Эстеры — это тип соединений на основе органических карбоновых кислот, в которых атом водорода гидроксильной группы замещен углеводородным радикалом R. Формула сложного эфира в общем случае может быть описана следующим образом
Разнообразие веществ. Простые и сложные, неорганические и органические вещества
Слишком много веществ. Если существует более 100 химических элементов, то существует более 10000000 веществ. Чтобы облегчить изучение и использование веществ, их делят на группы (классифицируют).
Вещества можно разделить на простые и сложные. Рассмотрим несколько примеров: углерод, железо и кислород. Углерод состоит из атомов углерода. Графит используется для изготовления карандашных стержней. Железо, которое используется для изготовления гвоздей, состоит из атомов железа. Вы много раз видели эти тела, а значит, и вещества, из которых они образованы. Вы не видите кислород, но сразу чувствуете его недостаток. Это вещество состоит из молекул кислорода, образованных атомами кислорода.
Каждое исследуемое вещество образовано атомами химических элементов. Графит образуется из атомов углерода, железо — из атомов железа, а кислород — из атомов кислорода. Такие вещества называются простыми веществами.
Молекулы некоторых простых веществ состоят из многих атомов. Например, молекула водорода состоит из двух атомов водорода, а молекула кислорода — из двух атомов кислорода. Однако, поскольку эти молекулы образованы атомами одного и того же химического элемента, они остаются простыми веществами.
Сложные вещества
Вещества, образованные атомами двух или более химических элементов, называются композитными материалами. Например, каждая молекула воды содержит два атома водорода и один атом кислорода. Его состав представлен символом H2O, что означает «аш-два-о».
Другим примером соединения является углекислый газ. Все живые организмы дышат им, а растениям он необходим для питания. Молекула углекислого газа состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Такой состав молекулы обозначается надписью CO2который читается как «два зе».
Почему сложных веществ больше, чем простых?
Ученые показали, что атомы различных химических элементов могут соединяться в различном количестве и порядке. Подобно тому, как комбинации букв в языке образуют различные слова, комбинации различных индивидуумов и различных количеств образуют более 10000000 веществ. Поэтому неудивительно, что сложных веществ гораздо больше, чем простых.
Если мы снова посмотрим на диаграмму, то увидим, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Вещество перекись водорода также состоит из тех же атомов, но по своим свойствам сильно отличается от воды. Например, перекись водорода имеет высокую температуру кипения 50°C и обладает дезинфицирующими свойствами. Раствор этого вещества, называемый «перекисью водорода», используется для лечения ран и является неотъемлемой частью любой аптеки, поскольку позволяет ранам быстрее заживать. Свойства перекиси водорода отличаются от свойств воды из-за иной структуры ее молекулы. Фактически, молекула этого вещества состоит из двух атомов водорода и двух атомов кислорода.
Органические и неорганические вещества
Вещество также можно разделить на органические и неорганические вещества. Все органические вещества состоят из атомов углерода и, в большинстве случаев, атомов водорода. Таким образом, из них образуются вещества с составом природного газа и нефти. Многие органические вещества также содержат атомы кислорода. К ним относятся жиры, крахмалы, сахар и уксус. Помимо вышеперечисленных элементов, белки, которые важны для живых организмов, также содержат азот.
Откуда взялось название «органическое вещество»? Это очень просто. Ученые открыли первые из этих веществ — живые организмы, живые природные тела.
Исключения. Некоторые вещества, содержащие атомы углерода, классифицируются как неорганические. Примерами могут служить углекислый газ, сода и другие вещества.
Все объекты в природе, за исключением камней, воздуха и воды, состоят из органической материи. Среди них наиболее распространены углеводы (например, глюкоза и сахароза), жиры (например, масло) и белки (например, белок куриного яйца).
Многие органические вещества созданы человеком. Пластмассы, резина и полиэтилен. Они широко используются в машинах, самолетах, зданиях, мостах и в повседневной жизни.
Не существует органического материала без атомов углерода. Например, атомы углерода вместе с атомами водорода и кислорода входят в состав органического вещества сахара или сахарозы. Кроме того, одна молекула сахарозы состоит из 45 атомов. Внутри него находится 12 атомов углерода, 22 атома водорода и 11 атомов кислорода. Наличие атомов углерода в сахаре подтверждается черным цветом сахарных бобов при их сжигании. Картофель и мясо также горят и чернеют под воздействием высоких температур. Это свидетельствует о наличии углерода в органическом веществе пищи.
Общая формула сложных эфиров такая же, как и для одноатомных спиртов. Это означает, что CnH2n+1OH или CnH2n+2OH.
Галогенпроизводные углеводородов
Галогенпроизводные углеводородов — это соединения, полученные путем замены одного или нескольких атомов водорода в молекуле первого углеводорода на один или несколько атомов галогена соответственно.
Предположим, что углеводороды формулы CnHm и в его молекуле X атомов водорода заменены на X атомов галогена, то тип галогенпроизводного будет иметь вид CnHm-.БатуХэлБату Таким образом, монохлорпроизводное алкана имеет формулу C.nnHCl, дихлорпроизводное CnnHCl и т.д.2Спирты — это производные углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены гидроксильной группой OH. Спирты с одной гидроксильной группой называются одноатомными, спирты с двумя гидроксильными группами — двухатомными, спирты с тремя атомами и т.д. Например:.
Спирты и фенолы
Спирты с двумя и более гидроксильными группами также называются многоатомными спиртами. Общая формула для одноатомных спиртов C
nnHCl, дихлорпроизводное COH или CnHO. Многоатомные спирты с общей формулой CnnHO. Многоатомные спирты с общей формулой CБату. где x — индивидуальность алкоголя.Спирты также могут быть ароматическими. Например:.
Общая формула одноатомного ароматического спирта C
nnHO.Однако следует четко понимать, что производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены гидроксильной группой в ароматическом ядре, не относятся к спиртам. Они относятся к категории фенолов. Например, это соединение является спиртом.
А это представляет собой фенол:.
Причина, по которой фенол не классифицируется как спирт, заключается в его особых химических свойствах, которые сильно отличаются от свойств спиртов. Как легко заметить, моноатомные фенолы являются изомерами моноатомных ароматических спиртов. Это означает, что они также имеют одну и ту же молекулярную формулу C
nnHO.Однако следует четко понимать, что производные ароматических углеводородов, в которых один или несколько атомов водорода заменены гидроксильной группой в ароматическом ядре, не относятся к спиртам. Они относятся к категории фенолов. Например, это соединение является спиртом.
Амины
Амины, в которых один атом водорода замещен углеводородным радикалом, т.е. амины с общей формулой R-NH
называются первичными аминами.2Амины, в которых два атома водорода замещены углеводородными корнями, называются вторичными аминами. Тип вторичного амина второго рода можно записать как r-nh-r ‘. Корни r и r ‘ либо одинаковы, либо различны. Например:.
Если амин не имеет атомов водорода на атомах азота, т.е. все три атома водорода молекулы аммиака не замещают углеводородные корни, то такие амины называются третичными аминами. В общем случае тип третичного амина можно записать следующим образом
r, r ‘, r’ ‘ могут быть одинаковыми или все три разными.
Общий тип первичных молекулярных, вторичных и третичных аминов имеет форму C
nnH2nN.Ароматические амины с одним ненасыщаемым заместителем имеют общий тип C
nnH2nnАмины, в которых два атома водорода замещены углеводородными корнями, называются вторичными аминами. Тип вторичного амина второго рода можно записать как r-nh-r ‘. Корни r и r ‘ либо одинаковы, либо различны. Например:.
Если амин не имеет атомов водорода на атомах азота, т.е. все три атома водорода молекулы аммиака не замещают углеводородные корни, то такие амины называются третичными аминами. В общем случае тип третичного амина можно записать следующим образом
Какие вещества относятся к органическим, а какие к неорганическим?
Кроме того, не все вещества, которые называются органическими, содержатся в телах живых организмов. С другой стороны, всегда есть неорганические вещества, всегда есть вода, всегда есть соли металлов. Все это может запутать химиков до бесконечности.
В общем, неудивительно, что Международный союз теоретической и прикладной химии (IUPAC) не дает официальных определений неорганических или органических соединений.
Многие вещества с комплексным углеродом традиционно отвергались химиками как считающиеся органическими. Кроме того, ведутся споры о том, где им место. К ним относятся карбонаты (угольная кислота) и цианаты и их соли, простые оксиды углерода (включая известный диоксид углерода), соединения углерода, содержащие серу, кремний и углеводы. Существуют также простые вещества, полностью состоящие из углерода, такие как углерод и минеральный углерод, кокс, сажа, алмазы, графит и десятки других веществ. В целом, однако, установленное разделение на «органические» и «минеральные» остается. Не в последнюю очередь потому, что это, безусловно, помогает новичкам понять мир материи.
А споры продолжаются
Действительно, почему было доказано, что более химически элементарный углерод образует миллионы веществ? Есть две основные причины. Атомы углерода могут объединяться с людьми многих других элементов (водорода, кислорода, азота, серы, фосфора и т.д.). В последнем случае образуются цепи любой длины и самые разнообразные структуры — линейные, разветвленные и замкнутые.
Соответственно, количество природных и синтетических органических соединений оценивается примерно в 27 миллионов, в то время как количество неорганических соединений составляет около 500 000. Как говорится, почувствуйте разницу.
Неорганические вещества обычно делятся на простые и сложные. Первые состоят из одних и тех же людей. Атомы различных элементов образуют сложные вещества, такие как оксиды, гидроксиды, кислоты и соли. Возможны и другие подходы. Например, отсортируйте по соединениям железа или соединениям хлора.
Во всём нужен порядок
Существует больше классов органических веществ. По составу и структуре их обычно делят на белки, аминокислоты, липиды, жирные кислоты, углеводы и нуклеиновые кислоты. Исходя из их биологической активности, органические соединения можно классифицировать как алкалоиды, ферменты, витамины, гормоны, нейротрансмиттеры и т.д.
Классификация также включает в себя «именование». Конечно, разные соединения всегда должны иметь разные названия, и желательно, чтобы о самом веществе можно было судить по его названию. Но когда мы говорим о миллионах различных имен … Что можно сказать о нем: (6E, 13E)-18-бром-12-бутил-11-хлор-4,8-диэтил-5-гидрокси-15-метокси-трикоза-6,13-диен-19-ын-3,9-дион; Он синтезирован в соответствии со всеми официальными правилами органической химии. Понятно, что самое большое слово — за органическими продуктами. На русском языке слово ‘тетрагидропиранилциклопенилтетрагидропиридопиридин’ (55 букв!) ) считается рекордным словом. Однако это далеко не предел. Наши мышцы содержат белок под названием титин, полное химическое название которого состоит из 189 819 букв на английском языке и требует около трех с половиной часов для произношения. Надеюсь, вы не обидитесь, если я не опубликую его здесь.
Ациклические соединения — это органические соединения, в которых в молекуле нет кругов, а все атомы углерода соединены линейными или разветвленными открытыми цепями.
H
Примеры решения задач
| Задание | Приведите примеры моно-, поли- и гетерофункциональных органических соединний. |
| Ответ | Монофункциональное органическое вещество – этиловый спирт C2H5OH. |
Гетерофункциональные органические соединения — аминокислоты — CH
-CH(NH3) -COOH.2В органических молекулах атомы углерода соединяются друг с другом, образуя углеродный скелет или цепь. Цепи могут быть открытыми или закрытыми (круговыми), а открытые цепи могут быть неразветвленными (нормальными) и разветвленными: см. также.
Многообразие органических соединений в природе обусловлено свойствами атомов углерода. Они могут образовывать очень прочные связи, объединенные в группы — цепи. В результате получаются очень стабильные молекулы. То, как молекулы соединяются друг с другом, образуя цепи, является важной особенностью их структуры. Углерод может объединять как открытые, так и закрытые цепи (такие цепи называются кольцевыми).
Строение органических веществ
Структура вещества оказывает непосредственное влияние на его свойства. Особенности структуры позволяют иметь десятки или сотни независимых углеродных соединений.
Гомология и изомеризация играют важную роль в поддержании разнообразия органических веществ.
Речь идет о внешне идентичных веществах: их состав не отличается друг от друга, их молекулярная формула одинакова. Однако структуры этих соединений принципиально различны. Химические свойства веществ также различаются. Например, изомеры бутана и изобутана пишутся одинаково. Атомы в молекулах этих двух веществ расположены в разном порядке. В одних случаях они разветвленные, в других — нет.
Гомология — это свойство углеродной цепи, при котором каждый последующий член может быть получен путем добавления одной и той же группы к предыдущему члену. Другими словами, каждая из гомологичных серий может быть представлена одинаково хорошо. Зная такого человека, легко найти состав любого члена серии.
Углеводы, если взять их в целом виде, легко выигрывают конкуренцию среди всех органических веществ. Они являются источником энергии для большинства клеточных организмов и строительных материалов. Мир углеводов совсем другой. Без крахмала и целлюлозы растения не могли бы существовать. А животный мир не существовал бы без лактозы и гликогена.
Примеры органических веществ
Белки — еще один представитель органического мира. Природа может создать до пяти миллионов различных белковых структур всего из 20 десятков аминокислот. Функции этих веществ включают регулирование жизненно важных процессов в организме, обеспечение свертываемости крови и перенос определенных видов в организм. В виде ферментов белки действуют как ускорители реакций.
Другой важной категорией органических соединений являются липиды (жиры). Эти вещества действуют как резервный источник энергии для нужд организма. Они являются растворителями и способствуют биохимическим реакциям. Липиды также участвуют в создании клеточных мембран.
Большой интерес представляют другие органические соединения — гормоны. Они отвечают за биохимические реакции и метаболические процессы. Гормоны щитовидной железы заставляют людей чувствовать себя счастливыми или грустными. Как выяснили ученые, эндорфины отвечают за ощущение благополучия.
Как часть углеводородного цикла, обычно кислород, азот или сера, гетероциклизованные соединения имеют одну или несколько гетеротомий.
Карбоновые кислоты — это производные углеводородов, содержащие карбоксильную группу карбоксил-COH.
Карбоновые кислоты
Если кислота имеет две карбоксильные группы, она называется диальфоксильной кислотой.
Монокарбоновые кислоты (включая группу -COOH) имеют общий молекулярный тип, c
nnH2nБату.2
nnH2noБату.2
Простые эфиры
Общий вид насыщенного сложного эфира такой же, как и для одноатомного спирта, т.е. c
Общая формула сложных эфиров такая же, как и для одноатомных спиртов. Это означает, что CnH2n+1OH или CnH2n+2OH.
Сложные эфиры
Эстеры — это тип соединений на основе органических карбоновых кислот, в которых атом водорода гидроксильной группы замещен углеводородным радикалом R. Формула сложного эфира в общем случае может быть описана следующим образом
.2 Таким образом, монохлорпроизводное алкана имеет формулу C.
nnH2n+1Какие вещества являются органическими, а какие неорганическими?2
