Back to the topics list

organska kemija

Uvod u organsku kemiju

Organska kemija je grana kemije koja se bavi strukturom, svojstvima, sastavom, reakcijama i pripravom spojeva koji sadrže ugljik, koji uključuju ne samo ugljikovodike već i spojeve s bilo kojim brojem drugih elemenata, uključujući vodik (većina spojeva sadrži najmanje jedna veza ugljik-vodik), dušik, kisik, halogeni, fosfor, silicij i sumpor. Ovo polje kemije tradicionalno je bilo ograničeno na spojeve koje proizvode živi organizmi, ali je prošireno na tvari koje je stvorio čovjek, poput plastike. Raspon primjene organskih spojeva je ogroman i uključuje, između ostalog, farmaceutsku, kemijsku industriju, industriju znanosti o materijalima i poljoprivredu.

Razumijevanje ugljikovih spojeva

Svestranost ugljika čini ga okosnicom organske kemije. Atomi ugljika mogu formirati četiri kovalentne veze s drugim atomima, što dovodi do raznolikog niza spojeva. Jedan atom ugljika može se vezati s drugim atomima ugljika tvoreći lance ili prstene, stvarajući tako kostur ili okvir organske molekule. Ti ugljikovi lanci mogu se modificirati uključivanjem drugih elemenata koji se nazivaju funkcionalne skupine, a koji određuju svojstva i reakcije molekule.

Ugljikovodici

Ugljikovodici su najjednostavniji organski spojevi, sastavljeni isključivo od ugljika i vodika. Oni su kategorizirani u alkane, alkene, alkine i aromatske ugljikovodike na temelju njihove strukture i vrste ugljik-ugljik veza.

• Alkani : To su zasićeni ugljikovodici s jednostrukim vezama između ugljikovih atoma. Opća formula je \(C nH {2n+2}\) , gdje je n broj ugljikovih atoma. Primjer je metan, \(CH_4\) .
• Alkeni : Nezasićeni ugljikovodici s najmanje jednom dvostrukom vezom između ugljikovih atoma. Opća formula je \(C nH {2n}\) . Eten, \(C 2H 4\) , je primjer.
• Alkini : Nezasićeni ugljikovodici s najmanje jednom trostrukom vezom između ugljikovih atoma. Opća formula je \(C nH {2n-2}\) . Primjer je etin, \(C 2H 2\) .
• Aromatski ugljikovodici : Spojevi koji sadrže prsten ugljikovih atoma s izmjeničnim jednostrukim i dvostrukim vezama, poznat kao aromatski prsten. Benzen, \(C 6H 6\) je čest primjer.

Funkcionalne grupe

Funkcionalne skupine su specifične skupine atoma unutar molekula koje imaju određena karakteristična svojstva bez obzira na druge atome prisutne u molekuli. Oni su ključni za razumijevanje kemije i reaktivnosti organskih molekula. Neke uobičajene funkcionalne skupine uključuju:

• Alkoholi : karakterizirani hidroksilnom (-OH) skupinom vezanom za ugljikov atom. Etanol, \(C 2H 5OH\) , koji se nalazi u alkoholnim pićima, je primjer.
• Karboksilne kiseline : sadrže karboksilnu (COOH) skupinu. Poznati primjer je octena kiselina, \(CH_3COOH\) , koja je glavni sastojak octa.
• Aldehidi i ketoni : Oba sadrže karbonilnu (C=O) skupinu, ali u aldehidima se ona nalazi na kraju ugljikovog lanca, dok se u ketonima nalazi u sredini. Primjeri su formaldehid, \(HCHO\) i aceton, \((CH 3) 2CO\) .
• Amini : Organski spojevi i funkcionalne skupine koje sadrže bazični atom dušika s usamljenim parom. Primjer je anilin, \(C 6H 5NH_2\) , koji se koristi u proizvodnji boja.

Izomerija u organskoj kemiji

Izomeri su spojevi s istom molekularnom formulom, ali s različitim strukturnim rasporedom, a time i različitim svojstvima. Izomerija je kritičan koncept u organskoj kemiji jer objašnjava kako molekule s istim atomima mogu imati različite strukture i svojstva. Postoje dvije glavne vrste izomerije: strukturni (ili konstitucionalni) izomeri, koji se razlikuju po kovalentnom rasporedu svojih atoma, i stereoizomeri, koji imaju isti kovalentni raspored, ali se razlikuju po prostornom rasporedu svojih atoma. Primjer strukturne izomerije može se vidjeti s butanom \(C 4H {10}\) , koji ima dva izomera: n-butan i izobutan. Stereoizomerija uključuje enantiomere, koji su zrcalne slike jedan drugoga i ne mogu se prekrivati, poput lijeve i desne ruke.

Organske reakcije

Organske reakcije su kemijske reakcije koje uključuju organske spojeve. Osnovni tipovi organskih reakcija uključuju:

• Reakcije adicije : dvije ili više molekula spajaju se u veću molekulu. Ovo je uobičajeno kod alkena i alkina.
• Reakcije supstitucije : atom u molekuli zamijenjen je drugim atomom ili skupinom atoma. Ovo je tipično za halogenirane ugljikovodike.
• Reakcije eliminacije : Molekula se dijeli na dvije ili više manjih molekula. Alkoholi se često podvrgavaju dehidrogenaciji u alkene.
• Redoks reakcije : uključuju prijenos elektrona između dvije tvari, kao što je oksidacija alkohola u ketone ili aldehide.

Zaključak

Organska kemija je golemo i fascinantno polje koje igra ključnu ulogu u razumijevanju kemijskog sastava i procesa živih organizama, kao i u razvoju novih materijala i lijekova. Razumijevanjem osnovnih pojmova organske kemije, poput strukture i reaktivnosti organskih molekula, ugljikovodika, funkcionalnih skupina, izomerije i organskih reakcija, stječe se uvid u kemijsku osnovu života i sintezu novih spojeva.