Органични съединения. Класове органични съединения

Всички вещества, които съдържат въглероден атом, в допълнение към карбонатите, карбидите, цианидите, тиоцианатите и. T въглеродна киселина са органични съединения. Това означава, че те могат да бъдат създадени от живи организми от въглеродни атоми чрез ензимни или други реакции. Днес много органична материя Можете да синтезирате изкуствено, което ви позволява да развивате медицина и фармакология, както и да създавате високоякостни полимерни и композитни материали.

Класификация на органични съединения

Органичните съединения са най-многобройният клас вещества. Има около 20 вида вещества. Те са различни по химични свойства, различни физични качества. Тяхната точка на топене, маса, летливост и разтворимост, както и агрегираното състояние при нормални условия също са различни. Сред тях са:

• въглеводороди (алкани, алкини, алкени, алкадиени, циклоалкани, ароматни въглеводороди) ;
• алдехиди;
• кетони;
• алкохоли (двуатомни, едноатомни, полихидридни);
• етери;
• естери;
• карбоксилни киселини;
• амини;
• аминокиселини;
• въглехидрати;
• мазнини;
• протеини;
• биополимери и синтетични полимери.

Тази класификация отразява характеристиките на химическата структура и наличието на специфични атомни групи, които определят разликата в свойствата на веществото. Като цяло класификацията на базата на конфигурацията на въглеродния скелет, която не отчита особеностите на химичните взаимодействия, изглежда различна. Съгласно неговите разпоредби, органичните съединения се разделят на:

• алифатни съединения;
• ароматни вещества;
• хетероциклични вещества.

данни органични съединения могат да имат изомери в различни групи вещества. Свойствата на изомерите са различни, въпреки че атомният им състав може да бъде един и същ. Това следва от разпоредбите, установени от А. М. Бутлеров. Също така теорията за структурата на органичните съединения е водещата основа за провеждане на всички изследвания в органичната химия. Той е поставен на същото ниво като периодичния закон на Менделеев.

Теория на структурата на органичните съединения

Концепцията за химическата структура е въведена от А. М. Бутлеров. Тя се появява в историята на химията на 19 септември 1861 година. Преди това в науката имаше различни мнения и някои учени напълно отричаха присъствието на молекули и атоми. Следователно в органичната и неорганичната химия нямаше ред. Освен това нямаше закони, чрез които да е възможно да се преценят свойствата на определени вещества. Имаше и съединения, които със същия състав показват различни свойства.

Изявленията на А. М. Бутлеров до голяма степен водят развитието на химията в правилната посока и създават най-силната основа за него. Чрез нея е възможно да се систематизират натрупаните факти, а именно химическите или физическите свойства на определени вещества, моделите на тяхното навлизане в реакциите и т.н. Дори прогнозата за начините за получаване на съединения и наличието на някои общи свойства стана възможно от тази теория. И най-важното, А. М. Butlerov показа, че структурата на една молекула вещество може да се обясни по отношение на електрически взаимодействия.

Логиката на теорията за структурата на органичните вещества

Докато през 1861 г. в химията мнозина отхвърлят съществуването на атом или молекула, теорията за органичните съединения става революционно предложение за научния свят. И тъй като самият А. М. Бутлеров изхожда единствено от материалистични изводи, той успява да опроверга философските идеи за органичната материя.

Той успя да покаже, че молекулярната структура може да бъде разпозната емпирично чрез химични реакции. Например, съставът на всеки въглехидрат може да бъде установен чрез изгаряне на определено количество от него и преброяване на произведената вода и въглероден диоксид. Количеството на азота в аминовата молекула също се изчислява чрез изгаряне чрез измерване на обема на газовете и освобождаването на химическо количество от молекулен азот.

Ако разгледаме преценките на Бутлеров за химическата структура, която зависи от структурата, в противоположната посока, тогава се предполага ново заключение. А именно: познавайки химичната структура и състав на веществото, човек може емпирично да приеме неговите свойства. Но най-важното е, че Butlerov обясни, че в органичната материя има огромно количество вещества, които проявяват различни свойства, но имат същия състав.

Общи положения на теорията

Разглеждайки и изследвайки органичните съединения, Бутлеров А.М. извежда някои от най-важните закономерности. Той ги съчетава в теории за теория, обясняваща структурата на химичните вещества от органичен произход. Разпоредбите на теорията са следните:

• в органичните молекули атомите са свързани помежду си в строго определена последователност, която зависи от валентността;
• химическата структура е директен ред, в който са свързани атоми в органични молекули;
• химическата структура определя наличието на свойствата на органичното съединение;
• В зависимост от структурата на молекулите със същия количествен състав могат да се появят различни свойства на веществото;
• Всички атомни групи, участващи в образуването на химическо съединение имат взаимно влияние един върху друг.

Всички класове органични съединения са изградени съгласно принципите на тази теория. След като положи основите, Бутлеров А.М. успява да разшири химията като област на науката. Той обясни, че поради факта, че в органичните вещества въглеродът има валентност равна на четири, причиняват се разнообразието на тези съединения. Наличието на набор от активни атомни групи определя принадлежността на дадено вещество към определен клас. И именно поради наличието на специфични атомни групи (радикали) се появяват физични и химични свойства.

Въглеводороди и техните производни

Тези органични съединения на въглерода и водорода са най-простите в състава сред всички вещества от групата. Те са представени от подклас на алкани и циклоалкани (наситени въглеводороди), алкени, алкадиени и алкатриени, алкини (ненаситени въглеводороди), както и подклас на ароматни вещества. В алканите всички въглеродни атоми са свързани само с единична С-С връзка, поради което не може да бъде включен нито един Н атом в въглеводородния състав.

В ненаситените въглеводороди водородът може да бъде вграден в мястото на присъствието на двойната връзка С = С. Също така, С-С връзката може да бъде тройна (алкин). Това позволява на тези вещества да влязат в много реакции, свързани с редукцията или добавянето на радикали. Всички други вещества за удобство при изучаване на тяхната способност за реагиране се считат за производни на един от класовете въглеводороди.

алкохоли

Алкохолите се наричат ​​по-сложни органични химикали от въглеводородите. Те се синтезират в резултат на протичането на ензимни реакции в живите клетки. Най-типичният пример е синтеза на етанол от глюкоза чрез ферментация.

В промишлеността алкохолите се получават от халогенни производни на въглеводороди. В резултат на заместването на халогенен атом за хидроксилна група се образуват алкохоли. Едноатомните алкохоли съдържат само една хидроксилна група, полихидридна - две или повече. Пример за дихидричен алкохол е етилен гликол. Многоатомният алкохол е глицерин. Общата формула на алкохолите е R-OH (R е въглеродна верига).

Алдехиди и кетони

След като алкохолите влизат в реакции на органични съединения, свързани с отстраняването на водород от алкохолната (хидроксилна) група, двойната връзка между кислород и въглерод се затваря. Ако тази реакция преминава през алкохолна група, разположена в крайния въглероден атом, тогава алдехидът се образува в резултат на това. Ако въглеродният атом с алкохол не е разположен в края на въглеродната верига, резултатът от реакцията на дехидратация е производството на кетон. Общата формула на кетоните е R-CO-R, алдехид R-COH (R е въглеводородният радикал на веригата).

Етери (просто и сложно)

Химическата структура на органичните съединения от този клас е сложна. етери се разглеждат като продукти на реакцията между две молекули алкохоли. Когато водата се отстранява от тях, се образува съединение от ROR пробата. Реакционен механизъм: отстраняване на протон от водород от един алкохол и хидроксилна група от друг алкохол.

Естерите са продукти от реакцията между алкохол и органична карбоксилна киселина. Реакционен механизъм: елиминиране на водата от алкохолните и карбоксилните групи на двете молекули. Водородът се разцепва от киселината (чрез хидроксилната група), а самата ОН група се отделя от алкохола. Полученото съединение е представено като R-CO-OR, където букът R е маркиран с радикали - останалите части на въглеродната верига.

Карбоксилни киселини и амини

Карбоксилните киселини са специални вещества, които играят важна роля във функционирането на клетката. Химичната структура на органичните съединения е: въглеводороден радикал (R) с прикрепена към него карбоксилна група (-COOH). Карбоксилната група може да бъде разположена само при крайния въглероден атом, тъй като валентността С в групата (-СООН) е 4.

Амините са по-прости съединения, получени от въглеводороди. Тук, при всеки въглероден атом, се намира аминовият радикал (-NH2). Съществуват първични амини, в които групата (-NH2) е свързана с един въглерод (общата формула е R-NH2). Във вторични амини азотът се комбинира с два въглеродни атома (формула: R-NH-R). В третичните амини азотът е свързан с три въглеродни атома (R3N), където р е радикал, въглеродна верига.

Аминокиселини

Аминокиселините са комплексни съединения, които проявяват свойствата на амини и киселини от органичен произход. Съществуват няколко вида от тях, в зависимост от местоположението на аминогрупата по отношение на карбоксила. Най-важните алфа-аминокиселини. Тук аминогрупата е разположена при въглеродния атом, към който е свързан карбоксила. Това ви позволява да създадете пептидна връзка и да синтезирате протеини.

Въглехидрати и мазнини

Въглехидратите са алдехидни алкохоли или кетоспирити. Това са съединения с линейна или циклична структура, както и полимери (нишесте, целулоза и др.). Тяхната най-важна роля в клетката е структурна и енергична. Мазнините, или по-скоро липидите, изпълняват същата функция, като участват само в други биохимични процеси. По отношение на химичната структура, мазнините са естер на органични киселини и глицерин.