Какой элемент есть во всех органических веществах: Какой химический элемент входит в состав всех органических веществ?

Содержание

Какой химический элемент входит в состав всех органических веществ?

В состав всех органических элементов всегда входит углерод. Он является самым главным элементом, который есть база органического вещества.

Когда класс органических веществ был только открыт в девятнадцатом веке, начал детально изучаться, то тогда было определено, что всегда во всех органических веществах углерод является главным элементом.

Дело в том, что ни одно вещество так не умеетстроить столько веществ, комплексных соединений, как углерод.

У этого элемента есть такая способность, как составлять между своими атомами цепочки.

Благодаря этим цепочкам, элемент с порядковым числом шесть может объединять между собой весьма многог атомов водорода, кислорода и так далее.

Попробую пояснить.

Если химические элементы, образуя соединения полностью задействуют свои валентности, не оставляя, что называется, свободных, то

углерод может, например, соединиться между собой двумя валентностями, а на все остальные присоединить по нескольким атомам водорода, кислорода, или аминогруппу, которую образует водород с азотом.

Эта группа Nh3.

Так вот, благодаря тому, что углерод может создавать видоизменённые атомные цепи, он и является всей базой органических веществ. Отсюда и полемиризация, как природная, в виде крахмала, целлюлозы и белков, так и искусственная, как полиэтилен или другие пластмассы.

Когда был определён класс органических веществ, их назвали «органическими» потому, что считалось, что они вырабатываются только организмами и их синтез невозможен.

Позже выяснилось, что эти вещества можно получать и искусственным путём, не только вырабатыванием организмами. Но определение «органическая химия» осталось, как исторически сложившееся.

Вскоре стали искусственным путём получать не только те вещества, которые получаются при синтезе животными организмами, но и искусственные, которых в природе нету.

Ну, например, в рироде нету таких веществ, как тротил (тринитротолуол(, пироксилина, тринитроцеллюлозы тоже не существует, это всё полученные синтезом вещества.

Вообще-то, самыми основными веществами органического вещества являются водород, углерод и кислород. Но начиная с аминокислот, уже присутствуют такие, как азот, сера, и даже фосфор.

Но ежели бы не было углерода, то эти вещества не смогли просто образовываться. Всё-таки, углерод это основа органики, основа жизни.

Так что, не зря химия, изучающая отдельно соединения углерода, называется «органической.

Одним из основателей органической химии был Александр Бутлеров.

Ответы | § 5. Предмет органической химии. Теория строения органических веществ — Химия, 10 класс

1. Атомы какого элемента входят в состав всех органических веществ?

В состав всех органических соединений входят атомы углерода.

2. В чём сущность теории «жизненной силы»? Назовите учёных, внёсших значительный вклад в развитие органической химии.

Сущность теории «жизненной силы» в утверждении, что органические соединения не могут быть получены в лаборатории, а только живыми организмами, потому что для их создания необходима «жизненная сила».

Ученые, внесшие вклад в развитие органической химии: Я. Берцелиус, Ф. Велер, А. Кольбе, М. Бертло, А. Кекуле, А. М. Бутлеров.

3. Как можно доказать наличие атомов углерода и водорода в составе молекул органических соединений?

При полном окислении любого органического соединения образуется углекислый газ и вода, следовательно, в его составе есть углерод и водород. Выделение углекислого газа можно доказать путем выпадения осадка при его пропускании через известковую воду, а вода вызывает смену белой окраски безводного сульфата меди на голубую его пентагидрата.

4. Сформулируйте важнейшие положения теории строения органических веществ. Справедлива ли эта теория для неорганических соединений?

Важнейшие положения теории строения органических соединений:

1) Атомы, входящие в состав органических соединений, связаны друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью.

2) Свойства веществ зависят не только от того, атомы каких элементов и в каком количестве входят в состав молекул, но и от последовательности соединения атомов в молекулах.

Данная теория справедлива для неорганических веществ, имеющих в составе ковалентные связи.

5. Перечислите основные принципы строения молекул органических соединений. Чему равна валентность атомов углерода в составе органических веществ?

Основные принципы строения молекул органических соединений:

1) Структурной основой молекулы является углеродный скелет, который состоит из атомов углерода, соединенных в определенной последовательности.

2) Каждый атом углерода в углеродном скелете четырехвалентен.

Валентности атомов углерода, не израсходованные на построение скелета, заполняются другими атомами, например, водорода.

6. Какой тип химической связи преобладает в молекулах органических соединений?

Ковалентный тип связи (полярные и неполярные) преобладает в молекулах органических соединений.

7. При пропускании газообразных продуктов полного окисления органического вещества массой 0,508 г через избыток известковой воды было получено 3,600 г осадка.

Вычислите массовую долю (%) углерода в органическом веществе.

Дано: m(вещества)=0.508 г\mathrm{m(вещества) = 0.508\,г}m(вещества)=0.508г

m(CaCO3)=3.600 г\mathrm{m(CaCO_3) = 3.600\, г}m(CaCO3​)=3.600г

Найти: ω(C)\mathrm{\omega(C)}ω(C)

Решение:

Ca(OH)2+CO2=CaCO3↓+ h3O\mathrm{Ca{(OH)_2} + CO_2 = {CaCO_3}{\downarrow} +\,H_2O}Ca(OH)2​+CO2​=CaCO3​↓+h3​O

n(CaCO3)=m(CaCO3)M(CaCO3)=3.60040+12+16⋅3=0.036 (моль)\mathrm{n(CaCO_3)={\dfrac{m(CaCO_3)}{M(CaCO_3)}}={\dfrac{3.600}{40+12+{16 \cdot 3}} = 0.036\,(моль)}}n(CaCO3​)=M(CaCO3​)m(CaCO3​)​=40+12+16⋅33.600​=0.036(моль)

n(C)=n(CO2)=n(CaCO3)= 0.036 (моль)\mathrm{n(C) = n(CO_2) = n(CaCO_3) =\,0.036\,(моль)}n(C)=n(CO2​)=n(CaCO3​)=0.036(моль)

m(C)=n(C)⋅M(C)=0.036⋅12= 0.432 (г)\mathrm{m(C) = {n(C)\cdot{M(C)}} = {0.036\cdot12} =\,0.432\,(г)}m(C)=n(C)⋅M(C)=0.036⋅12=0.432(г)

ω(C)=m(C)m(вещества)=0.4320.508= 0. 8504= 85.04%\mathrm{{\omega(C)} = {\dfrac{m(C)}{m(вещества)}} = {\dfrac{0.432}{0.508}} =\,0.8504 =\,85.04\%}ω(C)=m(вещества)m(C)​=0.5080.432​=0.8504=85.04%

Ответ: 85.04%\mathrm85.04\%85.04%.

Присоединяйтесь к Telegram-группе @superresheba_10, делитесь своими решениями и пользуйтесь материалами, которые присылают другие участники группы!

Органическая химия 2 | Взаимное влияние атомов в молекулах органических соединений

Продолжаем разбирать основы органической химии. В теории Бутлерова сказано, что одна из особенностей строения веществ — взаимное влияние атомов друг на друга. Химические связи определяют свойства соединений. Например, в зависимости от радикалов и полярности связей в бензольном кольце новые атомы замещаются в разных положениях. Теория взаимного влияния атомов в молекуле — достаточно сложная тема. В статье мы разберем ее основы. Если вы хотите понимать химию лучше, запишитесь на курсы подготовки к ЕГЭ, где каждый раздел изучается подробно.

 

Химические связи в органических веществах

Прежде чем изучать влияние атомов друг на друга, нужно разобраться в природе связей в молекулах органических соединений. Вещества в органике образованы неметаллами — углеродом, кислородом, водородом, азотом, серой. Элементы связаны между собой ковалентными полярными связями. Они образуются в результате появления общих электронных пар. Рассмотрим на примере неорганического вещества — HCl. Водород имеет всего один электрон. Он и участвует в образовании соединений. У хлора на внешнем уровне 7 валентных электронов. Происходит объединение, при котором образуется общая плотность с 8 электронами. Хлор — более электроотрицательный элемент, поэтому он оттягивает на себя электронную плотность. 

Это влияет на свойства органических соединений. Когда молекула HCl распадается (например, в водных растворах), хлор забирает себе электроны и становится анионом с зарядом —. Он будет взаимодействовать с электроположительными областями, то есть является нуклеофилом.

Водород лишается электрона, поэтому становится катионом с зарядом +. В реакциях он выступает в роли электрофила, взаимодействуя с электроотрицательными участками. Напомним, что при распаде молекул с неполярной связью образуются радикалы — нейтральные частицы. 

Смещение электронной плотности

Разберем влияние атомов в молекуле на примере хлорметана Ch4Cl. В нем присутствуют три типа связей: С-С, С-Н и С-Cl. Связь С-С неполярна, поэтому ее мы рассматривать не будем. В группе Ch4- углерод является более электроотрицательным элементом. Электронные плотности всех трех атомов водорода стянуты к нему. Они приобретают частично положительный заряд, а углерод — частично отрицательный. В связи C-Cl более электроотрицательным является хлор. Он забирает на себя электронную плотность со всей группы -Ch4. В химии это обозначают стрелками: Ch4→Cl. Метильный радикал передает электроны хлору, то есть является донором. Хлор, в свою очередь, выступает в роли акцептора. Если мы рассмотрим этан Ch4-Ch4, то не увидим такого явного донорно-акцепторного взаимодействия.

Небольшое смещение наблюдается только по направлению от Н к С. В органических молекулах донорами являются все углеводородные радикалы. Акцепторами — группы, содержащие кислород, азот, галогены.

Индуктивный эффект

Первый вариант взаимного влияния атомов в молекулах органических веществ — индуктивный эффект. Он характеризует смещение плотности по сигма-связям. Эффект возникает в полярных молекулах, распространяется в одном направлении и быстро затухает. Пример индуктивного влияния — рассмотренный нами хлорметан Ch4→Cl. Метильная группа — это электрофильный (донорный) участок, обладающий положительным индуктивным эффектом +I. Галоген выступает в роли нуклеофильного участка с отрицательным эффектом -I. Важный момент: в акцепторной области всегда есть элемент с высокой электроотрицательностью (O, N, Hal). 

Мезомерный эффект

Перед изучением мезомерного влияния атомов в молекулах органических веществ разберемся в таком понятии, как π-система. Как вам наверное известно, π-связь — часть кратной. Если в молекуле есть одна двойная или тройная связь, то она локализована, так как взаимодействует только с ядрами соседних атомов. Если же таких связей несколько и они разделены одним простым (сигма) переходом, то они делокализуются. Электронная плотность распределяется между всеми атомами, благодаря чему образуется сопряженная система. Простейшей π-системой является бутадиен-1,3. Кроме того, она реализуется в бензольном кольце. Сопряженные связи являются чем-то средним между одинарными и двойными. Они меняют свойства органических веществ. 

Мезомерный эффект — это взаимное влияние атомов в молекуле с π-связями. В случае отрицательного эффекта электронная плотность притягивается атомом, в случае положительного — отталкивается.

Определение свойств веществ

Разберем примеры взаимного влияния атомов в молекулах. Сравним кислотные свойства фенола, этанола и азотной кислоты. Все три соединения можно описать общей формулой Х-О-Н. При этом электронная плотность смещается к более отрицательному кислороду, что обеспечивает отщепление водорода и, соответственно, кислотные свойства: Х-О←Н. Осталось определить, насколько сильно это взаимодействие: 

  1. В азотной кислоте есть нитрогруппа -NO2, обладающая отрицательными мезомерным и индуктивным эффектами. Азот — электроотрицательный элемент, он стягивает на себя электронную плотность, поэтому водород становится еще более активным. Вещество является сильной кислотой.

  2. У этанола вместо Х стоит углеводородный радикал. Он обладает положительным индуктивным эффектом, из-за чего полярность связи О-Н снижается. У вещества очень слабые кислотные свойства.

  3. Особенность фенола — наличие бензольного кольца. У кислорода есть неподеленная электронная пара, которая вступает в сопряжение с π-системой. Благодаря этому электронная плотность стягивается в кольцо, водород становится более подвижным. Кислотные свойства фенола сильнее, чем у этанола, но слабее азотной кислоты. 

Итак, мы разобрались с взаимным влиянием атомов в молекуле, узнали о мезомерном и индуктивном эффектах. Эти термины не встречаются в ЕГЭ по химии, но они позволяют лучше понимать природу соединений и предсказывать их химические свойства. Разберитесь с теорией из статьи, а также уделите время практике, определяя эффекты у разных веществ. Это можно делать самостоятельно, а можно записаться на курсы и решать задачи под руководством преподавателя. В любом случае мы уверены — при должной подготовке вы сможете набрать высокие баллы на ЕГЭ. 

[Прелесть химии] Органическая химия

Все статьи из цикла «В чем прелесть предмета»
Другие статьи из цикла «В чем прелесть химии»:
Строительные блоки материи
Зачем учить физхимию?
Неорганическая химия
Полимеры
Синтез жизни
Чистый воздух
Химия и медицина: химическое оружие, аспирин и плесень

Почти каждый учебник химии встречает нас словами: «Химия – наука о веществах, их составе, строении и взаимодействиях между ними». Только-только познакомившись с химической наукой, ученик начинает изучать первые вещества, принадлежащие к неорганическому миру, – кислоты (серная кислота \(H_2SO_4\)), основания (гидроксид натрия \(NaOH\)), а также соли (сульфат калия \(K_2SO_4\)) – продукты взаимодействия последних. Пусть список кислот и оснований немал, они все же описывают лишь малую долю такого огромного мира атомов и молекул. Человеческий организм состоит из множества клеток, но что за молекулы образуют эти самые клетки? Генетическая информация ведь не что-то абстрактное, а реальная молекула. Но если так, то в каком виде она существует? А что за странные, замудренные названия молекул написаны на этикетке любимого йогурта? Ответить на эти и многие другие вопросы может один из самых больших и поистине многогранных разделов химии наших дней – органическая химия.

Главный органический элемент

В неорганической химии в каждом соединении мы могли наблюдать огромное разнообразие химических элементов со всех уголков таблицы Менделеева. В органической химии все немного иначе: органические вещества могут состоять из гораздо меньшего набора элементов, при этом, однако, разнообразие самих органических соединений нисколько не умаляется, а, напротив, остается безмерным.

Дальше ситуация становится куда более интересной. В каждом органическом соединении присутствует химический элемент, без которого органики и не было бы. Этот элемент – углерод, царь-батюшка всея органической химии. Вся органика – это химия соединений углерода, а все органические соединения – углеродные цепочки разных масштабов и форм. Именно благодаря способности углерода образовывать длинные и прочные цепочки на свете существует бесконечное множество органических молекул, которые образуют и полиэтиленовый пакет в магазине, и ферменты, помогающие переваривать вкусный обед.

Разнообразие мира органической химии

На этом достаточно формального представления, давайте познакомимся поближе с самой органической химией! В школе органика начинается с углеводородов (не путать с углеводами). Вспомним, что углеводороды – это простейшие соединения углерода и водорода. Углеводороды могут образовывать линейные (алифатические) и циклические структуры, а также могут формировать различные молекулярные каркасы.

В органических соединениях углерод может связываться только с четырьмя атомами, но для образования молекулы необязательно нужны все четыре атома – углерод вполне независим. Он способен образовывать двойные и даже тройные связи, если это позволяют атомы другого элемента. Это явление описывается понятием кратности связи – количества связей между двумя соседствующими атомами.

Слева – пропан (представитель алканов), посредине – пропен (представитель алкенов), справа – пропин (представитель алкинов)

Если мы начнем замещать атомы водорода в углеводородных цепочках на другие атомы, скажем, кислород, серу или азот, то мы выйдем за рамки углеводородов, тем самым увеличив разнообразие органических соединений в миллионы раз. Так на свет появляется новое понятие из мира органики – функциональная группа, то есть часть молекулы, отвечающая за её химические свойства.

Хорошим примером разнообразия в химии считаются аминокислоты. Все канонические аминокислоты имеют общий каркас: амино- и карбоксильную группы, разделенные одним атомом углерода. К этому же атому углерода присоединяется радикал, который характеризует каждую аминокислоту по-своему: радикал может позволить аминокислоте раствориться в воде или жирах, или же создать дополнительные связи с другими аминокислотами.

5 примеров аминокислот, имеющих разные свойства из-за своих боковых цепей. Синим цветом выделены аминогруппы, красным – карбоксильные группы

Огромные углеводородные цепочки, каркасы и функциональные группы – разве этого достаточно, чтобы создать то огромное разнообразие молекул, коим известна органика? В органической химии все куда сложнее, чем кажется на первый взгляд. В органической химии большую роль играет расположение связей относительно друг друга. Например, существует две молекулы с общей формулой \(C_2H_6O\), но по своей структуре они совершенно различны. Данное явление называется изомерией.

Следующий фактор, который вносит разнообразие в нашу систему – это та самая кратность связи. Самая обычная одинарная связь позволяет атомам на обоих концах вращаться вокруг своей оси в самых разных направлениях. Однако двойная связь не способна на такую мобильность, в результате чего заместители около неё прочно зафиксированы друг относительно друга. Из-за такого «скованного» вращения, структура молекулы также изменяется, давая начало новому явлению – геометрической изомерии.

Два соединения отличаются из-за изомерии двойной связи

Оптическая изомерия

Кажется, структурной и геометрической изомерии уже достаточно для известного разнообразия соединений в органической химии. Не тут-то было, встречайте, оптическая изомерия! Этот вид изомерии сложно заметить на первый взгляд, поэтому давайте рассмотрим следующие \(3\)D модели.

Если мы попытаемся наложить одну молекулу на другую, то обнаружим, что они неидентичны. Хорошая аналогия такому явлению – наши руки. Руки пусть и одинаковые, но никакое их вращение не приведёт к тому, что правая рука идеально наложится на левую. Оптическая изомерия возникает в случае присутствия около атома углерода четырех разных по природе и строению заместителей. Такой атом углерода называется хиральным, а изомеры, являющиеся зеркальными отображениями друг друга, называются энантиомерами. Энантиомеры обладают одинаковыми физическими свойствами, единственное отличное их свойство – направление вращения плоскости поляризованного света: в то время как один оптический изомер вращает плоскость поляризованного света по часовой стрелки, другой – против.

Вот мы и разобрали с вами основные причины огромного разнообразия органических соединений. Но, где есть разнообразие, там есть и специфичность…

Хоть энантиомеры и имеют одинаковые физические свойства, их химические свойства могут значительно отличаться. Оптическая изомерия биологических молекул (в том числе лекарств) очень специфична – в то время как один оптический изомер будет работать в качестве лекарственного препарата, другой – в качестве яда. Хорошим примером этому служит противовоспалительное лекарство (S)-Naproxen.

В то время как (S)-изомер Naproxen-а является лекарственным средством, (R)-изомер – опасный токсин, поражающий почки.

Биологическая специфичность оптических изомеров связана с пространственной специфичностью активных сайтов ферментов: только верная конфигурация молекулы будет эффективно связываться с ферментом, тогда как неверная конфигурация может прочно “связать” фермент и деактивировать его.

Как исследуют органические молекулы

Органическая химия невероятна по своему разнообразию: вкупе с множественными каркасами, разветвлениями, функциональными группами и изомерией, любая связь может сделать молекулу особенной. Однако весь этот бесчисленный спектр молекул не может взяться из ниоткуда. Пусть львиная доля органических соединений синтезируется живыми организмами, существует целый ряд веществ, создающихся человеческими руками в лабораториях. Отсюда рождается вопрос: каким образом учёные манипулируют молекулами и синтезируют из них желаемые вещества – лекарства, суперпрочные материалы и многое другое?

Давайте попробуем разобраться в этом на примере антималярийного лекарственного препарата хинина.

Слева – структура хинина, справа – кора хинного дерева. Источник изображения

Если бы мы стали первооткрывателями хинина, обладая всем технологическим потенциалом двадцать первого века, то первым же делом нам потребовалось бы получить чистую пробу интересующего нас вещества. В природе хинин встречается в составе коры хинного дерева, из которой путем сушки и промывки растворителями, а затем последующим разделением компонентов смеси можно получить чистое вещество в нужных для химического анализа количествах. Стоит заметить, что под анализом подразумеваются утонченные методы элементного анализа и расшифровка структуры вещества.

Одним из широко используемых методов химического анализа при изучении природных веществ является масс-спектрометрия. Из названия несложно догадаться, что главной целью этого метода есть установление массы интересующей нас молекулы. Масс-спектрометр ионизирует молекулы образца, “выбивая” из них электроны электронными лучами. Затем ионизированное вещество, называемое катион-радикалом, попадает в ускоритель, где под действием магнитного поля его траектория отклоняется от прямого полёта под определенным углом, который напрямую зависит от массы частицы. Таким образом, данное чудо инструментального анализа позволяет измерить точную массу катион-радикала в зависимости от точки столкновения с чувствительной стенкой детектора.

Структура этанола, схема устройства масс-спектрометра и масс-спектр этанола

Однако, установив молекулярную массу вещества, ученым необходимо нечто большее, чтобы понять структуру вещества – вспомните о различных изомерах, описанных в первой части. Для получения более детальной картины мира химики прибегают к другим видам анализа, а именно использованию электромагнитного излучения. Например, инфракрасным (ИК) излучением можно измерить частоту колебаний связей между атомами. Так как у каждой химической связи есть своя характерная длина и сила, то частота колебаний для каждой связи будет уникальной, что позволяет проверить наличие функциональных групп в неизвестной для нас структуре. Таким образом ИК-спектрометрия находит чрезвычайно важные фрагменты структурного пазла – функциональные группы.

Помимо этого, среди наиболее распространенных видов анализа стоит выделить ультрафиолетовую (УФ) и ядерно-магнитно-резонансную (ЯМР) спектрометрии. Первая основана на применение УФ–излучения и помогает оценить масштабы сопряженных систем из пи-связей, которые, например, отвечают за цвет органических пигментов. ЯМР, в свою очередь, использует радиоволны, способные взаимодействовать с магнитным моментом ядра каждого атома в магнитном поле спектрометра, давая информацию об относительном расположении атомов в каркасе молекулы. Так, используя и комбинируя разные методики анализа, ученые могут получить наиболее точные данные о строении вещества, включая такие характеристики, как оптическая и геометрическая изомерии.

Органический синтез

Что ж, у нас есть «чертёж» молекулы, теперь нужно разобраться, как её сконструировать из более простых и коммерчески доступных веществ, или, говоря научным языком, синтезировать интересующее нас вещество в лабораторных условиях. Синтез происходит в обычных колбах, где, используя различные химические реактивы, химики шаг за шагом модифицируют исходную молекулу, постепенно подбираясь к ключевым фрагментам целевого продукта. После же остаётся скрепить между собой все детали молекулярного конструктора и внести последние штрихи, дабы в конце получить целевой химический продукт, который ничем не будет отличаться от своего природного аналога.

Важно отметить, что химические реакции не всегда протекают по одной схеме, ведь каждое химическое превращение уникально. К тому же, всегда нужно учитывать особенности строения молекулы, над которой предстоит работать. Так, например, молекулы ацетальдегида в присутствии щелочи (\(NaOH\)) способны вступать в межмолекулярную альдольную реакцию, показанную ниже.

По аналогии с ацетальдегидами, молекулы гептандиаля, в структуре которых присутствуют две альдегидные группы, должны так же вступать в межмолекулярную реакцию друг с другом.

Однако не все так просто, ведь две необходимые альдегидные группы уже присутствуют на обоих концах молекулы, из-за чего протекает внутримолекулярная реакция, в ходе которой два конца молекулы реагируют друг с другом, образуя основной циклический продукт.

Несмотря на наличие одинаковых функциональных групп, молекулы способны реагировать по совершенно разным механизмам, отличных от шаблонных. Только понимая логику превращений, химики могут объяснить образование того или иного продукта. Поэтому органический синтез – это настоящее искусство во всей красе, а для его понимания нужно уметь строить гипотезы, пробовать синтез на практике и детально анализировать происхождение каждого полученного продукта.

Производство искусственных химических веществ завоевало большой интерес на политической арене прошлого века. В частности, американские ученые пытались разработать полный синтез хинина для широкомасштабного обеспечения своих войск медикаментами, так как союзные силы, сражавшиеся во Второй мировой войне, были отрезаны от единственного источника противомалярийного препарата из-за оккупации Юго-Восточной Азии Японской Империей. Благодаря деятельности выдающихся американских учёных Роберта Вудворда и Уильяма Дёринга, в \(1944\) году всё-таки получилось впервые провести полный синтез хинина из доступных реагентов.

Тут-то и начинается вся прелесть органического синтеза, в котором, основываясь на логических принципах взаимодействия валентных электронов между молекулами, химики способны понять механизм органических превращений и даже предугадать ход всей химической реакции.

Основополагающим механизмом органических реакций является взаимодействие нуклеофилов, молекул с большей электронной плотностью, которые так и норовят поделиться лишней парой электронов, с электрофилами, молекулами с низкой электронной плотностью, готовыми принять лишнюю пару электронов. +\) у атома азота в результате всей реакции образуется имин (продукт реакции), который в дальнейшем продолжит синтетическую цепочку превращений вплоть до заветного хинина.

Важно отметить, что на самом деле Р. Вудворд и У. Дёринг открыли путь к синтезу хинотоксина, токсичного изомера хинина, содержащегося в коре того же хинного дерева, положившись на ранее изученный опыт немецких учёных Пауля Рабе и Карла Киндлера, которые в \(1918\) году сумели химическим путем превратить хинотоксин в хинин. Вот так работа из прошлого вдохновила американских учёных собрать синтетический пазл именно в этом направлении!

Синтез хинина из хинотоксина

Несмотря на то, что синтез Р. Вудворда и Дёринга не получил продолжение в виде широкомасштабного производства из-за дороговизны процесса, само научное достижение стало основоположником новой эры органического синтеза, доказав, что человечество способно получить чуть ли не каждое природное вещество искусственным путем.

В последующие десятилетия химики-синтетики один за другим совершенствовали синтез хинина, предлагая стратегии синтеза из альтернативных исходных веществ. Например, синтез хинина из цикличного лактама, открытый Гилбертом Сторком:

Синтез Эрика Якобсена исходя из \(3\)-гидрокси-пропаналя:

Или же синтез группы Юичи Кобаяши, которая выбрала схожий метод синтеза предпоследнего вещества:

Синтез одного и того же вещества можно осуществить множеством разных путей, именно поэтому органический синтез – это сфера, требующая от исследователей креативности и нестандартного мышления, а сам органический синтез можно назвать своего рода искусством!

Заключение

Органическая химия – наука, которая окружает нас повсюду. Многие современные материалы – это синтетические органические полимеры, а лекарства в вашей домашней аптечке – биологически активные органические молекулы. Несмотря на ограниченность состава молекул углеродом, органические соединения разнообразны до бесконечности, а сам органический синтез подобен конструктору LEGO, из которого можно собрать самые разнообразные структуры с самыми различными свойствами, какими только душа пожелает. Но для того, чтобы уметь собрать сложный механизм из многотысячного конструктора, необходимо понимать логику органической химии: почему одни реакции протекают лучше других и как добиться образования стабильного продукта. Это и многое другое открывает врата в бесконечно интересный мир химии. Изучайте органику, она вас не обманет!

Фонд «Beyond Curriculum» публикует цикл материалов «В чем прелесть предмета» в партнерстве с проектом «Караван знаний» при поддержке компании «Шеврон». Караван знаний – инициатива по исследованию и обсуждению передовых образовательных практик с участием ведущих казахстанских и международных экспертов.

Редактор статьи: Дарина Мухамеджанова

Предмет органической химии. Основные положения теории строения органических веществ

I. Предмет органической химии


К на­ча­лу XXI века хи­ми­ки вы­де­ли­ли в чи­стом виде мил­ли­о­ны ве­ществ. При этом из­вест­но более 18 мил­ли­о­нов со­еди­не­ний уг­ле­ро­да и мень­ше мил­ли­о­на со­еди­не­ний всех осталь­ных эле­мен­тов.

Рост числа из­вест­ных ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний

Со­еди­не­ния уг­ле­ро­да в ос­нов­ном от­но­сят к ор­га­ни­че­ским со­еди­не­ни­ям.

Ве­ще­ства стали раз­де­лять на ор­га­ни­че­ские и неор­га­ни­че­ские с на­ча­ла XIX века. Ор­га­ни­че­ски­ми на­зы­ва­ли тогда ве­ще­ства, вы­де­лен­ные из жи­вот­ных и рас­те­ний, а неор­га­ни­че­ски­ми – до­бы­тые из ми­не­ра­лов. Имен­но через ор­га­ни­че­ский мир про­хо­дит ос­нов­ная часть кру­го­во­ро­та уг­ле­ро­да в при­ро­де.

Кру­го­во­рот уг­ле­ро­да в при­ро­де

Из со­еди­не­ний, со­дер­жа­щих уг­ле­род, к неор­га­ни­че­ским тра­ди­ци­он­но от­но­сят гра­фит, алмаз, ок­си­ды уг­ле­ро­да (CO и CO2), уголь­ную кис­ло­ту (h3CO3), кар­бо­на­ты (на­при­мер, кар­бо­нат на­трия – сода Na2CO3), кар­би­ды (кар­бид каль­ция CaC2), ци­а­ни­ды (ци­а­ни­стый калий KCN), ро­да­ни­ды (ро­да­ни­стый на­трий NaSCN).

Более точ­ное со­вре­мен­ное опре­де­ле­ние: ор­га­ни­че­ские со­еди­не­ния – это уг­ле­во­до­ро­ды и их про­из­вод­ные.

Про­стей­ший уг­ле­во­до­род – это метан. Атомы уг­ле­ро­да спо­соб­ны со­еди­нять­ся друг с дру­гом, об­ра­зуя цепи любой длины. Если в таких цепях уг­ле­род свя­зан еще и с во­до­ро­дом – со­еди­не­ния на­зы­ва­ют­ся уг­ле­во­до­ро­да­ми. Из­вест­ны де­сят­ки тысяч уг­ле­во­до­ро­дов.

Мо­де­ли мо­ле­кул ме­та­на СН4, этана С2Н6, пен­та­на С5Н12

Про­из­вод­ные уг­ле­во­до­ро­дов – это уг­ле­во­до­ро­ды, в ко­то­рых один или несколь­ко ато­мов во­до­ро­да за­ме­ще­ны ато­мом или груп­пой ато­мов дру­гих эле­мен­тов. На­при­мер, один из ато­мов во­до­ро­да в ме­тане можно за­ме­стить на хлор, или на груп­пу ОН, или на груп­пу Nh3.

Метан CH4, хлор­ме­тан CH3Cl, ме­ти­ло­вый спирт CH3OH, ме­тил­амин CH3NH2

В со­став ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, кроме ато­мов уг­ле­ро­да и во­до­ро­да, могут вхо­дить атомы кис­ло­ро­да, азота, серы, фос­фо­ра, реже га­ло­ге­нов.

Чтобы оце­нить зна­че­ние ор­га­ни­че­ских со­еди­не­ний, ко­то­рые нас окру­жа­ют, пред­ста­вим себе, что они вдруг ис­чез­ли. Нет де­ре­вян­ных пред­ме­тов, книг и тет­ра­дей, нет сумок для книг и ша­ри­ко­вых ручек. Ис­чез­ли пласт­мас­со­вые кор­пу­са ком­пью­те­ров, те­ле­ви­зо­ров и дру­гих бы­то­вых при­бо­ров, нет те­ле­фо­нов и каль­ку­ля­то­ров. Без бен­зи­на и ди­зель­но­го топ­ли­ва встал транс­порт, нет боль­шин­ства ле­карств и про­сто нече­го есть. Нет мо­ю­щих средств, одеж­ды, да и нас с вами…

Ор­га­ни­че­ских ве­ществ так много из-за осо­бен­но­стей об­ра­зо­ва­ния хи­ми­че­ских свя­зей ато­ма­ми уг­ле­ро­да. Эти неболь­шие атомы спо­соб­ны об­ра­зо­вы­вать проч­ные ко­ва­лент­ные связи друг с дру­гом и с неме­тал­ла­ми-ор­га­но­ге­на­ми.

В мо­ле­ку­ле этана С2Н6 друг с дру­гом свя­за­ны 2 атома уг­ле­ро­да, в мо­ле­ку­ле пен­та­на С5Н12 – 5 ато­мов, а в мо­ле­ку­ле всем из­вест­но­го по­ли­эти­ле­на сотни тысяч ато­мов уг­ле­ро­да.

Стро­е­ние, свой­ства и ре­ак­ции ор­га­ни­че­ских ве­ществ изу­ча­ет ор­га­ни­че­ская химия.

II. Предпосылки создания теории химического строения органических веществ


Органическая химия изучает соединения, основу которых составляют атомы углерода, связанные между собой и многими элементами периодической системы простыми и кратными связями, способные образовывать линейные и разветвленные цепи, циклы, полициклы и др.

Историческая справка

Впервые понятия об органических веществах и об органической химии ввёл шведский учёный Берцелиус. В своём учебнике химии Берцелиус (1827) высказывает убеждение, что «… в живой природе элементы повинуются иным законам, чем в безжизненной» и что органические вещества не могут образовываться под влиянием обычных физических и химических сил, но требуют для своего образования особой «жизненной силы». Органическую химию он и определил, как химию растительных и животных веществ. Последующее развитие органической химии доказало ошибочность этих взглядов.


В 1928 году Вёллер показал, что неорганическое вещество-циановокислый аммоний-при нагревании превращается в продукт жизнедеятельности животного организма-мочевину.

 В 1845 г. Кольбе синтезировал органическое вещество-уксусную кислоту, в качествеисходных веществ он использовал древесный уголь, серу, хлор и воду. За сравнительно короткий период были синтезированы и другие органические кислоты, которые раньше выделялись только из растений.

 В 1854 г. Бертло удалось синтезировать вещества, относящиеся к классу спиртов.

 В 1861 г. А.М.Бутлеров действуя известковой водой на параформальдегид впервые осуществил синтез метиленитана, которое относится к сахарам, которые играют важную роль в процессах жизнедеятельности организмов. 

Развитиие органической химии требовали разрешения вопроса, являются ли молекулы беспорядочным нагромождением атомов, удерживаемых силами притяжения, или же они представляют собой частицы с определённым строением, которое можно установить, исследуя свойства вещества. В органической химии к тому моменту накопились факты и обобщения, которые могли служить основойсдля решения вопроса о строении молекул.
Решающую роль сыграло открытие валентности элементов. Её открытие непосредственно подводило к мысли, что молекулы имеют определённое строение. Оставался открытым вопросяяяяяя. как определять строение молекулы. Этот вопрос не мог быть решён без подлинно научной теории органической химии, которая и была создана А.М.Бутлеровым в 1861 году. Он писал:»Исходя из мысли, что каждый химический атом, входящий в состав тела, принимает участие в образовании этого последнего и действует здесь определённым количеством принадлежащей ему химической силы, я называю химическим строением распределение действия данной сил, вследствие которого химические атомы, посредственно влияя друг на друга, соединяются в химическую частицу.»

Фильм: “Александр Бутлеров – великий русский химик”

Интерактив learningapps. org: “История развития органической химии (для ознакомления с основными этапами ХІХ ст)”

Вывод:

1. Органическая химия – изучает соединения углерода (кроме простейших — СО, СО2, угольной кислоты и её солей)

2. Органогены – химические элементы, входящие в состав органических соединений – С, H,N, O, P, S – основа жизни белков, жиров, углеводов, витаминов и др.

3. Органическая химия как наука зародилась к началу XIX века, когда были синтезированы первые органические вещества.

4. 1861 год А. М. Бутлеров создал теорию химического строения органических соединений

 

III. Видео-фильм: “А.М. Бутлеров и теория строения органических соединений”


 

Основные положения теории химического строения органических веществ


1. Атомы в молекулах соединены друг с другом в определённом порядке, согласно их валентностям (C(IV), O(II), S(II), N(III)),

2. Порядок соединения атомов – химическое строение.

3. Свойства веществ зависят не только от их качественного и количественного состава, но и от химического строения

4.Явление существования веществ с одинаковым качественным и количественным составом, но разным химическим строением, называется изомерией, а вещества изомерами.

5. Атомы и группы атомов в молекуле взаимно влияют друг на друга.

Значение теории – предсказание свойств по строению, возможность систематизации соединений, предсказание и синтез новых соединений.

6. Многообразие органических соединений объясняется:

 

IV. Тренажёры

ЦОРы

Водород



Водоро́д (калька с латинского: лат. Hydrogenium — hydro = «вода», gen = «порождающий»; hydrogenium — «порождающий воду»; обозначается символом H) — первый элемент периодической системы элементов. Широко распространён в природе. Катион (и ядро) самого распространённого изотопа водорода 1H — протон. Свойства ядра 1H позволяют широко использовать ЯМР-спектроскопию в анализе органических веществ.

Три изотопа водорода имеют собственные названия: 1H — протий (Н), 2H — дейтерий (D) и 3H — тритий (радиоактивен) (T).

Простое вещество водород — H2 — лёгкий бесцветный газ. В смеси с воздухом или кислородом горюч и взрывоопасен. Нетоксичен. Растворим в этаноле и ряде металлов: железе, никеле, палладии, платине.

История

Выделение горючего газа при взаимодействии кислот и металлов наблюдали в XVI и XVII веках на заре становления химии как науки. Прямо указывал на выделение его и Михаил Васильевич Ломоносов, но уже определённо сознавая, что это не флогистон. Английский физик и химик Генри Кавендиш в 1766 году исследовал этот газ и назвал его «горючим воздухом». При сжигании «горючий воздух» давал воду, но приверженность Кавендиша теории флогистона помешала ему сделать правильные выводы. Французский химик Антуан Лавуазье совместно с инженером Ж. Менье, используя специальные газометры, в 1783 г. осуществил синтез воды, а затем и её анализ, разложив водяной пар раскалённым железом. Таким образом он установил, что «горючий воздух» входит в состав воды и может быть из неё получен.

Происхождение названия

Лавуазье дал водороду название hydrogène (от др.-греч. ὕδωρ — вода и γεννάω — рождаю) — «рождающий воду». Русское наименование «водород» предложил химик М. Ф. Соловьев в 1824 году — по аналогии с «кислородом» М. В. Ломоносова .

Распространённость

Во Вселенной Водород — самый распространённый элемент во Вселенной. На его долю приходится около 92 % всех атомов (8 % составляют атомы гелия, доля всех остальных вместе взятых элементов — менее 0,1 %). Таким образом, водород — основная составная часть звёзд и межзвёздного газа. В условиях звёздных температур (например, температура поверхности Солнца ~ 6000 °C) водород существует в виде плазмы, в межзвёздном пространстве этот элемент существует в виде отдельных молекул, атомов и ионов и может образовывать молекулярные облака, значительно различающиеся по размерам, плотности и температуре. Земная кора и живые организмы Массовая доля водорода в земной коре составляет 1 % — это десятый по распространённости элемент. Однако его роль в природе определяется не массой, а числом атомов, доля которых среди остальных элементов составляет 17 % (второе место после кислорода, доля атомов которого равна ~ 52 %). Поэтому значение водорода в химических процессах, происходящих на Земле, почти так же велико, как и кислорода. В отличие от кислорода, существующего на Земле и в связанном, и в свободном состояниях, практически весь водород на Земле находится в виде соединений; лишь в очень незначительном количестве водород в виде простого вещества содержится в атмосфере (0,00005 % по объёму). Водород входит в состав практически всех органических веществ и присутствует во всех живых клетках. В живых клетках по числу атомов на водород приходится почти 50 %.

Получение

Промышленные способы получения простых веществ зависят от того, в каком виде соответствующий элемент находится в природе, то есть что может быть сырьём для его получения. Так, кислород, имеющийся в свободном состоянии, получают физическим способом — выделением из жидкого воздуха. Водород же практически весь находится в виде соединений, поэтому для его получения применяют химические методы. В частности, могут быть использованы реакции разложения. Одним из способов получения водорода служит реакция разложения воды электрическим током. Основной промышленный способ получения водорода — реакция с водой метана, который входит в состав природного газа. Она проводится при высокой температуре: СН4 + 2Н2O = CO2↑ + 4Н2 −165 кДж Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности, — разложение воды электротоком. Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой.


Источник: Википедия

Другие заметки по химии

Введение в органическую химию — Химия. 9 класс. Григорович

Химия. 9 класс. Григорович

В этом разделе вы узнаете. ..

  • об особенностях органической химии и органических соединений;
  • что из атомов Карбона и Гидрогена состоит множество веществ;
  • что углеводороды — незаменимые вещества для человечества;
  • что полимерами можно заменить почти любой материал;
  • все ли жирные на ощупь вещества являются жирами;
  • почему крахмал и вата несладкие и как их сделать сладкими;
  • из каких веществ состоят живые организмы;
  • что пища — это смесь органических полимеров.

Возникновение органической химии

Вы уже знаете, что химические вещества образуются атомами различных химических элементов. Среди всех химических элементов отдельное место занимает Карбон, поскольку он является основой множества природных и синтетических соединений. Карбон образует десятки миллионов веществ, изучением которых занимается органическая химия.

Органическая химия — это раздел химии, изучающий соединения Карбона, их свойства и методы получения.

Это определение не является абсолютно точным, поскольку существуют соединения Карбона (углекислый и угарный газы, карбонатная кислота, карбонаты и т. д.), которые по характеру свойств относят к неорганическим. Но это лишь доказывает, что принципиальной разницы между органическими и неорганическими веществами не существует, поскольку органические соединения могут превращаться в неорганические, и наоборот.

Фридрих Вёлер (1800-1882)

Известный немецкий химик. По желанию родителей закончил медицинский факультет Марбургского университета, хотя с детства увлекался химией. Получив звание доктора медицины, врачом не стал, но уговорил Берцелиуса взять его к себе лаборантом, после чего переквалифицировался на химика. В 28 лет стал профессором, работал во многих университетах Германии. Был автором нескольких учебников по химии, по которым учились следующие поколения. Но самым известным достижением Велера было получение мочевины из аммоний цианата NH4NCO — первый в истории искусственный синтез органического вещества, давший начало бурному развитию органической химии.

Органические вещества известны человечеству с давних времен — это масла, винный спирт, уксусная кислота, сахар, крахмал и другие. Но долгое время эти вещества могли получать только из живых организмов (растений и животных) или продуктов их жизнедеятельности и не могли искусственно их синтезировать. Это объясняли теорией витализма (от латин. vita — жизнь), согласно которой органические вещества могут образовываться только в живых организмах под воздействием некой «жизненной силы». Именно поэтому в 1807 году шведский химик Йенс Якоб Берцелиус предложил название «органические» для обозначения веществ, которые получают из живых организмов. Переворот в представлении об органических веществах произошел после известного опыта Фридриха Вёлера. В 1828 году Вёлер из неорганического соединения в обычной пробирке синтезировал мочевину, которую до сих пор получали лишь из мочи и потому считали исключительно органическим веществом:

И хотя мочевина была не таким уж и важным веществом, но опыт Вёлера доказал, что органические вещества могут образовываться и без «жизненной силы». Это было крахом теории витализма. После сообщения Вёлера многие химики начали проводить опыты по получению органических веществ. Началось бурное развитие нового направления — органической химии.

Рис. 22.1. Почтовая марка Немецкой почтовой компании в честь синтеза Фридриха Вёлера

История органической химии насчитывает много выдающихся имен, но среди всех химиков-органиков следует в первую очередь отметить двух — Фридриха Кекуле и Александра Бутлерова, чьи исследования были наиболее значимыми для понимания строения органических веществ и стали мощным инструментом для развития органической химии.

Понятие об органических веществах

Сегодня органическими называют как природные, так и синтетические соединения Карбона. Их известно уже более 20 миллионов. Органические вещества играют важную роль в природе, поскольку являются основой жизни на Земле. Это основная составляющая пищевых продуктов, их издавна применяют как сырье для изготовления тканей, они содержатся в составе различных видов топлива (рис. 22.2). Современные синтетические органические высокомолекулярные соединения используют в качестве конструкционных материалов, для изготовления волокна и т. п. Многие из них по своим свойствам превосходят природные аналоги. Органические соединения являются основными компонентами лекарств, моющих средств и др.

Рис. 22.2. Органические вещества: а — продукты питания; б — лекарственные препараты; в — строительные материалы; г — топливо и смазочные материалы

Почему именно Карбон является основой органических веществ? В отличие от других химических элементов, Карбон может образовывать огромное число соединений, что обусловлено двумя важными свойствами его атомов:

  • атомы Карбона могут образовывать между собой прочные химические связи и соединяться в достаточно длинные карбоновые цепи: неразветвленные, разветвленные и циклические;
  • атомы Карбона могут образовывать между собой и с атомами других элементов связи различной кратности — одинарные, двойные и тройные:

Фридрих Август Кекуле фон Штрадониц (1829-1896)

Выдающийся немецкий химик-органик. Изучал архитектуру, но после лекций Либиха заинтересовался химией. Работал в университетах Парижа, Гейдельберга, Гента, а в 36 лет стал профессором Боннского университета, где работал до конца жизни. Научная деятельность была посвящена теоретической и синтетической органической химии. Синтезировал и установил структурные формулы многих природных веществ. Первым высказал мнение, что валентности элементов являются целыми числами, классифицировал все элементы по валентности, заложил понятие о валентности как о фундаментальном свойстве атомов (теорию валентности). Эта теория была основой теории химического строения Бутлерова.

Органические вещества обладают некоторыми общими свойствами:

  • состоят из атомов Карбона, Гидрогена, часто содержат Нитроген, Оксиген, хотя могут содержать атомы и других элементов;
  • атомы Карбона в молекулах соединены в различные цепи;
  • между атомами в молекулах преимущественно неполярные или слабополярные ковалентные связи;
  • имеют преимущественно молекулярное строение, поэтому для них характерны низкие температуры плавления и кипения;
  • большинство из них не растворяются в воде, являются летучими жидкостями или легкоплавкими твердыми веществами, многие из них газообразны при нормальных условиях;
  • растворимые в воде органические соединения обычно являются неэлектролитами;
  • преимущественно являются горючими веществами;
  • при нагревании выше 300 °С обычно разлагаются.

Александр Михайлович Бутлеров (1828-1886)

Выдающийся химик, академик Петербургской академии наук. Сначала увлекался биологией, но под влиянием лекций Зинина заинтересовался химией. В 26 лет защитил докторскую диссертацию, а в 29 лет стал профессором Казанского университета. В 1868 году с подачи Менделеева был избран профессором Санкт-Петербургского университета. В 1861 году (в возрасте 33 лет!) сформулировал основные положения теории химического строения органических соединений. А. М. Бутлеров — основатель известной казанской («бутлеровской») школы химиков-органиков, среди которых В. В. Марковников, А. М. Зайцев, А. Е. Фаворский.

Классификация органических соединений

Для изучения органических веществ удобно классифицировать их по строению или свойствам, подобно тому как классифицируют неорганические вещества (схема 1, с. 5).

  • По содержанию химических элементов

Простейшие органические соединения содержат только два элемента — Карбон и Гидроген, их называют углеводородами (от двух слов — «углерод» и «водород»), часто органические соединения содержат атомы Оксигена или Нитрогена. Поскольку эти четыре элемента образуют почти все органические соединения, содержащиеся в живых организмах, их называют элементами-органогенами .

  • По наличию кратной связи между атомами Карбона

В молекулах некоторых органических соединений содержатся определенные группы атомов, являющиеся характерными для всех соединений этого класса. Их называют характеристичными (или функциональными) группами. У углеводородов такие группы отсутствуют, группа атомов -COOH обязательно содержится в молекулах органических кислот и является характеристической для карбоновых кислот.

По наличию характеристических групп различают следующие классы органических веществ:

  • углеводороды: характеристические группы отсутствуют;
  • спирты, в молекулах которых есть гидроксильная группа -OH;
  • карбоновые кислоты, в молекулах которых есть карбоксильная группа -COOH;
  • аминокислоты, в молекулах которых есть карбоксильная группа -COOH и аминогруппа -NH2.

Конечно, приведенные классификации не отражают всего разнообразия органических соединений, но именно эти вещества вы будете изучать в 9 классе, а с другими ознакомитесь при дальнейшем изучении химии.

Ключевая идея

Предметом изучения органической химии являются органические соединения, их превращения и методы получения. К органическим относятся вещества природного и синтетического происхождения, образованные атомами Карбона.

Контрольные вопросы

  • 249. Что изучает органическая химия?
  • 250. Какими были взгляды сторонников теории витализма на получение органических веществ?
  • 251. Что стало импульсом для развития органической химии? Почему?
  • 252. Какие вещества называют органическими? Приведите примеры органических веществ.
  • 253. Сформулируйте основные различия между органическими и неорганическими веществами.
  • 254. Какие химические элементы содержатся в органических соединениях?
  • 255. Какие особенности Карбона обусловливают существование большого количества органических соединений?
  • 256. По каким признакам классифицируют органические соединения?

Задания для усвоения материала

257. Самое простое органическое вещество — метан CH4. К каким группам органических соединений он относится?

258. Даны формулы трех углеводородов: CH3-CH3, CH2=CH2, CH≡CH. Предложите способ классификации этих веществ по различным признакам.

259. Как вы считаете, почему органическую химию выделяют в отдельный раздел?

260. Найдите в дополнительных источниках различные определения органической химии. Чем они отличаются от определения, приведенного в параграфе? Какое из них, по вашему мнению, наиболее точное?

ГДЗ к учебнику можно найти тут. 

Соединения с дополнительными элементами

Соединения с дополнительными элементами

Обсуждение органической химии до сих пор описывало только соединения углерода и водорода. Хотя все органические соединения содержат углерод и почти все — водород, большинство из них содержат и другие элементы. Наиболее распространенными другими элементами в органических соединениях являются кислород, азот, сера и галогены.

Галогены напоминают водород, потому что они должны образовывать одинарную ковалентную связь для достижения электронной стабильности.Следовательно, атом галогена может заменить любой атом водорода в углеводороде. На рис. 1 показано, как атомы фтора или брома замещают водород в метане.

Рисунок 1. Метан и две его производные.

Галогены могут заменить любой или все четыре атома водорода метана. Если галоген представляет собой фтор, ряд замещающих соединений равен

.

CH 4 CH 3 F CH 2 F 2 CHF 3 CF 4

Такие галогенированные соединения называются органическими галогенидами или алкилгалогенидами . Замещенными атомами могут быть фтор, хлор, бром, йод или любая комбинация этих элементов.

Ранее упомянутая молекула этилена плоская; , то есть все шесть атомов лежат в одной плоскости, потому что двойная связь жесткая. На рисунке 2 жесткая двойная связь предотвращает «закручивание» молекулы вокруг оси между атомами углерода.

Рисунок 2. Этилен.

Если в ходе реакции один или несколько атомов водорода замещаются другим атомом, например, атомом брома, полученное соединение может существовать в любой из двух различных структурных конфигураций.Конфигурация со смежными бромами называется цис (от латинского производного «на этой стороне»), тогда как конфигурация с противоположными бромами называется транс (что означает «на другой стороне»). Две конфигурации представляют собой разные вещества с уникальными химическими и физическими свойствами. Они описаны как геометрические изомеры . См. рис. 3.

Рисунок 3. Геометрические изомеры.

На рис. 4 перечислены некоторые распространенные классы органических соединений, содержащих кислород или азот.Основная углеродсодержащая часть соединения присоединяется к связи, идущей влево во второй колонке. В примерах используется этил C 2 H 5 — звено в качестве углеродной цепи, присоединенной к функциональной группе, но огромное количество органических соединений возникает из-за того, что практически любая углеродная цепь может быть присоединена к этому участку.

Рисунок 4. Общие функциональные группы.

Если вы сравните углерод-кислородную связь, вы заметите, что атомы кислорода могут быть связаны с углеродом либо одинарными, либо двойными связями.

И спирты, и карбоновые кислоты имеют один водород, связанный с кислородом в функциональной группе. В водном растворе такие атомы водорода могут отделяться, образуя слабокислые растворы.

Амины содержат азот, связанный с одной, двумя или тремя углеродными цепями. Эти соединения являются производными аммиака, отсюда и название класса, как показано на рисунке 5.

Рисунок 5. Аммиак.

Рассмотрим три возможных амина, образующихся при замене водорода метильной группой –CH 3 .См. рис. 6.

Рисунок 6. Метилпроизводные аммиака.

Конечно, более сложные углеродные группы могут быть присоединены к азоту любой из трех связей. Обратите внимание, что атом азота действительно является атомом ядра в амине, в отличие от функциональных групп в спиртах, альдегидах и карбоновых кислотах, в каждой из которых функциональная группа должна находиться на конце молекулы.

  • При окислении метилового спирта образуется вещество, имеющее состав CH 2 O.Нарисуйте структуру этой молекулы и классифицируйте ее на основе ее функциональной группы.

Какой из следующих элементов содержится во всех органических соединениях? а. фосфор б. азот в. кислород д. углерод

Химические свойства органических соединений

Органические соединения обладают химическими свойствами, которые определяют их поведение во время и после химических изменений. Изучите химические свойства трех функциональных групп, различающихся химическими свойствами: алканы, алкены и алкины.

Физические свойства органических соединений

Узнайте о физических свойствах органических соединений.Узнайте характеристики их температуры плавления, температуры кипения, растворимости, запаха и плотности. Наконец, изучите некоторые примеры этих свойств.

Приложения органической химии

Органическая химия изучает химию соединений углерода, которая имеет множество практических приложений. Узнайте, как полимеры, нефтехимические продукты, чистящие средства и лекарства улучшили жизнь людей благодаря достижениям в области органической химии.

Теория жизненной силы: определение и принципы

Теория жизненной силы предполагала, что органическое вещество может быть создано только организмами, образующими органические соединения из неорганических.Изучите определение и принципы теории жизненной силы и узнайте, как эта теория оспаривалась.

Микробные процессы и продукты в биотехнологии

Биотехнология – это использование организмов и их частей для производства других продуктов. На этом уроке вы узнаете о некоторых микробных процессах и продуктах биотехнологии, таких как продукты питания и товары для дома.

Неорганические против.Органическая химия

Изучение химии подразделяется на органическую химию, которая исследует молекулы с органическими соединениями, и неорганическую химию, которая изучает все другие соединения. Определите ключевые различия в химической структуре, классификации и назначении между этими двумя областями.

Производные углеводородов: определение и свойства

Соединения, состоящие из атомов углерода и водорода, к которым присоединена определенная группа атомов, называются производными углеводородов.Узнайте больше об определении производных углеводородов, их сравнении с простыми углеводородами и их свойствах, таких как электроотрицательность и полярность.

Кетоны и альдегиды: структура, свойства и применение

Кетоны и альдегиды представляют собой органические соединения, содержащие карбонильные группы. Эти соединения можно найти в повседневных продуктах, которые используются в обществе, таких как жидкость для снятия лака и духи. Изучите структуру, использование и свойства кетонов и альдегидов.

Органическая молекула — Энергетическое образование

Рисунок 1. Модель заполнения пространства октаном. Белые сферы представляют собой атомы водорода, а черные сферы представляют собой атомы углерода. [1] Октан является примером органической молекулы .

Органические молекулы — это молекулы, состоящие из углерода и водорода , которые могут включать другие элементы. Органические молекулы должны содержать атомы углерода, ковалентно связанные с атомами водорода (связи C-H). Обычно они включают кислород, а также могут содержать азот, серу, фосфор и другие. Углеводороды, такие как алканы, алкены и алкины, являются органическими молекулами, как и спирты, карбоновые кислоты и углеводы. Многие органические соединения образуются из цепочек ковалентно связанных атомов углерода с атомами водорода, присоединенными к цепочке (известной как углеводородный остов). [2]

Большая часть (85% или около того) первичной энергии в мире поступает из ископаемого топлива, состоящего в основном из органических молекул. Эти органические молекулы подвергаются сгоранию — они реагируют с кислородом из атмосферы и выделяют углекислый газ. Этот процесс обычно включает экзотермическую реакцию, в результате которой выделяется тепловая энергия, которая преобразуется в полезную энергию, как правило, с помощью тепловой машины.

В дополнение к органическим молекулам, обнаруженным в ископаемом топливе, органические молекулы можно найти в тканях растений, бактериях и грибах. Другие вещи, такие как фрукты и овощи, дерево, молоко, бумага и большинство пластиков, содержат органические соединения. Напротив, диоксид углерода (CO 2 ) содержит углерод, но не содержит водорода, поэтому он не является органическим соединением. Точно так же вода (H 2 O) содержит водород, но не содержит углерода, и также не является органическим соединением. Как правило, если соединение не содержит атомов углерода и водорода, оно считается неорганическим . [3]

Органическая химия — обширная область, для полного понимания которой требуются многолетние исследования; для начала см. химическую вики Калифорнийского университета в Дэвисе.

Дополнительное чтение

Ссылки

Какие 2 элемента должны содержать органические соединения? – СидмартинБио

Какие 2 элемента должны содержать органические соединения?

Все органические соединения содержат углерод, а также водород, если только он не был заменен другим элементом.

Что содержат все органические соединения?

Большинство органических соединений содержат углерод и водород, но они также могут включать любое количество других элементов (например,г., азот, кислород, галогены, фосфор, кремний, сера).

Что такое 2 органических соединения?

Органические соединения содержатся в углеводах, липидах, белках и нуклеиновых кислотах.

Какие 2 элемента должны содержать молекулы, чтобы классифицировать их как органические quizlet?

Углерод должен присутствовать, чтобы соединение было органическим. 2. Органические соединения обычно включают химию углерода и: водорода, кислорода и азота.

Из чего состоят органические молекулы?

Органические молекулы — это молекулы, состоящие из углерода и водорода, и могут включать другие элементы.Органические молекулы должны содержать атомы углерода, ковалентно связанные с атомами водорода (связи C-H). Обычно они включают кислород, а также могут содержать азот, серу, фосфор и другие.

Какой элемент содержат все органические соединения quizlet?

Органические соединения являются живыми и содержат углерод, тогда как неорганические соединения являются неживыми и не содержат углерода. богатое энергией органическое соединение, состоящее из элементов углерода, водорода и кислорода.

Какие органические соединения приведите два примера?

Примеры органических соединений

  • Углеводы.Многие органические соединения являются углеводами.
  • Липиды. Липид представляет собой жирное или воскообразное органическое соединение.
  • Белки. Белки чрезвычайно сложны.
  • Нуклеотиды.
  • Органические соединения повсюду.
  • Расширьте свои знания в области химии.

Что содержат все органические молекулы quizlet?

Все органические соединения содержат углерод.

Какие примеры органических соединений?

Примерами органических соединений являются углеводы, жиры (липиды), белки и нуклеиновые кислоты, являющиеся основой молекул жизни.Органические соединения также включают нефть и природный газ, которые являются основными компонентами ископаемого топлива.

Какие элементы содержатся во всех органических веществах, отметьте все подходящие варианты?

Большинство органических соединений содержат углерод, водород и иногда другие элементы, такие как азот, сера, кислород или фосфор. Все живые организмы содержат углерод, даже бактерии.

Какой элемент входит в состав органических молекул?

элемент углерод
Проще говоря, органическая молекула представляет собой сложную молекулу, которая содержит элемент углерод, связанный с другими элементами.Углерод — невероятно универсальный элемент, который может образовывать связи со многими другими элементами, такими как водород, кислород и азот, или другими атомами углерода, образуя огромные углеродные цепи.

Какие бывают виды органических соединений?

Большинство органических соединений, составляющих наши клетки и тело, принадлежат к одному из четырех классов: углеводы, липиды, белки и нуклеиновые кислоты. Эти молекулы включаются в наши тела с пищей, которую мы едим.

Какие три элемента входят в состав всех органических соединений?

Три элемента, составляющие более 99 процентов органических молекул, — это углерод, водород и кислород.Эти три соединения вместе образуют почти все химические структуры, необходимые для жизни, включая углеводы, липиды и белки.

Какой элемент содержится во всех органических соединениях?

Питательным веществом, которое можно найти во всех органических соединениях, должен быть углерод. Этот элемент обязательно содержится во всех органических соединениях. Это как основа каждого присутствующего органического соединения.

Какие элементы входят в состав всех органических веществ?

Все органические соединения содержат углерод, а также водород, если только он не был заменен другим элементом.

Что с наибольшей вероятностью содержит органические соединения?

Что с наибольшей вероятностью содержит органические соединения Brainly? Ответ: живые существа чаще всего содержат органические соединения. Объяснение: живые существа, скорее всего, содержат органические соединения, такие как белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, жиры, сахара, белки, ферменты и даже углеводородное топливо и другие сложные соединения.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск