Изберете органичното съединение, което е свързано по произход. Органични съединения. Класове органични съединения. Логика на теорията за структурата на органичните вещества

Класификация на органичните вещества.

Химията може да бъде разделена на 3 големи части: обща, неорганична и органична.

обща химияизследва модели, свързани с всички химични трансформации.

Неорганична химияизучава свойствата и превръщанията на неорганичните вещества.

Органична химия – Това е голям и независим клон на химията, чийто предмет на изследване са органичните вещества:

- тяхната структура;

- Имоти;

- методи за получаване;

- възможности за практическа употреба.

Име органична химияпредлагани Шведският учен Берцелиус.

Преди началото на 19 век Всички известни вещества бяха разделени според произхода си на 2 групи:

1) минерални (неорганични) вещества и

2) органични вещества .

Берцелиус и много учени от онова време вярваха, че органичните вещества могат да се образуват в живите организми само с помощта на някакъв вид „жизнена сила“. Такива идеалистични възгледи се наричаха виталистичен (от латински "vita" - живот). Те забавиха развитието на органичната химия като наука.

Един немски химик нанесе голям удар на възгледите на виталистите В. Велер . Той е първият, който получава органични вещества от неорганични:

IN 1824 г. - оксалова киселина и

IN 1828 г. – урея.

В природата оксаловата киселина се намира в растенията, а уреята се образува в тялото на хората и животните.

Имаше още и още подобни факти.

IN 1845 Немски учен Колбе синтезира оцетна киселина от въглен.

IN 1854 Г-н френски учен М. Бертло синтезира мастноподобно вещество.

Стана ясно, че няма „жизнена сила“, че веществата, изолирани от животински и растителни организми, могат да бъдат синтезирани изкуствено, че те са от същата природа като всички други вещества.

В днешно време органични вещества обмисли въглерод-съдържащ вещества, които се образуват в природата (живи организми) и могат да се получат синтетично.Ето защо органичната химия се нарича химия на въглеродните съединения.

Свойства на органичните вещества .

За разлика от неорганичните вещества, органичните вещества имат редица характеристики, които се определят от структурните особености на въглеродния атом.

Характеристики на структурата на въглеродния атом.

1) В молекулите на органичните вещества въглеродният атом е във възбудено състояние и проявява валентност на IV.

2) По време на образуването на молекули на органични вещества, електронните орбитали на въглеродния атом могат да претърпят хибридизация ( хибридизация – това е подреждането на електронните облаци по форма и енергия).

3) Въглеродните атоми в молекулите на органичните вещества могат да взаимодействат помежду си, образувайки вериги и пръстени.

Класификация органични съединения.

Съществуват различни класификации на органичните вещества:

1) по произход,

2) по елементен състав,

3) според вида на въглеродния скелет,

4) по вид химични връзки,

5) според качествения състав на функционалните групи.

Класификация на органичните вещества по произход.

Класификация на органичните вещества по елементен състав.

Органична материя
въглеводороди	кислородсъдържащи	Освен въглерод, водород и кислород, те съдържат азот и други атоми.
Се състои от въглерод и водород	Се състои от въглерод, водород и кислород
Ограничаване на HC
Ненаситени въглеводороди		Аминокиселини
Ароматни въглеводороди	Алдехиди
	Карбоксилни киселини	Нитро съединения
	Естери (прости и сложни)
	Въглехидрати

Класификация на органичните вещества според вида на въглеродния скелет.

Въглероден скелет –това е последователност от въглеродни атоми, химически свързани един с друг.

Класификация на органичните вещества според вида на химичните връзки.

Класификация на органичните вещества според качествения състав на функционалните групи.

Функционална група – постоянна група от атоми, която определя характерните свойства на веществото.

Функционална група	Име	Клас органични съставки	Суфикси и представки
-F, -Cl, -Br, -J	Флуор, хлор, бром, йод (халоген)	халогенни производни	флуорометан хлорометан бромометан йодометан
	хидроксил	Алкохоли, феноли
- C = O	карбонил	Алдехиди, кетони	- ал метанал
- КОН	карбоксил	Карбоксилни киселини	метанова киселина
- нO2	нитро група	Нитро съединения	Нитро нитрометан
- нH2	амино група		- амин метиламин

Урок 3-4

Тема: Основни принципи на теорията за структурата на органичните съединения

.

Причини за разнообразието на органичните вещества (хомология, изомерия ).

До началото на второто полувреме 19 векБяха известни доста органични съединения, но нямаше нито една теория, обясняваща техните свойства. Опити за създаване на такава теория са правени многократно. Нито един не беше успешен.

Ние дължим създаването на теорията за структурата на органичните вещества .

През 1861 г. на 36-ия конгрес на немските натуралисти и лекари в Шпайер Бутлеров прави доклад, в който очертава основните положения на нова теория - теорията за химическата структура на органичните вещества.

Теорията за химическата структура на органичните вещества не е възникнала от нищото.

Обективните предпоставки за появата му бяха :

1) социално-икономически предпоставки .

Бързото развитие на промишлеността и търговията от началото на 19 век поставя високи изисквания към много клонове на науката, включително органичната химия.

Те поставиха пред тази наука нови задачи:

- синтетично производство на бои,

- подобряване на методите за преработка на селскостопански продуктии т.н.

2) Научна подготовка .

Имаше много факти, които изискваха обяснение:

- Учените не могат да обяснят валентността на въглерода в съединения като етан, пропан и др.

- Учените химици не можаха да обяснят защо два елемента: въглерод и водород могат да образуват такива голям бройразлични съединения и защо орг. има толкова много вещества.

- Не беше ясно защо могат да съществуват органични вещества с еднаква молекулна формула (C6H12O6 - глюкоза и фруктоза).

Научно обоснован отговор на тези въпроси даде теорията за химическата структура на органичните вещества.

По времето, когато теорията се появи, много вече беше известно :

- А. Кекуле предлагани четиривалентност на въглеродния атом за органични съединения.

- А. Купър и А. Кекуле предложи относно въглерод-въглерод връзки и възможност за свързване на въглеродни атоми във верига.

IN 1860 г . на Международния конгрес на химиците бяха понятията атом, молекула, атомно тегло, молекулно тегло са ясно дефинирани .

Същността на теорията за химическата структура на органичните вещества може да се изрази по следния начин :

1. Всички атоми в молекулите на органичните вещества са свързани помежду си в определен ред чрез химични връзки според тяхната валентност.

2. Свойствата на веществата зависят не само от това кои атоми и колко от тях са включени в молекулата, но и от реда, в който атомите са свързани в молекулата .

Бутлеров нарича реда на свързване на атомите в молекулата и естеството на техните връзки химическа структура .

Изразява се химическата структура на една молекула структурна формула , в който символите на елементите на съответните атоми са свързани с тирета ( валентни прости числа), които показват ковалентни връзки.

Структурната формула предава :

Последователност на свързване на атомите;

Множество връзки между тях (прости, двойни, тройни).

изомерия - Това е съществуването на вещества, които имат еднаква молекулна формула, но различни свойства.

Изомери - това са вещества, които имат еднакъв състав на молекулите (една и съща молекулна формула), но различни химическа структураи следователно имат различни свойства.

3. По свойствата на дадено вещество може да се определи структурата на неговата молекула, а по структурата на молекулата могат да се предвидят свойства.

Свойствата на веществата зависят от вида на кристалната решетка.

4. Атомите и групите от атоми в молекулите на веществата си влияят взаимно.

Значението на теорията.

Теорията, създадена от Бутлеров, първоначално беше посрещната негативно от научния свят, тъй като нейните идеи противоречат на преобладаващия идеалистичен светоглед по това време, но след няколко години теорията стана общоприета, следните обстоятелства допринесоха за това:

1. Теорията въведе ред вневъобразимия хаос, в който е съществувала органичната химия преди него. Теорията направи възможно обяснението на нови факти, доказа, че с помощта химични методи(синтез, разлагане и други реакции) можете да установите реда на свързване на атомите в молекулите.

2. Теорията въвежда нещо ново в атомно-молекулярната наука

Редът на атомите в молекулите,

Взаимно влияние на атомите

Зависимост на свойствата от молекулата на веществото.

3. Теорията успя не само да обясни вече известни факти, но също така направи възможно да се предвидят свойствата на органичните вещества въз основа на тяхната структура и да се синтезират нови вещества.

4. Теорията направи възможно обяснението колекторхимически вещества.

5. Даде мощен тласък на синтеза на органични вещества.

Развитието на теорията протича, както предвижда Бутлеров, главно в две посоки :

1. Изследване на пространствената структура на молекулите (реалното разположение на атомите в триизмерното пространство)

2. Развитие на електронни концепции (идентификация на същността на химичните връзки).

Има много органични съединения, но сред тях има съединения с общи и подобни свойства. Следователно всички те Общи чертикласифицирани, обединени в отделни класове и групи. Класификацията се основава на въглеводороди – съединения, които се състоят само от въглеродни и водородни атоми. Други органични вещества принадлежат към "Други класове органични съединения."

Въглеводородите се разделят на два големи класа: ациклични и циклични съединения.

Ациклични съединения (мастни или алифатни) – съединения, чиито молекули съдържат отворена (не затворена в пръстен) права или разклонена въглеродна верига с единични или множество връзки. Ацикличните съединения се разделят на две основни групи:

наситени (наситени) въглеводороди (алкани),в който всички въглеродни атоми са свързани един с друг само чрез прости връзки;

ненаситени (ненаситени) въглеводороди,в който между въглеродните атоми, освен единични прости връзки, има и двойни и тройни връзки.

Ненаситените (ненаситени) въглеводороди се делят на три групи: алкени, алкини и алкадиени.

Алкени(олефини, етиленови въглеводороди) – ацикличните ненаситени въглеводороди, които съдържат една двойна връзка между въглеродните атоми, образуват хомоложна серия с обща формула CnH2n. Имената на алкените се образуват от имената на съответните алкани с наставката „-ан“, заменена с наставката „-ен“. Например пропен, бутен, изобутилен или метилпропен.

Алкини(ацетиленови въглеводороди) – въглеводородите, които съдържат тройна връзка между въглеродните атоми, образуват хомоложна серия с обща формула CnH2n-2. Имената на алкените се образуват от имената на съответните алкани, като наставката „-an“ се заменя с наставката „-in“. Например етин (ацителен), бутин, пептин.

Алкадиени – органични съединения, които съдържат две двойни връзки въглерод-въглерод. В зависимост от разположението на двойните връзки една спрямо друга, диените се разделят на три групи: спрегнати диени, алени и диени с изолирани двойни връзки. Обикновено диените включват ациклични и циклични 1,3-диени, образуващи с общите формули CnH2n-2 и CnH2n-4. Ацикличните диени са структурни изомери на алкини.

Цикличните съединения от своя страна се разделят на две големи групи:

1. карбоциклични съединения – съединения, чиито цикли се състоят само от въглеродни атоми; Карбоцикличните съединения се делят на алициклични – наситени (циклопарафини) и ароматни;
2. хетероциклични съединения – съединения, чиито цикли се състоят не само от въглеродни атоми, но и от атоми на други елементи: азот, кислород, сяра и др.

В молекули както на ациклични, така и на циклични съединенияВодородните атоми могат да бъдат заменени с други атоми или групи от атоми, като по този начин чрез въвеждане на функционални групи могат да се получат въглеводородни производни. Това свойство допълнително разширява възможностите за получаване на различни органични съединения и обяснява тяхното разнообразие.

Наличието на определени групи в молекулите на органичните съединения определя общността на техните свойства. Това е основата за класификацията на въглеводородните производни.

„Други класове органични съединения“ включват следното:

алкохолисе получават чрез заместване на един или повече водородни атоми с хидроксилни групи – ОХ Това е съединение с обща формула R – (OH)x, където x – брой хидроксилни групи.

Алдехидисъдържат алдехидна група (C=O), която винаги се намира в края на въглеводородната верига.

Карбоксилни киселинисъдържа една или повече карбоксилни групи – COOH.

Естери – производни на кислородсъдържащи киселини, които формално са продукти на заместване на водородни атоми на хидроксиди – OH киселинна функция върху въглеводороден остатък; също се считат за ацилови производни на алкохоли.

Мазнини (триглицериди) – естествени органични съединения, пълен естериглицерол и монокомпонентни мастни киселини; принадлежат към класа на липидите. Естествените мазнини съдържат три киселинни радикала с неразклонена структура и обикновено четен бройвъглеродни атоми.

Въглехидрати – органични вещества, които съдържат права верига от няколко въглеродни атома, карбоксилна група и няколко хидроксилни групи.

Аминисъдържат амино група – NH 2

Аминокиселини– органични съединения, чиято молекула съдържа едновременно карбоксилни и аминови групи.

катерици – високомолекулни органични вещества, които се състоят от алфа аминокиселини, свързани във верига чрез пептидна връзка.

Нуклеинова киселина – високомолекулни органични съединения, биополимери, образувани от нуклеотидни остатъци.

Имате ли някакви въпроси? Искате ли да научите повече за класификацията на органичните съединения?
За да получите помощ от преподавател, регистрирайте се.
Първият урок е безплатен!

уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.

В миналото учените разделяха всички вещества в природата на условно неживи и живи, включително царството на животните и растенията сред последните. Веществата от първата група се наричат ​​минерални. И тези, включени във втория, започнаха да се наричат ​​органични вещества.

Какво означава това? Класът на органичните вещества е най-обширният сред всички химични съединенияпознати на съвременните учени. На въпроса кои вещества са органични може да се отговори по този начин - това са химични съединения, които съдържат въглерод.

Моля, обърнете внимание, че не всички въглеродсъдържащи съединения са органични. Например корбидите и карбонатите, въглеродната киселина и цианидите и въглеродните оксиди не са включени.

Защо има толкова много органични вещества?

Отговорът на този въпрос се крие в свойствата на въглерода. Този елемент е любопитен, защото е способен да образува вериги от своите атоми. И в същото време въглеродната връзка е много стабилна.

Освен това в органичните съединения проявява висока валентност (IV), т.е. способност за формиране химически връзкис други вещества. И не само единични, но и двойни и дори тройни (иначе известни като кратни). С увеличаването на множествеността на връзката веригата от атоми става по-къса и стабилността на връзката се увеличава.

Въглеродът също е надарен със способността да образува линейни, плоски и триизмерни структури.

Ето защо органичните вещества в природата са толкова разнообразни. Можете лесно да проверите това сами: застанете пред огледалото и внимателно се вгледайте в отражението си. Всеки от нас е ходещ учебник по органична химия. Помислете за това: най-малко 30% от масата на всяка ваша клетка е органични съединения. Протеини, които са изградили тялото ви. Въглехидрати, които служат като "гориво" и източник на енергия. Мазнини, които съхраняват енергийни резерви. Хормони, които контролират функционирането на органите и дори вашето поведение. Ензими, които задействат химична реакциявътре в теб. И дори „изходният код“, веригите на ДНК, са органични съединения на основата на въглерод.

Състав на органични вещества

Както казахме в самото начало, основният градивен материал за органичната материя е въглеродът. И практически всеки елемент, когато се комбинира с въглерод, може да образува органични съединения.

В природата органичните вещества най-често съдържат водород, кислород, азот, сяра и фосфор.

Структура на органичните вещества

Разнообразието от органични вещества на планетата и разнообразието на тяхната структура може да се обясни с характерните особености на въглеродните атоми.

Спомняте си, че въглеродните атоми са способни да образуват много силни връзки един с друг, свързвайки се във вериги. Резултатът е стабилни молекули. Как точно въглеродните атоми са свързани във верига (подредени на зигзаг) е един от Основни функциинеговите структури. Въглеродът може да се комбинира както в отворени вериги, така и в затворени (циклични) вериги.

Важно е също така, че структурата на химичните вещества влияе пряко върху тях Химични свойства. Начинът, по който атомите и групите от атоми в една молекула си влияят един на друг, също играе важна роля.

Поради структурните особености броят на въглеродните съединения от един и същи тип достига десетки и стотици. Например, можете да помислите водородни съединениявъглерод: метан, етан, пропан, бутан и др.

Например метан - CH 4. При нормални условия такова съединение на водород с въглерод е в газообразно агрегатно състояние. Когато в състава се появи кислород, се образува течност - метилов алкохол CH 3 OH.

Не само вещества с различен качествен състав (както в примера по-горе) проявяват различни свойства, но и вещества с еднакъв качествен състав също са способни на това. Пример е различната способност на метан CH 4 и етилен C 2 H 4 да реагират с бром и хлор. Метанът е способен на такива реакции само при нагряване или излагане на ултравиолетова светлина. А етиленът реагира дори без осветление или нагряване.

Нека разгледаме този вариант: качественият състав на химичните съединения е еднакъв, но количественият състав е различен. Тогава химичните свойства на съединенията са различни. Както е в случая с ацетилен C 2 H 2 и бензен C 6 H 6.

Не на последно място в това разнообразие играят такива свойства на органичните вещества, „свързани“ с тяхната структура, като изомерия и хомология.

Представете си, че имате две привидно идентични вещества — един и същ състав и една и съща молекулна формула, която ги описва. Но структурата на тези вещества е фундаментално различна, от което следва разликата в химичните и физични свойства. Например, молекулната формула C 4 H 10 може да бъде записана като две различни вещества: бутан и изобутан.

Ние говорим за изомери– съединения, които имат еднакъв състав и молекулно тегло. Но атомите в техните молекули са подредени в различен ред (разклонена и неразклонена структура).

Относно хомология- това е характеристика на въглеродна верига, в която всеки следващ член може да бъде получен чрез добавяне на една CH 2 група към предишната. Всяка хомоложна серия може да бъде изразена с една обща формула. И знаейки формулата, е лесно да се определи съставът на всеки от членовете на поредицата. Например, хомолозите на метана се описват с формулата C n H 2n+2.

С увеличаването на "хомоложната разлика" CH 2 връзката между атомите на веществото се засилва. Нека вземем хомоложната серия на метана: първите четири члена са газове (метан, етан, пропан, бутан), следващите шест са течности (пентан, хексан, хептан, октан, нонан, декан) и след това следват вещества в твърдо вещество агрегатно състояние (пентадекан, ейкозан и др.). И какво по-силна връзкамежду въглеродните атоми, толкова по-високи са молекулното тегло, точките на кипене и топене на веществата.

Какви класове органични вещества съществуват?

Органичните вещества от биологичен произход включват:

• протеини;
• въглехидрати;
• нуклеинова киселина;
• липиди.

Първите три точки могат да се нарекат и биологични полимери.

По-подробна класификация на органичните химикали обхваща вещества не само от биологичен произход.

Въглеводородите включват:

• ациклични съединения:
  • наситени въглеводороди (алкани);
  • ненаситени въглеводороди:
    • алкени;
    • алкини;
    • алкадиени.
• циклични връзки:
  • карбоциклични съединения:
    • алицикличен;
    • ароматен.
  • хетероциклични съединения.

Има и други класове органични съединения, в които въглеродът се комбинира с вещества, различни от водород:

• алкохоли и феноли;
• алдехиди и кетони;
• карбоксилни киселини;
• естери;
• липиди;
• въглехидрати:
  • монозахариди;
  • олигозахариди;
  • полизахариди.
  • мукополизахариди.
• амини;
• аминокиселини;
• протеини;
• нуклеинова киселина.

Формули на органични вещества по класове

Примери за органични вещества

Както си спомняте, в човешкото тяло в основата са различни видове органични вещества. Това са нашите тъкани и течности, хормони и пигменти, ензими и АТФ и много други.

В телата на хората и животните се дава приоритет на протеините и мазнините (половината от сухата маса на животинската клетка са протеини). В растенията (приблизително 80% от сухата маса на клетката) - въглехидрати, предимно сложни - полизахариди. Включително целулоза (без която нямаше да има хартия), нишесте.

Нека поговорим за някои от тях по-подробно.

Например около въглехидрати. Ако беше възможно да се вземат и измерят масите на всички органични вещества на планетата, въглехидратите щяха да спечелят това състезание.

Те служат като източник на енергия в тялото, са строителни материали за клетките, а също така съхраняват вещества. Растенията използват за тази цел нишесте, животните използват гликоген.

Освен това въглехидратите са много разнообразни. Например прости въглехидрати. Най-често срещаните монозахариди в природата са пентози (включително дезоксирибоза, която е част от ДНК) и хексози (глюкоза, която ви е позната).

Като тухли, на голяма строителна площадка на природата, полизахаридите са изградени от хиляди и хиляди монозахариди. Без тях, по-точно без целулоза и нишесте, нямаше да има растения. А животните без гликоген, лактоза и хитин биха имали трудности.

Нека разгледаме внимателно катерици. Природата е най-големият майстор на мозайки и пъзели: само от 20 аминокиселини в човешкото тяло се образуват 5 милиона вида протеини. Протеините също имат много жизненоважни функции. Например изграждането, регулирането на процесите в тялото, съсирването на кръвта (за това има отделни протеини), движението, транспортирането на някои вещества в тялото, те също са източник на енергия, под формата на ензими действат като катализатор за реакции и осигуряват защита. Антителата играят важна роля в защитата на организма от негативни външни влияния. И ако възникне нарушение във фината настройка на тялото, антителата, вместо да унищожават външните врагове, могат да действат като агресори към собствените органи и тъкани на тялото.

Протеините също се делят на прости (протеини) и сложни (протеиди). И те имат уникални за тях свойства: денатурация (разрушаване, което сте забелязали повече от веднъж при твърдо варене на яйце) и ренатурация (това свойство е намерило широко приложение в производството на антибиотици, хранителни концентрати и др.).

Нека не пренебрегваме липиди(мазнини). В нашето тяло те служат като резервен източник на енергия. Като разтворители те подпомагат протичането на биохимични реакции. Участват в изграждането на тялото – например в образуването на клетъчните мембрани.

И още няколко думи за такива интересни органични съединения като хормони. Те участват в биохимичните реакции и метаболизма. Толкова малки, че хормоните правят мъжете мъже (тестостерон), а жените жени (естроген). Те ни правят щастливи или тъжни (хормоните на щитовидната жлеза играят важна роля в промените в настроението, а ендорфинът дава усещане за щастие). И дори определят дали сме „нощни сови“ или „чучулиги“. Готови ли сте да учите до късно или предпочитате да ставате рано и да правите домашна работапреди училище се определя не само от ежедневието ви, но и от определени надбъбречни хормони.

Заключение

Светът на органичната материя е наистина невероятен. Достатъчно е само малко да се задълбочите в изучаването му, за да спрете дъха си от усещането за родство с целия живот на Земята. Два крака, четири или корени вместо крака – всички сме обединени от магията на химическата лаборатория на майката природа. Той кара въглеродните атоми да се съединяват във вериги, да реагират и да създават хиляди различни химични съединения.

Сега имате кратко ръководство по органична химия. Разбира се, тук не е представена цялата възможна информация. Може да се наложи сами да изясните някои точки. Но винаги можете да използвате маршрута, който сме очертали за вашите собствени независими изследвания.

Можете също да използвате определението за органична материя, дадено в статията, класификация и общи формулиорганични съединения и Главна информацияза тях, за да се подготвят за часовете по химия в училище.

Кажете ни в коментарите кой раздел от химията (органична или неорганична) ви харесва най-много и защо. Не забравяйте да „споделите“ статията в социалните мрежи, за да се възползват и вашите съученици.

Моля, уведомете ме, ако откриете неточности или грешки в статията. Всички сме хора и всички понякога грешим.

уебсайт, при пълно или частично копиране на материал се изисква връзка към източника.

Започвате да изучавате органична химия, за която сте научили малко в 9 клас. Защо "органичен"? Да се ​​обърнем към историята.

Дори на границата на 9-10 век. Арабският алхимик Абу Бакр ар-Рази (865-925) първо разделя всичко химически веществаспоред техния произход на три царства: минерални, растителни и животински вещества. Тази уникална класификация продължи почти хиляда години.

Въпреки това, в началото на XIX V. Имаше нужда от комбиниране на химията на веществата от растителен и животински произход в една наука. Този подход ще ви се стори логичен, ако имате поне основни познания за състава на живите организми.

От курс по естествена история и начални курсове по биология знаете, че съставът на всяка жива клетка, както растителна, така и животинска, задължително включва протеини, мазнини, въглехидрати и други вещества, които обикновено се наричат ​​органични. По предложение на шведския химик Й. Я. Берцелиус от 1808 г. науката, която изучава органичните вещества, започва да се нарича органична химия.

Идеята за химичното единство на живите организми на Земята толкова много зарадва учените, че те дори създадоха красиво, но фалшиво учение - витализъм, според което се смяташе, че за да се получат (синтезират) органични съединения от неорганични, беше необходима специална „жизнена сила“ (vis vitalis). Учените смятат, че жизнеността е задължителен атрибут само на живите организми. Това доведе до погрешното заключение, че синтезът на органични съединения от неорганични извън живите организми - в епруветки или промишлени инсталации - е невъзможен.

Виталистите основателно твърдят, че най-важният фундаментален синтез на нашата планета - фотосинтезата (фиг. 1) е невъзможен извън зелените растения.

Ориз. 1.
фотосинтеза

По опростен начин процесът на фотосинтеза се описва с уравнението

Според виталистите всякакви други синтези на органични съединения извън живите организми също са невъзможни. Но по-нататъшното развитие на химията и натрупването на нови научни факти доказаха, че виталистите са дълбоко погрешни.

През 1828 г. немският химик Ф. Вьолер синтезира органичното съединение урея от неорганичното вещество амониев цианат. Френският учен М. Бертло получава мазнини в епруветка през 1854 г. През 1861 г. руският химик А. М. Бутлеров синтезира захарно вещество. Витализмът се провали.

Днес органичната химия е бързо развиващ се клон на химическата наука и производство. В момента има повече от 25 милиона органични съединения, сред които има вещества, които досега не са били открити в живата природа. Производството на тези вещества стана възможно благодарение на резултатите научна дейносторганични химици.

Всички органични съединения могат да бъдат разделени на три вида въз основа на техния произход: естествени, изкуствени и синтетични.

Естествени органични съединения- това са отпадъчни продукти на живи организми (бактерии, гъби, растения, животни). Това са добре познатите ви протеини, мазнини, въглехидрати, витамини, хормони, ензими, естествен каучук и др. (фиг. 2).

Ориз. 2.
Естествени органични съединения:
1-4 - във влакна и тъкани (вълнени 1, копринени 2, ленени 3, памучни 4); 5-10 - в хранителни продукти (мляко 5, месо 6, риба 7, зеленчуци и масло 8, зеленчуци и плодове 9, зърнени храни и хляб 10); 11, 12 - в гориво и суровини за химическата промишленост (природен газ 11, нефт 12); 13 - в дърво

Изкуствени органични съединения- това са продукти от химически преобразувани природни вещества в съединения, които не се срещат в живата природа. Така на базата на естественото органично съединение целулоза се произвеждат изкуствени влакна (ацетатни, вискозни, медно-амонячни), незапалими филмови и фотоленти, пластмаси (целулоид), бездимен барут и др. (фиг. 3).

Ориз. 3. Продукти и материали на базата на изкуствени органични съединения: 1.2 - изкуствени влакна и тъкани; 3 - пластмаса (целулоид); 4 - фотографски филм; 5 - бездимен барут

Синтетични органични съединенияполучени синтетично, тоест чрез комбиниране на по-прости молекули в по-сложни. Това са например синтетични каучуци, пластмаси, лекарства, синтетични витамини, стимуланти на растежа, продукти за растителна защита и др. (фиг. 4).

Ориз. 4.
Продукти и материали от синтетични органични съединения:
1 - пластмаса; 2 - лекарства; 3 - детергенти; 4 - синтетични влакна и тъкани; 5 - бои, емайллакове и лепила; 6 - средства за борба с насекоми; 7 - торове; 8 - синтетичен каучук

Въпреки огромното разнообразие, всички органични съединения съдържат въглеродни атоми. Следователно органичната химия може да се нарече химия на въглеродните съединения.

Заедно с въглерода повечето органични съединения съдържат водородни атоми. Тези два елемента образуват редица класове органични съединения, които се наричат ​​въглеводороди. Всички други класове органични съединения могат да се разглеждат като производни на въглеводороди. Това позволи на немския химик К. Шорлемер да даде класическата дефиниция на органичната химия, която не е загубила значението си повече от 120 години по-късно.

Например, при заместване на един водороден атом в етанова молекула C 2 H 6 с хидроксилна група -OH се образува добре познатият етилов алкохол C 2 H 5 OH, а при заместване на водороден атом в метанова молекула CH 4 с карбоксилна група -COOH, оцетна киселина CH се образува 3 COOH.

Защо, от повече от сто елемента Периодичната таблицаД. И. Менделеев, въглеродът стана основата на всички живи същества? Много ще ви стане ясно, ако прочетете следните думиД. И. Менделеев, написан от него в учебника „Основи на химията“: „Въглеродът се намира в природата както в свободно, така и в свързано състояние, в много различни форми и видове ... Способността на въглеродните атоми да се свързват помежду си и дай сложни частицисе проявява във всички въглеродни съединения... В нито един от елементите... способността за сложност не е развита до такава степен, както при въглерода... Никоя двойка елементи не произвежда толкова много съединения, както въглеродът и водородът.”

Химичните връзки на въглеродните атоми помежду си и с атомите на други елементи (водород, кислород, азот, сяра, фосфор), които образуват органични съединения, могат да бъдат унищожени под въздействието на природни фактори. Следователно въглеродът претърпява непрекъснат цикъл в природата: от атмосферата (въглероден диоксид) - в растения (фотосинтеза), от растения - в животински организми, от живи - в неживи, от неживи - в живи (фиг. 5). ).

Ориз. 5.
Въглероден цикъл в природата

И в заключение, отбелязваме редица характеристики, характеризиращи органичните съединения.

Тъй като молекулите на всички органични съединения съдържат въглеродни атоми и почти всички съдържат водородни атоми, повечето от тях са запалими и в резултат на изгаряне образуват въглероден оксид (IV) (въглероден диоксид) и вода.

За разлика от неорганичните вещества, които са около 500 хиляди, органичните съединения са по-разнообразни, така че броят им вече възлиза на повече от 25 милиона.

Много органични съединения са по-сложни от неорганични веществаи много от тях имат огромно молекулно тегло, например протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини, т.е. вещества, благодарение на които протичат жизнените процеси.

Органичните съединения се образуват, като правило, поради ковалентни връзки и следователно имат молекулярна структураи следователно имат ниски точки на топене и кипене и са термично нестабилни.

Нови думи и понятия

1. Витализъм.
2. фотосинтеза.
3. Органични съединения: естествени, изкуствени и синтетични.
4. Органична химия.
5. Свойства, характеризиращи органичните съединения.

Въпроси и задачи

1. Използвайки знанията от курса по биология, сравнете химичен съставрастителни и животински клетки. Какви органични съединения съдържат? Как се различават органичните съединения на растителните и животинските клетки?
2. Опишете въглеродния цикъл в природата.
3. Обяснете защо се е появила доктрината на витализма и как се е провалила.
4. Какви видове органични съединения (по произход) познавате? Дайте примери и посочете областите на тяхното приложение.
5. Изчислете обема на кислорода (бр.) и масата на глюкозата, образувана в резултат на фотосинтезата от 880 тона въглероден диоксид.
6. Изчислете обема въздух (бр.), който ще е необходим за изгаряне на 480 kg метан CH4, ако обемна фракциякислородът във въздуха е 21%.

В зависимост от структурата на въглеродните вериги сред органичните съединения се разграничават следните три серии:

1) връзки с отворена верига от въглеродни атоми,които също се наричат ​​ациклични или мастни съединения (това име възниква исторически: първите съединения с дълги отворени въглеродни вериги са киселини).

В зависимост от естеството на връзките между въглеродните атоми тези съединения се разделят на: а) ограничаващи (или наситени), които съдържат само прости (единични) връзки в молекулите; б) ненаситени (или ненаситени), в молекулите на които има множество (двойни или тройни) връзки между въглеродни атоми;

2) връзки със затворена верига от въглеродни атоми,или карбоцикличен. Тези съединения от своя страна се подразделят на:

а) за ароматни съединения.

Те се характеризират с наличието в молекулите на специална циклична група от шест въглеродни атома - бензеновата ароматна серия.

Тази група се отличава с естеството на връзките между въглеродните атоми и придава на съдържащите я съединения специални химични свойства, които се наричат ​​ароматни свойства;

б) алициклични съединения са всички други карбоциклични съединения.

Те се различават по броя на въглеродните атоми в цикъла и в зависимост от естеството на връзките между тези атоми могат да бъдат наситени или ненаситени;

3) хетероциклични съединения.

Молекулите на тези съединения съдържат цикли, които включват освен въглеродни атоми хетероатоми.

В поредицата от ациклични (мастни) и карбоциклични съединения най-простите са въглеводородите. Всички други съединения в тези серии се считат за производни на въглеводороди, които се образуват чрез заместване на един, два или повече водородни атома във въглеводородна молекула с други атоми или групи от атоми.

Въглеводородните остатъци, които се образуват, когато един, два или повече водородни атома се отстранят от техните молекули, се наричат въглеводородни радикали.

Атоми или групи от атоми, които заместват водорода във въглеводородна основна форма функционаленили Характеристика(този термин е разработен от Международния съюз за чиста и приложна химия) групи, които определят общите химични свойства на веществата, които принадлежат към същия клас въглеводородни производни.

Видове органични съединения:

1) халогенирани въглеводороди: а) флуорирани производни; б) хлорни производни; в) бромопроизводни, г) йодни производни;

2) кислородсъдържащи съединения: а) алкохоли и феноли; б) етери; в) алдехиди; г) кетони.

8. Видове органични съединения

Органичните реакции, подобно на неорганичните, се разделят на 3 основни типа:

1) реакция на заместване: CH 4 + CI 2 → CH 3 CI + HCI;

2) реакция на елиминиране: CH 3 CH 2 Br → CH 2 = CH 2 + HBr;

3) реакция на присъединяване: CH 2 = CH 2 + HBr → CH 3 CH 2 Br.

Реакциите на добавяне включват полимеризационни реакции.Специален тип органична реакция е реакции на поликондензация.Органичните реакции могат да бъдат класифицирани и чрез механизма на разкъсване на ковалентните връзки в реагиращите молекули.

Тази класификация се основава на два метода за разкъсване на ковалентни връзки.

1. Ако обща електронна двойка се споделя между атомите, тогава се образуват радикали. Радикали- Това са частици, които имат несдвоени електрони. Това прекъсване на връзката се нарича радикал (хомолитичен).ОсобеностТази връзка е, че образуваните радикали взаимодействат с присъстващите в реакционната система молекули или помежду си.

Получените радикали взаимодействат с молекули, присъстващи в реакционната система или помежду си: CH 3 + CI 2 → CH 3 CI + CI.

Според радикалния механизъм възникват реакции, при които връзките с ниска полярност (C-C, C-H, N-N) се разрушават при високи температури, под въздействието на светлина или радиоактивно лъчение.

2. Ако при разкъсване на връзка остане обща електронна двойка с един атом, то йони – катион и анион.Този механизъм се нарича йонниили хетеролитичен.Води до образуване на органични катиони или аниони: 1) метил хлоридът образува метилов катион и хлориден анион; 2) метил литият образува литиев катион и метилов анион.

Органичните йони претърпяват допълнителни трансформации. В този случай катионите взаимодействат с нуклеофилни(“ядролюбиви”) частици, а органичните аниони – с електрофилен(„обичащи електрони“) частици (метални катиони, халогени и др.).

Йонният механизъм се наблюдава при разкъсване на полярната връзка ковалентна връзка(въглерод - халоген, въглерод - кислород и др.).

Органичните йонни частици са подобни на йоните в неорганичната химия – те имат съответни заряди. Те обаче са рязко различни: йони на неорганични съединения постоянно присъстват във водни разтвори, а органичните йонни частици се появяват само в момента на реакцията.

Следователно в много случаи е необходимо да се говори не за свободни органични йони, а за силно поляризирани молекули.

Радикалният механизъм се наблюдава при прекъсване на неполярна или нискополярна ковалентна връзка (въглерод-въглерод, въглерод-водород и др.).

Органичните йонни частици са подобни на йоните в неорганичната химия – те имат съответни заряди.