Что изучает органическая химия? | KtoiKak.com
Что изучает органическая химия?
Органическая химия — раздел химии, изучающий соединения углерода, их структуру, свойства, методы синтеза.
Органическими называют соединения углерода с другими элементами. Наибольшее количество соединений углерод образует с так называемыми элементами-органогенами: H, N, O, S, P. Способность углерода соединяться с большинством элементов и образовывать молекулы различного состава и строения обусловливает многообразие органических соединений. 24 мая 1999 года число известных химических соединений превышало 19 млн., из них 12 млн были органическими, ко 2 мая 2014 года общее число известных неорганических и органических соединений превысило 87 млн. Органические соединения играют ключевую роль в существовании живых организмов.
Предмет органической химии включает следующие цели, экспериментальные методы и теоретические представления:
- Выделение индивидуальных веществ из растительного, животного или ископаемого сырья
- Синтез и очистка соединений
- Определение структуры веществ
- Изучение механизмов химических реакций
- Выявление зависимостей между структурой органических веществ и их свойствами
Термин «органическая химия» появился в 1806 году с легкой руки шведского ученого Якоба Йёнса Берцелиуса. Именно тогда вышел его труд «Лекции по животной химии». Однако процессы, которые изучаются этим разделом химии, были знакомы человечеству и активно им эксплуатировались задолго до возникновения первых государств.
К органическим веществам не относятся следующие соединения углерода:
- угольная кислота;
- карбиды;
- карбонаты;
- цианиды;
- тиоцианаты;
- оксиды углерода.
Эти соединения изучает классическая (неорганическая) химия.
Наверное, нет области, где не применялись бы материалы, полученные в результате органического синтеза. Куда ни кинь взгляд – они всюду: в пластике оконных рам, в автомобилях, одежде, бытовой химии, оргтехнике и парфюмерии. Не говоря уж о сугубо профессиональных и незаметных для большинства отраслях, как, например, производство полимерных присадок для создания особо влагостойкого бетона и тому подобных вещей. И сфера, где находит применение продукция органической химии, постоянно расширяется.
ktoikak.com
Органическая химия | Химическая энциклопедия
Органическая химия изучает состав, строение, свойства и применение органических соединений.
У всех органических соединений есть одно общее свойство: они обязательно содержат атомы углерода. Кроме углерода, в состав молекул органических соединений входят водород, кислород, азот, реже — сера, фосфор, галогены.
В настоящее время известно более двадцати миллионов органических соединений. Это многообразие возможно благодаря уникальным свойствам углерода, атомы которого способны образовывать прочные химические связи как друг с другом, так и с другими атомами.
Резкой границы между неорганическими и органическими соединениями не существует. Некоторые соединения углерода, такие, как оксиды углерода, соли угольной кислоты, по характеру свойств относят к неорганическим.
Простейшими по составу органическими соединениями являются углеводороды, содержащие только атомы углерода и водорода. Другие органические соединения можно рассматривать как производные углеводородов.
Органическая химия — это наука, изучающая углеводороды и их производные.
Различают органические соединения природного происхождения (крахмал, целлюлоза, природный газ, нефть и др.) и синтетические (получающиеся в результате синтеза в лабораториях и на заводах).
К органическим соединениям природного происхождения относятся также вещества, образующиеся в живых организмах. Это, например, нуклеиновые кислоты, белки, жиры, углеводы, ферменты, витамины, гормоны. Строение и свойства этих веществ, их биологические функции изучают биохимия, молекулярная биология и биоорганическая химия.
Подавляющее большинство лекарственных препаратов представляют собой органические соединения. Созданием лекарств и изучением их действия на организм занимается химия лекарственных веществ.
Большое число синтетических органических соединений получают в результате переработки нефти (рисунок ниже), природного газа, угля и древесины.
- 1 — сырьё для химической промышленности; 2 — асфальт; 3 — масла; 4 — топливо для самолетов; 5 — смазочные материалы; 6 — дизельное топливо; 7 — бензин
Достижения органической химии используются в производстве строительных материалов, в машиностроении и сельском хозяйстве, медицине, электротехнической и полупроводниковой промышленности. Без синтетического топлива, синтетических моющих средств, полимеров и пластмасс, красителей и т. д. невозможно представить современную жизнь.
Воздействие получаемых человеком органических веществ на живые организмы и другие объекты природы различно. Использование некоторых органических соединений в ряде случаев приводит к серьезным экологическим проблемам. Например, ранее применявшийся для борьбы с вредными насекомыми хлорсодер-жащий инсектицид ДДТ из-за накапливания в живых организмах и медленного разложения в природных условиях в настоящее время запрещен для использования.
Предполагается, что фторхлоруглеводороды (фреоны) (например, дифтор-дихлорметан CF2Cl2) способствуют разрушению озонового слоя атмосферы, защищающего нашу планету от жесткого ультрафиолетового излучения Солнца. По этой причине фреоны заменяются на менее опасные насыщенные углеводороды. Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать
abouthist.net
Органическая химия | Chemistry-gid.ru
Органическая химия — раздел химии, который изучает соединения углерода, их структуру, свойства, и методы синтеза.
Органическая химия — это субдисциплина химии, включающая научное изучение структуры, свойств и реакций органических соединений и органических материалов, то есть вещества в его различных формах, которые содержат атомы углерода. Изучение структуры включает в себя множество физических и химических методов для определения химического состава и химического строения органических соединений и материалов. Изучение свойств включает в себя как физические свойства, так и химические свойства, и использует аналогичные методы, а также методы для оценки химической реакционной способности с целью понять поведение органического вещества в его чистом виде (когда это возможно), но также в растворах, смесях , И сфабрикованные формы. Изучение органических реакций включает зондирование их области применения путем использования целевых соединений (например, натуральных продуктов, лекарств, полимеров и т. Д.) Путем химического синтеза, а также целенаправленного изучения реактивности отдельных органических молекул как в Лабораторных и теоретических (in silico) исследований.
Так как на данном этапе развития человеческой цивилизации органическая химия является крупнейшим разделом современной химии, изучающая законы превращения органических веществ, будет целесообразно более подробно остановиться на тех задачах и методах их решения, которые ставят перед данной наукой современные проблемы.
Окружающий нас мир главным образом состоит из органических соединений: еда, топливо, лекарства, одежда. Многообразие поражает, но не стоит забывать, что органическая химия уже достаточно далеко продвинулась вперед в теории и практике, позволяя предвидеть химическое строение и свойства того или иного существующего и даже искусственно созданного вещества, которое впоследствии может быть использовано в производстве или быту.
Предметом современной органической химии являются следующие цели, методы и теоретические представления:
- Выделение «чистых» органических соединений из растительного, животного или ископаемого сырья
- Синтез и очистка веществ
- Определение структуры соединений
- Определение механизмов протекания химических реакций
- Сопоставление связей между структурой органических веществ и их свойствами
Основным методом органической химии является синтез. Благодаря развитию методов синтеза смогло быть установлено строение самых сложных соединений. Органический синтез требует очень серьезного уровня практических и теоретических знаний, без которых невозможно синтезировать соединения. Ведь органическая химия все больше и больше уходит от веществ, которые есть в природном мире, к соединениям, которые искусственно получают в лабораториях. Именно поэтому без практической, прикладной стороны органической химии – органического синтеза — сейчас ничто не может обойтись ни производство, ни фармацевтика, ни легкая промышленность.
Строение органического вещества устанавливают с помощью методов анализа органического соединения, которые помимо элементарного анализа, включают в себя такие физические методы как: ядерно-магнитный резонанс, масс-спектрометрия, ИК-спектрометрия, рентгеновский структурный анализ и др. Различные виды хроматографии помогают в выделении, очистке и разделении органических веществ.
Спектр химических веществ, изучаемых в органической химии, включает углеводороды (соединения, содержащие только углерод и водород), а также бесчисленные композиции, основанные всегда на углероде, но также содержащие другие элементы, особенно кислород, азот, серу, фосфор (они входят во многие органические химикаты В биологии) и радиоустойчивые элементы галогенов.
В современную эпоху диапазон распространяется далее на периодическую таблицу с основными элементами группы, включая:
- Металлоорганические соединения групп 1 и 2, т.е. содержащие щелочные (например, литий, натрий и калий) или щелочноземельные металлы (например, магний)
- Металлоиды (например, бор и кремний) или другие металлы (например, алюминий и олово)
Кроме того, многие современные исследования сосредоточены на органической химии с участием других металлоорганических соединений, включая лантаниды переходных металлов; (Например, цинк, медь, палладий, никель, кобальт, титан и хром)
Наконец, органические соединения составляют основу всей земной жизни и составляют значительную часть человеческой деятельности в химии. Образцы связей, открытые для углерода, с валентностью четырех формальных одно-, двух- и тройных связей, а также различные структуры с делокализованными электронами, делают массив органических соединений структурно разнообразным, а диапазон их применения огромен. Они либо составляют основу, либо являются важными составляющими многих коммерческих продуктов, включая фармацевтические препараты; Нефтепродукты и продукты из них (включая смазки, растворители и т. д.) пластмассы, топлива и взрывчатых веществ. Как указано, изучение органической химии пересекается с металлоорганической химией и биохимией, но также с лекарственной химией, химией полимеров, а также многими аспектами материаловедения.
История
Фридрих ВелерДо XIX века химики считали, что соединения, полученные из живых организмов, наделены жизненной силой, которая отличала их от неорганических соединений. Согласно концепции витализма (теория жизненной силы), органическое вещество было наделено «жизненной силой». В течение первой половины девятнадцатого века сообщалось о некоторых из первых систематических исследований органических соединений. Примерно в 1816 году Мишель Шеврель начал исследование мыл, изготовленных из различных жиров и щелочей. Он выделил различные кислоты, которые в сочетании с щелочью производят мыло. Поскольку это были все индивидуальные соединения, он продемонстрировал, что можно было произвести химическое изменение в различных жирах (которые традиционно исходят из органических источников), производя новые соединения без «жизненной силы». В 1828 году Фридрих Велер создал органическую химическую мочевину (карбамид), входящую в состав мочи, из неорганических исходных материалов (соли цианата калия и сульфата аммония), которые в настоящее время называют синтезом Вёлера. Хотя сам Вёлер был осторожен в утверждении, что он опроверг витализм, это был первый случай, когда вещество, считающееся органическим, синтезировалось в лаборатории без биологических (органических) исходных веществ. Это событие в настоящее время принято считать фактическим опровержением доктрины витализма.
В 1856 году Уильям Генри Перкин, пытаясь произвести хинин, случайно создал органический краситель, теперь известный как лиловый Перкин. Его открытие, широко известное благодаря его финансовому успеху, сильно увеличило интерес к органической химии.
Ключевым прорывом для органической химии была концепция химической структуры, разработанная независимо в 1858 году Фридрихом Августом Кекуле и Арчибальдом Скоттом Купер. Оба исследователя предположили, что четырехвалентные атомы углерода могут быть связаны друг с другом с образованием углеродной решетки и что детальные закономерности атомной связи можно было бы отличить умелыми интерпретациями соответствующих химических реакций.
Эпоха фармацевтической промышленности началась в последней декаде 19-го века, когда производство ацетилсалициловой кислоты, чаще называемой аспирином, в Германии было начато компанией Bayer. К 1910 году Пол Эрлих и его лаборатория начали разрабатывать арсфенамин на основе мышьяка (Salvarsan) в качестве первого эффективного лекарственного лечения сифилиса и тем самым положили начало медицинской практике химиотерапии. Эрлих популяризировал концепции препаратов «волшебной пули» и систематического совершенствования лекарственной терапии. Его лаборатория внесла решающий вклад в разработку антисыворотки к дифтерии и стандартизацию терапевтических сывороток.
Ранние примеры органических реакций и приложений часто встречались из-за сочетания удачи и подготовки к неожиданным наблюдениям. Однако в последней половине XIX века систематические исследования органических соединений были проведены. Развитие синтетического индиго является показательным. Производство синтетических материалов из растительных источников сократилось с 19 000 тонн в 1897 году до 1000 тонн к 1914 году благодаря синтетическим методам, разработанным Адольфом фон Байером. В 2002 году из нефтехимической продукции было произведено 17 000 тонн синтетических индиго.
В начале 20-го века было показано, что полимеры и ферменты являются крупными органическими молекулами, и было показано, что нефть имеет биологическое происхождение.
Многостадийный синтез сложных органических соединений называется полным синтезом. Общий синтез комплексных природных соединений значительно усложнился по сравнению с глюкозой и терпинеолом. Например, соединения, связанные с холестерином, открыли способы синтеза сложных человеческих гормонов и их модифицированных производных. С начала 20-ого столетия сложность полных синтезов была увеличена, чтобы включить молекулы высокой сложности, такие как лизергиновая кислота и витамин B12.
Открытие нефти и развитие нефтехимической промышленности стимулировали развитие органической химии. Преобразование отдельных нефтяных соединений в различные типы соединений различными химическими процессами привело к органическим реакциям, дающим возможность для широкого спектра промышленных и коммерческих продуктов, включая, среди многих (многие): пластмассы, синтетический каучук, органические адгезивы и различные модифицирующие свойства нефтяные добавки и Катализаторов.
Большинство химических соединений, встречающихся в биологических организмах, на самом деле являются соединениями углерода, поэтому связь между органической химией и биохимией настолько близка, что биохимию можно рассматривать, по существу, как отрасль органической химии. Несмотря на то, что история биохимии может занять около четырех столетий, фундаментальное понимание этой области только начало развиваться в конце XIX века, а сам термин биохимия был придуман в начале XX века. Исследования в этой области увеличились на протяжении всего двадцатого столетия без каких-либо признаков замедления темпов роста, что может быть проверено путем инспекции служб абстрагирования и индексирования, таких как предварительные обзоры BIOSIS и биологические тезисы, которые начались в 1920-х годах в виде единого годового тома , Но настолько резко вырос, что к концу XX века он был доступен только для обычного пользователя в качестве электронной базы данных онлайн.
Характеристика
Поскольку органические соединения часто существуют в виде смесей, для оценки чистоты были также разработаны различные методы, особенно важными являются такие методы хроматографии, как ВЭЖХ и газовая хроматография. Традиционные методы разделения включают дистилляцию, кристаллизацию и экстракцию растворителем.
Органические соединения традиционно характеризовались различными химическими тестами, называемыми «мокрыми методами», но такие тесты были в значительной степени замещены спектроскопическими или другими компьютерными методами анализа. Основные методы анализа перечислены в примерном порядке полезности:
- Ядерно-магнитный резонанс (ЯМР) -спектроскопия является наиболее часто используемым методом, часто позволяющим полностью связать атомную связность и даже стереохимию с использованием корреляционной спектроскопии. Основные составляющие атомы органической химии — водород и углерод — естественным образом существуют с ЯМР-чувствительными изотопами, соответственно 1H и 13C.
- Элементный анализ: деструктивный метод, используемый для определения элементного состава молекулы.
- Масс-спектрометрия показывает молекулярную массу соединения и, по структуре фрагментации, его структуру. Масс-спектрометрия высокого разрешения обычно может идентифицировать точную формулу соединения и используется вместо элементного анализа. В прежние времена масс-спектрометрия ограничивалась нейтральными молекулами, проявляющими некоторую летучесть, но передовые методы ионизации позволяют получить «масс-спектр» практически любого органического соединения.
- Кристаллография может быть полезна для определения молекулярной геометрии при наличии монокристалла материала и кристалла, представляющего образец. Высокоавтоматизированное программное обеспечение позволяет определять структуру в течение нескольких часов после получения подходящего кристалла.
Традиционные спектроскопические методы, такие как инфракрасная спектроскопия, оптическое вращение, УФ / ВИСП спектроскопия, обеспечивают относительно неспецифическую структурную информацию, но остаются в использовании для конкретных классов соединений. Традиционно показатель преломления и плотность также важны для идентификации вещества.
Свойства
Физические свойства органических соединений, представляющие интерес, как количественные, так и качественные. Количественная информация включает точку плавления, точку кипения и показатель преломления. Качественные свойства включают запах, консистенцию, растворимость и цвет.
Свойства плавления и кипения
Органические соединения обычно расплавляются и многие кипят. В отличие от этого, в то время как неорганические материалы, как правило, могут быть расплавлены, многие не кипят, а склонны к деградации. В более ранние периоды точка плавления (точка плавления) и точка кипения (б.п.) предоставляли важную информацию о чистоте и идентичности органических соединений. Точки плавления и кипения коррелируют с полярностью молекул и их молекулярной массой. Некоторые органические соединения, особенно симметричные, возвышенные, то есть они испаряются без плавления. Хорошо известным примером сублимируемого органического соединения является пара-дихлорбензол, являющийся составной частью современных нафталиновых шариков. Органические соединения обычно не очень стабильны при температурах выше 300 ° C, хотя существуют некоторые исключения.
Растворимость
Нейтральные органические соединения имеют тенденцию быть гидрофобными; То есть они менее растворимы в воде, чем в органических растворителях. Исключения включают органические соединения, которые содержат ионизируемые (которые могут быть превращены в ионы), а также низкомолекулярные спирты, амины и карбоновые кислоты, где происходит водородная связь. Органические соединения склонны растворяться в органических растворителях. Растворители могут быть либо чистыми веществами, такими как простой эфир или этиловый спирт, либо смесями, такими как парафиновые растворители, такие как различные нефтяные эфиры и белые спирты, или диапазон чистых или смешанных ароматических растворителей, полученных из нефтяных фракций или смол путем физического разделения или путем Химическая конверсия. Растворимость в различных растворителях зависит от типа растворителя и от функциональных групп, если они присутствуют в растворе.
Полупроводниковые свойства
Различные специализированные свойства молекулярных кристаллов и органических полимеров с сопряженными системами представляют интерес в зависимости от применений, например. Термомеханические и электромеханические, такие как пьезоэлектричество, электропроводность и электрооптические (например, нелинейная оптика) свойства. По историческим причинам такие свойства в основном относятся к областям полимерной науки и материаловедения.
Номенклатура
Названия органических соединений являются либо систематическими, логически вытекающими из набора правил, либо несистемными, следуя различным традициям. Систематическая номенклатура определяется спецификациями ИЮПАК. Систематическая номенклатура начинается с названия родительской структуры в интересующей молекуле. Это родительское имя затем модифицируется префиксами, суффиксами и числами, чтобы однозначно передать структуру. Учитывая, что известны миллионы органических соединений, строгое использование систематических названий может быть громоздким. Таким образом, рекомендации ИЮПАК более тщательно соблюдаются для простых соединений, но не для сложных молекул. Чтобы использовать систематическое именование, необходимо знать структуры и имена родительских структур. Родительские структуры включают незамещенные углеводороды, гетероциклы и их монофункциональные производные.
Несистемная номенклатура более проста и однозначна, по крайней мере, для органических химиков. Несистематические названия не указывают структуру соединения. Они являются общими для сложных молекул, которые включают большинство натуральных продуктов. Таким образом, неофициально названный диэтиламид лизергиновой кислоты систематически называют (6aR, 9R) -N, N-диэтил-7-метил-4,6,6а, 7,8,9-гексагидроиндоло [4,3-fg] хинолин- 9-карбоксамид.
С ростом использования вычислений появились другие методы именования, которые должны интерпретироваться машинами. Два популярных формата — SMILES и InChI.
Конструкционные чертежи
Органические молекулы описываются более обычно рисунками или структурными формулами, комбинациями чертежей и химическими символами. Формула линейного угла проста и недвусмысленна. В этой системе конечные точки и пересечения каждой линии представляют один углерод, и атомы водорода могут быть либо явно указаны, либо предполагаются присутствующими, как подразумевается четырехвалентным углеродом. Изображение органических соединений с рисунками значительно упрощается из-за того, что углерод почти во всех органических соединениях имеет четыре связи: азот три, кислород два и водород.
Классификация органических соединений
Функциональные группы
Понятие функциональных групп занимает центральное место в органической химии, как в качестве средства классификации структур, так и для прогнозирования свойств. Функциональная группа представляет собой молекулярный модуль, и реакционная способность этой функциональной группы предполагается в определенных пределах одинаковой для различных молекул. Функциональные группы могут оказывать решающее влияние на химические и физические свойства органических соединений. Молекулы классифицируются по их функциональным группам. Спирты, например, все имеют субъединицу C-O-H. Все спирты имеют тенденцию быть несколько гидрофильными, обычно образуют сложные эфиры и обычно могут быть превращены в соответствующие галогениды. Большинство функциональных групп имеют гетероатомы (атомы, отличные от С и Н). Органические соединения классифицируются по функциональным группам, спиртам, карбоновым кислотам, аминам и т. д.
Алифатические соединения
Алифатические углеводороды подразделяются на три группы гомологичных серий в зависимости от их насыщенности:
- Алканы (парафины): алифатические углеводороды без каких-либо двойных или тройных связей, то есть простые C-C, C-H одинарные связи
- Алкены (олефины): алифатические углеводороды, которые содержат одну или несколько двойных связей, то есть диолефины (диены) или полиолефины
- Алкины (ацетилены): алифатические углеводороды, которые имеют одну или несколько тройных связей.
Остальная группа классифицируется в зависимости от присутствующих функциональных групп. Такие соединения могут быть «линейными», разветвленными или циклическими. Степень разветвления влияет на характеристики, такие как октановое число или цетановое число в нефтехимии.
Как насыщенные (алициклические) соединения, так и ненасыщенные соединения существуют в виде циклических производных. Самые устойчивые кольца содержат пять или шесть атомов углерода, но часто встречаются большие кольца (макроциклы) и кольца меньшего размера. Самым маленьким семейством циклоалканов является трехчленный циклопропан ((CH2) 3). Насыщенные циклические соединения содержат только одинарные связи, тогда как ароматические кольца имеют переменную (или сопряженную) двойную связь. Циклоалканы не содержат кратных связей, тогда как циклоалкены и циклоалкины этого не делают.
Ароматические соединения
Бензол является одним из самых известных ароматических соединений, поскольку он является одним из самых простых и стабильных ароматических соединений.Ароматические углеводороды содержат сопряженные двойные связи. Это означает, что каждый атом углерода в кольце sp2 гибридизуется, что обеспечивает дополнительную стабильность. Наиболее важным примером является бензол, структура которого была сформулирована Кекуле, который впервые предложил делокализацию или резонансный принцип для объяснения его структуры. Для «обычных» циклических соединений ароматичность обеспечивается наличием 4n + 2 делокализованных pi-электронов, где n — целое число. Особая неустойчивость (антиароматичность) обеспечивается наличием 4n сопряженных pi-электронов.
Гетероциклические соединения
Характеристики циклических углеводородов снова изменяются, если присутствуют гетероатомы, которые могут существовать в качестве либо заместителей, прикрепленных снаружи к кольцу (экзоциклические), либо в качестве члена самого кольца (эндоциклического). В последнем случае кольцо называется гетероциклом. Пиридин и фуран являются примерами ароматических гетероциклов, тогда как пиперидин и тетрагидрофуран являются соответствующими алициклическими гетероциклами. Гетероатом гетероциклических молекул обычно представляет собой кислород, серу или азот, причем последний особенно распространен в биохимических системах.
Гетероциклы обычно встречаются в широком спектре продуктов, включая анилин-красители и лекарственные средства. Кроме того, они широко распространены в широком диапазоне биохимических соединений, таких как алкалоиды, витамины, стероиды и нуклеиновые кислоты (например, ДНК, РНК).
Кольца могут соединяться с другими кольцами на краю, чтобы получить полициклические соединения. Пуриновые нуклеозидные основания представляют собой полициклические ароматические гетероциклы. Кольца могут также плавиться на «угле», так что один атом (почти всегда углерод) имеет две связи, идущие к одному кольцу и два к другому. Такие соединения называют спиро и являются важными в ряде натуральных продуктов.
Полимеры
Структура полимеровОдним важным свойством углерода является то, что он легко образует цепи или сети, которые связаны углерод-углеродными (углерод-углеродными) связями. Процесс связывания называется полимеризацией, в то время как цепочки или сети называются полимерами. Исходное соединение называют мономером.
Существуют две основные группы полимеров: синтетические полимеры и биополимеры. Синтетические полимеры искусственно изготавливаются и обычно называются промышленными полимерами. Биополимеры происходят в уважительно естественной среде или без вмешательства человека.
С момента изобретения первого синтетического полимерного продукта часто изобретались бакелит, синтетические полимерные продукты.
Полиметилметакрилат (называемый перспекс и оргстекло) и поливинилхлорид (ПВХ).
И синтетический, и натуральный каучук являются полимерами.
Для конкретного применения могут существовать различные сорта каждого синтетического полимерного продукта. Изменение условий полимеризации изменяет химический состав продукта и его свойства. Эти изменения включают длину цепи, ветвление или тактичность.
В качестве единственного мономера продукт является гомополимером.
Для создания гетерополимера (сополимера) может быть добавлен вторичный компонент (компоненты), и степень кластеризации различных компонентов также может контролироваться.
Физические характеристики, такие как твердость, плотность, механическая прочность или предел прочности на растяжение, сопротивление истиранию, теплостойкость, прозрачность, цвет и т. д., будут зависеть от конечного состава.
Биомолекулы
Биомолекулярная химия является основной категорией в органической химии, которая часто изучается биохимиками. Многие сложные молекулы многофункциональных групп играют важную роль в живых организмах. Некоторые из них являются длинноцепочечными биополимерами, к ним относятся пептиды, ДНК, РНК и полисахариды, такие как крахмалы у животных и целлюлозы в растениях. Другими основными классами являются аминокислоты (мономерные строительные блоки пептидов и белков), углеводы (которые включают полисахариды), нуклеиновые кислоты (которые включают ДНК и РНК в качестве полимеров) и липиды. Кроме того, биохимия животных содержит много небольших промежуточных продуктов молекулы, которые помогают в выработке энергии через цикл Кребса, и производит изопрен, наиболее общий углеводород у животных. Изопрены у животных образуют важные стероидные структурные (холестерин) и стероидные гормональные соединения; И в растениях образуются терпены, терпеноиды, некоторые алкалоиды и класс углеводородов, называемых биополимерными полиизопреноидами, присутствующими в латексе различных видов растений, который является основой для изготовления резины.
Rating: 5.0/5. From 3 votes.
Please wait…
Похожее
chemistry-gid.ru
| www.velikol.ru | 1 Предмет органической химии
Чем же отличаются от метана другие углеводороды? Почему их много? Это обусловлено практически безграничной возможностью «конструирования» органических молекул, в которых углерод образует 4 связи с другими атомами и, что очень важно, друг с другом! Впервые вы познакомились с этой особенностью атомов углерода, изучая его аллотропные модификации . Вспомните их кристаллическое строение, обратите внимание на различные способы соединения атомов углерода друг с другом.
Явление гомологии
Метан, этан, пропан, бутан называют гомологами (от греч. homologos – подобный).
Явление изомерии
Самоконтроль
Понятие о производных углеводородов
Органические вещества – вещества молекулярного строения
Роль органических веществ в нашей жизни
Некоторые особенности превращений органических веществ
Итоги урока Итоги урока или каковы же особенности органической химии?
Домашнее задание:
Урок разработан учителем химии
|
www.velikol.ru
| velikol.ru | 1 Предмет органической химии
Чем же отличаются от метана другие углеводороды? Почему их много? Это обусловлено практически безграничной возможностью «конструирования» органических молекул, в которых углерод образует 4 связи с другими атомами и, что очень важно, друг с другом! Впервые вы познакомились с этой особенностью атомов углерода, изучая его аллотропные модификации . Вспомните их кристаллическое строение, обратите внимание на различные способы соединения атомов углерода друг с другом.
Явление гомологии
Метан, этан, пропан, бутан называют гомологами (от греч. homologos – подобный).
Явление изомерии
Самоконтроль
Понятие о производных углеводородов
Органические вещества – вещества молекулярного строения
Роль органических веществ в нашей жизни
Некоторые особенности превращений органических веществ
Итоги урока Итоги урока или каковы же особенности органической химии?
Домашнее задание:
Урок разработан учителем химии
|
velikol.ru
Органическая химия — Традиция
Органи́ческая хи́мия — раздел химии, изучающий структуру, свойства органических соединений и реакции между ними.
Понятие органической химии включает следующие цели, экспериментальные методы и теоретические представления:
- Выделение чистых веществ из растительного, животного или ископаемого сырья
- Синтез и очистка соединений
- Определение структуры веществ
- Определение механизмов химических реакций
- Выявление связей между структурой органических веществ и их свойствами
Способы получения различных органических веществ были известны еще с древности. Египтяне и римляне использовали красители индиго и ализарин, содержащиеся в растительных веществах. Многие народы знали секреты производства спиртных напитков и уксуса из сахар- и крахмалсодержащего сырья.
Во времена средневековья к этим знаниям ничего не прибавилось, некоторый прогресс начался только в 16-17 в: были получены некоторые продукты, в основном путем перегонки некоторых растительных продуктов. В 1769—1785 г. Шееле выделил несколько органических кислот, таких как яблочная, винная, лимонная, галловая, молочная и щавелевая. В 1773 г. Руэль выделил из человеческой мочи мочевину.
Выделенные из животного или растительного сырья продукты имели между собой много общего, но отличались от неорганических соединений. Так возник термин «Органическая химия» — раздел химии, изучающий вещества, выделенные из организмов (определение Берцелиуса, 1807 г.). При этом полагали, что эти вещества могут быть получены только в живых организмах благодаря «жизненной силе».
Как принято считать, органическая химия как наука появилась в 1828 году когда Фридрих Вёлер впервые получил органическое вещество — мочевину — в результате упаривания водного раствора цианата аммония (NH4OCN).
Важным открытием стала разработка Купером, Кекуле и Бутлеровым теории строения органических соединений в 1860 г. В основе этой теории стоял факт, что практически во всех соединениях углерод является четырехвалентным. В 1865 году Кекуле предложил структурную формулу бензола, что стало одним из важнейших открытий в органической химии. В 1875 г. Вант-Гофф и Ле Бель предложили тетраэдрическую модель атома углерода, по которой валентности углерода направлены к вершинам тетраэдра, если атом углерода поместить в центр этого тетраэдра. В 1917 году Льюис предложил рассматривать химическую связь с помощью электронных пар.
В 1931 г. Хюккель применил квантовую теорию для объяснения свойств ароматических углеродов, чем основал новое направление в органической химии — квантовую химию. В 1933 г. Ингольд провел изучение кинетики реакции замещения у насыщенного атома углерода, что привело к масштабному изучению кинетики большинства органических реакций.
Историю органической химии принято излагать в связи с открытиями сделанными в области строения органических соединений, однако такое изложение гораздо больше связано с историей химии вообще. Гораздо интереснее рассматривать историю органической химии с позиции материальной базы, т. е. собственно предмета изучения органической химии.
На заре органической химии предметом изучения были преимущественно субстанции биологического происхождения. Именно этому факту органическая химия обязана своим названием. Научно-технический прогресс не стоял на месте, и со временем основной материальной базой органической химии стала каменноугольная смола, выделяемая при получении кокса прокаливанием каменного угля. Именно на основе переработки каменноугольной смолы в конце 19 века возник основной органический синтез. В 50-60 годах прошлого века произошел переход основного органического синтеза на новую базу — нефть. Таким образом появилась новая область химии — нефтехимия. Огромный потенциал, который был заложен в новом сырье вызвал бум в органичсекой химии и химии вообще. Появление и интенсивное развитие такой области как химии полимеров обязана прежде всего новой сырьевой базе.
Несмотря на то, что современная органическая химия в качестве материальной базы по прежнему использует сырье биологического происхождения и каменноугольную смолу, объем переработки этих видов химического сырья по сравнению с переработкой нефти мал. Смена материально-сырьевой базы органической химии была вызвана прежде всего возможностями наращивания объемов производства.
Классификация органических соединений[править]
Подробно рассмотрена в статье «Органические соединения».
Правила и особенности классификации[править]
В основе классификации лежит структура органических соединений. Основа описания структуры — структурная формула. Атомы элементов обозначаются латинскими символами, как они обозначены в периодической таблице химических элементов (таблице Менделеева). Ковалентные связи обозначаются прямой чертой, количество связей характеризуется валентностью элементов. Водородные и электронодефицитные связи обозначаются пунктирной линией, ионные связи обозначаются указанием зарядов частиц, входящих в состав молекулы. Поскольку в подавляющее большинство органических молекул входит водород, его обычно не обозначают при изображении структуры. Таким образом, если в структуре у одного из атомов изображена недостаточная валентность, значит, возле этого атома расположен один или несколько атомов водорода.
Атомы могут образовывать циклические и ароматические системы.
Основные классы органических соединений[править]
- Углеводороды — соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода. Они в свою очередь делятся на:
- Насыщенные — максимальное количество атомов водорода на один атом углерода.
- Ненасыщенные — имеют в своем составе хотя бы одну двойную связь.
- С открытой цепью
- С замкнутой цепью — содержат цикл
К ним относятся алканы, алкены, алкины, циклоалканы, арены.
- Соединения с гетероатомами в функциональных группах — соединения, в которых углеродный радикал R связан с функциональной группой. По характеру функциональных групп делятся на:
- Гетероциклические — содержат гетероатомы в составе кольца. Различаются по числу атомов в цикле, по виду гетероатома, по количеству гетероатомов в цикле.
- Органического происхождения — как правило соединения очень сложной структуры, зачастую принадлежат сразу к нескольким классам органических веществ, часто полимеры. Из-за этого их сложно классифицировать и их выделяют в отдельный класс веществ.
- Полимеры — вещества очень большой молекулярной массы, которые состоят из периодически повторяющихся фрагментов — мономеров.
Строение органических соединений[править]
Органические соединения в основном образованы ковалентными неполярными связями C—C, или ковалентными полярными типа C—O, C—N, C—Hal. Согласно октетной теории Льюиса и Косселя молекула является устойчивой, если внешние орбитали всех атомов полностью заполнены. Для таких элементов как C, N, O, Галогены необходимо 8 электронов, чтобы заполнить внешние валентные орбитали, для водорода необходимо только 2 электрона. Полярность объясняется смещением электронной плотности в сторону более электроотрицательного атома.
Классическая теория валентных связей не в состоянии объяснить все типы связей, существующие в органических соединениях, поэтому современная теория использует методы молекулярных орбиталей и квантовохимические методы.
Особенности органических реакций[править]
В неорганических реакциях обычно участвуют ионы, они проходят быстро и до конца при комнатной температуре. В органических реакциях часто происходят разрывы ковалентных связей с образованием новых. Эти процессы требуют большей температуры и длительного времени. Часто они требуют наличия катализатора. Обычно протекает не одна, а сразу несколько реакций, поэтому выход целевого вещества зачастую не превышает 50 %. Поэтому при изображении органических реакций используют не уравнения, а схемы без расчета стехиометрии.
Реакции могут протекать очень сложным образом и в несколько стадий, не обязательно так, как реакция условно изображена на схеме. В качестве промежуточных соединений могут возникать карбкатионы R+, карбанионы R−, радикалы R·, карбены CX2, катион-радикалы, анион-радикалы, и другие нестабильные частицы, живущие доли секунды. Подробное описание всех превращений, происходящих на молекулярном уровне во время реакции, называется механизмом реакции.
Реакции классифицируются в зависимости от способов разрыва и образования связей, способов возбуждения реакции, ее молекулярности.
Определение структуры органических соединений[править]
За все время существования органической химии как науки важной задачей было определить структуру органических соединений. Это значит узнать, какие атомы входят в состав соединения и в каком порядке эти атомы связаны между собой.
Существует несколько методов решения этой задачи.
- Элементный анализ. Заключается в том, что вещество разлагается на более простые молекулы, по количеству которых можно определить количество атомов, входящее в состав соединения. С помощью этого метода невозможно установить порядок связей между атомами. Часто используется лишь для подтверждения предположенной структуры.
- Инфракрасная спектроскопия (ИК-спектроскопия). Образец материала (должен быть прозрачным) просвечивается светом инфракрасного диапазона. Этот свет поглощается валентными электронами соединения и возбуждает их. Позволяет установить наличие определенных функциональных групп в молекуле. Часто используется для того чтобы подтвердить идентичность исследуемого вещества с некоторым уже известным веществом путем сравнения ИК-спектров.
- Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Основан на взаимодействии магнитного поля валентных электронов с внешним магнитным полем. Один из главных методов, который может быть использован для определения структуры. Дает информацию о расположении атомов с нечетной атомной массой. К этому методу относится:
В трех последних методах используются неосновные изотопы элементов, поскольку основной изотоп этих элементов имеет четную атомную массу.
- Методы аналитической химии. Позволяют определить наличие некоторых функциональных групп по специфическим химическим реакциям, факт протекания которых можно фиксировать визуально или с помощью других методов.
Описанных выше методов как правило полностью хватает для определения структуры неизвестного вещества.
Масс-спектроскопия. Вещество при определенных условиях (электрический разряд, химическая ионизация и др.) разлагают на ионы, ускоряемые затем в магнитном или электрическом поле. Позволяет определить молекулярный вес и иногда позволяет установить наличие различных функциональных групп. Метод ядерного магнитного резонанса (ЯМР). Основан на взаимодействии магнитного поля атомных ядер с внешним магнитным полем. Один из главных методов, который может быть использован для определения структуры. Дает информацию о расположении атомов с нечетной атомной массой. К этому методу относится:
Метод протонного магнитного резонанса (ПМР). Позволяет определить положение атомов водорода 1H в молекуле. Метод магнитного резонанса атомов 19F. Определяет наличие и положение атомов фтора в молекуле. Метод магнитного резонанса атомов 31P. Определяет наличие и положение атомов фосфора в молекуле. В двух последних методах используются неосновные изотопы элементов, поскольку основной изотоп этих элементов имеет четную атомную массу. Метод ультрафиолетовой спектроскопии (УФ-спектроскопия). Используется для определения наличия и характеристик коньюгированных &pi-систем. Методы аналитической химии. Позволяют определить наличие некоторых функциональных групп по специфическим химическим реакциям, факт протекания которых можно фиксировать визуально или с помощью других методов. Рентгеноструктурный анализ. Описанных выше методов
- Гауптман З., Грефе Ю., Ремане Х., «Органическая химия», Москва, «Химия», 1979.
- Марч Дж., «Органическая химия: реакции, механизмы и структура», в 4-х томах, Москва, «Мир», 1987.
- Кери Ф., Сандберг Р., «Углубленный курс органической химии», в 2-х томах, Москва, «Химия», 1981.
- Химическая энциклопедия, п. ред. Кнунянц, т.3, Москва, «Большая Российская Энциклопедия», 1992.
traditio.wiki
Что значит органическая химия — Значения слов
раздел химии , естественнонаучная дисциплина, предметом изучения которой являются соединения углерода с др. элементами, называемые органическими соединениями, а также законы превращения этих веществ. Углерод образует соединения с большинством элементов и обладает наиболее выраженной способностью по сравнению с др. элементами к образованию молекул цепного и циклического строения. Скелет таких молекул может состоять из практически неограниченного числа атомов углерода, непосредственно соединённых друг с другом, или включать наряду с углеродом атомы др. элементов. Для соединений углерода наиболее характерно явление изомерии , т. е. существование веществ, одинаковых по составу и молярной массе, но различающихся последовательностью сцепления атомов или расположением их в пространстве и вследствие этого по химическими и физическим свойствам. В результате этих особенностей число органических веществ чрезвычайно велико, к 70-м гг. 20 в. известно более 3 млн., в то время как соединений всех остальных элементов ≈ немногим более 100 тыс. Органические соединения способны к сложным и многообразным превращениям, существенно отличным от превращений неорганических веществ, и играют основную роль в построении и жизнедеятельности растительных и животных организмов. К органическим соединениям относятся углеводы и белки , с которыми связан обмен веществ; гормоны , регулирующие этот обмен; нуклеиновые кислоты , являющиеся материальными носителями наследственных признаков организма; витамины и др. О. х. представляет собой т. о. как бы своеобразный «мост» между науками, изучающими неживую материю и высшую форму существования материи ≈ жизнь. Многие явления и закономерности химической науки, например изомерия, впервые были открыты при изучении именно органических соединений. Классификация органических соединений. Все органические соединения подразделяются на три основных ряда, или класса: ациклические, изоциклические и гетероциклические. К первому классу (жирных, или алифатических) соединений относят углеводороды и их производные с незамкнутыми цепями: гомологический ряд метановых углеводородов, называемый также рядом насыщенных углеводородов , или алканов; гомологические ряды ненасыщенных углеводородов ≈ этилена (алкенов), ацетилена (алкинов), диенов и др. (см. Ациклические соединения ). К классу изоциклических (карбоциклических) соединений относят углеводороды и их производные, в молекулах которых имеются циклы из атомов углерода: углеводороды и их производные циклопарафинового, или полиметиленового, ряда, циклические ненасыщенные соединения (см. Алициклические соединения, Циклоалканы ), а также ароматические углеводороды и их производные, содержащие бензольные ядра (в частности, и многоядерные ароматические соединения , например, нафталин, антрацен). К классу гетероциклических соединений относят органические вещества, в молекулах которых имеются циклы, содержащие, кроме углерода, атомы О, N, S, Р, As или др. элементов. От каждого углеводорода образован отдельный генетический ряд (см. Гомологические ряды ), представители которого формально производятся путём замены атома водорода в углеводороде той или иной функциональной группой, определяющей химические свойства соединения. Так, в генетический ряд метана Ch5 входят хлористый метил Ch4Cl, метиловый спирт Ch4OH, метиламин Ch4Nh3, нитрометан Ch4NO2 и др. Аналогично представители генетического ряда бензола C6H6 ≈ хлорбензол C6H5Cl, фенол C6H5OH, анилин C6H5Nh3, нитробензол C6H5NO2 и др. Одноимённо замещённые представители различных генетических рядов составляют гомологические ряды производных: галогенсодержащих соединений, спиртов, аминов, нитросоединений и др. О названиях органических соединений см. Номенклатура химическая . Историческая справка. Истоки О. х. восходят к глубокой древности (уже тогда знали о спиртовом и уксуснокислом брожении, крашении индиго и ализарином). Однако ещё в средние века (период алхимии ) были известны лишь немногие индивидуальные органические вещества. Все исследования этого периода сводились главным образом к операциям, при помощи которых, как тогда думали, одни простые вещества можно превращать в другие. Начиная с 16 в. (период ятрохимии ) исследования были направлены в основном на выделение и использование различных лекарственных веществ: был выделен из растений ряд эфирных масел, приготовлен простой диэтиловый эфир, сухой перегонкой древесины получены древесный (метиловый) спирт и уксусная кислота, из винного камня ≈ винная кислота, перегонкой свинцового сахара ≈ уксусная кислота, перегонкой янтаря ≈ янтарная. Большая роль в становлении О. х. принадлежит А. Лавуазье , который разработал основные количественные методы определения состава химических соединений, в дальнейшем последовательно улучшенные Л. Тенаром , Й. Берцелиусом , Ю. Либихом , Ж. Дюма . Принципы этих методов (сожжение навески вещества в атмосфере кислорода, улавливание и взвешивание продуктов сг
xn--b1algemdcsb.xn--p1ai
