Углерод входит в состав всех органических веществ

Углерод входит в состав всех органических веществ

Название Органическая химия химия соединений углерода. Состав органических соединений, элементы органогены (С, Н, О, Р, N, S). Многообразие соединений углерода, их роль в природе и практической деятельности человека.
Анкор Органическая химия ответы.docx
Дата 30.09.2017
Размер 1.17 Mb.
Формат файла
Имя файла Органическая химия ответы.docx
Тип Документы
#14920
страница 1 из 7
Каталог
  1. Органическая химия — химия соединений углерода. Состав органическихсоединений, элементы органогены (С, Н, О, Р,N,S).Многообразие соединений углерода, их роль в природе и практической деятельности человека. Сырьевые источники получения органических соединений.

Органическая химия — химия соединений углерода, точнее — химия углеводородов и их производных, в состав которых могут входить практически все остальные элементы периодической системы. Выделение органической химии в самостоятельную научную дисциплину обусловлено большим числом и многообразием органических соединений углерода, которых в настоящее время известно более 10 миллионов, наличием специфических свойств, отличающих их от соединений других элементов, и, наконец, их основополагающей ролью в жизни на Земле. Органическая химия изучает более высокооганизованную материю, чем неорганическая, органические соединения появились во вселенной позже неорганических, они являются носителями жизнедеятельности живых организмов. Превращения органических соединений управляются общими химическими закономерностями, но в то же время имеется ряд специфических особенностей, присущих только органическим соединениям: они термически менее устойчивы по сравнению с неоганическими, легче окисляются (горят), в подавляющем большинстве органических соединений связи между атомами ковалентные, органические вещества обладают значительно более низкими температурами плавления и кипения по сравнению с неорганическими.

Органогены — химические элементы, играющие ту или иную роль в жизни организмов. К органогенам относится 21 элемент, среди которых Б. Б. Полынов (1968) выделил абсолютные органогены (кислород, водород, углерод, азот, марганец, калий, сера), без которых невозможно существование жизни, и специальные органогены (кремний, натрий, кальций, железо, фтор, магний, стронций, бор, цинк, медь, бром, йод), которые необходимы многим, но не всем организмам. Элементы-органогены, главнейшие четыре элемента, участвующие в построении химич. соединений, входящих в состав организма, а именно: углерод, водород, кислород и азот. Углерод и водород входят во все органические соединения, встречающиеся в организме; в важнейшие соединения, как жиры, углеводы, входит еще кислород, а в белковые вещества кроме того азот.

Атомы углерода способны связываться друг с другом, образуя устойчивые цепочки и циклы, что делает количество соединений углерода в принципе бесконечным. Углерод способен образовывать не только одинарные, но и двойные и тройные связи, и способен образовывать устойчивые связи с другими элементами. Это определяет огромное разнообразие органических соединений. Соединения углерода имеют очень большое значение. Органическая химия – основа биологической химии, молекулярной биологии и фармакологии, и теоретическая основа для производства средств защиты растений, моющих средств, красителей, полимеров, различных нефтепродуктов и т.д. Современную цивилизацию без достижений органической химии представить невозможно.

Сырьевыми источниками органических соединений служат нефть и природный газ, каменный и бурый угли, горючие сланцы, торф, продукты сельского и лесного хозяйства.

  1. Основные положения теории химического строения органических соединенийА.М.Бутлерова. Структурные принципы в органической химии. Понятие об углеродном скелете, радикале и функциональной группе.

Многообразие органических соединений и их строения объясняется теорией строения, которую предложил Бутлеров. Суть этой теории состоит из 7 основных положений:

1.Атомы входящие в состав молекул органического вещества, не находятся в беспорядочном состоянии, а соединены между собой в определенной последовательности химическими связями. Порядок и последовательность соединения атомов в молекуле Бутлеров назвал химическим строением.

2.Соединения атомов в молекуле происходит в соответствии с их валентностью. Свободных валентностей у атомов в молекуле нет.

3.Свойства вещества зависят не только от того какие атомы и сколько их входит в состав молекулы, но и от того в какой последовательности они соединены между собой в молекуле.

4.Атомы и группы атомов входящие в молекулы оказывают влияние на химическое поведение друг друга. Особенно заметно такое влияние в тех случаях, когда эти атомы или группы атомов связаны непосредственно.

5.Зная свойства вещества можно установить его строение и наоборот: химическое строение органических соединения может много сказать о его свойствах.

6.Атомы углерода способны соединятся друг с другом с образованием углеродных связей различных видов. Эти цепи могут быть открытыми или замкнутыми. Цепи могут содержать одинарные, двойные и тройные связи.

7.Строение молекулы можно выразить при помощи структурной формулы, которая для данного органического соединения является единственно возможной.

Углеродный скелет молекулы — последовательность химически связанных атомов углерода, составляющая основу молекулы. Кроме атомов углерода в состав скелета могут входить и другие атомы, например, кислород, сера, азот, если они связаны, по меньшей мере, с двумя атомами углерода. Некоторые атомы углерода в углеродном скелете могут быть соединены с тремя или даже четырьмя другими атомами углерода, такой углеродный скелет называют разветвлённым.

Типы углеродных скелетов

—ациклические (не содержащие циклов);

В гетероциклическом скелете в углеродный цикл включается одни или несколько атомов, отличных от углерода.

Углеводородный радикал в химии — группа атомов, соединённая с функциональной группой молекулы. Обычно при химических реакциях радикал переходит из одного соединения в другое без изменения. Но радикал и сам может содержать функциональные группы, поэтому с его «неизменностью» нужно быть осторожным: например, аминокислота аспарагиновая кислота содержит в той части молекулы, которая в общем виде рассматривается как остаток аминокислоты, ещё одну карбоксильную группу. Часто углеводородный радикал называют просто радикал, что может вызвать путаницу с таким понятием как свободный радикал. Некоторые углеводородные радикалы могут также являться функциональными группами, например, фенил (−C6H5), винил (−C2H3) и пр. Углеводородными радикалами обычно являются остатки углеводородов, которые входят в состав многих органических соединений.

Функциональная группа — структурный фрагмент органической молекулы (некоторая группа атомов), определяющий её химические свойства. Функциональные группы определяют класс органических соединений.

Функциональные группы, входящие в состав различных молекул обычно ведут себя одинаково в одной и той же химической реакции, однако их химическая активность будет различной.

Известно более 100 функциональных групп.

—Функциональные группы, содержащие атом кислорода: гидроксильная –ОН, карбонильная >С=O, карбоксильная –COOH и др.

—Функциональные группы, содержащие атом азота: аминогруппа –NH2, нитрогруппа –NO2, нитрильная группа или цианогруппа –CN и др.

—Функциональные группы, содержащие атом серы: сульфгидрильная (тиольная) –SH, сульфидная >S, дисульфидная –S–S–, сульфоксидная >S=O и др.

—Функциональные группы, содержащие ненасыщенные углерод-углеродные связи: двойные и тройные связи (в том числе сопряжённые диеновые системы), ароматические фрагменты и др.

—Функциональные группы, содержащие прочие атомы: атомы металлов, атомы галогенов и др.

Молекулы, в состав которых входит больше чем одна функциональныая группа называются полифункциональными.

При построении названия органического соединения, согласно номенклатуры ИЮПАК, отталкиваются от наличия в данном соединении функциональных групп.

  1. Классификация органических соединений по углеродному скелету и функциональным группам. Гомология и гомологические рядыворганической химии. Понятие и виды изомерии. Принципы химической номенклатуры ИЮПАК.

Классификация органических веществ по строению углеводородного радикала:

Предельные (атомы углерода связаны друг с другом только одинарными ϭ-связями)

Непредельные (молекулы этих соединений содержат двойные или тройные связи между атомами углерода)

Карбоциклические (в состав циклов входят только атомы углерода)

Гетероциклические ( в состав циклов кроме атомов углерода входят атомы других элементов)

Классификация органических веществ по функциональным группам (X)

Гомологический ряд — это ряд органических соединений, в котором каждый следующий член ряда отличается от предыдущего на группу СН2. Сходные по химическим свойствам соединения, образующие гомологический ряд, называются гомологами. Группа СН2 называется гомологической раз Состав всех членов гомологического ряда может быть выражен общей формулой.

Изомеры — это вещества, которые имеют одинаковый состав, но разное строение молекул и различные свойства. Изомерия — явление существования изомеров.

Изомеры имеют одинаковую эмпирическую формулу и разные структурные формулы. С увеличением числа атомов углерода в молекуле число изомеров резко возрастает.

-изомерия положения кратной связи;

-изомерия положения функциональной группы.

2.Пространственная изомерия (геометрическая изомерия, цис-транс- изомерия)

Порядок соединения атомов в этих изомерах одинаковый, но расположение атомов в пространстве различно.

3.Межклассовая изомерия – изомерия веществ, принадлежащих к разным классам органических соединений:

-одноосновные карбоновые кислоты и сложные эфиры карбоновых кислот (CnH2nО2);

Химическая номенклатура — совокупность названий индивидуальных химических веществ, их групп и классов, а также правила составления этих названий.

  1. Углеводороды. Классификация. Углеводородысоткрытой цепью (алифатические): насыщенные, или предельные (парафины, алканы), ненасыщенные, или этиленовые (олефины, алкены), ненасыщенные, или ацетиленовые (алкины), углеводороды с двумя двойными связями (алкадиены). Гомологические ряды. Общие формулы. Изомерия и номенклатураИЮПАК.Нахождениевприроде. Физические свойства. Закономерности изменения физических свойстввгомологическихрядах.Химические свойства.

Углеводороды — органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода и водорода.

—Насыщенные УВ (алканы, циклоалканы);

—Ненасыщенные УВ (алкены, алкадиены, алкины);

—Ароматические УВ (арены).

Алканы — это нециклические УВ, в молекулах которых все атомы углерода находятся в состоянии sp 3 -гибридизации и связаны друг с другом только ϭ-связями.

Изомерия и номенклатура алканов

Возможна только изомерия цепи. Первые три члена гомологического ряда алканов (СН4, С2Н6, С3Н8) изомеров не имеют. Согласно международной номенклатуре изомеры с разветвленной цепью углеродных атомов следует рассматривать как производные алкана с самой длинной неразветвленной углеродной цепью.

По номенклатуре ИЮПАК названия алканов образуются при помощи суффикса -ан путём добавления к соответствующему корню от названия углеводорода. Выбирается наиболее длинная неразветвлённая углеводородная цепь так, чтобы у наибольшего числа заместителей был минимальный номер в цепи. В названии соединения цифрой указывают номер углеродного атома, при котором находится замещающая группа или гетероатом, затем название группы или гетероатома и название главной цепи. Если группы повторяются, то перечисляют цифры, указывающие их положение, а число одинаковых групп указывают приставками ди-, три-, тетра-. Если группы неодинаковые, то их названия перечисляются в алфавитном порядке.

Алканы — бесцветные вещества, легче воды, плохо растворяются в воде.

Алканы химически малоактивны. Низкая реакционная способность алканов обусловлена очень малой полярностью связей С—С и С—Н в их молекулах вследствие почти одинаковой электроотрицательности атомов углерода и водорода.

1.Реакции замещения (разрыв связей С—Н) RH + XY → RX + HY

— Галогенирование (замещение атома водорода атомом галогена — F , Cl , Вг с образованием галогеналкана RHal );

— Нитрование (замещение атома водорода нитрогруппой — N02 с образованием нитроалканов R N02). Нитрующий реагент — азотная кислота HN03(HO—N02)

— Сульфирование (замещение атома водорода сульфо-группой S03 H с образованием алкансульфокнслот RSO3H). Сульфирующий реагент — серная кислота H2S04 (HO-S03H). Сульфирование алканов происходит при действии очень концентрированной H2S04 при небольшом нагревании.

2. Реакции окисления . При обычных условиях алканы устойчивы к действию окислителей (КМnO4, К2Сг2O7).

Окисление кислородом воздуха при высоких температурах (горение):

-Окисление кислородом воздуха при невысоких температурах в присутствии катализаторов (неполное каталитическое окисление). В результате могут образоваться альдегиды, кетоны, спирты, карбоновые кислоты. Неполное окисление может происходить без разрыва углеродной цепи и с разрывом углеродной цепи.

3. Термические превращения алканов:

— Крекинг — это разрыв связей С—С в молекулах алканов с длинными углеродными цепями, в результате которого образуются алканы и алкены с меньшим числом атомов углерода.

— Дегидрирование — отщепление водорода; происходит в результате разрыва связей С—Н; осуществляется в присутствии катализаторов при повышенных температурах.

— Дегидроциклизация — ароматизация, дегидрирование алканов с образованием ароматических соединений.

— Изомеризация — превращение химического соединения в его изомер.

Нахождение в природе: Основные источники алканов – нефть и природный газ. Метан составляет основную массу природного газа, в нем присутствуют также в небольших количествах этан, пропан и бутан. Метан содержится в выделениях болот и угольных пластов. Наряду с легкими гомологами метан присутствует в попутных нефтяных газах. Эти газы растворены в нефти под давлением и находятся также над ней. Алканы составляют значительную часть продуктов переработки нефти. Содержатся в нефти и циклоалканы – они называются нафтенами. В природе широко распространены также газовые гидраты алканов, в основном метана, они залегают в осадочных породах на материках и на дне океанов.

Алкены — это нециклические УВ, в молекулах которых два атома углерода находятся в состоянии sp 2 -гибридизации и связаны друг с другом двойной связью.

перейти в каталог файлов

«Здесь, как и везде, разграничения и рубрики принадлежат не природе,
не сущности, а человеческому суждению которому
они нужны для собственного удобства»
А. М. Бутлеров.

Впервые термин «органическая химия» появился в 1808 году в «учебнике химии» шведского учёного И.Я. Берцелиуса. Название «органические соединения» появилось немного раньше. Учёные той эпохи разделили вещества на две группы достаточно условно: они считали, что живые существа состоят из особых органических соединений, а объекты неживой природы – из неорганических.

Для многих простых веществ известны их аллотропные формы существования: углерод — в форме графита и алмаза и т.д. В настоящее время известно около 400 аллотропных видоизменений простых веществ.

Многообразие сложных веществ обусловлено их различным качественным и количественным составом. Например, известно для азота пять форм оксидов: N2O, NO, N2O3, NO2, N2O5; для водорода две формы: Н2О и Н2О2.

Принципиальных различий между органическими и неорганическими веществами нет. Они отличаются лишь некоторыми особенностями.

Большинство неорганических веществ имеет немолекулярное строение, поэтому они обладают высокими температурами плавления и кипения. Неорганические вещества не содержат углерода. К неорганическим веществам относятся: металлы (Ca, K, Na и др.), неметаллы, благородные газы (He, Ne, Ar, Kr, Xe и др.), амфотерные простые вещеcтва (Fe, Al, Mn и др.), оксиды (различные соединения с кислородом), гидроксиды, соли и бинарные соединения.

К неорганическим веществам относится вода. Она является универсальным растворителем и имеет высокие теплоёмкость и теплопроводность. Вода – это источник кислорода и водорода; основная среда для протекания биохимических и химических реакций.

Органические вещества, как правило, молекулярного строения, имеют низкие температуры плавления, легко разлагаются при нагревании. В состав молекул всех органических веществ входит углерод (за исключением карбидов, карбонатов, оксидов углерода, углеродосодержащих газов и цианидов). Химические связи в молекулах органических соединений преимущественно ковалентные.

Уникальное свойство углерода образовывать цепочки из атомов дает возможность образовывать огромное количество уникальных соединений.

Большинство основных классов органических веществ биологического происхождения. К ним относятся белки, углеводы, нуклеиновые кислоты, липиды. Эти соединения кроме углерода содержат водород, азот, кислород, серу и фосфор.

Углеродистые соединения распространены в природе. Они входят в состав растительного и животного мира, а значит, обеспечивают одеждой, обувью, топливом, лекарствами, пищей, красителями и др.
Повседневный опыт показывает, что почти все органические вещества, например растительные масла, животные жиры, ткани, древесина, бумага, природные газы не выдерживают повышенных температур и относительно легко разлагаются или горят, в то время как большинство неорганических веществ выдерживают. Таким образом, органические вещества менее прочны, чем неорганические.
Синтез органических из неорганических веществ.
В 1828 году немецкому химику Ф. Вёлеру удалось искусственно получить мочевину. Исходным веществом при этом была неорганическая соль — цианид калия(KCN), при окислении которого образуется цианат калия(KOCN). Обменным разложением цианата калия с сульфатом аммония получается цианат аммония, который при нагревании превращается в мочевину:

В 1842 г. русский ученый Н. Н. Зинин синтезировал анилин, который получали раньше только из природного красителя. В 1854 г. французский ученый М.Бертло получил вещество, сходное с жирами, а в 1861 г. выдающийся русский химик А. М. Бутлеров — сахаристое вещество.

Читайте также:  Выбрать столбцы из таблицы
Ссылка на основную публикацию
Топ лучших видеокарт для игр
Видеокарты крайне быстро улучшаются, практически каждые полгода выходит видеоадаптер, значительно превосходящий предшественника. Активный прогресс обусловлен быстрым увеличением системных требований компьютерных...
Телефон леново включается но не запускается
Бывает, что пользователь включает свой смартфон, процесс доходит до заставки (логотипа) и дальше не грузится. Сразу начинается паника, ведь телефон...
Телефон леново инструкция для чайников
Большинство из нас чувствует себя неуверенно, когда приходится знакомиться с новой операционной системой. И несмотря на то, что Андроид сегодня...
Топ приложений для запоминания слов
Топ-8 приложений, где запоминать английские слова Приложения для изучения английских слов помогают быстро и эффективно пополнять словарный запас. Без работы...
Adblock detector