se adaugă un sufix la rădăcină care caracterizează gradul de saturație:
Un (limitativ, fără conexiuni multiple);
Yong (în prezența unei duble legături);
Ying (în prezența unei triple legături).
Dacă există mai multe legături multiple, atunci sufixul indică numărul de astfel de legături (-dien, -triene etc.), iar după sufix, poziția legăturii multiple trebuie indicată în numere, de exemplu:
СН 3 –СН 2 –СН \u003d СН 2 СН 3 –СН \u003d СН - СН 3
buten-1 buten-2
CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2
Grupuri precum nitro-, halogeni, radicali hidrocarburi care nu sunt incluși în lanțul principal sunt efectuate în prefix. Cu toate acestea, acestea sunt listate alfabetic. Poziția substitutului este indicată printr-un număr în fața prefixului.
Ordinea compunerii numelui este după cum urmează:
1. Găsiți cel mai lung lanț de atomi C.
2. Numerați consecutiv atomii de carbon ai lanțului principal, începând de la capătul cel mai apropiat de ramură.
3. Numele alcanului este alcătuit din numele radicalilor laterali enumerați în ordine alfabetică, indicând poziția în lanțul principal și numele lanțului principal.
Ordinea numelui Limbajul chimic, care include simboluri chimice (inclusiv formule chimice) ca una dintre cele mai specifice părți, este un mijloc activ important de înțelegere a chimiei și, prin urmare, necesită o aplicare clară și conștientă.
Formule chimice Sunt imagini convenționale ale compoziției și structurii substanțelor chimice individuale prin intermediul simbolurilor chimice, indicilor și altor semne. Atunci când se studiază compoziția, structura chimică, electronică și spațială a substanțelor, proprietățile lor fizice și chimice, izomeria și alte fenomene, se utilizează formule chimice de diferite tipuri.
În special multe tipuri de formule (cele mai simple, moleculare, structurale, de proiecție, conformaționale etc.) sunt utilizate în studiul substanțelor cu structură moleculară - majoritatea substanțelor organice și o parte relativ mică a substanțelor anorganice în condiții normale. În mod semnificativ mai puține tipuri de formule (protozoare) sunt utilizate în studiul compușilor non-moleculari, a căror structură este reflectată mai clar de modelele cu tije cu bile și diagramele structurilor cristaline sau ale celulelor lor unitare.
Compilarea formulelor structurale complete și scurte ale hidrocarburilor
Exemplu:
Realizați o formulă structurală completă și scurtă a propanului C 3 H 8.
Decizie:
1. Scrieți 3 atomi de carbon într-o linie, conectați-i cu legături:
C - C - C
2. Adăugați liniuțe (legături) astfel încât să se îndepărteze 4 legături din fiecare atom de carbon:
4. Notați o formulă structurală scurtă:
CH 3 -CH 2 -CH 3
Tabel de solubilitate
Prima abordare -prin natura scheletului de hidrocarburi
I. Aciclice sau alifaticeconexiuni - nu conțin o buclă:
limită (saturată, parafinică)
nesaturate (nesaturate) cu legături duble, triple.
II. Carbociclice (numai carbonul din ciclu) compuși:
aliciclice - hidrocarburi ciclice saturate și nesaturate;
aromatic - compuși ciclici conjugați cu proprietăți aromatice speciale.
III. Heterociclicecompuși - în compoziția heteroatomilor ciclului (heteros - altele).
A doua abordare -prin natura grupului funcțional care determină proprietățile chimice ale compusului.
|
Grup functional |
Nume |
||
|
Hidrocarburi |
|||
|
Acetilenă |
|||
|
Compuși halogenați |
|||
|
Derivați halogeni |
–Hal (halogen) |
Clorură de etil, clorură de etil |
|
|
Compuși oxigenați |
|||
|
Alcooli, fenoli |
CH 3 CH 2 OH |
Alcool etilic, etanol |
|
|
Eteri |
CH 3 –O - CH 3 |
Eter dimetilic |
|
|
Aldehidele |
|
|
Aldehidă acetică, etanală |
|
|
|
Acetonă, propanonă |
|
|
Acizi carboxilici |
|
|
Acid acetic, acid etanic |
|
Esteri |
|
|
Ester etilic al acidului acetic, acetat de etil |
|
Halogenuri acide |
|
|
Clorură de acid acetic, clorură de acetil |
|
Anhidridele |
|
|
Anhidrida acidului acetic |
|
|
|
Amida acidului acetic, acetamida |
|
|
Compuși de azot |
|||
|
Compuși nitro |
Nitrometan |
||
|
Etilamina |
|||
|
Acetonitril, nitril cu acid acetic |
|||
|
Compuși nitroso |
Nitrosobenzen |
||
|
Compuși hidrazoici |
Fenilhidrazina |
||
|
Compuși azoici |
C 6 H 5 N \u003d NC 6 H 5 |
Azobenzen |
|
|
Săruri diazonice |
Clorură de fenildiazoniu |
||
Nomenclatura compușilor organici
1) 1892 (Geneva, Congresul internațional pentru chimie) - geneva;
2) 1930 (Liege, Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) - liege;
Nomenclatură banală : numele sunt date întâmplător.
Cloroform, uree.
Alcool din lemn, alcool din vin.
Acid formic, acid succinic.
Glucoza, zaharoza etc.
Nomenclatura rațională : în centrul „legăturii raționale” se află numele celui mai simplu reprezentant al clasei + numele substituenților (începând cu cel mai simplu) cu indicația cantității folosind prefixele di-, tri-, tetra-, penta -.
Apare pentru compuși organici simpli, mai ales în literatura chimică veche.
Poziția substituenților este indicată cu litere latine
sau cuvintele „simetric” ( simm-), „dezechilibrat” ( nesimțit-), orto-(despre-), meta- (m-), cuplu-(p-),
literele N– (pentru azot), O– (pentru oxigen).
Nomenclatura IUPAC (internaţional)
Principiile de bază ale acestui sistem de nomenclatură sunt următoarele.
1. Se bazează pe cel mai lung lanț de hidrocarburi cu cea mai mare grupă funcțională desemnată prin sufix.
2. Atomii de carbon din lanț sunt numerotați secvențial de la capătul la care se află cea mai înaltă grupă funcțională.
La numerotare, preferința (toate celelalte lucruri fiind egale) are o dublă, apoi o legătură triplă.
Dacă ambele opțiuni de numerotare sunt echivalente, atunci direcția este aleasă astfel încât suma cifrelor care indică poziția substituenților să fie cea mai mică (mai corectă - în care prima este cea mai mică cifră).
3. Numele substituenților se adaugă la baza numelui, începând cu cel mai simplu, dacă este necesar - cu indicarea numărului lor folosind prefixele di-, tri-, tetra-, penta-.
Mai mult, pentru fiecare substituent indică numărul său în lanț.
Poziția, numele substituenților este indicată în prefixul dinaintea numelui lanțului, separând numerele cu o cratimă.
Pentru grupurile funcționale, cifra poate apărea înaintea numelui lanțului sau după numele lanțului înainte sau după numele unui sufix separat de cratimă;
4. Numele substituenților (radicalilor) pot fi sistemice și banale.
Radicalii alchil sunt denumiți prin schimbarea finalului -un pe -il în numele alcanului corespunzător.
Numele radicalului reflectă tipul de atom de carbon care are o valență liberă: un atom de carbon legat
cu un atom de carbon, numit primar - CH 3,
cu două - secundare 
,
cu trei - terțiar 
cu patru - cuaternar 
.
Alți radicali, cu sau fără terminare -ilau de obicei un nume trivial.
Radicalii bivalenți se termină în -en sau - eden.
|
Conexiune de bază |
Nume |
Structura radicală |
Nume |
|
Radicali monovalenți |
|||
|
CH 3 –CH 2 - | |||
|
CH 3 –CH 2 –CH 3 |
CH 3 –CH 2 –CH 2 - | ||
|
|
Izopropil ( sec-propil) |
||
|
CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 3 |
CH 3 –CH 2 –CH 2 –CH 2 - | ||
|
|
sec-Butil |
||
|
|
Izobutan |
|
Izobutil |
|
|
freca-Butil |
||
|
CH 3 (CH 2) 3 CH 3 |
CH 3 (CH 2) 3 CH 2 - |
(n-amil) |
|
|
|
Izopentan |
|
Izopentil (izoamil) |
|
|
Neopentane |
|
Neopentil |
|
|
| ||
|
CH 2 \u003d CH - CH 2 - | |||
|
CH 3 –CH \u003d CH– |
Propenil |
||
|
Acești termeni s-au născut în urmă cu peste patru sute de ani. Chimiștii de atunci erau siguri că organismele vii și cele nevii constau dintr-un set diferit de substanțe: prima - din organică, a doua din anorganică („minerală”). Mai târziu a devenit clar că nu există abis de netrecut între cei vii și cei neînsuflețiți. Cu toate acestea, împărțirea tradițională a substanțelor în două grupuri mari a rămas, deși și-a pierdut sensul anterior. În plus, nu toate substanțele numite organice sunt incluse în corpurile organismelor vii. Pe de altă parte, ele conțin întotdeauna substanțe anorganice - apă, săruri minerale. Toate acestea pot fi confuze pentru cei neinițiați în chimie. În general, nu este surprinzător faptul că Uniunea Internațională de Chimie Pură și Aplicată (IUPAC) nu oferă o definiție oficială pentru compuși anorganici sau organici. Și controversa continuăMulte substanțe care conțin carbon, chimiștii refuză în mod tradițional să ia în considerare organice sau să argumenteze unde să le atribuie. Aceștia sunt acizi carbonici (carbonat) și cianuri (hidrocianici) și sărurile acestora, oxizi de carbon simpli (inclusiv binecunoscutul dioxid de carbon), compuși de carbon cu sulf, siliciu, carburi și altele. Dar există încă substanțe simple care constau doar din carbon - cărbune și cărbune fosil, cocs, funingine, grafit și câteva alte zeci de substanțe. De ce carbon?Într-adevăr, de ce, din mai mult de o sută de elemente chimice, numai carbonul a putut forma milioane de substanțe? Există două motive principale: atomii de carbon sunt capabili să se combine cu atomii multor alte elemente (hidrogen, oxigen, sulf, fosfor și multe altele) și unul cu celălalt. În acest din urmă caz, se formează lanțuri de orice lungime și de cel mai variat design - liniar, ramificat, închis. Drept urmare, numărul substanțelor organice naturale și sintetizate este estimat la aproximativ 27 de milioane, iar cele anorganice sunt aproape de doar o jumătate de milion. După cum se spune, simțiți diferența. Totul are nevoie de ordineSubstanțele anorganice sunt de obicei împărțite în simple și complexe. Primii sunt compuși din atomi identici. Atomii diferitelor elemente formează substanțe complexe: oxizi, hidroxizi, acizi, săruri. Sunt posibile și alte abordări. De exemplu, clasificați pe baza unuia dintre elemente: compuși de fier, compuși de clor. Substanțele organice au mai multe clase. După compoziția și structura lor, acestea sunt de obicei împărțite în proteine, aminoacizi, lipide, acizi grași, carbohidrați, acizi nucleici. Pe baza acțiunii lor biologice, compușii organici pot fi grupați în alcaloizi, enzime, vitamine, hormoni, neurotransmițători etc. Clasificarea implică și „denumirea”. Desigur, diferiți compuși ar trebui să aibă întotdeauna nume diferite și, în același timp, este de dorit ca numele să poată fi folosit pentru a judeca substanța în sine. Dar când vine vorba de milioane de nume diferite ... Cum îți place acest lucru: (6E, 13E) -18-bromo-12-butil-11-clor-4,8-dietil-5-hidroxi-15-metoxtricoză- 6,13-diena -19-în-3,9-dionă? Este compilat în conformitate cu toate regulile oficiale de chimie organică. Toate substanțele care conțin un atom de carbon, pe lângă carbonați, carburi, cianuri, tiocianați și acid carbonic, sunt compuși organici. Aceasta înseamnă că pot fi create de organisme vii din atomi de carbon prin reacții enzimatice sau de altă natură. Astăzi, multe substanțe organice pot fi sintetizate artificial, ceea ce permite dezvoltarea medicinei și farmacologiei, precum și crearea de polimeri de înaltă rezistență și materiale compozite. Clasificarea compușilor organiciCompușii organici sunt cea mai numeroasă clasă de substanțe. Aici există aproximativ 20 de tipuri de substanțe. Sunt diferite prin proprietăți chimice, diferă prin calități fizice. Punctul lor de topire, masa, volatilitatea și solubilitatea, precum și starea lor de agregare în condiții normale sunt, de asemenea, diferite. Printre ei:
Această clasificare reflectă caracteristicile structurii chimice și prezența unor grupe atomice specifice care determină diferența în proprietățile unei substanțe date. În general, clasificarea bazată pe configurația scheletului de carbon, care nu ia în considerare particularitățile interacțiunilor chimice, arată diferit. Conform dispozițiilor sale, compușii organici sunt împărțiți în:
Aceste clase de compuși organici pot avea izomeri în diferite grupuri de substanțe. Izomerii au proprietăți diferite, deși compoziția lor atomică poate fi aceeași. Acest lucru rezultă din dispozițiile stabilite de A.M. Butlerov. De asemenea, teoria structurii compușilor organici este baza îndrumătoare pentru toate cercetările din chimia organică. Este pus la același nivel cu Legea periodică a lui Mendeleev. Însăși conceptul de structură chimică a fost introdus de A.M. Butlerov. A apărut în istoria chimiei la 19 septembrie 1861. Anterior, au existat opinii diferite în știință, iar unii oameni de știință au negat complet prezența moleculelor și a atomilor. Prin urmare, nu a existat o ordine în chimia organică și anorganică. Mai mult, nu existau regularități prin care să se poată judeca proprietățile anumitor substanțe. În același timp, au existat și compuși care, cu aceeași compoziție, au prezentat proprietăți diferite.
Declarațiile lui AM Butlerov au îndreptat în mare măsură dezvoltarea chimiei în direcția corectă și au creat o bază solidă pentru aceasta. Prin intermediul acestuia, a fost posibilă sistematizarea faptelor acumulate, și anume, proprietățile chimice sau fizice ale anumitor substanțe, tiparele de intrare a acestora în reacții etc. Chiar și predicția modalităților de obținere a compușilor și prezența unor proprietăți comune au devenit posibile datorită acestei teorii. Și cel mai important, A. Butlerov a arătat că structura unei molecule de substanță poate fi explicată în termeni de interacțiuni electrice. Logica teoriei structurii substanțelor organiceDe când până în 1861 în chimie, mulți au respins existența unui atom sau a unei molecule, teoria compușilor organici a devenit o propunere revoluționară pentru lumea științifică. Și întrucât AM Butlerov însuși provine doar din inferențe materialiste, a reușit să infirme ideile filozofice despre materia organică. El a reușit să arate că structura moleculară poate fi recunoscută empiric prin reacții chimice. De exemplu, compoziția oricărui carbohidrat poate fi determinată prin arderea unei anumite cantități din acesta și numărarea apei și a dioxidului de carbon rezultate. Cantitatea de azot din molecula de amină este, de asemenea, calculată în timpul arderii prin măsurarea volumului de gaze și eliberarea cantității chimice de azot molecular. Dacă luăm în considerare judecățile lui Butlerov despre structura chimică, în funcție de structură, în direcția opusă, atunci se sugerează o nouă concluzie. Și anume: cunoscând structura chimică și compoziția unei substanțe, se poate asuma empiric proprietățile acesteia. Dar cel mai important, Butlerov a explicat că materia organică conține o cantitate imensă de substanțe care prezintă proprietăți diferite, dar au aceeași compoziție. Prevederi generale ale teorieiLuând în considerare și investigând compușii organici, Butlerov A.M. a dedus unele dintre cele mai importante legi. El le-a combinat în prevederile teoriei care explică structura substanțelor chimice de origine organică. Teoria este următoarea:
Toate clasele de compuși organici sunt construite conform principiilor acestei teorii. După ce a pus bazele, Butlerov A.M. a reușit să extindă chimia ca domeniu al științei. El a explicat că, datorită faptului că carbonul prezintă o valență de patru în substanțele organice, varietatea acestor compuși este determinată. Prezența multor grupuri atomice active determină apartenența unei substanțe la o anumită clasă. Și datorită prezenței unor grupe atomice specifice (radicali) apar proprietățile fizice și chimice.
Hidrocarburi și derivații acestoraAcești compuși organici de carbon și hidrogen sunt cei mai simpli în compoziție dintre toate substanțele din grup. Acestea sunt reprezentate de o subclasă de alcani și cicloalcani (hidrocarburi saturate), alchene, alcadiene și alcatriene, alchine (hidrocarburi nesaturate), precum și o subclasă de substanțe aromatice. În alcani, toți atomii de carbon sunt conectați numai printr-o singură legătură C-C, motiv pentru care nu poate fi încorporat un singur atom H în hidrocarbură. În hidrocarburile nesaturate, hidrogenul poate fi încorporat la locul legăturii duble C \u003d C. De asemenea, legătura C-C poate fi triplă (alchine). Acest lucru permite acestor substanțe să intre într-o varietate de reacții asociate cu reducerea sau adăugarea de radicali. Toate celelalte substanțe pentru comoditatea studierii capacității lor de a intra în reacții sunt considerate ca derivate ale uneia dintre clasele de hidrocarburi.
AlcooliAlcoolii sunt numiți compuși chimici organici mai complexi decât hidrocarburile. Acestea sunt sintetizate ca urmare a reacțiilor enzimatice din celulele vii. Cel mai tipic exemplu este sinteza etanolului din glucoză prin fermentare. În industrie, alcoolii sunt obținuți din derivați de halogen ai hidrocarburilor. Ca urmare a înlocuirii unui atom de halogen cu o grupare hidroxil, se formează alcooli. Alcoolii monohidrici conțin o singură grupare hidroxil, alcooli polihidrici - doi sau mai mulți. Un exemplu de alcool dihidric este etilen glicolul. Alcoolul polihidric este glicerina. Formula generală a alcoolilor este R-OH (R este un lanț de carbon). Aldehide și cetoneDupă ce alcoolii intră în reacții ale compușilor organici asociați cu eliminarea hidrogenului din grupul alcool (hidroxil), se închide o legătură dublă între oxigen și carbon. Dacă această reacție are loc la grupul alcoolic situat la atomul de carbon terminal, atunci se formează o aldehidă. Dacă atomul de carbon cu alcoolul nu este localizat la capătul lanțului de carbon, atunci rezultatul reacției de deshidratare este producerea unei cetone. Formula generală a cetonelor este R-CO-R, aldehidele R-COH (R este un radical hidrocarbonat al lanțului).
Eteri (simpli și complexi)Structura chimică a compușilor organici din această clasă este complicată. Eterii sunt considerați a fi produse de reacție între două molecule de alcool. Când apa este despărțită de acestea, se formează compusul eșantion R-O-R. Mecanism de reacție: eliminarea unui proton de hidrogen dintr-un alcool și a unei grupări hidroxil din alt alcool. Esterii sunt produsele reacției dintre alcool și un acid carboxilic organic. Mecanism de reacție: eliminarea apei din grupurile alcoolice și carboxilice ale ambelor molecule. Hidrogenul este separat de acid (la gruparea hidroxil), iar gruparea OH în sine este separată de alcool. Compusul rezultat este descris ca R-CO-O-R, unde fagul R reprezintă radicali - restul lanțului de carbon. Acizi carboxilici și amineAcizii carboxilici sunt substanțe speciale care joacă un rol important în funcționarea celulei. Structura chimică a compușilor organici este după cum urmează: un radical hidrocarbonat (R) cu o grupare carboxil (-COOH) atașată la acesta. Gruparea carboxil poate fi localizată numai la atomul de carbon extrem, deoarece valența C din grupa (-COOH) este 4. Aminele sunt compuși mai simpli care sunt derivați din hidrocarburi. Aici, la orice atom de carbon, se află un radical amină (-NH2). Există amine primare în care o grupare (-NH2) este atașată la un carbon (formula generală R-NH2). Aminele secundare combină azotul cu doi atomi de carbon (formula R-NH-R). În aminele terțiare, azotul este conectat la trei atomi de carbon (R3N), unde p este un radical, un lanț de carbon. AminoaciziAminoacizii sunt compuși complecși care prezintă atât proprietățile aminelor, cât și a acizilor de origine organică. Există mai multe tipuri de ele, în funcție de localizarea grupării amină în raport cu gruparea carboxil. Cei mai importanți sunt alfa aminoacizii. Aici gruparea amină este situată la atomul de carbon de care este atașat carboxilul. Acest lucru vă permite să creați o legătură peptidică și să sintetizați proteinele.
Carbohidrați și grăsimiCarbohidrații sunt aldehide alcooli sau cetalcoholi. Acestea sunt compuși cu o structură liniară sau ciclică, precum și polimeri (amidon, celuloză și alții). Cel mai important rol al lor în celulă este structural și energetic. Grăsimile sau mai degrabă lipidele îndeplinesc aceleași funcții și participă doar la alte procese biochimice. În ceea ce privește structura chimică, grăsimea este un ester al acizilor organici și glicerol. Articole similare
Mai multe articole din această secțiune
| |||
