Органични съединения. Класове органични съединения. Чудесният свят на органичните вещества. Класификация на органичните съединения по произход
Има много органични съединения, но сред тях има съединения с общи и подобни свойства. Следователно всички те се класифицират според общи характеристики и се обединяват 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 формират от имената на съответните алкани, като наставката „-ан“ се заменя 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 това как са разположени 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:
- карбоциклични съединения – съединения, чиито цикли се състоят само от въглеродни атоми; Карбоцикличните съединения се делят на алициклични – наситени (циклопарафини) и ароматни;
- 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, пълни естери на глицерол и еднокомпонентни мастни киселини; принадлежат към класа на липидите. Естествените мазнини съдържат три киселинни радикала с неразклонена структура и обикновено четен брой въглеродни 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.
Все още имате 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.
>> Химия: Класификация на органичните съединения
Вече знаете, че свойствата на органичните вещества се определят от техния състав и химичен строеж. Ето защо не е изненадващо, че класификацията на органичните съединения се основава на теорията за структурата - теорията на А. М. Бутлеров. Органичните вещества се класифицират според наличието и реда на свързване на атомите в техните молекули. Най-издръжливата и най-малко променлива част от молекулата на органичното вещество е нейният скелет - верига от въглеродни атоми. В зависимост от реда на свързване на въглеродните атоми в тази верига, веществата се разделят на ациклични, които не съдържат затворени вериги от въглеродни атоми в молекули, и карбоциклични, които съдържат такива вериги (цикли) в молекули.
Съдържание на урока бележки към уроцитеподдържаща рамка презентация урок методи ускорение интерактивни технологии Практикувайте задачи и упражнения самопроверка работилници, обучения, казуси, куестове домашна работа въпроси за дискусия риторични въпроси от ученици Илюстрации аудио, видео клипове и мултимедияснимки, картини, графики, таблици, диаграми, хумор, анекдоти, вицове, комикси, притчи, поговорки, кръстословици, цитати Добавки резюметастатии трикове за любознателните ясли учебници основен и допълнителен речник на термините други Подобряване на учебниците и уроцитекоригиране на грешки в учебникаактуализиране на фрагмент в учебник, елементи на иновация в урока, замяна на остарели знания с нови Само за учители перфектни уроцикалендарен план за годината; методически препоръки; Интегрирани уроциКласификация на органичните вещества
В зависимост от структурата на въглеродната верига органичните вещества се разделят на:
- ациклични и циклични.
- маргинални (наситени) и ненаситени (ненаситени).
- карбоциклични и хетероциклични.
- алициклични и ароматни.
Ацикличните съединения са органични съединения, в чиито молекули няма цикли и всички въглеродни атоми са свързани помежду си в прави или разклонени отворени вериги.
От своя страна сред ацикличните съединения се разграничават наситени (или наситени), които съдържат във въглеродния скелет само единични въглерод-въглеродни (C-C) връзки и ненаситени (или ненаситени), съдържащи кратни - двойни (C=C) или тройни ( C≡ C) връзки.
Цикличните съединения са химични съединения, в които има три или повече свързани атома, образуващи пръстен.
В зависимост от това кои атоми образуват пръстените се разграничават карбоциклични съединения и хетероциклични съединения.
Карбоцикличните съединения (или изоцикличните) съдържат само въглеродни атоми в своите пръстени. Тези съединения от своя страна се разделят на алициклични съединения (алифатни циклични) и ароматни съединения.
Хетероцикличните съединения съдържат един или повече хетероатоми във въглеводородния пръстен, най-често кислородни, азотни или серни атоми.
Най-простият клас органични вещества са въглеводородите - съединения, които се образуват изключително от въглеродни и водородни атоми, т.е. формално нямат функционални групи.
Тъй като въглеводородите нямат функционални групи, те могат да бъдат класифицирани само според вида на въглеродния скелет. Въглеводородите, в зависимост от вида на техния въглероден скелет, се разделят на подкласове:
1) Наситените ациклични въглеводороди се наричат алкани. Общата молекулна формула на алканите се записва като C n H 2n+2, където n е броят на въглеродните атоми в молекулата на въглеводорода. Тези съединения нямат междукласови изомери.
2) Ацикличните ненаситени въглеводороди се разделят на:
а) алкени - съдържат само една кратна, а именно една двойна C=C връзка, общата формула на алкените е C n H 2n,
б) алкини - алкиновите молекули също съдържат само една кратна връзка, а именно тройна C≡C връзка. Общата молекулна формула на алкините е C n H 2n-2
в) алкадиени – алкадиеновите молекули съдържат две двойни С=С връзки. Общата молекулна формула на алкадиените е C n H 2n-2
3) Цикличните наситени въглеводороди се наричат циклоалкани и имат обща молекулна формула C n H 2n.
Останалите органични вещества в органичната химия се разглеждат като производни на въглеводороди, образувани чрез въвеждане на така наречените функционални групи, които съдържат други химични елементи, във въглеводородни молекули.
Така формулата на съединения с една функционална група може да бъде записана като R-X, където R е въглеводороден радикал и X е функционална група. Въглеводороден радикал е фрагмент от въглеводородна молекула без един или повече водородни атоми.
Въз основа на наличието на определени функционални групи съединенията се разделят на класове. Основните функционални групи и класовете съединения, към които принадлежат, са представени в таблицата:
Така различни комбинации от видове въглеродни скелети с различни функционални групи дават голямо разнообразие от варианти на органични съединения.
Халогенирани въглеводороди
Халогенните производни на въглеводородите са съединения, получени чрез заместване на един или повече водородни атоми в молекулата на изходен въглеводород с един или повече атоми на халоген, съответно.
Нека някакъв въглеводород има формулата C n H m, то при заместване в молекулата му х водородни атоми на х халогенни атоми, формулата на халогенното производно ще бъде C n H m- X Hal X. Така монохлорните производни на алканите имат формулата C n H 2n+1 Cl, дихлоро производни CnH2nCl2и т.н.
Алкохоли и феноли
Алкохолите са въглеводородни производни, в които един или повече водородни атоми са заменени с хидроксилна група -OH. Алкохолите с една хидроксилна група се наричат моноатомен, сдве - двуатомна, с три триатомени т.н. Например:
Наричат се още алкохоли с две или повече хидроксилни групи многовалентни алкохоли.Общата формула за наситени едновалентни алкохоли е C n H 2n+1 OH или C n H 2n+2 O. Общата формула за наситени многовалентни алкохоли е C n H 2n+2 O x, където x е атомността на алкохола.
Алкохолите също могат да бъдат ароматни. Например:
бензилов алкохолОбщата формула на такива едновалентни ароматни алкохоли е C n H 2n-6 O.
Въпреки това, трябва ясно да се разбере, че производните на ароматни въглеводороди, в които един или повече водородни атоми на ароматния пръстен са заменени с хидроксилни групи не се прилагаткъм алкохолите. Те принадлежат към класа феноли . Например, това дадено съединение е алкохол:
И това представлява фенол:
Причината фенолите да не се класифицират като алкохоли се крие в техните специфични химични свойства, които значително ги отличават от алкохолите. Както е лесно да се види, моновалентните феноли са изомерни с едновалентните ароматни алкохоли, т.е. също имат общата молекулна формула C n H 2n-6 O.
Амини
Аминами се наричат амонячни производни, в които един, два или всичките три водородни атома са заместени с въглеводороден радикал.
Амини, в които само един водороден атом е заменен с въглеводороден радикал, т.е. с обща формула R-NH 2 се наричат първични амини.
Наричат се амини, в които два водородни атома са заменени с въглеводородни радикали вторични амини. Формулата за вторичен амин може да бъде написана като R-NH-R’. В този случай радикалите R и R’ могат да бъдат еднакви или различни. Например:
Ако на амините липсват водородни атоми при азотния атом, т.е. И трите водородни атома на молекулата на амоняка са заменени с въглеводороден радикал, тогава такива амини се наричат третични амини. Най-общо формулата на третичен амин може да бъде записана като:
В този случай радикалите R, R’, R’’ могат да бъдат напълно идентични или и трите могат да бъдат различни.
Общата молекулна формула на първичните, вторичните и третичните наситени амини е C n H 2 n +3 N.
Ароматните амини само с един ненаситен заместител имат общата формула C n H 2 n -5 N
Алдехиди и кетони
Алдехидиса производни на въглеводороди, в които два водородни атома са заменени с един кислороден атом при първичния въглероден атом, т.е. производни на въглеводороди, в структурата на които има алдехидна група –CH=O. Общата формула на алдехидите може да бъде записана като R-CH=O. Например:
Кетониса производни на въглеводороди, в които при вторичния въглероден атом два водородни атома са заменени с кислороден атом, т.е. съединения, чиято структура съдържа карбонилна група –C(O)-.
Общата формула на кетоните може да бъде записана като R-C(O)-R’. В този случай радикалите R, R’ могат да бъдат еднакви или различни.
Например:
| пропан Той | бутан Той |
Както можете да видите, алдехидите и кетоните са много сходни по структура, но все пак се разграничават като класове, защото имат значителни разлики в химичните свойства.
Общата молекулна формула на наситените кетони и алдехиди е една и съща и има формата C n H 2 n O
Карбоксилни киселини
Карбоксилни киселиниса производни на въглеводороди, които съдържат карбоксилна група –COOH.
Ако една киселина има две карбоксилни групи, киселината се нарича дикарбоксилна киселина.
Наситените монокарбоксилни киселини (с една -СООН група) имат обща молекулна формула под формата C n H 2 n O 2
Ароматните монокарбоксилни киселини имат обща формула C n H 2 n -8 O 2
Етери
Етери –органични съединения, в които два въглеводородни радикала са индиректно свързани чрез кислороден атом, т.е. имат формула под формата R-O-R’. В този случай радикалите R и R’ могат да бъдат еднакви или различни.
Например:
Общата формула на наситените етери е същата като тази на наситените едновалентни алкохоли, т.е. CnH2n+1OH или CnH2n+2O.
Естери
Естерите са клас съединения на базата на органични карбоксилни киселини, в които водородният атом в хидроксилната група е заменен с въглеводороден радикал R. Формулата на естерите като цяло може да бъде записана като:
Например:
Нитро съединения
Нитро съединения– производни на въглеводороди, в които един или повече водородни атоми са заместени с нитро група –NO 2.
Наситените нитро съединения с една нитро група имат общата молекулна формула C n H 2 n +1 NO 2
Аминокиселини
Съединения, които едновременно имат две функционални групи в структурата си - амино NH 2 и карбоксил - COOH. Например,
NH2-CH2-COOH
Натриевите аминокиселини с една карбоксилна и една аминогрупа са изомерни на съответните наситени нитросъединения, т.е. точно както те имат общата молекулна формула C n H 2 n +1 NO 2
В задачите на USE за класификация на органични вещества е важно да можете да напишете общи молекулни формули на хомоложни серии от различни видове съединения, като знаете структурните характеристики на въглеродния скелет и наличието на определени функционални групи. За да научите как да определяте общите молекулни формули на органични съединения от различни класове, материалът по тази тема ще бъде полезен.
Номенклатура на органичните съединения
Структурните особености и химичните свойства на съединенията са отразени в номенклатурата. Разгледани са основните видове номенклатура систематиченИ тривиален.
Систематичната номенклатура всъщност предписва алгоритми, според които определено име се съставя в строго съответствие със структурните характеристики на молекулата на органичното вещество или, грубо казано, неговата структурна формула.
Нека разгледаме правилата за съставяне на имената на органичните съединения според систематичната номенклатура.
При съставянето на имената на органичните вещества според систематичната номенклатура най-важното е да се определи правилно броят на въглеродните атоми в най-дългата въглеродна верига или да се преброи броят на въглеродните атоми в цикъла.
В зависимост от броя на въглеродните атоми в основната въглеродна верига, съединенията ще имат различен корен в името си:
|
Броят на С атомите в основната въглеродна верига |
Коренно име |
|
опора- |
|
|
задържан- |
|
|
шестнадесетичен |
|
|
хепт- |
|
|
дек(в)- |
Вторият важен компонент, който се взема предвид при съставянето на имената, е наличието/отсъствието на множество връзки или функционална група, които са изброени в таблицата по-горе.
Нека се опитаме да дадем име на вещество, което има структурна формула:
1. Основната (и единствена) въглеродна верига на тази молекула съдържа 4 въглеродни атома, така че името ще съдържа корена но-;
2. Във въглеродния скелет няма множествени връзки, следователно суфиксът, който трябва да се използва след корена на думата, ще бъде -an, както при съответните наситени ациклични въглеводороди (алкани);
3. След корена и наставката от ал. 2 се добавя наличието на функционална група –ОН, при условие че няма висши функционални групи. друг суфикс – „ол”;
4. В молекули, съдържащи множество връзки или функционални групи, номерирането на въглеродните атоми на главната верига започва от страната на молекулата, до която са най-близо.
Нека да разгледаме друг пример:
Наличието на четири въглеродни атома в основната въглеродна верига ни казва, че основата на името е коренът „но-“, а липсата на множествени връзки показва наставката „-an“, която ще последва непосредствено след корена. Старшата група в това съединение е карбоксилната, която определя дали това вещество принадлежи към класа на карбоксилните киселини. Следователно окончанието на името ще бъде „-ic acid“. При втория въглероден атом има амино група NH 2—, следователно това вещество принадлежи към аминокиселините. Също при третия въглероден атом виждаме въглеводородния радикал метил ( CH 3—). Следователно, според систематичната номенклатура, това съединение се нарича 2-амино-3-метилбутанова киселина.
Тривиалната номенклатура, за разлика от систематичната номенклатура, като правило няма връзка със структурата на веществото, но се определя в по-голямата си част от неговия произход, както и от химични или физични свойства.
| Формула | Наименование според систематичната номенклатура | Тривиално име |
| Въглеводороди | ||
| CH 4 | метан | блатен газ |
| СН2 =СН2 | етен | етилен |
| СН2 =СН-СН3 | пропен | пропилей |
| CH≡CH | етин | ацетилен |
| CH 2 =CH-CH= CH 2 | бутадиен-1,3 | дивинил |
| 2-метилбутадиен-1,3 | изопрен | |
| метилбензен | толуен | |
| 1,2-диметилбензен | орто-ксилен (О-ксилен) |
|
| 1,3-диметилбензен | мета-ксилен (м-ксилен) |
|
| 1,4-диметилбензен | двойка-ксилен (П-ксилен) |
|
| винилбензен | стирен | |
| алкохоли | ||
| CH3OH | метанол | метилов алкохол, дървесен спирт |
| CH3CH2OH | етанол | етанол |
| СН2=СН-СН2-ОН | пропен-2-ол-1 | алилов алкохол |
| етандиол-1,2 | етиленов гликол | |
| пропантриол-1,2,3 | глицерол | |
| фенол (хидроксибензен) |
карболова киселина | |
| 1-хидрокси-2-метилбензен | орто-крезол (О-крезол) |
|
| 1-хидрокси-3-метилбензен | мета-крезол (м-крезол) |
|
| 1-хидрокси-4-метилбензен | двойка-крезол (П-крезол) |
|
| фенилметанол | бензилов алкохол | |
| Алдехиди и кетони | ||
| метанал | формалдехид | |
| етанал | ацеталдехид, ацеталдехид | |
| пропенал | акрилов алдехид, акролеин | |
| бензалдехид | бензоалдехид | |
| пропанон | ацетон | |
| Карбоксилни киселини | ||
| (HCOOH) | метанова киселина | мравчена киселина (соли и естери - формиати) |
| (CH3COOH) | етанова киселина | оцетна киселина (соли и естери - ацетати) |
| (CH3CH2COOH) | пропанова киселина | пропионова киселина (соли и естери - пропионати) |
| C15H31COOH | хексадеканова киселина | палмитинова киселина (соли и естери - палмити) |
| C17H35COOH | октадеканова киселина | стеаринова киселина (соли и естери - стеарати) |
| пропенова киселина | акрилова киселина (соли и естери - акрилати) |
|
| HOOC-COOH | етандиова киселина | оксалова киселина (соли и естери - оксалати) |
| 1,4-бензендикарбоксилна киселина | терефталова киселина | |
| Естери | ||
| HCOOCH 3 | метил метаноат | метил формиат метилов естер на мравчена киселина |
| CH 3 COOCH 3 | метил етаноат | метил ацетат, метилов естер на оцетна киселина |
| CH 3 COOC 2 H 5 | етил етаноат | етилацетат, етилацетат |
| CH 2 =CH-COOCH 3 | метил пропеноат | метил акрилат, метилов естер на акрилова киселина |
| Азотсъдържащи съединения | ||
| аминобензен, фениламин |
анилин | |
| NH2-CH2-COOH | аминоетанова киселина | глицин, аминооцетна киселина |
| 2-аминопропионова киселина | аланин | |
Всички органични съединения, в зависимост от естеството на въглеродния скелет, могат да бъдат разделени на ациклични и циклични.
Ацикличен (нецикличен, верижен)съединенията се наричат още мастни или алифатни. Тези имена се дължат на факта, че едни от първите добре проучени съединения от този тип са естествените мазнини. Сред ацикличните съединения се разграничават гранични, например:
и неограничено, например:
Сред цикличните съединения обикновено се разграничават карбо-цикличен, чиито молекули съдържат пръстени от въглеродни атоми, и хетероцикличен, чиито пръстени съдържат, освен въглерод, атоми на други елементи (кислород, сяра, азот и др.).
Карбоцикличните съединения се разделят на алициклични (наситени и ненаситени), подобни по свойства на алифатните, и ароматни, които съдържат бензенови пръстени.
Разгледаната класификация на органичните съединения може да бъде представена под формата на кратка диаграма
В допълнение към въглерода и водорода, много органични съединения съдържат и други елементи и под формата на функционални групи - групи от атоми, които определят химичните свойства на този клас съединения. Наличието на тези групи позволява да се разделят горните видове органични съединения на класове и да се улесни тяхното изучаване. Някои от най-характерните функционални групи и съответните им класове съединения са дадени в таблицата
|
Функционален |
Име групи |
Класове връзки |
|
|
— О |
Хидроксид карбонил |
алкохоли |
C2H5OH Етанол |
|
Алдехиди |
ацеталдехид |
||
| кетони |
|
||
|
карбоксил |
въглерод |
оцетна киселина |
|
| — НЕ 2 | Нитро група | Нитро съединения |
CH3NO2 Нитрометпн |
|
—NH 2 |
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) е първият, който разделя всички химични вещества според техния произход на три царства: минерални, растителни и животински вещества. Тази уникална класификация продължи почти хиляда години.
Въпреки това в началото на 19в. 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 химическото 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 от научната работа на органичните 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 фотографски филми, 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 - пластмаси; 2 - лекарства; 3 - детергенти; 4 - синтетични влакна и тъкани; 5 - бои, емайллакове и лепила; 6 - средства за контрол на 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 от периодичната таблица на Д. И. Менделеев въглеродът стана основата на всички живи същества? Много ще ви стане ясно, ако прочетете следните думи на Д. И. Менделеев, написани от него в учебника „Основи на химията“: „Въглеродът се среща в природата както в свободно, така и в свързващо състояние, в много различни форми и видове. ... Способността на въглеродните атоми да се комбинират един с друг и да образуват сложни частици се проявява във всички въглеродни съединения... В нито един от елементите... способността за усложняване не е развита в същата степен, както при въглерода... Няма двойка на елементи дава толкова много съединения, като въглерод и водород."
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 изградени по-сложно от неорганичните вещества и много от тях имат огромно молекулно тегло, например протеини, въглехидрати, нуклеинови киселини, т.е. вещества, чрез които протичат жизнените процеси.
Органичните съединения се образуват, като правило, чрез ковалентни връзки и следователно имат молекулна структура, поради което имат ниски точки на топене и кипене и са термично нестабилни.
Нови думи и понятия
- Витализъм.
- фотосинтеза.
- Органични съединения: естествени, изкуствени и синтетични.
- Органична химия.
- Свойства, характеризиращи органичните съединения.
Въпроси и задачи
- Използвайки знанията от курса си по биология, сравнете химичния състав на растителните и животинските клетки. Какви органични съединения съдържат? Как се различават органичните съединения на растителните и животинските клетки?
- Опишете въглеродния цикъл в природата.
- Обяснете защо се е появила доктрината на витализма и как се е провалила.
- Какви видове органични съединения (по произход) познавате? Дайте примери и посочете областите на тяхното приложение.
- Изчислете обема на кислорода (бр.) и масата на глюкозата, образувана в резултат на фотосинтезата от 880 тона въглероден диоксид.
- Изчислете обема въздух (n.a.), който ще бъде необходим за изгаряне на 480 kg CH4 метан, ако обемната част на кислорода във въздуха е 21%.