Organické sloučeniny. Třídy organických sloučenin

Všechny látky, které obsahují atom uhlíku, kromě karbonátů, karbidů, kyanidů, thiokyanátů a kyseliny uhličité jsou organické sloučeniny. To znamená, že mohou být vytvořeny živými organismy z atomů uhlíku enzymatickými nebo jinými reakcemi. Dnes mnoho organické látky Můžete uměle syntetizovat, což vám umožní vyvinout medicínu a farmakologii a také vytvořit vysoce odolné polymerní a kompozitní materiály.

Klasifikace organických sloučenin

Organické sloučeniny jsou nejpočetnější skupinou látek. Existuje asi 20 typů látek. Jsou různé v chemických vlastnostech, různých fyzikálních vlastnostech. Jejich bod tání, hmotnost, těkavost a rozpustnost, jakož i stav agregace za normálních podmínek jsou také odlišné. Mezi ně patří:

• uhlovodíky (alkany, alkiny, alkény, alkadieny, cykloalkany, aromatické uhlovodíky) ;
• aldehydy;
• ketony;
• alkoholy (diatomické, monohydrátové, vícesytné);
• ethery;
• estery;
• karboxylové kyseliny;
• aminy;
• aminokyseliny;
• sacharidy;
• tuky;
• veverky;
• biopolymery a syntetické polymery.

Tato klasifikace odráží vlastnosti chemické struktury a přítomnost specifických atomových skupin, které určují rozdíl ve vlastnostech látky. Obecně platí, že klasifikace založená na konfiguraci uhlíkového skeletu, která nezohledňuje zvláštnosti chemických interakcí, vypadá jinak. Podle jeho ustanovení se organické sloučeniny dělí na:

• alifatické sloučeniny;
• aromatické látky;
• heterocyklických látek.

Data třídy organických sloučenin mohou mít izomery v různých skupinách látek. Vlastnosti izomerů jsou různé, ačkoli jejich atomární složení může být stejné. To vyplývá z ustanovení, které stanovil A. M. Butlerov. Také teorie struktury organických sloučenin je základem pro provádění veškerého výzkumu v organické chemii. Je umístěn na stejné úrovni jako Mendeleevův periodický zákon.

Teorie struktury organických sloučenin

Koncept chemické struktury představil A. M. Butlerov. To se objevilo v historii chemie 19. září 1861. Dříve existovaly různé názory ve vědě a někteří vědci zcela popřeli přítomnost molekul a atomů. Proto v organické a anorganické chemii nebyla objednávka. Kromě toho neexistovaly žádné zákony, které by umožnily posoudit vlastnosti konkrétních látek. Byly také sloučeniny, které se stejným složením vykazovaly různé vlastnosti.

Vyjádření A. M. Butlerova velkou měrou vedla vývoj chémie správným směrem a vytvořila nejsilnější základnu pro to. Prostřednictvím toho bylo možné systematizovat nahromaděné skutečnosti, totiž chemické nebo fyzikální vlastnosti určitých látek, vzory jejich vstupu do reakcí a tak dále. Dokonce i předpověď způsobů získání sloučenin a přítomnost některých společných vlastností byla díky této teorii možná. A co je nejdůležitější, A. M. Butlerov ukázal, že struktura molekuly látky může být vysvětlena z hlediska elektrických interakcí.

Logika teorie struktury organických látek

Protože až do roku 1861 v chemii mnozí odmítli existenci atomu nebo molekuly, teorie organických sloučenin se stala revolučním návrhem pro vědecký svět. A protože samotný A.M. Butlerov postupuje pouze z materiálních závěrů, podařilo se vyvrátit filozofické myšlenky o organické hmotě.

Dokázal, že molekulární struktura může být rozpoznána empiricky prostřednictvím chemických reakcí. Například složení jakéhokoli sacharidu může být zjištěno spálením určitého množství a počítáním vody a oxidu uhličitého. Množství dusíku v molekule aminů se také vypočítá spálením měřením objemu plynů a uvolněním chemického množství molekulárního dusíku.

Pokud zvažujeme Butlerovovy úvahy o chemické struktuře, která závisí na struktuře, v opačném směru, pak se navrhuje nový závěr. Konkrétně: znalost chemické struktury a složení látky, lze empiricky předpokládat její vlastnosti. Ale co je nejdůležitější, Butlerov vysvětlil, že v organické hmotě existuje obrovské množství látek vykazujících různé vlastnosti, ale mají stejné složení.

Obecná ustanovení teorie

Při zvažování a zkoumání organických sloučenin získal Butlerov A.M. některé z nejdůležitějších zákonitostí. Kombinoval je do teorií teorie vysvětlující strukturu chemických látek organického původu. Ustanovení teorie jsou následující:

• v organických molekulách jsou atomy propojeny v přísně definované sekvenci, která závisí na valence;
• chemická struktura je přímý pořádek, ve kterém jsou spojeny atomy v organických molekulách;
• chemická struktura určuje přítomnost vlastností organické sloučeniny;
• V závislosti na struktuře molekul se stejným kvantitativním složením se mohou objevit různé vlastnosti látky;
• Všechny atomové skupiny podílející se na tvorbě chemické sloučeniny mají navzájem vzájemný vliv.

Všechny třídy organických sloučenin jsou postaveny podle principů této teorie. Po položení základů byl Butlerov A.M. schopen rozšířit chemii jako oblast vědy. Vysvětlil, že kvůli skutečnosti, že v organických látkách uhlík vykazuje valenci rovnající se čtyř, je způsobena různorodost těchto sloučenin. Přítomnost souboru aktivních atomových skupin určuje příslušnost určité látky k určité třídě. Právě díky přítomnosti specifických atomových skupin (radikálů) se objevují fyzikální a chemické vlastnosti.

Uhlovodíky a jejich deriváty

Tyto organické sloučeniny uhlíku a vodíku jsou nejjednodušší složení mezi všemi látkami skupiny. Jsou zastoupeny podtřídou alkanů a cykloalkanů (nasycených uhlovodíků), alkenů, alkadienů a alkatrienů, alkynů (nenasycených uhlovodíků) a také podtřídy aromatických látek. V alkánech jsou všechny atomy uhlíku spojené pouze jednou vazbou C - C, díky které není do uhlovodíkové kompozice začleněn žádný jediný atom H.

V nenasycených uhlovodících může být vodík zapuštěn na místě přítomnosti dvojné vazby C = C. Také vazba C-C může být trojnásobná (alkyn). To umožňuje těmto látkám vstoupit do mnoha reakcí spojených s redukcí nebo přidáním radikálů. Všechny ostatní látky pro usnadnění studia jejich schopnosti reagovat se považují za deriváty jedné z tříd uhlovodíků.

Alkoholy

Alkoholy se nazývají složitější organické chemikálie než uhlovodíky. Syntetizují se jako důsledek toku enzymatických reakcí v živých buňkách. Nejtypičtějším příkladem je syntéza ethanolu z glukózy fermentací.

V průmyslu se alkoholy získávají z halogenových derivátů uhlovodíků. V důsledku substituce atomu halogenu pro hydroxylovou skupinu se vytvářejí alkoholy. Monohydricní alkoholy obsahují pouze jednu hydroxylovou skupinu, vícesytnou - dvě nebo více. Příkladem dvojmocného alkoholu je ethylenglykol. Vícesytný alkohol je glycerin. Obecný vzorec alkoholů je R-OH (R je uhlíkový řetězec).

Aldehydy a ketony

Jakmile alkoholy vstupují do reakcí organických sloučenin spojených s odstraněním vodíku z alkoholové (hydroxylové) skupiny, uzavře se dvojná vazba mezi kyslíkem a uhlíkem. Pokud tato reakce projde alkoholovou skupinou umístěnou na koncovém atómu uhlíku, vznikne v důsledku toho aldehyd. Pokud se atom uhlíku s alkoholem nenachází na konci uhlíkového řetězce, výsledkem dehydratační reakce je výroba ketonu. Obecný vzorec ketonů je R-CO-R, aldehyd R-COH (R je uhlovodíkový zbytek řetězce).

Étery (jednoduché a složité)

Chemická struktura organických sloučenin této třídy je komplikovaná. Etery považovány za reakční produkty mezi dvěma molekulami alkoholů. Když se z nich odebere voda, vytvoří se směs vzorku ROR. Reakční mechanismus: odstranění protonu vodíku z jednoho alkoholu a hydroxylové skupiny z jiného alkoholu.

Estery jsou produkty reakce mezi alkoholem a organickou karboxylovou kyselinou. Reakční mechanismus: eliminaci vody z alkoholu a karboxylových skupin obou molekul. Vodík se štěpí z kyseliny (hydroxylovou skupinou) a samotná skupina OH se oddělí od alkoholu. Získaná sloučenina je znázorněna jako R-CO-OR, přičemž buk R je označen radikály - zbývajícími částmi uhlíkového řetězce.

Karboxylové kyseliny a aminy

Karboxylové kyseliny jsou speciální látky, které hrají důležitou roli ve fungování buňky. Chemická struktura organických sloučenin je: uhlovodíkový zbytek (R) s připojenou karboxylovou skupinou (-COOH). Karboxylová skupina může být lokalizována pouze na extrémním atomu uhlíku, protože valence C ve skupině (-COOH) je 4.

Aminy jsou jednodušší sloučeniny, které jsou odvozeny z uhlovodíků. Zde se na kterémkoliv atomu uhlíku nachází aminový radikál (-NH2). Existují primární aminy, ve kterých je skupina (-NH2) připojena k jednomu atomu uhlíku (obecný vzorec je R-NH2). V sekundárních aminech se dusík kombinuje se dvěma atomy uhlíku (vzorec: R-NH-R). V terciárních aminech je dusík spojen se třemi atomy uhlíku (R3N), kde p je radikál, uhlíkový řetězec.

Aminokyseliny

Aminokyseliny jsou komplexní sloučeniny, které vykazují vlastnosti aminů a kyselin organického původu. Existuje několik typů, v závislosti na umístění aminové skupiny ve vztahu k karboxylové skupině. Nejdůležitější alfa-aminokyseliny. Zde je aminová skupina umístěna na atomu uhlíku, ke kterému je karboxyl připojen. To vám umožní vytvořit peptidovou vazbu a syntetizovat proteiny.

Sacharidy a tuky

Sacharidy jsou aldehydové alkoholy nebo ketosirity. Jedná se o sloučeniny s lineární nebo cyklickou strukturou, stejně jako o polymery (škrob, celulóza atd.). Jejich nejdůležitější úloha v buňce je strukturální a energetická. Tuky, nebo spíše lipidy, mají stejnou funkci, jen se podílejí na jiných biochemických procesech. Pokud jde o chemickou strukturu, tuk je ester organických kyselin a glycerinu.