Klasifikace organických látek je základem studia organické chemie. Nádherný svět organické hmoty

V historii vývoje organické chemie se rozlišují dvě období: empirická (od poloviny 17. do konce 18. století), ve které experimentálně docházelo k poznání organických látek, způsobů jejich izolace a zpracování, a analytická. (konec 18. - polovina 19. století), spojené se vznikem metod zjišťování složení organických látek. Během analytického období bylo zjištěno, že všechny organické látky obsahují uhlík. Mezi dalšími prvky, které tvoří organické sloučeniny, byly objeveny vodík, dusík, síra, kyslík a fosfor.

Velký význam v dějinách organické chemie má strukturní období (2. polovina 19. - počátek 20. století), poznamenané zrodem vědecké teorie struktury organických sloučenin, jejímž zakladatelem byl A.M. Butlerov.

Základní principy teorie struktury organických sloučenin:

atomy v molekulách jsou navzájem spojeny v určitém pořadí chemickými vazbami v souladu s jejich mocenstvím. Uhlík ve všech organických sloučeninách je čtyřmocný;
vlastnosti látek závisí nejen na jejich kvalitativním a kvantitativním složení, ale také na pořadí spojení atomů;
atomy v molekule se vzájemně ovlivňují.

Pořadí spojení atomů v molekule je popsáno strukturním vzorcem, ve kterém jsou chemické vazby znázorněny pomlčkami.

Charakteristické vlastnosti organických látek

Existuje několik důležitých vlastností, které rozlišují organické sloučeniny do samostatné, jedinečné třídy chemických sloučenin:

Organické sloučeniny jsou obvykle plyny, kapaliny nebo pevné látky s nízkou teplotou tání, na rozdíl od anorganických sloučenin, které jsou většinou pevné látky s vysokým bodem tání.
Organické sloučeniny jsou většinou strukturovány kovalentně, zatímco anorganické sloučeniny jsou strukturovány iontově.
Odlišná topologie tvorby vazeb mezi atomy tvořícími organické sloučeniny (především atomy uhlíku) vede ke vzniku izomerů – sloučenin, které mají stejné složení a molekulovou hmotnost, ale mají odlišné fyzikálně-chemické vlastnosti. Tento jev se nazývá izomerie.
Fenoménem homologie je existence řad organických sloučenin, ve kterých se vzorec libovolných dvou sousedů řady (homologů) liší stejnou skupinou - homologickým rozdílem CH 2. Organické látky hoří.

Klasifikace organických látek

Klasifikace je založena na dvou důležitých vlastnostech – struktuře uhlíkového skeletu a přítomnosti funkčních skupin v molekule.

V molekulách organických látek se atomy uhlíku vzájemně spojují, tvoří t. zv. uhlíková kostra nebo řetěz. Řetězce mohou být otevřené a uzavřené (cyklické), otevřené řetězce mohou být nerozvětvené (normální) a rozvětvené:

Podle struktury uhlíkového skeletu se dělí na:

- alicyklické organické látky s otevřeným uhlíkovým řetězcem, rozvětveným i nerozvětveným. Například,

CH3-CH2-CH2-CH3 (butan)

CH 3-CH (CH 3) -CH 3 (isobutan)

- karbocyklické organické látky, ve kterých je uhlíkový řetězec uzavřen v cyklu (kruhu). Například,

- heterocyklické organické sloučeniny obsahující v cyklu nejen atomy uhlíku, ale i atomy dalších prvků, nejčastěji dusíku, kyslíku nebo síry:

Funkční skupina je atom nebo skupina neuhlovodíkových atomů, která určuje, zda sloučenina patří do konkrétní třídy. Znakem, kterým je organická látka zařazena do jedné nebo druhé třídy, je povaha funkční skupiny (tabulka 1).

Tabulka 1. Funkční skupiny a třídy.

Sloučeniny mohou obsahovat více než jednu funkční skupinu. Pokud jsou tyto skupiny stejné, pak se sloučeniny nazývají polyfunkční, například chloroform, glycerol. Sloučeniny obsahující různé funkční skupiny se nazývají heterofunkční a mohou být současně klasifikovány do několika tříd sloučenin, například kyselina mléčná může být považována za karboxylovou kyselinu i alkohol a colamin lze považovat za amin a alkohol.

S rozvojem chemické vědy a se vznikem velkého množství nových chemických sloučenin se stále více zvyšovala potřeba vývoje a přijetí pojmenovacího systému, který je srozumitelný vědcům na celém světě, tzn. . Níže uvádíme přehled hlavních nomenklatur organických sloučenin.

Triviální názvosloví

V počátcích vývoje organické chemie byly připisovány nové sloučeniny triviální jména, tzn. jména, která se vyvíjela historicky a jsou často spojována se způsobem jejich získávání, vzhledem a dokonce i chutí atp. Tato nomenklatura organických sloučenin se nazývá triviální. Níže uvedená tabulka ukazuje některé ze sloučenin, které si dodnes zachovaly své názvy.

Racionální názvosloví

S rozšířením seznamu organických sloučenin vyvstala potřeba spojit jejich názvy se základem racionálního názvosloví organických sloučenin je název nejjednodušší organické sloučeniny. Například:

Složitější organické sloučeniny však takto pojmenovat nelze. V tomto případě by měly být sloučeniny pojmenovány podle pravidel systematické nomenklatury IUPAC.

Systematická nomenklatura IUPAC

IUPAC - Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie.

V v tomto případě Při pojmenovávání sloučenin je třeba vzít v úvahu umístění atomů uhlíku v molekule a strukturních prvků. Nejčastěji se používá substituční názvosloví pro organické sloučeniny, tzn. je zvýrazněn základní základ molekuly, ve kterém jsou atomy vodíku nahrazeny libovolnými strukturními jednotkami nebo atomy.

Než začnete vytvářet názvy sloučenin, doporučujeme vám naučit se názvy číselné předpony, kořeny a přípony použitý v Nomenklatura IUPAC.

A také názvy funkčních skupin:

Číslice se používají k označení počtu vícenásobných vazeb a funkčních skupin:

Nasycené uhlovodíkové radikály:

Nenasycené uhlovodíkové radikály:

Aromatické uhlovodíkové radikály:

Pravidla pro konstrukci názvu organické sloučeniny podle nomenklatury IUPAC:

Vyberte hlavní řetězec molekuly

Identifikujte všechny přítomné funkční skupiny a jejich prioritu

Určete přítomnost vícenásobných vazeb

Očíslujte hlavní řetězec a číslování by mělo začínat koncem řetězce nejblíže nejvyšší skupině. Pokud existuje několik takových možností, řetězec je očíslován tak, že buď násobná vazba nebo jiný substituent přítomný v molekule obdrží minimální číslo.

Karbocyklický sloučeniny jsou číslovány od atomu uhlíku spojeného s nejvyšší charakteristickou skupinou. Pokud existují dva nebo více substituentů, snaží se očíslovat řetězec tak, aby substituenty měly minimální počet.

Vytvořte název pro připojení:

— Určete základ názvu sloučeniny tvořící kořen slova, který označuje nasycený uhlovodík se stejným počtem atomů jako hlavní řetězec.

— Za kmenem jména je přípona udávající stupeň nasycení a počet násobných vazeb. Například - tetraen, - dien. Pokud neexistuje více připojení, použijte příponu - sk.

- Potom se k příponě přidá i samotný název seniorní funkční skupina.

— Poté následuje seznam substituentů v abecedním pořadí s uvedením jejich umístění arabskými číslicemi. Například - 5-isobutyl, - 3-fluor. Pokud existuje několik stejných substituentů, je uveden jejich počet a poloha, například 2,5-dibrom-, 1,4,8-trimethyl-.

Upozorňujeme, že čísla jsou od slov oddělena pomlčkou a mezi sebou čárkami.

Jak příklad Pojmenujme následující spojení:

1. Vyberte si hlavní okruh, což nutně zahrnuje seniorská skupina– COUN.

Definování ostatních funkční skupiny: -OH, -Cl, -SH, -NH2.

Více připojeníŽádný.

2. Očíslujte hlavní okruh, počínaje starší skupinou.

3. Počet atomů v hlavním řetězci je 12. Základ jména

10-amino-6-hydroxy-7-chlor-9-sulfanyl-methylester kyseliny dodekanové.

10-amino-6-hydroxy-7-chlor-9-sulfanylmethyldodekanoát

Nomenklatura optických izomerů

V některých třídách sloučenin, jako jsou aldehydy, hydroxylové kyseliny a aminokyseliny, se používají k označení relativní polohy substituentů. D, L– nomenklatura. Dopis D označují konfiguraci pravotočivého izomeru, L- levák.

V jádru D,L- nomenklatury organických sloučenin jsou založeny na Fischerově projekci:

a-aminokyseliny a a-hydroxykyseliny izolovat „klíč kyslíkové kyseliny“, tzn. horní části jejich promítacích vzorců. Pokud je hydroxylová (amino) skupina umístěna vpravo, pak je D-izomer, vlevo L-izomer.

Například níže uvedená kyselina vinná má D— konfigurace podle klíče oxyacid:

k určení konfigurací izomerů cukry izolovat „glycerolový klíč“, tzn. porovnejte spodní části (spodní asymetrický atom uhlíku) projekčního vzorce cukru se spodní částí promítacího vzorce glyceraldehydu.

Označení cukerné konfigurace a směr otáčení jsou podobné jako u glyceraldehydu, tzn. D– konfigurace odpovídá umístění hydroxylové skupiny umístěné vpravo, L– konfigurace – vlevo.

Níže je například uvedena D-glukóza.

2) R-, S-nomenklatura (Kahn, Ingold a Prelogova nomenklatura)

V tomto případě jsou substituenty na asymetrickém atomu uhlíku uspořádány v pořadí seniority. Optické izomery mají označení R A S a racemát je R.S..

Popsat konfiguraci připojení podle R,S-názvosloví postupujte následovně:

Jsou určeny všechny substituenty na asymetrickém atomu uhlíku.
Určuje se seniorita substituentů, tzn. porovnat jejich atomové hmotnosti. Pravidla pro stanovení prioritní řady jsou stejná jako při použití E/Z nomenklatury geometrických izomerů.
Substituenty jsou orientovány v prostoru tak, že nejnižší substituent (obvykle vodík) je umístěn v rohu nejvzdálenějším od pozorovatele.
Konfigurace je určena umístěním zbývajících substituentů. Pokud se pohyb od seniora ke střednímu a poté k juniorskému zástupci (tj. v sestupném pořadí seniority) provádí ve směru hodinových ručiček, pak se jedná o konfiguraci R, proti směru hodinových ručiček je konfigurace S.

Níže uvedená tabulka ukazuje seznam zástupců, uspořádaný vzestupně podle seniority:

kategorie,

V minulosti vědci rozdělovali všechny látky v přírodě na podmíněně neživé a živé, včetně říše zvířat a rostlin mezi ty druhé. Látky první skupiny se nazývají minerální. A těm zařazeným do druhé se začalo říkat organické látky.

Co to znamená? Třída organických látek je nejrozsáhlejší ze všech chemických sloučenin známých moderním vědcům. Na otázku, jaké látky jsou organické, lze odpovědět takto – jde o chemické sloučeniny, které obsahují uhlík.

Upozorňujeme, že ne všechny sloučeniny obsahující uhlík jsou organické. Nejsou zahrnuty například korbidy a uhličitany, kyselina uhličitá a kyanidy a oxidy uhlíku.

Proč je tam tolik organických látek?

Odpověď na tuto otázku spočívá ve vlastnostech uhlíku. Tento prvek je zvláštní, protože je schopen tvořit řetězce svých atomů. A přitom je uhlíková vazba velmi stabilní.

V organických sloučeninách navíc vykazuje vysokou valenci (IV), tzn. schopnost vytvářet chemické vazby s jinými látkami. A to nejen jednoduché, ale i dvojité a dokonce trojité (jinak známé jako násobky). S rostoucí multiplicitou vazby se řetězec atomů zkracuje a stabilita vazby se zvyšuje.

Uhlík je také obdařen schopností vytvářet lineární, ploché a trojrozměrné struktury.

To je důvod, proč jsou organické látky v přírodě tak rozmanité. Můžete si to snadno ověřit sami: postavte se před zrcadlo a pozorně se podívejte na svůj odraz. Každý z nás je chodící učebnicí organické chemie. Přemýšlejte o tom: nejméně 30 % hmoty každé z vašich buněk jsou organické sloučeniny. Proteiny, které vybudovaly vaše tělo. Sacharidy, které slouží jako „palivo“ a zdroj energie. Tuky, které uchovávají energetické zásoby. Hormony, které řídí fungování orgánů a dokonce i vaše chování. Enzymy, které ve vás spouštějí chemické reakce. A dokonce i „zdrojový kód“, řetězce DNA, jsou všechny organické sloučeniny na bázi uhlíku.

Složení organických látek

Jak jsme řekli na samém začátku, hlavním stavebním materiálem pro organickou hmotu je uhlík. A prakticky jakýkoli prvek, když je kombinován s uhlíkem, může tvořit organické sloučeniny.

V přírodě organické látky nejčastěji obsahují vodík, kyslík, dusík, síru a fosfor.

Struktura organických látek

Rozmanitost organických látek na planetě a rozmanitost jejich struktury lze vysvětlit charakteristickými rysy atomů uhlíku.

Pamatujete si, že atomy uhlíku jsou schopny tvořit mezi sebou velmi silné vazby a spojovat se do řetězců. Výsledkem jsou stabilní molekuly. Způsob, jakým jsou atomy uhlíku spojeny do řetězce (uspořádaného cik-cak), je jedním z klíčových rysů jeho struktury. Uhlík lze kombinovat jak do otevřených řetězců, tak do uzavřených (cyklických) řetězců.

Je také důležité, že struktura chemických látek přímo ovlivňuje jejich chemické vlastnosti. Významnou roli hraje také způsob, jakým se atomy a skupiny atomů v molekule navzájem ovlivňují.

Vzhledem ke strukturním vlastnostem se počet uhlíkových sloučenin stejného typu pohybuje v desítkách a stovkách. Například můžeme uvažovat vodíkové sloučeniny uhlíku: metan, ethan, propan, butan atd.

Například metan - CH4. Za normálních podmínek je taková sloučenina vodíku s uhlíkem v plynném stavu agregace. Když se v kompozici objeví kyslík, vytvoří se kapalina - metylalkohol CH 3 OH.

Různé vlastnosti vykazují nejen látky s různým kvalitativním složením (jako v příkladu výše), ale jsou toho schopny i látky stejného kvalitativního složení. Příkladem je rozdílná schopnost methanu CH 4 a ethylenu C 2 H 4 reagovat s bromem a chlorem. Metan je schopen takových reakcí pouze při zahřátí nebo vystavení ultrafialovému světlu. A etylen reaguje i bez osvětlení nebo zahřívání.

Zvažme tuto možnost: kvalitativní složení chemických sloučenin je stejné, ale kvantitativní složení je odlišné. Potom jsou chemické vlastnosti sloučenin odlišné. Stejně jako je tomu u acetylenu C2H2 a benzenu C6H6.

V neposlední řadě hrají v této rozmanitosti vlastnosti organických látek „vázaných“ na jejich strukturu, jako je izomerie a homologie.

Představte si, že máte dvě zdánlivě identické látky – stejné složení a stejný molekulární vzorec, který je popisuje. Struktura těchto látek je ale zásadně odlišná, z čehož vyplývá rozdíl v chemických a fyzikálních vlastnostech. Například molekulární vzorec C 4 H 10 lze napsat pro dvě různé látky: butan a isobutan.

Jde o to izomery– sloučeniny, které mají stejné složení a molekulovou hmotnost. Ale atomy v jejich molekulách jsou uspořádány v různém pořadí (rozvětvená a nerozvětvená struktura).

Ohledně homologie- to je charakteristika uhlíkového řetězce, ve kterém lze každý následující člen získat přidáním jedné skupiny CH2 k předchozí skupině. Každá homologická řada může být vyjádřena jedním obecným vzorcem. A se znalostí vzorce je snadné určit složení kteréhokoli z členů řady. Například homology methanu jsou popsány vzorcem CnH2n+2.

S rostoucím „homologním rozdílem“ CH 2 se vazba mezi atomy látky posiluje. Vezměme si homologní řadu metanu: jejími prvními čtyřmi členy jsou plyny (metan, etan, propan, butan), dalších šest jsou kapaliny (pentan, hexan, heptan, oktan, nonan, děkan) a pak následují látky v pevné látce. stav agregace (pentadekan, eikosan atd.). A čím pevnější je vazba mezi atomy uhlíku, tím vyšší je molekulová hmotnost, body varu a tání látek.

Jaké třídy organických látek existují?

Mezi organické látky biologického původu patří:

proteiny;
sacharidy;
nukleové kyseliny;
lipidy.

První tři body lze také nazvat biologickými polymery.

Podrobnější klasifikace organických chemikálií zahrnuje látky nejen biologického původu.

Mezi uhlovodíky patří:

acyklické sloučeniny:
- nasycené uhlovodíky (alkany);
- nenasycené uhlovodíky:
  - alkeny;
  - alkyny;
  - alkadieny.
cyklická spojení:
- karbocyklické sloučeniny:
  - alicyklický;
  - aromatický.
- heterocyklické sloučeniny.

Existují také další třídy organických sloučenin, ve kterých se uhlík kombinuje s jinými látkami než vodík:

alkoholy a fenoly;
aldehydy a ketony;
karboxylové kyseliny;
estery;
lipidy;
sacharidy:
- monosacharidy;
- oligosacharidy;
- polysacharidy.
- mukopolysacharidy.
aminy;
aminokyseliny;
proteiny;
nukleové kyseliny.

Vzorce organických látek podle tříd

Příklady organických látek

Jak si pamatujete, v lidském těle jsou základem různé druhy organických látek. Jsou to naše tkáně a tekutiny, hormony a pigmenty, enzymy a ATP a mnoho dalšího.

V tělech lidí a zvířat mají přednost bílkoviny a tuky (polovina sušiny živočišné buňky jsou bílkoviny). V rostlinách (přibližně 80% sušiny buňky) - sacharidy, především komplexní - polysacharidy. Včetně celulózy (bez které by nebyl papír), škrobu.

Promluvme si o některých z nich podrobněji.

Například o sacharidy. Pokud by bylo možné vzít a změřit hmotnosti všech organických látek na planetě, byly by to sacharidy, které by tuto soutěž vyhrály.

Slouží jako zdroj energie v těle, jsou stavebními materiály pro buňky a také ukládají látky. Rostliny k tomu využívají škrob, zvířata glykogen.

Sacharidy jsou navíc velmi rozmanité. Například jednoduché sacharidy. Nejběžnějšími monosacharidy v přírodě jsou pentózy (včetně deoxyribózy, která je součástí DNA) a hexózy (vám dobře známá glukóza).

Podobně jako cihly se na velkém přírodním staveništi polysacharidy staví z tisíců a tisíců monosacharidů. Bez nich, přesněji bez celulózy a škrobu, by nebyly žádné rostliny. A zvířata bez glykogenu, laktózy a chitinu by to měla těžké.

Podívejme se pozorně na veverky. Příroda je největším mistrem mozaik a hlavolamů: z pouhých 20 aminokyselin se v lidském těle tvoří 5 milionů druhů bílkovin. Proteiny mají také mnoho životně důležitých funkcí. Například stavba, regulace procesů v těle, srážení krve (na to jsou samostatné bílkoviny), pohyb, transport některých látek v těle, jsou také zdrojem energie, ve formě enzymů působí jako katalyzátor reakcí, poskytují ochranu. Protilátky hrají důležitou roli při ochraně organismu před negativními vnějšími vlivy. A pokud dojde k poruše jemného vyladění těla, protilátky místo ničení vnějších nepřátel mohou působit jako agresoři vůči vlastním orgánům a tkáním těla.

Bílkoviny se také dělí na jednoduché (bílkoviny) a složené (proteiny). A mají vlastnosti, které jsou jim jedinečné: denaturace (destrukce, kterou jste si nejednou všimli při vaření vajíčka na tvrdo) a renaturaci (tato vlastnost našla široké uplatnění při výrobě antibiotik, potravinářských koncentrátů atd.).

Neignorujme lipidy(tuky). V našem těle slouží jako rezervní zdroj energie. Jako rozpouštědla napomáhají biochemickým reakcím. Podílet se na stavbě těla – například na tvorbě buněčných membrán.

A ještě pár slov o tak zajímavých organických sloučeninách jako je hormony. Účastní se biochemických reakcí a metabolismu. Hormony jsou tak malé, že muži dělají muže (testosteron) a ženy ženy (estrogen). Dělají nás šťastnými nebo smutnými (hormony štítné žlázy hrají důležitou roli při změnách nálad a endorfin dodává pocit štěstí). A dokonce určují, zda jsme „noční sovy“ nebo „skřivani“. O tom, zda jste ochotni se učit pozdě nebo raději vstávat brzy a dělat si úkoly před školou, nerozhoduje jen váš denní režim, ale také některé hormony nadledvin.

Závěr

Svět organické hmoty je opravdu úžasný. Stačí se jen trochu ponořit do jeho studia, aby se vám tajil dech z pocitu spřízněnosti s veškerým životem na Zemi. Dvě nohy, čtyři nebo kořeny místo nohou – všechny nás spojuje kouzlo chemické laboratoře matky přírody. Způsobuje, že se atomy uhlíku spojují do řetězců, reagují a vytvářejí tisíce různých chemických sloučenin.

Nyní máte rychlého průvodce organickou chemií. Samozřejmě zde nejsou uvedeny všechny možné informace. Možná si budete muset některé body ujasnit sami. Vždy však můžete použít trasu, kterou jsme nastínili, pro svůj vlastní nezávislý výzkum.

Definici organických látek v článku, klasifikaci a obecné vzorce organických sloučenin a obecné informace o nich můžete také využít k přípravě na hodiny chemie ve škole.

Napište nám do komentářů, kterou sekci chemie (organickou nebo anorganickou) máte nejraději a proč. Nezapomeňte článek „sdílet“ na sociálních sítích, aby z něj měli užitek i vaši spolužáci.

Pokud v článku najdete nějaké nepřesnosti nebo chyby, dejte mi prosím vědět. Všichni jsme lidé a všichni občas děláme chyby.

blog.site, při kopírování celého materiálu nebo jeho části je vyžadován odkaz na původní zdroj.

Organická hmota - Jsou to sloučeniny, které obsahují atom uhlíku. Již v raných fázích vývoje chemie byly všechny látky rozděleny do dvou skupin: minerální a organické. V té době se věřilo, že k syntéze organické hmoty je nutné mít bezprecedentní „životní sílu“, která je vlastní pouze živým biologickým systémům. Proto je nemožné syntetizovat organické látky z minerálních. A teprve počátkem 19. století F. Weller vyvrátil dosavadní názor a z kyanátu amonného syntetizoval močovinu, tedy organickou látku získal z minerální. Poté řada vědců syntetizovala chloroform, anilin, kyselinu octovou a mnoho dalších chemických sloučenin.

Organické látky jsou základem existence živé hmoty a jsou také hlavními potravinovými produkty pro lidi a zvířata. Většina organických sloučenin je surovinou pro různá průmyslová odvětví – potravinářský, chemický, lehký, farmaceutický atd.

Dnes je známo více než 30 milionů různých organických sloučenin. Organické látky proto představují nejrozsáhlejší třídu Rozmanitost organických sloučenin je spojena s jedinečnými vlastnostmi a strukturou uhlíku. Sousední atomy uhlíku jsou navzájem spojeny jednoduchými nebo vícenásobnými (dvojnými, trojnými) vazbami.

Vyznačují se přítomností kovalentních vazeb C-C, jakož i polárních kovalentních vazeb C-N, C-O, C-Hal, C-kov atd. Reakce zahrnující organické látky mají některé rysy ve srovnání s reakcemi minerálními. Reakce anorganických sloučenin obvykle zahrnují ionty. Často takové reakce probíhají velmi rychle, někdy okamžitě při optimální teplotě. Reakce s obvykle zahrnují molekuly. Je třeba říci, že v tomto případě se některé kovalentní vazby přeruší, zatímco jiné se vytvoří. Tyto reakce probíhají zpravidla mnohem pomaleji a pro jejich urychlení je nutné zvýšit teplotu nebo použít katalyzátor (kyselinu nebo zásadu).

Jak vznikají organické látky v přírodě? Většina organických sloučenin v přírodě je syntetizována z oxidu uhličitého a vody v chlorofylech zelených rostlin.

Třídy organických látek.

Na základě teorie O. Butlerova. Systematická klasifikace je základem vědecké nomenklatury, která umožňuje pojmenovat organickou látku na základě existujícího strukturního vzorce. Klasifikace vychází ze dvou hlavních znaků – struktury uhlíkového skeletu, počtu a umístění funkčních skupin v molekule.

Uhlíkový skelet je součástí molekuly organické látky, která je různými způsoby stabilní. Podle své struktury jsou všechny organické látky rozděleny do skupin.

Acyklické sloučeniny zahrnují látky s přímým nebo rozvětveným uhlíkovým řetězcem. Karbocyklické sloučeniny zahrnují látky s cykly, dělí se na dvě podskupiny - alicyklické a aromatické. Heterocyklické sloučeniny jsou látky, jejichž molekuly jsou založeny na cyklech, tvořených atomy uhlíku a atomy dalších chemických prvků (kyslík, dusík, síra), heteroatomy.

Organické látky se také klasifikují podle přítomnosti funkčních skupin, které jsou součástí molekul. Například třídy uhlovodíků (s výjimkou, že v jejich molekulách nejsou žádné funkční skupiny), fenoly, alkoholy, ketony, aldehydy, aminy, estery, karboxylové kyseliny atd. Je třeba připomenout, že každá funkční skupina (COOH, OH, NH2, SH, NH, NO) určuje fyzikálně-chemické vlastnosti dané sloučeniny.

Nejjednodušší klasifikace je tato. že všechny známé látky se dělí na anorganické a organické. Mezi organické látky patří uhlovodíky a jejich deriváty. Všechny ostatní látky jsou anorganické.

Anorganické látky podle složení se dělí na jednoduché a složité.

Jednoduché látky sestávají z atomů jednoho chemického prvku a dělí se na kovy, nekovy a vzácné plyny. Složité látky se skládají z atomů různých prvků navzájem chemicky vázaných.

Složité anorganické látky se podle složení a vlastností dělí do následujících nejdůležitějších tříd: oxidy, zásady, kyseliny, amfoterní hydroxidy, soli.

Oxidy- jedná se o složité látky skládající se ze dvou chemických prvků, z nichž jedním je kyslík s oxidačním stavem (-2). Obecný vzorec oxidů je: E m O n, kde m je počet atomů prvku E a n je počet atomů kyslíku. Oxidy se zase dělí na solnotvorné a nesolnotvorné. Solnotvorné sloučeniny se dělí na zásadité, amfoterní a kyselé, které odpovídají zásadám, amfoterním hydroxidům, respektive kyselinám.
Zásadité oxidy jsou oxidy kovů v oxidačních stavech +1 a +2. Patří sem:
- oxidy kovů hlavní podskupiny první skupiny ( alkalických kovů) Li-Fr
- oxidy kovů hlavní podskupiny druhé skupiny ( Mg a kovy alkalických zemin) Mg-Ra
- oxidy přechodných kovů v nižších oxidačních stavech
Kyselé oxidy- tvoří nekovy s CO. více než +2 a kovy s S.O. od +5 do +7 (S02, Se02, P205, As203, C02, Si02, Cr03 a Mn207). Výjimka: NO oxidy 2 a ClO 2 neexistují žádné odpovídající kyselé hydroxidy, ale jsou považovány za kyselé.
Amfoterní oxidy-tvořeno amfoterními kovy s S.O. +2, +3, +4 (BeO, Cr203, ZnO, Al203, Ge02, Sn02 a PbO).
Nesolnotvorné oxidy- oxidy nekovů s CO+1, +2 (CO, NO, N 2 O, SiO).
Důvody- jedná se o složité látky skládající se z atomů kovů a jedné nebo více hydroxylových skupin (-OH). Obecný vzorec bází je: M(OH) y, kde y je počet hydroxylových skupin rovný oxidačnímu stavu kovu M (obvykle +1 a +2). Zásady se dělí na rozpustné (zásady) a nerozpustné.
Kyseliny-(kyselé hydroxidy) jsou komplexní látky skládající se z atomů vodíku, které mohou být nahrazeny atomy kovů a kyselými zbytky. Obecný vzorec kyselin: H x Ac, kde Ac je kyselý zbytek (z anglického „kyselina“ - kyselina), x je počet atomů vodíku rovný náboji iontu kyselého zbytku.
Amfoterní hydroxidy- jedná se o komplexní látky, které vykazují jak vlastnosti kyselin, tak vlastnosti zásad. Proto mohou být vzorce amfoterních hydroxidů zapsány v kyselé i zásadité formě.
Soli- jedná se o komplexní látky skládající se z kovových kationtů a aniontů zbytků kyselin. Tato definice platí pro střední soli.
Střední soli- jedná se o produkty úplného nahrazení atomů vodíku v molekule kyseliny atomy kovu nebo úplného nahrazení hydroxoskupin v molekule báze kyselými zbytky.
Kyselé soli- atomy vodíku v kyselině jsou částečně nahrazeny atomy kovů. Získávají se neutralizací zásady přebytkem kyseliny. Abych správně pojmenoval kyselá sůl, k názvu normální soli je nutné přidat předponu hydro- nebo dihydro- v závislosti na počtu atomů vodíku obsažených v soli kyseliny. Například KHCO 3 je hydrogenuhličitan draselný, KH 2 PO 4 je dihydrogenorthofosforečnan draselný. . Je třeba mít na paměti, že kyselé soli mohou tvořit pouze dvě nebo více zásaditých kyselin.
Zásadité soli- hydroxoskupiny báze (OH −) jsou částečně nahrazeny kyselými zbytky. Jmenovat základní sůl, k názvu normální soli je nutné přidat předponu hydroxo- nebo dihydroxo- v závislosti na počtu OH skupin obsažených v soli Například (CuOH) 2 CO 3 je hydroxykarbonát měďnatý Musí je třeba mít na paměti, že bazické soli mohou tvořit pouze báze obsahující dvě nebo více hydroxoskupin.
Podvojné soli- obsahují dva různé kationty získávají se krystalizací ze směsného roztoku solí s různými kationty, ale stejnými anionty; Například KAl(S04)2, KNaS04.
Smíšené soli- obsahují dva různé anionty. Například Ca(OCl)Cl.
Hydrátové soli (krystalické hydráty) - obsahují molekuly krystalizační vody. Příklad: Na2S04 10H20.

Klasifikace organických látek

Nazývají se sloučeniny skládající se pouze z atomů vodíku a uhlíku uhlovodíky. Než začnete s touto částí, nezapomeňte, že pro zjednodušení záznamu chemici nepíší uhlíky a vodíky v řetězcích, ale nezapomeňte, že uhlík tvoří čtyři vazby, a pokud je na obrázku uhlík spojen dvěma vazbami, pak je spojen s vodíky o dva další, ačkoli druhý není specifikován:

V závislosti na struktuře uhlíkového řetězce se organické sloučeniny dělí na sloučeniny s otevřeným řetězcem - acyklický(alifatické) a cyklický- s uzavřeným řetězcem atomů.

Cyklický se dělí na dvě skupiny: karbocyklický připojení a heterocyklický.

Karbocyklické sloučeniny, naopak zahrnují dvě řady připojení: alicyklický A aromatický.

Aromatické sloučeniny Molekulární struktura je založena na plochých kruzích obsahujících uhlík se speciálním uzavřeným systémem π-elektronů. tvořící společný π-systém (jediný π-elektronový oblak).

Acyklické (alifatické) i cyklické uhlovodíky mohou obsahovat vícenásobné (dvojné nebo trojné) vazby. Takové uhlovodíky se nazývají neomezený(nenasycený), na rozdíl od omezit(nasycené), obsahující pouze jednoduché vazby.

Pi vazba (π vazba) je kovalentní vazba tvořená překrývajícími se p-atomovými orbitaly. Na rozdíl od sigma vazeb, které jsou vytvořeny překrýváním s-atomových orbitalů podél linie atomových vazeb, pí vazby jsou tvořeny překrýváním p-atomových orbitalů na obou stranách linie atomových vazeb.

V případě tvorby aromatického systému, například benzenu C6H6, je každý ze šesti atomů uhlíku ve stavu sp2 hybridizace a tvoří tři sigma vazby s vazebnými úhly 120°. Čtvrtý p-elektron každého atomu uhlíku je orientován kolmo k rovině benzenového kruhu. Obecně se objevuje jednoduchá vazba, která zasahuje do všech atomů uhlíku benzenového kruhu. Na obou stranách sigma vazebné roviny jsou vytvořeny dvě oblasti pí vazeb s vysokou elektronovou hustotou. S takovou vazbou se všechny atomy uhlíku v molekule benzenu stanou ekvivalentními, a proto je takový systém stabilnější než systém se třemi lokalizovanými dvojnými vazbami.

Nasycené alifatické uhlovodíky se nazývají alkany, mají obecný vzorec C n H 2n + 2, kde n je počet atomů uhlíku. Dnes se často používá jejich starý název - parafíny:

Nenasycené alifatické uhlovodíky s jednou trojnou vazbou se nazývají alkyny. Jejich obecný vzorec je CnH2n-2

Nasycené alicyklické uhlovodíky jsou cykloalkany, jejich obecný vzorec je C n H 2n:

Podívali jsme se na klasifikaci uhlovodíků. Pokud ale v těchto molekulách jedna resp větší číslo atomy vodíku jsou nahrazeny jinými atomy nebo skupinami atomů (halogeny, hydroxylové skupiny, aminoskupiny atd.), vznikají deriváty uhlovodíků: halogenderiváty, kyslík obsahující, dusíkaté a další organické sloučeniny.

Atomy nebo skupiny atomů, které určují nejcharakterističtější vlastnosti dané třídy látek, se nazývají funkční skupiny.

Uhlovodíky a jejich deriváty se stejnou funkční skupinou tvoří homologní řady.

Homologní řada je řada sloučenin patřících do stejné třídy (homologů), které se od sebe liší svým složením celočíselným počtem skupin -CH2- (homologní rozdíl), mají podobnou strukturu, a tedy i podobné chemické vlastnosti.

Podobnost chemických vlastností homologů značně zjednodušuje studium organických sloučenin.

Substituované uhlovodíky

Halogenované uhlovodíky lze považovat za produkty náhrady jednoho nebo více atomů vodíku atomy halogenu v uhlovodících. V souladu s tím mohou existovat nasycené a nenasycené mono-, li-, tri- (obecně poly-) halogenderiváty Obecný vzorec halogenderivátů nasycených uhlovodíků je R-G Organické látky obsahující kyslík zahrnují alkoholy, fenoly , aldehydy, ketony, karboxylové kyseliny, jednoduché a estery.
Alkoholy- deriváty uhlovodíků, ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku nahrazeno hydroxylovými skupinami Alkoholy se nazývají jednosytné, pokud mají jednu hydroxylovou skupinu, a nasycené, jsou-li deriváty alkanů Obecný vzorec nasycených jednosytných alkoholů je R-OH.
Fenoly- deriváty aromatických uhlovodíků (benzenové řady), ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku v benzenovém kruhu nahrazeno hydroxylovými skupinami.
Aldehydy a ketony- deriváty uhlovodíků obsahující karbonylovou skupinu atomů (karbonyl) V molekulách aldehydu je jedna karbonylová vazba spojena s atomem vodíku, druhá s uhlovodíkovým radikálem U ketonů je karbonylová skupina spojena se dvěma (obecně). různé) radikály.
ethery jsou organické látky obsahující dva uhlovodíkové radikály spojené atomem kyslíku: R=O-R nebo R-O-R 2. Radikály mohou být stejné nebo různé. Složení etherů vyjadřuje vzorec C n H 2n +2O.
Estery- sloučeniny vzniklé nahrazením atomu vodíku karboxylové skupiny v karboxylových kyselinách uhlovodíkovým radikálem.
Nitrosloučeniny- deriváty uhlovodíků, ve kterých je jeden nebo více atomů vodíku nahrazeno nitroskupinou -NO 2.
Aminy- sloučeniny, které jsou považovány za deriváty amoniaku, ve kterých jsou atomy vodíku nahrazeny uhlovodíkovými radikály V závislosti na povaze radikálu mohou být alifatické. V závislosti na počtu atomů vodíku nahrazených radikály se rozlišují primární, sekundární a terciární aminy. V konkrétním případě mohou mít sekundární a terciární aminy stejné radikály. Primární aminy lze také považovat za deriváty uhlovodíků (alkanů), ve kterých je jeden atom vodíku nahrazen aminoskupinou. Aminokyseliny obsahují dvě funkční skupiny spojené s uhlovodíkovým radikálem - aminoskupinu -NH 2 a karboxyl -COOH.

Jsou známy další důležité organické sloučeniny, které mají několik různých nebo identických funkčních skupin, dlouhé lineární řetězce spojené s benzenovými kruhy. V takových případech není možné striktně určit, zda látka patří do určité třídy. Tyto sloučeniny jsou často klasifikovány do specifických skupin látek: sacharidy, proteiny, nukleové kyseliny, antibiotika, alkaloidy atd. V současné době je známo také mnoho sloučenin, které lze klasifikovat jak organické, tak anorganické. Říká se jim organoprvkové sloučeniny. Některé z nich lze považovat za deriváty uhlovodíků.

Nomenklatura

Pro pojmenování organických sloučenin se používají 2 nomenklatury: racionální a systematické (IUPAC) a triviální názvy.

Sestavování názvů podle nomenklatury IUPAC:

1) Název sloučeniny vychází z kořene slova, označujícího nasycený uhlovodík se stejným počtem atomů jako hlavní řetězec.

2) Ke kořenu se přidá přípona charakterizující stupeň nasycení:

An (konečné, bez vícenásobných připojení);

En (v přítomnosti dvojné vazby);

In (v přítomnosti trojné vazby).

Pokud existuje více násobných vazeb, pak přípona udává počet takových vazeb (-dien, -trien atd.) a za příponou musí být pozice násobné vazby uvedena v číslech, například:

CH3-CH2-CH=CH2CH3-CH=CH-CH3

buten-1 buten-2

CH2=CH-CH=CH2

Skupiny jako nitro-, halogeny, uhlovodíkové radikály, které nejsou zahrnuty v hlavním řetězci, jsou umístěny v předponě. Jsou uvedeny v abecedním pořadí. Poloha substituentu je označena číslem před předponou.

Pořadí pojmenování je následující:

1. Najděte nejdelší řetězec atomů C.

2. Očíslujte postupně atomy uhlíku hlavního řetězce, počínaje od konce nejblíže k větvi.

3. Název alkanu se skládá z názvů postranních radikálů uvedených v abecedním pořadí, označujících pozici v hlavním řetězci, a názvu hlavního řetězce.

Postup pro sestavení názvu

Chemický jazyk, který zahrnuje chemickou symboliku (včetně chemických vzorců) jako jednu ze svých nejspecifičtějších částí, je důležitým aktivním prostředkem k poznání chemie, a proto vyžaduje jasné a vědomé použití.

Chemické vzorce- jedná se o konvenční obrazy složení a struktury chemicky jednotlivých látek pomocí chemických symbolů, indexů a dalších znaků. Při studiu složení, chemické, elektronové a prostorové struktury látek, jejich fyzikálních a chemických vlastností, izomerie a dalších jevů se používají chemické vzorce různých typů.

Při studiu látek molekulární struktury se využívá zejména mnoho typů vzorců (jednoduché, molekulární, strukturní, projekční, konformační atd.) - většina organických látek a relativně malá část látek anorganických za normálních podmínek. Podstatně méně typů vzorců (nejjednodušších) se používá při studiu nemolekulárních sloučenin, jejichž strukturu lépe odrážejí kuličkové modely a schémata krystalových struktur nebo jejich jednotkových buněk.