Organiskās vielas un to ķīmiskās īpašības. Organiskās ķīmijas priekšmets

Katra zinātne ir pilna ar jēdzieniem, un, ja šie jēdzieni netiek apgūti, vai netiešas tēmas var būt ļoti grūti apgūt. Viens no jēdzieniem, kas būtu labi jāsaprot ikvienam cilvēkam, kurš uzskata sevi par vairāk vai mazāk izglītotu, ir materiālu dalīšana organiskajos un neorganiskajos. Nav svarīgi, cik vecs ir cilvēks, šie jēdzieni ir to sarakstā, ar kuru palīdzību tie nosaka vispārējo attīstības līmeni jebkurā posmā. cilvēka dzīve. Lai saprastu atšķirības starp šiem diviem terminiem, vispirms ir jānoskaidro, kas ir katrs no tiem.

Organiskie savienojumi - kas tie ir?

Organiskās vielas ir ķīmisku savienojumu grupa ar neviendabīgu struktūru, kas ietver oglekļa elementi, kas kovalenti saistīti viens ar otru. Izņēmumi ir karbīdi, ogles, karbonskābes. Turklāt viena no sastāvdaļām papildus ogleklim ir ūdeņraža, skābekļa, slāpekļa, sēra, fosfora un halogēna elementi.

Šādi savienojumi veidojas, pateicoties oglekļa atomu spējai veidot vienas, dubultās un trīskāršās saites.

Organisko savienojumu dzīvotne ir dzīvas būtnes. Tās var būt vai nu dzīvo būtņu daļa, vai parādīties to dzīvībai svarīgo darbību rezultātā (piens, cukurs).

Organisko vielu sintēzes produkti ir pārtika, medikamenti, apģērba priekšmeti, būvmateriāli, dažādas iekārtas, sprāgstvielas, Dažādi minerālmēsli, polimēri, pārtikas piedevas, kosmētika un citi.

Neorganiskās vielas - kas tās ir?

Neorganiskās vielas ir ķīmisku savienojumu grupa, kas nesatur elementus oglekli, ūdeņradi vai ķīmiskos savienojumus, kuru sastāvdaļa ir ogleklis. Gan organiskās, gan neorganiskās ir šūnu sastāvdaļas. Pirmie dzīvību sniedzošo elementu veidā, citi ūdens, minerālvielu un skābju, kā arī gāzu sastāvā.

Kas kopīgs organiskajām un neorganiskajām vielām?

Kas varētu būt kopīgs starp diviem šķietami antonīmiem jēdzieniem? Izrādās, ka viņiem ir kaut kas kopīgs, proti:

1. Gan organiskas, gan neorganiskas izcelsmes vielas sastāv no molekulām.
2. Organiskās un neorganiskās vielas var iegūt noteiktas ķīmiskas reakcijas rezultātā.

Organiskās un neorganiskās vielas - kāda ir atšķirība

1. Bioloģiskās ir labāk zināmas un zinātniski pētītas.
2. Pasaulē ir daudz vairāk organisko vielu. Zinātnei zināmais organisko skaits ir aptuveni miljons, neorganisko – simtiem tūkstošu.
3. Lielākā daļa organisko savienojumu ir saistīti viens ar otru, izmantojot savienojuma kovalento raksturu, neorganiskos savienojumus var savienot savā starpā, izmantojot jonu savienojumu.
4. Atšķiras arī ienākošo elementu sastāvs. Organiskās vielas sastāv no oglekļa, ūdeņraža, skābekļa un retāk slāpekļa, fosfora, sēra un halogēna elementiem. Neorganiska - sastāv no visiem periodiskās tabulas elementiem, izņemot oglekli un ūdeņradi.
5. Organiskās vielas ir daudz jutīgākas pret karstu temperatūru un var tikt iznīcinātas pat zemā temperatūrā. Lielākā daļa neorganisko ir mazāk jutīgas pret ārkārtēja karstuma ietekmi molekulārā savienojuma veida dēļ.
6. Organiskās vielas ir pasaules dzīvās daļas (biosfēras) sastāvdaļas, neorganiskās vielas ir nedzīvās daļas (hidrosfēra, litosfēra un atmosfēra).
7. Organisko vielu sastāvs pēc struktūras ir sarežģītāks nekā neorganisko vielu sastāvs.
8. Organiskās vielas izceļas ar visdažādākajām ķīmisko pārveidojumu un reakciju iespējām.
9. Organisko savienojumu kovalentās saites dēļ ķīmiskās reakcijas ilgst nedaudz ilgāk nekā ķīmiskās reakcijas neorganiskajos savienojumos.
10. Neorganiskās vielas nevar būt pārtikas produkts dzīvām būtnēm, turklāt dažas šāda veida kombinācijas var būt nāvējošas dzīvam organismam. Organiskās vielas ir dzīvās dabas ražots produkts, kā arī dzīvo organismu struktūras elements.

Kā zināms, visas vielas var iedalīt divās lielās kategorijās – minerālās un organiskās. Jūs varat citēt liels skaits neorganisko vai minerālvielu piemēri: sāls, soda, kālijs. Bet kādi savienojumu veidi ietilpst otrajā kategorijā? Organiskās vielas atrodas jebkurā dzīvā organismā.

Vāveres

Vissvarīgākais organisko vielu piemērs ir olbaltumvielas. Tie satur slāpekli, ūdeņradi un skābekli. Papildus tiem dažos proteīnos dažreiz var atrast arī sēra atomus.

Olbaltumvielas ir vieni no svarīgākajiem organiskajiem savienojumiem, un tie ir visizplatītākie dabā. Atšķirībā no citiem savienojumiem, proteīniem ir daži rakstura iezīmes. To galvenā īpašība ir milzīgā molekulmasa. Piemēram, spirta atoma molekulmasa ir 46, benzols ir 78, bet hemoglobīns ir 152 000, salīdzinot ar citu vielu molekulām, olbaltumvielas ir īsti milži, kas satur tūkstošiem atomu. Dažreiz biologi tās sauc par makromolekulām.

Olbaltumvielas ir vissarežģītākā no visām organiskajām struktūrām. Tie pieder pie polimēru klases. Ja papētāt polimēra molekulu mikroskopā, jūs varat redzēt, ka tā ir ķēde, kas sastāv no vienkāršākām struktūrām. Tos sauc par monomēriem un daudzkārt atkārtojas polimēros.

Papildus olbaltumvielām ir liels skaits polimēru - gumijas, celuloze, kā arī parastā ciete. Tāpat daudzi polimēri radīti ar cilvēka rokām – neilons, lavsāns, polietilēns.

Olbaltumvielu veidošanās

Kā veidojas proteīni? Tie ir organisko vielu piemērs, kuru sastāvu dzīvajos organismos nosaka ģenētiskais kods. To sintēzē vairumā gadījumu tiek izmantotas dažādas kombinācijas

Tāpat jaunas aminoskābes var veidoties jau tad, kad olbaltumviela sāk funkcionēt šūnā. Tomēr tas satur tikai alfa aminoskābes. Aprakstītās vielas primāro struktūru nosaka aminoskābju atlikumu secība. Un vairumā gadījumu, kad veidojas proteīns, polipeptīdu ķēde tiek savīti spirālē, kuras vijumi atrodas tuvu viens otram. Ūdeņraža savienojumu veidošanās rezultātā tam ir diezgan spēcīga struktūra.

Tauki

Vēl viens organisko vielu piemērs ir tauki. Cilvēks zina daudzus tauku veidus: sviests, liellopu un zivju eļļa, augu eļļas. Tauki lielos daudzumos veidojas augu sēklās. Ja uz papīra lapas uzliekat nomizotu saulespuķu sēkliņu un nospiežat to uz leju, uz lapas paliks eļļains traips.

Ogļhidrāti

Ogļhidrāti dzīvajā dabā ir ne mazāk svarīgi. Tie ir atrodami visos augu orgānos. Ogļhidrātu klasē ietilpst cukurs, ciete un šķiedrvielas. Ar tiem bagāti ir kartupeļu bumbuļi un banānu augļi. Kartupeļos ir ļoti viegli noteikt cieti. Reaģējot ar jodu, šis ogļhidrāts kļūst krāsots Zilā krāsa. To var pārbaudīt, uz sagriezta kartupeļa uzpilinot nedaudz joda.

Cukurus arī ir viegli noteikt – tie visi garšo saldi. Daudzi šīs klases ogļhidrāti ir atrodami vīnogu, arbūzu, meloņu un ābolu augļos. Tie ir organisko vielu piemēri, kuras arī tiek ražotas mākslīgos apstākļos. Piemēram, cukuru iegūst no cukurniedrēm.

Kā dabā veidojas ogļhidrāti? Vienkāršākais piemērs ir fotosintēzes process. Ogļhidrāti ir organiskas vielas, kas satur vairāku oglekļa atomu ķēdi. Tie satur arī vairākas hidroksilgrupas. Fotosintēzes laikā no oglekļa monoksīda un sēra veidojas neorganiskais cukurs.

Celuloze

Vēl viens organisko vielu piemērs ir šķiedra. Lielākā daļa no tā atrodama kokvilnas sēklās, kā arī augu kātos un to lapās. Šķiedra sastāv no lineāriem polimēriem, tās molekulmasa svārstās no 500 tūkstošiem līdz 2 miljoniem.

IN tīrā formā tā ir viela, kurai trūkst smaržas, garšas un krāsas. To izmanto fotofilmu, celofāna un sprāgstvielu ražošanā. Šķiedrvielas cilvēka organismā neuzsūcas, bet ir nepieciešama uztura sastāvdaļa, jo stimulē kuņģa un zarnu darbību.

Organiskās un neorganiskās vielas

Mēs varam minēt daudzus piemērus, kā veidojas organiskie un otrie vienmēr nāk no minerāliem – nedzīviem, kas veidojas zemes dzīlēs. Tie atrodami arī dažādos iežos.

Dabiskos apstākļos minerālvielu vai organisko vielu iznīcināšanas laikā veidojas neorganiskās vielas. Savukārt organiskās vielas pastāvīgi veidojas no minerālvielām. Piemēram, augi absorbē ūdeni ar tajā izšķīdinātiem savienojumiem, kas pēc tam pāriet no vienas kategorijas uz citu. Dzīvie organismi uzturā izmanto galvenokārt organiskās vielas.

Dažādības iemesli

Bieži vien skolēniem vai studentiem ir jāatbild uz jautājumu, kādi ir organisko vielu daudzveidības iemesli. Galvenais faktors ir tas, ka oglekļa atomi ir savienoti viens ar otru, izmantojot divu veidu saites – vienkāršas un daudzkārtējas. Tie var arī veidot ķēdes. Vēl viens iemesls ir dažādība ķīmiskie elementi kas atrodas organiskajās vielās. Turklāt daudzveidību rada arī alotropija – viena un tā paša elementa pastāvēšanas parādība dažādos savienojumos.

Kā veidojas neorganiskās vielas? Dabiskās un sintētiskās organiskās vielas un to piemēri tiek pētīti gan vidusskolā, gan specializētajās augstskolās. Neorganisko vielu veidošanās nav tik sarežģīts process kā olbaltumvielu vai ogļhidrātu veidošanās. Piemēram, cilvēki jau kopš neatminamiem laikiem ir ieguvuši sodu no sodas ezeriem. 1791. gadā ķīmiķis Nikolass Leblāns ierosināja to sintezēt laboratorijā, izmantojot krītu, sāli un sērskābi. Kādreiz šodien visiem pazīstamā soda bija diezgan dārgs produkts. Lai veiktu eksperimentu, bija nepieciešams kalcinēt galda sāli kopā ar skābi un pēc tam kalcinēt iegūto sulfātu kopā ar kaļķakmeni un kokogli.

Vēl viens ir kālija permanganāts vai kālija permanganāts. Šo vielu iegūst rūpnieciski. Veidošanas process sastāv no kālija hidroksīda šķīduma un mangāna anoda elektrolīzes. Šajā gadījumā anods pakāpeniski izšķīst, veidojot purpursarkanu šķīdumu - tas ir labi pazīstamais kālija permanganāts.

Attīstoties ķīmijas zinātnei un parādoties lielam skaitam jaunu ķīmisko savienojumu, arvien vairāk ir pieaugusi nepieciešamība izstrādāt un pieņemt visā pasaulē zinātniekiem saprotamu nosaukumu sistēmu, t.i. . Zemāk mēs sniedzam pārskatu par galvenajām organisko savienojumu nomenklatūrām.

Triviāla nomenklatūra

Organiskās ķīmijas attīstības pirmsākumos tika piedēvēti jauni savienojumi triviāls nosaukumi, t.i. vārdi, kas attīstījušies vēsturiski un bieži saistīti ar to saņemšanas veidu, izskats un pat garša utt. Šo organisko savienojumu nomenklatūru sauc par triviālu. Zemāk esošajā tabulā parādīti daži savienojumi, kas savus nosaukumus saglabājuši līdz mūsdienām.

Racionāla nomenklatūra

Paplašinoties organisko savienojumu sarakstam, radās nepieciešamība saistīt to nosaukumus ar organisko savienojumu racionālās nomenklatūras pamatu ir vienkāršākā organiskā savienojuma nosaukums. Piemēram:

Taču sarežģītākus organiskos savienojumus šādi nosaukt nevar. Šajā gadījumā savienojumi jānosauc saskaņā ar IUPAC sistemātiskās nomenklatūras noteikumiem.

IUPAC sistemātiskā nomenklatūra

IUPAC - Starptautiskā tīrās un lietišķās ķīmijas savienība.

Šajā gadījumā, nosaucot savienojumus, jāņem vērā oglekļa atomu atrašanās vieta molekulā un struktūras elementi. Visbiežāk tiek izmantota organisko savienojumu aizvietojošā nomenklatūra, t.i. izcelts molekulas pamatbāze, kurā ūdeņraža atomi tiek aizstāti ar jebkādām struktūrvienībām vai atomiem.

Pirms sākat konstruēt savienojumu nosaukumus, iesakām uzzināt nosaukumus ciparu prefiksi, saknes un sufiksi izmantots IUPAC nomenklatūra.

Un arī funkcionālo grupu nosaukumi:

Cipari tiek izmantoti, lai norādītu vairāku saišu un funkcionālo grupu skaitu:

Piesātinātie ogļūdeņražu radikāļi:

Nepiesātinātie ogļūdeņražu radikāļi:

Aromātiskie ogļūdeņražu radikāļi:

Organiskā savienojuma nosaukuma konstruēšanas noteikumi saskaņā ar IUPAC nomenklatūru:

1. Izvēlieties molekulas galveno ķēdi

Nosakiet visas esošās funkcionālās grupas un to prioritāti

Nosakiet vairāku saišu klātbūtni

1. Numurējiet galveno ķēdi, un numerācijai jāsākas ar ķēdes galu, kas ir vistuvāk augstākajai grupai. Ja pastāv vairākas šādas iespējas, ķēde tiek numurēta tā, lai vai nu daudzkārtējā saite, vai cits molekulā esošais aizvietotājs saņemtu minimālo skaitu.

Karbociklisks savienojumi ir numurēti, sākot no oglekļa atoma, kas saistīts ar augstāko raksturīgo grupu. Ja ir divi vai vairāki aizvietotāji, viņi mēģina numurēt ķēdi tā, lai aizvietotājiem būtu minimālais skaits.

1. Izveidojiet savienojuma nosaukumu:

— Nosakiet tā savienojuma nosaukuma pamatu, kas veido vārda sakni, kas apzīmē piesātinātu ogļūdeņradi ar tādu pašu atomu skaitu kā galvenajā ķēdē.

— Aiz nosaukuma pamatnes ir sufikss, kas norāda piesātinājuma pakāpi un daudzkārtējo saišu skaitu. Piemēram, - tetraēns, - diēns. Ja nav vairāku savienojumu, izmantojiet sufiksu - sk.

- Pēc tam piedēklim tiek pievienots arī paša nosaukums vecākā funkcionālā grupa.

- Tam seko deputātu saraksts iekšā alfabētiska secība norādot to atrašanās vietu ar arābu cipariem. Piemēram, - 5-izobutilgrupa, - 3-fluorgrupa. Ja ir vairāki identiski aizvietotāji, norāda to skaitu un atrašanās vietu, piemēram, 2,5 - dibrom-, 1,4,8-trimetil-.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka skaitļi ir atdalīti no vārdiem ar defisi, bet viens otru - ar komatiem.

Kā piemērs Piešķirsim šādam savienojumam nosaukumu:

1. Izvēlieties galvenā ķēde, kas obligāti ietver vecākā grupa – COUNT.

Citu definēšana funkcionālās grupas: - OH, - Cl, - SH, - NH 2.

Vairāki savienojumi Nē.

2. Numurējiet galveno ķēdi, sākot ar vecāku grupu.

3. Atomu skaits galvenajā ķēdē ir 12. Vārda pamats

Dodekānskābes 10-amino-6-hidroksi-7-hlor-9-sulfanilmetilesteris.

10-amino-6-hidroksi-7-hlor-9-sulfanilmetildodekanoāts

Optisko izomēru nomenklatūra

1. Dažās savienojumu klasēs, piemēram, aldehīdos, hidroksilskābēs un aminoskābēs, tos izmanto, lai norādītu aizvietotāju relatīvo stāvokli. D, L- nomenklatūra. Vēstule D apzīmē pa labi rotējošā izomēra konfigurāciju, L- kreilis.

Pamatā D,L Organisko savienojumu nomenklatūras balstās uz Fišera projekciju:

• α-aminoskābes un α-hidroksi skābes izolēt “oksiskābes atslēgu”, t.i. to projekcijas formulu augšējās daļas. Ja hidroksilgrupa (amino) atrodas labajā pusē, tad tā ir D-izomērs, pa kreisi L- izomērs.

Piemēram, zemāk redzamajā vīnskābē ir D— konfigurācija saskaņā ar oksiskābes atslēgu:

• lai noteiktu izomēru konfigurācijas cukuri izolēt “glicerīna atslēgu”, t.i. salīdziniet cukura projekcijas formulas apakšējās daļas (apakšējo asimetrisko oglekļa atomu) ar gliceraldehīda projekcijas formulas apakšējo daļu.

Cukura konfigurācijas apzīmējums un griešanās virziens ir līdzīgs gliceraldehīdam, t.i. D– konfigurācija atbilst labajā pusē esošās hidroksilgrupas atrašanās vietai, L– konfigurācijas – pa kreisi.

Piemēram, zemāk ir D-glikoze.

2) R-, S-nomenklatūra (Kāna, Ingolda un Preloga nomenklatūra)

Šajā gadījumā aizvietotāji pie asimetriskā oglekļa atoma ir sakārtoti pēc vecuma. Optiskajiem izomēriem ir apzīmējumi R Un S, un racemate ir R.S..

Lai aprakstītu savienojuma konfigurāciju saskaņā ar R,S-nomenklatūra rīkojieties šādi:

1. Visi asimetriskā oglekļa atoma aizvietotāji ir noteikti.
2. Tiek noteikts aizvietotāju vecums, t.i. salīdziniet to atomu masas. Noteikumi prioritātes rindu noteikšanai ir tādi paši kā, izmantojot ģeometrisko izomēru E/Z nomenklatūru.
3. Aizvietotāji ir orientēti telpā tā, ka zemākais aizvietotājs (parasti ūdeņradis) atrodas stūrī, kas atrodas vistālāk no novērotāja.
4. Konfigurāciju nosaka atlikušo aizvietotāju atrašanās vieta. Ja pārvietošanās no vecākā uz vidējo un pēc tam uz jaunāko vietnieku (t.i., dilstošā darba stāža secībā) tiek veikta pulksteņrādītāja virzienā, tad šī ir R konfigurācija, pretēji pulksteņrādītāja virzienam ir S konfigurācija.

Zemāk esošajā tabulā ir parādīts deputātu saraksts, kas sakārtots augošā darba stāža secībā:

Visas vielas, kas satur oglekļa atomu, izņemot karbonātus, karbīdus, cianīdus, tiocianātus un ogļskābi, ir organiski savienojumi. Tas nozīmē, ka tos spēj radīt dzīvi organismi no oglekļa atomiem fermentatīvu vai citu reakciju ceļā. Mūsdienās daudzas organiskās vielas var sintezēt mākslīgi, kas ļauj attīstīt medicīnu un farmakoloģiju, kā arī radīt augstas stiprības polimēru un kompozītmateriālus.

Organisko savienojumu klasifikācija

Organiskie savienojumi ir vislielākā vielu klase. Šeit ir aptuveni 20 veidu vielas. Tie atšķiras pēc ķīmiskajām īpašībām un atšķiras pēc fizikālajām īpašībām. Atšķiras arī to kušanas temperatūra, masa, nepastāvība un šķīdība, kā arī to agregācijas stāvoklis normālos apstākļos. Starp viņiem:

• ogļūdeņraži (alkāni, alkīni, alkēni, alkadiēni, cikloalkāni, aromātiskie ogļūdeņraži);
• aldehīdi;
• ketoni;
• spirti (divvērtīgie, vienvērtīgie, daudzvērtīgie);
• ēteri;
• esteri;
• karbonskābes;
• amīni;
• aminoskābes;
• ogļhidrāti;
• tauki;
• olbaltumvielas;
• biopolimēri un sintētiskie polimēri.

Šī klasifikācija atspoguļo ķīmiskās struktūras īpašības un īpašu atomu grupu klātbūtni, kas nosaka konkrētas vielas īpašību atšķirību. IN vispārējs skats klasifikācija, pamatojoties uz oglekļa skeleta konfigurāciju, kurā nav ņemtas vērā ķīmiskās mijiedarbības īpašības, izskatās savādāk. Saskaņā ar tā noteikumiem organiskos savienojumus iedala:

• alifātiskie savienojumi;
• aromātiskās vielas;
• heterocikliskas vielas.

Šīm organisko savienojumu klasēm var būt izomēri dažādās vielu grupās. Izomēru īpašības ir atšķirīgas, lai gan to atomu sastāvs var būt vienāds. Tas izriet no A.M. Butlerova izstrādātajiem noteikumiem. Arī organisko savienojumu struktūras teorija ir vadošais pamats visiem organiskās ķīmijas pētījumiem. Tas ir novietots vienā līmenī ar Mendeļejeva Periodisko likumu.

Pašu ķīmiskās struktūras jēdzienu ieviesa A.M.Butlerovs. Ķīmijas vēsturē tas parādījās 1861. gada 19. septembrī. Iepriekš zinātnē bija dažādi viedokļi, un daži zinātnieki pilnībā noliedza molekulu un atomu esamību. Jo bioloģiskajā un neorganiskā ķīmija kārtības nebija. Turklāt nebija nekādu modeļu, pēc kuriem varētu spriest par konkrētu vielu īpašībām. Tajā pašā laikā bija savienojumi, kuriem ar tādu pašu sastāvu bija atšķirīgas īpašības.

A.M. Butlerova izteikumi lielā mērā virzīja ķīmijas attīstību pareizajā virzienā un radīja tai ļoti stabilu pamatu. Caur to bija iespējams sistematizēt uzkrātos faktus, proti, ķīmisko vai fizikālās īpašības dažas vielas, to iekļūšanas reakcijās modeļi utt. Pat prognozējot savienojumu iegūšanas ceļus un dažu klātbūtni vispārīgas īpašības kļuva iespējams, pateicoties šai teorijai. Un pats galvenais, A.M.Butlerovs parādīja, ka vielas molekulas uzbūvi var izskaidrot no elektriskās mijiedarbības viedokļa.

Organisko vielu uzbūves teorijas loģika

Tā kā pirms 1861. gada daudzi ķīmijā noraidīja atoma vai molekulas esamību, organisko savienojumu teorija kļuva par revolucionāru priekšlikumu zinātnes pasaulei. Un tā kā pats A. M. Butlerovs iziet tikai no materiālistiskiem secinājumiem, viņam izdevās atspēkot filozofiskās idejas par organisko vielu.

Viņš spēja parādīt, ka molekulāro struktūru var atpazīt eksperimentāli, izmantojot ķīmiskas reakcijas. Piemēram, jebkura ogļhidrāta sastāvu var noteikt, noteiktu tā daudzumu sadedzinot un saskaitot iegūto ūdeni un oglekļa dioksīdu. Slāpekļa daudzumu amīna molekulā aprēķina arī degšanas laikā, izmērot gāzu tilpumu un izolējot molekulārā slāpekļa ķīmisko daudzumu.

Ja ņemam vērā Butlerova spriedumus par no struktūras atkarīgo ķīmisko struktūru pretējā virzienā, rodas jauns secinājums. Proti: zinot vielas ķīmisko struktūru un sastāvu, var empīriski pieņemt tās īpašības. Bet pats galvenais, Butlerovs paskaidroja, ka organiskajās vielās ir milzīgs skaits vielu, kurām ir dažādas īpašības, bet kurām ir vienāds sastāvs.

Teorijas vispārīgie noteikumi

Apsverot un pētot organiskos savienojumus, A. M. Butlerovs atvasināja dažus no svarīgākajiem principiem. Viņš tos apvienoja teorijā, kas izskaidro organiskas izcelsmes ķīmisko vielu struktūru. Teorija ir šāda:

• organisko vielu molekulās atomi ir savienoti viens ar otru stingri noteiktā secībā, kas ir atkarīga no valences;
• ķīmiskā struktūra ir tūlītēja secība, saskaņā ar kuru organiskajās molekulās ir savienoti atomi;
• ķīmiskā struktūra nosaka organiskā savienojuma īpašību klātbūtni;
• atkarībā no molekulu struktūras ar to pašu kvantitatīvais sastāvs iespējama dažādu vielas īpašību parādīšanās;
• visas ķīmiskā savienojuma veidošanā iesaistītās atomu grupas savstarpēji ietekmē viena otru.

Visas organisko savienojumu klases ir veidotas saskaņā ar šīs teorijas principiem. Ielicis pamatus, A. M. Butlerovs spēja paplašināt ķīmiju kā zinātnes jomu. Viņš skaidroja, ka, ņemot vērā to, ka organiskajās vielās oglekļa valence ir četri, tiek noteikta šo savienojumu daudzveidība. Daudzu aktīvo atomu grupu klātbūtne nosaka, vai viela pieder noteiktai klasei. Un tieši specifisku atomu grupu (radikāļu) klātbūtnes dēļ fizikālās un Ķīmiskās īpašības.

Ogļūdeņraži un to atvasinājumi

Šie oglekļa un ūdeņraža organiskie savienojumi pēc sastāva ir vienkāršākie starp visām grupas vielām. Tos pārstāv alkānu un cikloalkānu (piesātinātie ogļūdeņraži), alkēnu, alkadiēnu un alkatriēnu, alkīnu (nepiesātināto ogļūdeņražu) apakšklase, kā arī aromātisko vielu apakšklase. Alkānos visi oglekļa atomi ir savienoti tikai ar vienu S-S savienojums yu, kuru dēļ ogļūdeņraža sastāvā nevar iebūvēt nevienu H atomu.

Nepiesātinātajos ogļūdeņražos ūdeņradis var tikt iekļauts dubultās C=C saites vietā. Arī C-C saite var būt trīskārša (alkīni). Tas ļauj šīm vielām iesaistīties daudzās reakcijās, kas ietver radikāļu samazināšanos vai pievienošanu. Lai būtu ērtāk pētīt to spēju reaģēt, visas pārējās vielas uzskata par vienas ogļūdeņražu klases atvasinājumiem.

Alkoholi

Spirti ir organiski ķīmiski savienojumi, kas ir sarežģītāki nekā ogļūdeņraži. Tie tiek sintezēti enzīmu reakciju rezultātā dzīvās šūnās. Tipiskākais piemērs ir etanola sintēze no glikozes fermentācijas rezultātā.

Rūpniecībā spirtus iegūst no ogļūdeņražu halogēna atvasinājumiem. Halogēna atoma aizstāšanas rezultātā ar hidroksilgrupu veidojas spirti. Vienvērtīgie spirti satur tikai vienu hidroksilgrupu, daudzvērtīgie spirti satur divas vai vairākas. Divvērtīgā spirta piemērs ir etilēnglikols. Daudzvērtīgais spirts ir glicerīns. Spirtu vispārējā formula ir R-OH (R ir oglekļa ķēde).

Aldehīdi un ketoni

Pēc tam, kad spirti iesaistās organisko savienojumu reakcijās, kas saistītas ar ūdeņraža abstrakciju no spirta (hidroksil) grupas, dubultsaite starp skābekli un oglekli aizveras. Ja šī reakcija notiek caur spirta grupu, kas atrodas pie gala oglekļa atoma, tās rezultātā veidojas aldehīds. Ja oglekļa atoms ar spirtu neatrodas oglekļa ķēdes galā, tad dehidratācijas reakcijas rezultātā veidojas ketons. Ketonu vispārējā formula ir R-CO-R, aldehīdi R-COH (R ir ķēdes ogļūdeņraža radikālis).

Esteri (vienkārši un sarežģīti)

Šīs klases organisko savienojumu ķīmiskā struktūra ir sarežģīta. Ēteri tiek uzskatīti par reakcijas produktiem starp divām spirta molekulām. Kad no tiem tiek noņemts ūdens, veidojas savienojums paraugs R-O-R. Reakcijas mehānisms: ūdeņraža protona atdalīšana no viena spirta un hidroksilgrupas no cita spirta.

Esteri ir reakcijas produkti starp spirtu un organisko karbonskābi. Reakcijas mehānisms: ūdens izvadīšana no abu molekulu spirta un oglekļa grupas. Ūdeņradis tiek atdalīts no skābes (pie hidroksilgrupas), un pati OH grupa tiek atdalīta no spirta. Iegūtais savienojums ir attēlots kā R-CO-O-R, kur dižskābardis R apzīmē radikāļus - atlikušās oglekļa ķēdes daļas.

Karbonskābes un amīni

Karbonskābes ir īpašas vielas, kurām ir svarīga loma šūnas darbībā. Organisko savienojumu ķīmiskā struktūra ir šāda: ogļūdeņraža radikālis (R) ar tam piesaistītu karboksilgrupu (-COOH). Karboksilgrupa var atrasties tikai pie visattālākā oglekļa atoma, jo C valence grupā (-COOH) ir 4.

Amīni ir vienkāršāki savienojumi, kas ir ogļūdeņražu atvasinājumi. Šeit pie jebkura oglekļa atoma atrodas amīna radikālis (-NH2). Ir primārie amīni, kuros grupa (-NH2) ir saistīta ar vienu oglekli (vispārējā formula R-NH2). Sekundārajos amīnos slāpeklis savienojas ar diviem oglekļa atomiem (formula R-NH-R). Terciārajos amīnos slāpeklis ir saistīts ar trim oglekļa atomiem (R3N), kur p ir radikāls, oglekļa ķēde.

Aminoskābes

Aminoskābes ir sarežģīti savienojumi, kam piemīt gan amīnu, gan organiskas izcelsmes skābju īpašības. Ir vairāki to veidi, atkarībā no amīna grupas atrašanās vietas attiecībā pret karboksilgrupu. Vissvarīgākās ir alfa aminoskābes. Šeit amīna grupa atrodas pie oglekļa atoma, pie kura ir piesaistīta karboksilgrupa. Tas ļauj izveidot peptīdu saiti un sintēzi proteīnus.

Ogļhidrāti un tauki

Ogļhidrāti ir aldehīdu spirti vai keto spirti. Tie ir savienojumi ar lineāru vai ciklisku struktūru, kā arī polimēri (ciete, celuloze un citi). Viņu vissvarīgākā loma šūnā ir strukturāla un enerģētiskā. Tauki, pareizāk sakot, lipīdi pilda tās pašas funkcijas, tikai piedalās citos bioķīmiskos procesos. No ķīmiskās struktūras viedokļa tauki ir organisko skābju un glicerīna esteris.

Algoritms alkānu izomēru formulu sastādīšanai

1. Nosakiet oglekļa atomu skaitu no ogļūdeņraža nosaukuma saknes.

2. Uzzīmējiet parastās oglekļa ķēdes diagrammu un numurējiet tajā esošos oglekļa atomus.

3. Uzzīmējiet numurētās oglekļa ķēdes diagrammu izomēriem, kuriem ir par vienu oglekļa atomu mazāk, salīdzinot ar parasto ķēdi, piestipriniet šo oglekļa atomu visās iespējamās pozīcijās pie numurētās galvenās ķēdes oglekļa atomiem, izņemot galējos.

4. Uzzīmējiet diagrammu izomēru numurētajai oglekļa ķēdei, kuriem ir par diviem mazāk oglekļa atomu, salīdzinot ar parasto ķēdi; pievienojiet šos divus oglekļa atomus visās iespējamās pozīcijās numurētās galvenās ķēdes oglekļa atomiem, izņemot galējos.

5. Ierakstiet ūdeņraža atomus, ņemot vērā trūkstošās oglekļa atomu valences vienības oglekļa ķēdes diagrammās (oglekļa valence – IV).

6. Oglekļa un ūdeņraža atomu skaits izomēru oglekļa ķēdē nedrīkst mainīties.

Algoritms ogļūdeņražu formulu sastādīšanai pēc to nosaukuma

1. Nosakiet oglekļa atomu skaitu molekulā pēc ogļūdeņraža nosaukuma saknes.

2. Uzzīmējiet oglekļa ķēdi atbilstoši oglekļa atomu skaitam molekulā.

3. Numurējiet oglekļa ķēdi.

4. Nosakiet atbilstošās oglekļa saites klātbūtni molekulā pēc ogļūdeņraža nosaukuma sufiksa, ievelciet šo saiti oglekļa ķēdē.

5. Aizvietojiet radikāļus atbilstoši oglekļa atomu skaitam ķēdē.

6. Ar domuzīmēm norādiet trūkstošās oglekļa atomu valences.

7. Aizpildiet trūkstošos ūdeņraža atomus.

8. Strukturālo formulu uzrādīt saīsinātā veidā.

Dažu organisko vielu nosaukumi