Классификация органических соединений

Урок 2. Тема: «Многообразие органических соединений, их
классификация. Органические вещества в живых организма».
Органическая химия, наука, изучающая соединения углерода с другими элементами
(органические соединения), а также законы их превращений. Название "органическая
химия" возникло на ранней стадии развития науки, когда предмет изучения ограничивался
соединениями углерода растительного и животного происхождения. Не все соединения
углерода классифицируются как органические. Например, СО2, HCN, CS2 традиционно
относят к неорганическим. Условно можно считать, что прототипом органических
соединений является метан СН4.
К настоящему времени число известных органических соединений превышает 50 млн. и
увеличивается каждый год на 250-300 тыс. Многообразие органических соединений
определяется уникальной способностью атомов углерода соединяться друг с другом
простыми и кратными связями, образовывать соединения с практически неограниченным
числом атомов, связанных в цепи, циклы, бициклы, трициклы, полициклы, каркасы и др.,
образовывать прочные связи почти со всеми элементами периодической системы, а также
явлением изомерии - существованием разных по свойствам веществ, обладающих одним и
тем же составом и молекулярной массой.
Многообразие и громадное число органических соединений определяет значение
органической химии как крупнейшего раздела современной химии. Окружающий нас мир
построен главным образом из органических соединений; пища, топливо. одежда,
лекарства, краски, моющие средства, взрывчатые вещества, материалы, без которых
невозможно создание транспорта, книгопечатания, проникновение в космос и прочее, все это состоит из органических соединений. Важнейшую роль органические соединения
играют в процессах жизнедеятельности. На стыке органической химия с неорганической
химией и биохимией возникли химия металлоорганических соединений и
биоорганическая химия соответственно, широко использующие методы и представления
органической химии. Отдельный раздел органической химии составляет химия
высокомолекулярных соединений: по величине молекул органические вещества делятся
на низкомолекулярные (с молекулярной массой от нескольких десятков до нескольких
сотен, редко до тысячи) и высокомолекулярные (макромолекулярные; с молекулярной
массой порядка 104-106 и более).
Основным методом органической химии является синтез. Развитие методов синтеза в
первую очередь способствовало установлению строения самых сложных соединений.
Идеальным завершением процесса определения структуры молекул органических
соединений является полный синтез (тотальный синтез), т.е. получение с помощью
совершенно однозначных химических методов соединения, структура которого была
предложена на основании изучения другими методами. Органический синтез - очень
тонкое искусство, и химику, приступающему к синтезу, необходимо совершенное
сочетание теоретических и практических знаний с интуитивным подбором средств,
наиболее подходящих для построения самых сложных молекул (см. также Органический
синтез).
Органическая химия изучает не только соединения, получаемые из растительных и
животных организмов (так называемые природные вещества), но в основном соединения,
созданные искусственно с помощью лабораторного или промышленного органического
синтеза. Более того, объектами изучения компьютерной органической химии являются
соединения, не только не существующие в живых организмах, но которые, по-видимому,
нельзя получить искусственно (например, гипотетический аналог метана, имеющий не
природное тетраэдрическое строение, а форму плоского квадрата, в центре которого
лежит атом С, а в вершинах - атомы Н).
Органический синтез связывает органическую химию с химической промышленностью,
как малотоннажной (тонкий органический синтез, производство лекарств, витаминов,
жидких кристаллов, ферментов, феромонов и др.), так и крупнотоннажной (основной
органический синтез, производство искусственного волокна, пластмасс, переработка
нефти и газа и др.).
Строение органических соединений устанавливают с помощью методов анализа
органических соединений, включающих помимо элементного анализа такие физические
методы, как ЯМР, масс-спектрометрия, ИК-спектроскопия, рентгеновский структурный
анализ, электронография и др.; развиваются также методы выделения, очистки и
разделения органических веществ, например различные виды хроматографии.
Классификация органических соединений
Основу органических соединений составляет незамкнутая (открытая) или замкнутая цепь
углеродных атомов; одно или несколько звеньев цепи может быть заменено на атомы,
отличные от углерода, - так называемые гетероатомы, чаще всего О, N, S. По структуре
органических соединений подразделяют на алифатические соединения - углеводороды и
их производные, имеющие открытую углеродную цепь; карбоциклические соединения с
замкнутой углеродной цепью (см. Алициклические соединения, Ароматические
соединения); гетероциклические соединения. Углеводороды и их производные, не
содержащие кратных связей, относятся к насыщенным соединениям, с кратными связями
- к ненасыщенным.
От каждого углеводорода путем замены атомов водорода на различные функциональные
группы может быть образован так называемый генетический ряд, например этан этилхлорид - этанол - ацетальдегид - уксусная кислота. В зависимости от типа
функциональной группы органические соединения разделяются на классы: углеводороды
RH (функциональная группа отсутствует), их галогензамещенные RHal, спирты ROH,
альдегиды RCHO, кетоны R2CO, карбоновые кислоты RCOOH, первичные, вторичные и
третичные амины RNH2, R2NH и R3N, нитросоединения RNO2; тиолы (меркаптаны) RSH,
сульфиды R2S и др. К функциональным группам относят также кратные углеродуглеродные связи. Группы органических соединений однотипной структуры с
одинаковыми функциональными группами, отличающимися друг от друга по количеству
групп СН2 в углеродной цепи, составляют гомологический ряд.
Соединения, в молекулах которых кроме атомов С и Н и атомов-органогенов (Hal, О, N, S)
содержатся атомы других элементов, образующих связи с углеродом, относятся к
элементоорганическим соединениям .
Домашнее задание
1. Написать и назвать изомеры соединения С8Н18
2. Выучить классификацию органических соединений, уметь называть
функциональные группы.