La chimica organica è la branca della chimica che si occupa della struttura, delle proprietà, della composizione, delle reazioni e della preparazione dei composti contenenti carbonio, che includono non solo idrocarburi ma anche composti con un numero qualsiasi di altri elementi, compreso l'idrogeno (la maggior parte dei composti contiene almeno un legame carbonio-idrogeno), azoto, ossigeno, alogeni, fosforo, silicio e zolfo. Questo campo della chimica era tradizionalmente limitato ai composti prodotti da organismi viventi, ma è stato ampliato per includere sostanze prodotte dall’uomo come la plastica. Il campo di applicazione dei composti organici è enorme e comprende, tra gli altri, l'industria farmaceutica, chimica, della scienza dei materiali e agricola.
La versatilità del carbonio lo rende la spina dorsale della chimica organica. Gli atomi di carbonio possono formare quattro legami covalenti con altri atomi, portando a una vasta gamma di composti. Un singolo atomo di carbonio può legarsi con altri atomi di carbonio formando catene o anelli, creando così lo scheletro o la struttura di una molecola organica. Queste catene di carbonio possono essere modificate mediante l'inclusione di altri elementi chiamati gruppi funzionali, che determinano le proprietà e le reazioni della molecola.
Gli idrocarburi sono i composti organici più semplici, composti esclusivamente da carbonio e idrogeno. Sono classificati in alcani, alcheni, alchini e idrocarburi aromatici in base alla loro struttura e ai tipi di legami carbonio-carbonio.
I gruppi funzionali sono gruppi specifici di atomi all'interno delle molecole che hanno determinate proprietà caratteristiche indipendentemente dagli altri atomi presenti in una molecola. Sono fondamentali per comprendere la chimica e la reattività delle molecole organiche. Alcuni gruppi funzionali comuni includono:
Gli isomeri sono composti con la stessa formula molecolare ma con diverse disposizioni strutturali e quindi proprietà diverse. L'isomeria è un concetto fondamentale in chimica organica perché spiega come le molecole con gli stessi atomi possono avere strutture e proprietà diverse. Esistono due tipi principali di isomerismo: gli isomeri strutturali (o costituzionali), che differiscono nella disposizione covalente dei loro atomi, e gli stereoisomeri, che hanno le stesse disposizioni covalenti ma differiscono nella disposizione spaziale dei loro atomi. Un esempio di isomerismo strutturale può essere visto con il butano \(C 4H {10}\) , che ha due isomeri: n-butano e isobutano. Lo stereoisomerismo include enantiomeri, che sono immagini speculari l'uno dell'altro e non possono essere sovrapposti, come le mani sinistra e destra.
Le reazioni organiche sono reazioni chimiche che coinvolgono composti organici. I tipi fondamentali di reazioni organiche includono:
La chimica organica è un campo vasto e affascinante che svolge un ruolo cruciale nella comprensione della composizione chimica e dei processi degli organismi viventi, nonché nello sviluppo di nuovi materiali e prodotti farmaceutici. Comprendendo i concetti di base della chimica organica, come la struttura e la reattività delle molecole organiche, degli idrocarburi, dei gruppi funzionali, dell'isomeria e delle reazioni organiche, si acquisiscono informazioni sulle basi chimiche della vita e sulla sintesi di nuovi composti.
