Có một số định nghĩa về chất hữu cơ là gì, chúng khác với một nhóm hợp chất khác như thế nào - vô cơ. Một trong những lời giải thích phổ biến nhất xuất phát từ cái tên "hydrocacbon". Thật vậy, trung tâm của tất cả các phân tử hữu cơ là các chuỗi nguyên tử carbon liên kết với hydro. Có những yếu tố khác đã nhận được tên "organogenic".

Hóa học hữu cơ trước khi phát hiện ra urê

Từ thời cổ đại, con người đã sử dụng nhiều chất và khoáng chất tự nhiên: lưu huỳnh, vàng, quặng sắt và đồng, muối ăn. Trong suốt quá trình tồn tại của khoa học - từ thời cổ đại đến nửa đầu thế kỷ 19 - các nhà khoa học không thể chứng minh mối liên hệ giữa bản chất hữu hình và vô tri ở cấp độ cấu trúc vi mô (nguyên tử, phân tử). Người ta tin rằng các chất hữu cơ có được sự xuất hiện của chúng là nhờ sức sống thần thoại - chủ nghĩa sống còn. Có một huyền thoại về khả năng phát triển một người đàn ông nhỏ bé "homunculus". Để làm được điều này, cần phải cho nhiều chất thải khác nhau vào thùng, đợi một thời gian nhất định cho đến khi sinh lực.

Công trình của Weller, người đã tổng hợp chất hữu cơ urê từ các thành phần vô cơ, đã giáng một đòn chí mạng vào thuyết sức sống. Vì vậy, người ta đã chứng minh rằng không có lực lượng cuộc sống, thiên nhiên là một, các sinh vật và các hợp chất vô cơ được hình thành bởi các nguyên tử của cùng một nguyên tố. Thành phần của urê đã được biết đến trước cả công trình của Weller, việc nghiên cứu hợp chất này không khó trong những năm đó. Đáng chú ý là thực tế thu được một chất đặc trưng cho quá trình trao đổi chất bên ngoài cơ thể của động vật hoặc con người.

Lý thuyết của A. M. Butlerov

Vai trò của trường phái hóa học Nga trong sự phát triển của khoa học nghiên cứu các chất hữu cơ là rất lớn. Toàn bộ thời đại phát triển tổng hợp hữu cơ gắn liền với tên tuổi của Butlerov, Markovnikov, Zelinsky, Lebedev. Người sáng lập lý thuyết về cấu trúc của các hợp chất là A. M. Butlerov. Nhà hóa học nổi tiếng vào những năm 60 của thế kỷ XIX đã giải thích thành phần của các chất hữu cơ, lý do cho sự đa dạng trong cấu trúc của chúng, tiết lộ mối quan hệ tồn tại giữa thành phần, cấu trúc và tính chất của các chất.

Trên cơ sở kết luận của Butlerov, không chỉ có thể hệ thống hóa kiến ​​​​thức về các hợp chất hữu cơ đã có. Có thể dự đoán tính chất của các chất chưa được khoa học biết đến, để tạo ra các sơ đồ công nghệ sản xuất chúng trong điều kiện công nghiệp. Nhiều ý tưởng của các nhà hóa học hữu cơ hàng đầu đang được thực hiện đầy đủ ngày nay.

Khi hiđrocacbon bị oxi hóa thu được các chất hữu cơ mới - đại diện của các lớp khác (anđehit, xeton, ancol, axit cacboxylic). Ví dụ, một lượng lớn axetylen được sử dụng để sản xuất axit axetic. Một phần của sản phẩm phản ứng này được tiếp tục tiêu thụ để thu được sợi tổng hợp. Mỗi nhà đều có dung dịch axit (9% và 6%) ​​- đây là giấm thông thường. Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ là cơ sở để thu được một số lượng rất lớn các hợp chất có tầm quan trọng trong công nghiệp, nông nghiệp và y tế.

hydrocacbon thơm

Tính thơm trong phân tử chất hữu cơ là sự có mặt của một hay nhiều nhân benzen. Chuỗi gồm 6 nguyên tử cacbon xếp thành vòng, liên kết liên hợp xuất hiện trong đó nên tính chất của hiđrocacbon đó không giống với các hiđrocacbon khác.

Hydrocacbon thơm (hoặc arenes) có tầm quan trọng thực tế lớn. Nhiều người trong số họ được sử dụng rộng rãi: benzen, toluene, xylene. Chúng được sử dụng làm dung môi và nguyên liệu để sản xuất thuốc, thuốc nhuộm, cao su, cao su và các sản phẩm tổng hợp hữu cơ khác.

hợp chất oxy

Các nguyên tử oxy có mặt trong một nhóm lớn các chất hữu cơ. Chúng là một phần của phần hoạt động mạnh nhất của phân tử, nhóm chức năng của nó. Rượu chứa một hoặc nhiều loại hydroxyl —OH. Ví dụ về rượu: metanol, etanol, glixerin. Trong axit cacboxylic, có một hạt chức năng khác - cacboxyl (-COOOH).

Các hợp chất hữu cơ chứa oxy khác là andehit và xeton. Axit cacboxylic, rượu và andehit có mặt với số lượng lớn trong các cơ quan thực vật khác nhau. Chúng có thể là nguồn để thu được các sản phẩm tự nhiên (axit axetic, rượu etylic, tinh dầu bạc hà).

Chất béo là hợp chất của axit cacboxylic và rượu trihiđric glixerol. Ngoài rượu và axit mạch thẳng, còn có các hợp chất hữu cơ có vòng benzen và nhóm chức. Ví dụ về rượu thơm: phenol, toluen.

carbohydrate

Các chất hữu cơ quan trọng nhất của cơ thể cấu tạo nên tế bào là protein, enzyme, axit nucleic, carbohydrate và chất béo (lipid). Carbohydrate đơn giản - monosacarit - được tìm thấy trong các tế bào ở dạng ribose, deoxyribose, fructose và glucose. Carbohydrate cuối cùng trong danh sách ngắn này là chất chính của quá trình trao đổi chất trong tế bào. Ribose và deoxyribose là thành phần của axit ribonucleic và deoxyribonucleic (RNA và DNA).

Khi các phân tử glucose bị phá vỡ, năng lượng cần thiết cho sự sống được giải phóng. Đầu tiên, nó được lưu trữ trong sự hình thành của một loại chuyển giao năng lượng - axit adenosine triphosphoric (ATP). Chất này được máu mang đi, đưa đến các mô và tế bào. Với sự phân tách liên tiếp ba gốc axit photphoric từ adenosine, năng lượng được giải phóng.

chất béo

Lipid là chất của cơ thể sống có tính chất cụ thể. Chúng không hòa tan trong nước, là các hạt kỵ nước. Hạt và quả của một số loại thực vật, mô thần kinh, gan, thận, máu của động vật và người đặc biệt giàu các chất thuộc loại này.

Da người và động vật chứa nhiều tuyến bã nhờn nhỏ. Bí mật do chúng tiết ra được hiển thị trên bề mặt cơ thể, bôi trơn nó, bảo vệ nó khỏi mất độ ẩm và sự xâm nhập của vi khuẩn. Lớp mô mỡ dưới da bảo vệ các cơ quan nội tạng khỏi bị hư hại, đóng vai trò là chất dự trữ.

sóc

Protein chiếm hơn một nửa tổng số chất hữu cơ của tế bào, trong một số mô, hàm lượng của chúng đạt tới 80%. Tất cả các loại protein được đặc trưng bởi trọng lượng phân tử cao, sự hiện diện của cấu trúc bậc một, bậc hai, bậc ba và bậc bốn. Khi đun nóng, chúng bị phá hủy - xảy ra hiện tượng biến tính. Cấu trúc chính là một chuỗi axit amin khổng lồ cho thế giới vi mô. Dưới tác dụng của các men đặc biệt trong hệ tiêu hóa của động vật và người, đại phân tử protein bị phân hủy thành các phần cấu tạo nên nó. Chúng xâm nhập vào tế bào, nơi diễn ra quá trình tổng hợp các chất hữu cơ - protein khác đặc trưng cho từng sinh vật sống.

Enzyme và vai trò của chúng

Các phản ứng trong tế bào diễn ra với tốc độ khó đạt được trong điều kiện công nghiệp, nhờ chất xúc tác - enzym. Có những enzyme chỉ hoạt động trên protein - lipase. Quá trình thủy phân tinh bột xảy ra với sự tham gia của amylase. Lipase là cần thiết để phân hủy chất béo thành các bộ phận cấu thành của chúng. Các quá trình liên quan đến enzyme xảy ra trong tất cả các sinh vật sống. Nếu một người không có bất kỳ enzyme nào trong tế bào, thì điều này sẽ ảnh hưởng đến quá trình trao đổi chất, nói chung là sức khỏe.

axit nuclêic

Các chất, lần đầu tiên được phát hiện và phân lập từ nhân tế bào, thực hiện chức năng truyền các đặc điểm di truyền. Lượng DNA chính được chứa trong nhiễm sắc thể và các phân tử RNA nằm trong tế bào chất. Với sự sao chép (nhân đôi) của DNA, có thể truyền thông tin di truyền đến các tế bào mầm - giao tử. Khi chúng hợp nhất, sinh vật mới nhận vật liệu di truyền từ bố mẹ.

Như bạn đã biết, tất cả các chất có thể được chia thành hai loại lớn - khoáng chất và hữu cơ. Nhiều ví dụ về các chất vô cơ hoặc khoáng chất có thể được trích dẫn: muối, soda, kali. Nhưng những loại kết nối rơi vào loại thứ hai? Các chất hữu cơ có mặt trong bất kỳ cơ thể sống nào.

sóc

Ví dụ quan trọng nhất của các chất hữu cơ là protein. Chúng bao gồm nitơ, hydro và oxy. Ngoài chúng, đôi khi các nguyên tử lưu huỳnh cũng có thể được tìm thấy trong một số protein.

Protein là một trong những hợp chất hữu cơ quan trọng nhất và chúng thường được tìm thấy nhiều nhất trong tự nhiên. Không giống như các hợp chất khác, protein có các tính năng đặc trưng nhất định. Tài sản chính của họ là một trọng lượng phân tử khổng lồ. Ví dụ, trọng lượng phân tử của một nguyên tử rượu là 46, benzen là 78 ​​và huyết sắc tố là 152 000. So với các phân tử của các chất khác, protein là những gã khổng lồ thực sự chứa hàng nghìn nguyên tử. Đôi khi các nhà sinh vật học gọi chúng là đại phân tử.

Protein là cấu trúc phức tạp nhất trong tất cả các cấu trúc hữu cơ. Chúng thuộc về lớp polyme. Nếu bạn nhìn vào một phân tử polymer dưới kính hiển vi, bạn có thể thấy rằng nó là một chuỗi bao gồm các cấu trúc đơn giản hơn. Chúng được gọi là monome và được lặp đi lặp lại nhiều lần trong polyme.

Ngoài protein, còn có một số lượng lớn các polyme - cao su, cellulose, cũng như tinh bột thông thường. Ngoài ra, bàn tay con người đã tạo ra rất nhiều polyme - nylon, lavsan, polyetylen.

sự hình thành protein

Protein được hình thành như thế nào? Chúng là một ví dụ về các chất hữu cơ có thành phần trong cơ thể sống được xác định bởi mã di truyền. Trong tổng hợp của họ, trong phần lớn các trường hợp, các kết hợp khác nhau được sử dụng.

Ngoài ra, các axit amin mới có thể được hình thành khi protein bắt đầu hoạt động trong tế bào. Đồng thời, chỉ có axit alpha-amino được tìm thấy trong đó. Cấu trúc chính của chất được mô tả được xác định bởi trình tự dư lượng của các hợp chất axit amin. Và trong hầu hết các trường hợp, chuỗi polypeptide trong quá trình hình thành protein sẽ xoắn lại thành một chuỗi xoắn, các vòng xoắn nằm sát nhau. Là kết quả của sự hình thành các hợp chất hydro, nó có cấu trúc khá mạnh.

chất béo

Chất béo là một ví dụ khác về chất hữu cơ. Một người biết nhiều loại chất béo: bơ, mỡ bò và cá, dầu thực vật. Với số lượng lớn, chất béo được hình thành trong hạt của cây. Nếu một hạt hướng dương đã bóc vỏ được đặt trên một tờ giấy và ấn xuống, vết dầu sẽ vẫn còn trên tờ giấy.

carbohydrate

Không kém phần quan trọng trong động vật hoang dã là carbohydrate. Chúng được tìm thấy trong tất cả các cơ quan thực vật. Carbohydrate bao gồm đường, tinh bột và chất xơ. Chúng giàu củ khoai, trái chuối. Rất dễ phát hiện tinh bột trong khoai tây. Khi phản ứng với iốt, carbohydrate này chuyển sang màu xanh lam. Bạn có thể xác minh điều này bằng cách nhỏ một ít iốt lên lát khoai tây.

Đường cũng rất dễ phát hiện - tất cả chúng đều có vị ngọt. Nhiều carbohydrate thuộc loại này được tìm thấy trong quả nho, dưa hấu, dưa hấu, cây táo. Chúng là những ví dụ về các chất hữu cơ cũng được sản xuất trong điều kiện nhân tạo. Ví dụ, đường được chiết xuất từ ​​​​cây mía.

Carbohydrate được hình thành trong tự nhiên như thế nào? Ví dụ đơn giản nhất là quá trình quang hợp. Carbohydrate là những chất hữu cơ có chứa một chuỗi nhiều nguyên tử carbon. Chúng cũng chứa một số nhóm hydroxyl. Trong quá trình quang hợp, đường vô cơ được hình thành từ carbon monoxide và lưu huỳnh.

Xenlulozơ

Chất xơ là một ví dụ khác về chất hữu cơ. Hầu hết nó được tìm thấy trong hạt bông, cũng như thân cây và lá của chúng. Sợi bao gồm các polyme tuyến tính, trọng lượng phân tử của nó dao động từ 500 nghìn đến 2 triệu.

Ở dạng nguyên chất, nó là một chất không có mùi, vị và màu. Nó được sử dụng trong sản xuất phim ảnh, giấy bóng kính, chất nổ. Trong cơ thể con người, chất xơ không được hấp thụ, nhưng nó là một phần cần thiết của chế độ ăn uống, vì nó kích thích hoạt động của dạ dày và ruột.

Chất hữu cơ và vô cơ

Bạn có thể đưa ra nhiều ví dụ về sự hình thành của chất hữu cơ và thứ hai luôn đến từ khoáng chất - vô tri được hình thành ở độ sâu của trái đất. Chúng cũng là một phần của các loại đá khác nhau.

Trong điều kiện tự nhiên, các chất vô cơ được hình thành trong quá trình phân hủy khoáng chất hoặc chất hữu cơ. Mặt khác, các chất hữu cơ được hình thành liên tục từ các khoáng chất. Ví dụ, thực vật hấp thụ nước với các hợp chất hòa tan trong đó, sau đó chuyển từ loại này sang loại khác. Các sinh vật sống chủ yếu sử dụng chất hữu cơ làm thức ăn.

Nguyên nhân của sự đa dạng

Thông thường học sinh hoặc sinh viên cần trả lời câu hỏi nguyên nhân dẫn đến sự đa dạng của các chất hữu cơ là gì. Yếu tố chính là các nguyên tử carbon được liên kết với nhau bằng hai loại liên kết - đơn giản và nhiều liên kết. Họ cũng có thể tạo thành chuỗi. Một lý do khác là sự đa dạng của các nguyên tố hóa học khác nhau có trong chất hữu cơ. Ngoài ra, tính đa dạng còn do hiện tượng đẳng hướng - hiện tượng tồn tại cùng một nguyên tố trong các hợp chất khác nhau.

Các chất vô cơ được hình thành như thế nào? Các chất hữu cơ tự nhiên và tổng hợp và các ví dụ của chúng được nghiên cứu cả ở trường trung học và ở các cơ sở giáo dục đại học chuyên biệt. Sự hình thành các chất vô cơ không phải là một quá trình phức tạp như sự hình thành protein hoặc carbohydrate. Ví dụ, người ta đã chiết xuất soda từ hồ soda từ thời xa xưa. Năm 1791, nhà hóa học Nicolas Leblanc đề xuất tổng hợp nó trong phòng thí nghiệm bằng phấn, muối và axit sunfuric. Ngày xửa ngày xưa, soda quen thuộc với mọi người ngày nay là một sản phẩm khá đắt tiền. Để thực hiện thí nghiệm, cần đốt cháy muối thông thường cùng với axit, sau đó đốt cháy sunfat thu được cùng với đá vôi và than củi.

Một loại khác là thuốc tím, hoặc thuốc tím. Chất này thu được trong điều kiện công nghiệp. Quá trình hình thành bao gồm quá trình điện phân dung dịch kali hydroxit và cực dương mangan. Trong trường hợp này, cực dương dần dần hòa tan với sự hình thành dung dịch màu tím - đây là thuốc tím nổi tiếng.

Ban đầu, nó được gọi là hóa học của các chất thu được từ các sinh vật của thực vật và động vật. Nhân loại đã quen thuộc với những chất như vậy từ thời cổ đại. Con người đã biết lấy giấm từ rượu chua, tinh dầu từ thực vật, chiết xuất đường từ cây mía, chiết xuất chất nhuộm tự nhiên từ các sinh vật thực vật và động vật.

Các nhà hóa học chia tất cả các chất tùy thuộc vào nguồn sản xuất của chúng thành khoáng chất (vô cơ), động vật và thực vật (hữu cơ).

Trong một thời gian dài, người ta tin rằng để thu được các chất hữu cơ, cần phải có một "sinh lực" đặc biệt - vis Vitalis, chỉ hoạt động trong các sinh vật sống và các nhà hóa học chỉ có thể phân lập các chất hữu cơ khỏi sản phẩm.

Nhà hóa học Thụy Điển, Chủ tịch Viện Hàn lâm Khoa học Hoàng gia Thụy Điển. Nghiên cứu khoa học bao gồm tất cả các vấn đề chính của hóa học đại cương trong nửa đầu thế kỷ 19. Thực nghiệm đã kiểm tra và chứng minh độ tin cậy của các định luật về hằng số thành phần và hệ số bội đối với oxit vô cơ và hợp chất hữu cơ. Xác định khối lượng nguyên tử của 45 nguyên tố hóa học. Giới thiệu tên gọi hiện đại của các nguyên tố hóa học và công thức đầu tiên của các hợp chất hóa học.

Nhà hóa học người Thụy Điển J. J. Berzelius đã định nghĩa hóa học hữu cơ là hóa học của các chất thực vật hoặc động vật được hình thành dưới ảnh hưởng của "sinh lực". Chính Berzelius là người đã đưa ra các khái niệm về chất hữu cơ và hóa học hữu cơ.

Sự phát triển của hóa học đã dẫn đến sự tích lũy của một số lượng lớn các sự kiện và sự sụp đổ của học thuyết về "sinh lực" - chủ nghĩa sống còn. Nhà khoa học người Đức F. Wöhler vào năm 1824 đã tiến hành tổng hợp các chất hữu cơ đầu tiên - ông thu được axit oxalic bằng phản ứng của hai chất vô cơ - xyanua và nước:

N \u003d - C-C \u003d N + 4H 2 0 -> COOH + 2NH 3
UNSD
axit oxalic xianua

Và vào năm 1828, Wöhler, bằng cách đun nóng dung dịch nước của chất vô cơ ammonium cyanate, đã thu được urê, một sản phẩm thải của các sinh vật động vật:

Ngạc nhiên trước kết quả này, Wöhler đã viết thư cho Berzelius: “Tôi phải nói với bạn rằng tôi có thể điều chế urê mà không cần thận hay cơ thể động vật nói chung…”

Wöhler Friedrich (1800--1882)

nhà hóa học người Đức. Thành viên nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học St. Petersburg (từ năm 1853). Nghiên cứu của ông tập trung vào cả hóa học vô cơ và hữu cơ. Ông phát hiện ra axit xyanic (1822), nhận được nhôm (1827), berili và yttri (1828).

Trong những năm sau đó, sự tổng hợp tuyệt vời của anilin của G. Kolbe và E. Frankland (1842), chất béo của M. Berto (1854), các chất có đường của A. Butlerov (1861) và những người khác cuối cùng đã chôn vùi huyền thoại " lực lượng quan trọng."

Định nghĩa kinh điển của K. Schorlemmer xuất hiện, không mất đi ý nghĩa của nó hơn 120 năm sau:

"Hóa học hữu cơ là hóa học của hydrocacbon và các dẫn xuất của chúng, tức là các sản phẩm được hình thành khi hydro được thay thế bằng các nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử khác."

Bây giờ hóa học hữu cơ thường được gọi là hóa học của các hợp chất cacbon. Tại sao, trong số hơn một trăm nguyên tố của Hệ tuần hoàn của D. I. Mendeleev, thiên nhiên lại đặt carbon làm cơ sở cho mọi sinh vật? Câu trả lời cho câu hỏi này là mơ hồ. Nhiều điều sẽ trở nên rõ ràng với bạn khi bạn xem xét cấu trúc của nguyên tử cacbon và hiểu những lời của D. I. Mendeleev, được ông nói trong cuốn Nguyên tắc cơ bản của Hóa học về nguyên tố tuyệt vời này: “Cacbon tồn tại trong tự nhiên cả ở trạng thái tự do và liên kết , ở các dạng và dạng rất khác nhau ... Khả năng kết hợp của các nguyên tử cacbon với nhau và tạo ra các hạt phức tạp thể hiện ở tất cả các hợp chất cacbon ... Không có nguyên tố nào ... khả năng tạo phức không phát triển đến mức mức độ tương tự như trong carbon ... Không một cặp nguyên tố nào không tạo thành nhiều hợp chất như carbon và hydro.

Nhiều liên kết giữa các nguyên tử carbon với nhau và với các nguyên tử của các nguyên tố khác (hydro, oxy, nitơ, lưu huỳnh, phốt pho) tạo nên các chất hữu cơ có thể bị phá hủy dưới tác động của các yếu tố tự nhiên. Do đó, carbon tạo nên một chu trình liên tục trong tự nhiên: từ khí quyển (carbon dioxide) đến thực vật (quang hợp), từ thực vật đến sinh vật động vật, từ sống đến chết, từ chết đến sống ... (Hình 1).

Các chất hữu cơ có một số đặc điểm phân biệt chúng với các chất vô cơ:

1. Có hơn 100 nghìn chất vô cơ một chút, trong khi gần 18 triệu chất hữu cơ (Bảng 1).

Cơm. 1. Chu trình cacbon trong tự nhiên

2. Thành phần của tất cả các chất hữu cơ bao gồm carbon và hydro, vì vậy hầu hết chúng đều dễ cháy và khi đốt cháy nhất thiết phải tạo thành carbon dioxide và nước.

3. Các chất hữu cơ được cấu tạo phức tạp hơn các chất vô cơ và nhiều chất trong số chúng có trọng lượng phân tử rất lớn, chẳng hạn như những chất nhờ đó mà các quá trình sống diễn ra: protein, chất béo, carbohydrate, axit nucleic, v.v.

4. Các chất hữu cơ có thể xếp thành những hàng giống nhau về thành phần, cấu tạo và tính chất - đồng đẳng.

Dãy đồng đẳng là dãy các chất được sắp xếp theo thứ tự tăng dần về khối lượng phân tử tương đối của chúng, giống nhau về cấu tạo và tính chất hóa học, trong đó mỗi phần tử khác với phần trước bởi sự khác biệt tương đồng CH 2 .

Bảng 1. Sự tăng trưởng về số lượng các hợp chất hữu cơ đã biết

5. Đối với các chất hữu cơ, hiện tượng đồng phân là đặc trưng, ​​rất hiếm xảy ra ở các chất vô cơ. Hãy nhớ lại những ví dụ về đồng phân mà bạn đã gặp ở lớp 9. Lý do cho sự khác biệt về tính chất của các đồng phân là gì?

Đồng phân là hiện tượng tồn tại các chất khác nhau - đồng phân có cùng thành phần định tính và định lượng, nghĩa là có cùng công thức phân tử.

Sự khái quát hóa kiến ​​thức lớn nhất về các chất vô cơ là định luật tuần hoàn và hệ thống tuần hoàn các nguyên tố của D. I. Mendeleev. Đối với các chất hữu cơ, sự tương tự của sự khái quát hóa như vậy là lý thuyết về cấu trúc của các hợp chất hữu cơ của A. M. Butlerov. Hãy nhớ những gì Butlerov hiểu về cấu trúc hóa học. Xây dựng các quy định chính của lý thuyết này.

Để định lượng đặc trưng cho khả năng kết hợp của các nguyên tử của một nguyên tố hóa học với một số nguyên tử nhất định của một nguyên tố hóa học khác trong hóa học vô cơ, trong đó hầu hết các chất có cấu trúc phi phân tử, khái niệm “trạng thái oxy hóa>> được sử dụng. Trong hóa học hữu cơ, trong đó hầu hết các hợp chất có cấu trúc phân tử, khái niệm "hóa trị" được sử dụng. Hãy nhớ những khái niệm này có nghĩa là gì, so sánh chúng.

Tầm quan trọng của hóa học hữu cơ trong cuộc sống của chúng ta là rất lớn. Trong bất kỳ sinh vật nào, bất cứ lúc nào, nhiều sự biến đổi của một số chất hữu cơ thành những chất khác diễn ra. Do đó, không có kiến ​​\u200b\u200bthức về hóa học hữu cơ thì không thể hiểu được hoạt động của các hệ thống hình thành nên cơ thể sống được thực hiện như thế nào, tức là khó hiểu về sinh học và y học.

Với sự trợ giúp của tổng hợp hữu cơ, nhiều loại chất hữu cơ thu được: sợi nhân tạo và tổng hợp, cao su, nhựa, thuốc nhuộm, thuốc trừ sâu (nó là gì?), vitamin tổng hợp, hormone, thuốc, v.v.

Nhiều sản phẩm và vật liệu hiện đại mà chúng ta không thể thiếu các chất hữu cơ (Bảng 2).

nội dung bài học Tom tăt bai học khung hỗ trợ trình bày bài học phương pháp tăng tốc công nghệ tương tác Luyện tập nhiệm vụ và bài tập tự kiểm tra hội thảo, đào tạo, tình huống, nhiệm vụ câu hỏi thảo luận bài tập về nhà câu hỏi tu từ của sinh viên minh họa âm thanh, video clip và đa phương tiện Hình ảnh, hình ảnh đồ họa, bảng, kế hoạch hài hước, giai thoại, truyện cười, chuyện ngụ ngôn truyện tranh, câu nói, câu đố ô chữ, báo giá tiện ích bổ sung tóm tắt bài viết chip dành cho tờ cheat tò mò sách giáo khoa thuật ngữ cơ bản và bổ sung thuật ngữ khác Cải thiện sách giáo khoa và bài họcchữa lỗi trong sách giáo khoa cập nhật một đoạn trong sách giáo khoa các yếu tố đổi mới trong bài học thay thế kiến ​​thức cũ bằng kiến ​​thức mới Chỉ dành cho giáo viên bài học hoàn hảo kế hoạch lịch cho năm đề xuất phương pháp luận của chương trình thảo luận bài học tích hợp

Hiện tại người ta đã xác định rằng loại chất hữu cơ là loại rộng nhất trong số các hợp chất hóa học khác. Các nhà hóa học gọi các chất hữu cơ là gì? Câu trả lời là: đây là những chất có chứa carbon. Tuy nhiên, có những ngoại lệ đối với quy tắc này: axit cacbonic, xyanua, cacbonat, oxit cacbon không phải là một phần của các hợp chất hữu cơ.

Carbon là một nguyên tố hóa học rất kỳ lạ của loại hình này. Điểm đặc biệt của nó là nó có thể tạo thành chuỗi từ các nguyên tử của nó. Kết nối này rất ổn định. Trong các hợp chất hữu cơ, cacbon thể hiện hóa trị (IV) cao. Chúng ta đang nói về khả năng hình thành liên kết với các chất khác. Những liên kết này có thể không chỉ đơn lẻ mà còn gấp đôi hoặc gấp ba. Khi số lượng liên kết tăng lên, chuỗi các nguyên tử trở nên ngắn hơn, độ ổn định của liên kết này tăng lên.

Carbon cũng được biết đến với khả năng hình thành các cấu trúc tuyến tính, phẳng và thậm chí ba chiều. Những tính chất của nguyên tố hóa học này đã xác định nhiều loại chất hữu cơ như vậy trong tự nhiên. Khoảng một phần ba tổng khối lượng của mỗi tế bào trong cơ thể con người là các hợp chất hữu cơ. Đây là những protein mà cơ thể chủ yếu được xây dựng. Những carbohydrate này là "nhiên liệu" phổ quát cho cơ thể. Đây là những chất béo cho phép bạn dự trữ năng lượng. Hormone kiểm soát công việc của tất cả các cơ quan và thậm chí ảnh hưởng đến hành vi. Và các enzym bắt đầu các phản ứng hóa học dữ dội bên trong cơ thể. Hơn nữa, "mã nguồn" của một sinh vật sống - chuỗi DNA - là một hợp chất hữu cơ dựa trên carbon.

Hầu như tất cả các nguyên tố hóa học khi kết hợp với cacbon đều có khả năng tạo ra các hợp chất hữu cơ. Thông thường, trong tự nhiên, thành phần của các chất hữu cơ bao gồm:

• ôxy;
• hydro;
• lưu huỳnh;
• nitơ;
• photpho.

Sự phát triển của lý thuyết trong nghiên cứu các chất hữu cơ tiến hành đồng thời theo hai hướng liên quan đến nhau: các nhà khoa học nghiên cứu sự sắp xếp không gian của các phân tử hợp chất và làm rõ bản chất của liên kết hóa học trong các hợp chất. Nguồn gốc của lý thuyết về cấu trúc của các chất hữu cơ là nhà hóa học người Nga A.M. quản gia.

Nguyên tắc phân loại các chất hữu cơ

Trong ngành khoa học được gọi là hóa học hữu cơ, các câu hỏi về phân loại các chất có tầm quan trọng đặc biệt. Khó khăn nằm ở chỗ có hàng triệu hợp chất hóa học có thể được mô tả.

Các yêu cầu đối với danh pháp rất nghiêm ngặt: nó phải có hệ thống và phù hợp để sử dụng quốc tế. Các chuyên gia của bất kỳ quốc gia nào phải hiểu loại hợp chất nào có liên quan và thể hiện rõ ràng cấu trúc của nó. Một số nỗ lực đang được thực hiện để làm cho việc phân loại các hợp chất hữu cơ phù hợp với quá trình xử lý trên máy tính.

Việc phân loại hiện đại dựa trên cấu trúc của khung carbon của phân tử và sự hiện diện của các nhóm chức trong đó.

Theo cấu trúc của bộ xương carbon của chúng, các chất hữu cơ được chia thành các nhóm:

• mạch hở (aliphatic);
• cacbonic;
• dị vòng.

Tổ tiên của bất kỳ hợp chất nào trong hóa học hữu cơ là những hydrocacbon chỉ bao gồm các nguyên tử carbon và hydro. Theo quy luật, các phân tử của các chất hữu cơ chứa cái gọi là các nhóm chức năng. Đây là những nguyên tử hoặc nhóm nguyên tử xác định tính chất hóa học của hợp chất sẽ là gì. Các nhóm như vậy cũng có thể gán một hợp chất cho một lớp cụ thể.

Ví dụ về các nhóm chức năng là:

• cacbonyl;
• cacboxyl;
• hiđroxyl.

Những hợp chất chỉ chứa một nhóm chức được gọi là đơn chức. Nếu có một số nhóm như vậy trong một phân tử hữu cơ, thì chúng được coi là đa chức (ví dụ: glycerol hoặc chloroform). Dị chức sẽ là những hợp chất mà các nhóm chức khác nhau về thành phần. Chúng có thể được phân loại trong các lớp khác nhau cùng một lúc. Ví dụ: axit lactic. Nó có thể được coi là một loại rượu và một axit cacboxylic.

Theo quy định, quá trình chuyển đổi từ lớp này sang lớp khác được thực hiện với sự tham gia của các nhóm chức năng, nhưng không làm thay đổi khung carbon.

Bộ xương liên quan đến một phân tử được gọi là trình tự kết nối của các nguyên tử. Bộ xương có thể là carbon hoặc chứa cái gọi là dị nguyên tử (ví dụ: nitơ, lưu huỳnh, oxy, v.v.). Ngoài ra, bộ xương của một phân tử hợp chất hữu cơ có thể được phân nhánh hoặc không phân nhánh; mở hoặc tuần hoàn.

Các hợp chất thơm được coi là một loại hợp chất tuần hoàn đặc biệt: phản ứng cộng không phải là đặc trưng của chúng.

Các nhóm chất hữu cơ chính

Các chất hữu cơ có nguồn gốc sinh học sau đây được biết đến:

• carbohydrate;
• protein;
• lipit;
• axit nuclêic.

Phân loại chi tiết hơn các hợp chất hữu cơ bao gồm các chất không có nguồn gốc sinh học.

Có những loại chất hữu cơ trong đó carbon được kết hợp với các chất khác (trừ hydro):

• rượu và phenol;
• axit cacboxylic;
• andehit và axit;
• este;
• carbohydrate;
• lipit;
• axit amin;
• axit nuclêic;
• protein.

Cấu trúc của các chất hữu cơ

Một loạt các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên được giải thích bởi các đặc điểm của các nguyên tử carbon. Chúng có thể hình thành các liên kết rất bền chặt, hợp nhất thành nhóm - chuỗi. Kết quả là các phân tử khá ổn định. Cách các phân tử sử dụng để xâu chuỗi lại với nhau là đặc điểm chính trong cấu trúc của chúng. Carbon có thể kết hợp cả trong chuỗi mở và chuỗi kín (chúng được gọi là tuần hoàn).

Cấu trúc của các chất ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của chúng. Các đặc điểm cấu trúc giúp cho hàng chục và hàng trăm hợp chất cacbon độc lập có thể tồn tại.

Một vai trò quan trọng trong việc duy trì sự đa dạng của các chất hữu cơ được thực hiện bởi các tính chất như tương đồng và đồng phân.

Chúng ta đang nói về các chất thoạt nhìn giống hệt nhau: thành phần của chúng không khác nhau, công thức phân tử giống nhau. Nhưng cấu trúc của các hợp chất về cơ bản là khác nhau. Tính chất hóa học của các chất cũng sẽ khác nhau. Ví dụ, các đồng phân của butan và isobutan có cách viết giống nhau. Các nguyên tử trong phân tử của hai chất này được sắp xếp theo thứ tự khác nhau. Trong một trường hợp, chúng được phân nhánh, trong trường hợp khác thì không.

Tương đồng được hiểu là một đặc điểm của chuỗi carbon, trong đó mỗi thành viên tiếp theo có thể thu được bằng cách thêm cùng một nhóm vào nhóm trước đó. Nói cách khác, mỗi chuỗi tương đồng có thể được biểu thị đầy đủ bằng cùng một công thức. Biết được công thức như vậy, người ta có thể dễ dàng tìm ra thành phần của bất kỳ thành viên nào trong chuỗi.

Ví dụ về các chất hữu cơ

Carbohydrate sẽ hoàn toàn giành chiến thắng trong cuộc cạnh tranh giữa tất cả các chất hữu cơ, nếu tính theo khối lượng. Nó là nguồn năng lượng cho các sinh vật sống và là vật liệu xây dựng cho hầu hết các tế bào. Thế giới carbohydrate rất đa dạng. Thực vật sẽ không tồn tại nếu không có tinh bột và xenlulozơ. Và thế giới động vật sẽ không thể thiếu lactose và glycogen.

Một đại diện khác của thế giới các chất hữu cơ là protein. Chỉ từ hai chục axit amin, thiên nhiên quản lý để hình thành tới 5 triệu loại cấu trúc protein trong cơ thể con người. Chức năng của các chất này bao gồm điều hòa các quá trình sống trong cơ thể, đảm bảo quá trình đông máu, vận chuyển một số loại chất trong cơ thể. Ở dạng enzym, protein hoạt động như chất xúc tác phản ứng.

Một loại hợp chất hữu cơ quan trọng khác là lipid (chất béo). Những chất này đóng vai trò là nguồn dự trữ năng lượng cần thiết cho cơ thể. Chúng là dung môi và giúp cho các phản ứng sinh hóa diễn ra. Lipid cũng tham gia vào việc xây dựng màng tế bào.

Các hợp chất hữu cơ khác - hormone - cũng rất thú vị. Chúng chịu trách nhiệm cho dòng chảy của các phản ứng sinh hóa và trao đổi chất. Đó là hormone tuyến giáp làm cho một người cảm thấy hạnh phúc hay buồn bã. Và đối với cảm giác hạnh phúc, như các nhà khoa học đã phát hiện ra, endorphin chịu trách nhiệm.

Tất cả các chất có chứa một nguyên tử carbon, ngoài cacbonat, cacbua, xyanua, thiocyanate và axit carbonic, đều là hợp chất hữu cơ. Điều này có nghĩa là chúng có thể được tạo ra bởi các sinh vật sống từ các nguyên tử carbon thông qua các phản ứng enzym hoặc các phản ứng khác. Ngày nay, nhiều chất hữu cơ có thể được tổng hợp nhân tạo, điều này cho phép phát triển y học và dược học, cũng như tạo ra các vật liệu polyme và composite có độ bền cao.

Phân loại hợp chất hữu cơ

Hợp chất hữu cơ là loại chất có số lượng nhiều nhất. Có khoảng 20 loại chất ở đây. Chúng khác nhau về tính chất hóa học, khác nhau về chất lượng vật lý. Điểm nóng chảy, khối lượng, độ bay hơi và độ hòa tan của chúng cũng như trạng thái kết tụ của chúng ở điều kiện bình thường cũng khác nhau. Trong số đó:

• hydrocacbon (alkan, alkynes, alken, alkadien, cycloalkan, hydrocacbon thơm);
• andehit;
• xeton;
• rượu (dihydric, monohydric, polyhydric);
• ête;
• este;
• axit cacboxylic;
• amin;
• axit amin;
• carbohydrate;
• chất béo;
• protein;
• polyme sinh học và polyme tổng hợp.

Sự phân loại này phản ánh các đặc điểm của cấu trúc hóa học và sự hiện diện của các nhóm nguyên tử cụ thể quyết định sự khác biệt về tính chất của một chất. Nói chung, việc phân loại dựa trên cấu hình của khung carbon, không tính đến các đặc điểm của tương tác hóa học, trông khác nhau. Theo quy định của nó, các hợp chất hữu cơ được chia thành:

• hợp chất béo;
• chất thơm;
• hợp chất dị vòng.

Các lớp hợp chất hữu cơ này có thể có các đồng phân trong các nhóm chất khác nhau. Tính chất của các đồng phân là khác nhau, mặc dù thành phần nguyên tử của chúng có thể giống nhau. Điều này tuân theo các điều khoản do A. M. Butlerov đặt ra. Ngoài ra, lý thuyết về cấu trúc của các hợp chất hữu cơ là cơ sở định hướng cho mọi nghiên cứu về hóa học hữu cơ. Nó được đặt ngang hàng với Định luật Tuần hoàn của Mendeleev.

Chính khái niệm về cấu trúc hóa học đã được giới thiệu bởi A. M. Butlerov. Trong lịch sử hóa học, nó xuất hiện vào ngày 19 tháng 9 năm 1861. Trước đây, có những ý kiến ​​​​khác nhau trong khoa học và một số nhà khoa học đã phủ nhận hoàn toàn sự tồn tại của phân tử và nguyên tử. Do đó, không có trật tự trong hóa học hữu cơ và vô cơ. Hơn nữa, không có quy tắc nào để có thể đánh giá tính chất của các chất cụ thể. Đồng thời, cũng có những hợp chất có thành phần giống nhau nhưng lại thể hiện những tính chất khác nhau.

Các tuyên bố của A. M. Butlerov theo nhiều cách đã định hướng đúng hướng cho sự phát triển của hóa học và tạo nền tảng vững chắc cho nó. Thông qua đó, có thể hệ thống hóa các sự kiện đã tích lũy được, cụ thể là tính chất hóa học hoặc vật lý của một số chất, mô hình tham gia phản ứng của chúng, v.v. Ngay cả việc dự đoán các cách để thu được các hợp chất và sự hiện diện của một số tính chất chung cũng trở nên khả thi nhờ lý thuyết này. Và quan trọng nhất, A. M. Butlerov đã chỉ ra rằng cấu trúc của một phân tử chất có thể được giải thích bằng các tương tác điện.

Logic của lý thuyết về cấu trúc của các chất hữu cơ

Kể từ trước năm 1861, nhiều người trong ngành hóa học đã bác bỏ sự tồn tại của nguyên tử hoặc phân tử, lý thuyết về các hợp chất hữu cơ đã trở thành một đề xuất mang tính cách mạng đối với thế giới khoa học. Và vì bản thân A. M. Butlerov chỉ xuất phát từ những kết luận duy vật, nên ông đã có thể bác bỏ những ý tưởng triết học về chất hữu cơ.

Ông đã có thể chỉ ra rằng cấu trúc phân tử có thể được nhận ra bằng thực nghiệm thông qua các phản ứng hóa học. Ví dụ, thành phần của bất kỳ carbohydrate nào có thể được xác định bằng cách đốt cháy một lượng nhất định của nó và đếm lượng nước và carbon dioxide thu được. Lượng nitơ trong phân tử amin cũng được tính toán trong quá trình đốt cháy bằng cách đo thể tích khí và giải phóng lượng nitơ phân tử hóa học.

Nếu chúng ta xem xét các phán đoán của Butlerov về cấu trúc hóa học, vốn phụ thuộc vào cấu trúc, theo hướng ngược lại, thì một kết luận mới sẽ tự đưa ra. Cụ thể: biết cấu trúc hóa học và thành phần của một chất, người ta có thể giả định theo kinh nghiệm các tính chất của nó. Nhưng quan trọng nhất, Butlerov giải thích rằng trong chất hữu cơ có một số lượng lớn các chất thể hiện các tính chất khác nhau, nhưng có cùng thành phần.

Quy định chung của lý thuyết

Xem xét và nghiên cứu các hợp chất hữu cơ, A. M. Butlerov đã suy ra một số mẫu quan trọng nhất. Ông đã kết hợp chúng thành các điều khoản của lý thuyết giải thích cấu trúc của các chất hóa học có nguồn gốc hữu cơ. Các quy định của lý thuyết như sau:

• trong phân tử các chất hữu cơ, các nguyên tử liên kết với nhau theo một trình tự xác định chặt chẽ, phụ thuộc vào hóa trị;
• cấu trúc hóa học là thứ tự trực tiếp theo đó các nguyên tử được kết nối trong các phân tử hữu cơ;
• cấu trúc hóa học xác định sự hiện diện của các tính chất của một hợp chất hữu cơ;
• tùy thuộc vào cấu trúc của các phân tử có cùng thành phần định lượng, có thể xuất hiện các tính chất khác nhau của chất;
• tất cả các nhóm nguyên tử liên quan đến sự hình thành một hợp chất hóa học đều có ảnh hưởng lẫn nhau.

Tất cả các loại hợp chất hữu cơ được xây dựng theo các nguyên tắc của lý thuyết này. Sau khi đặt nền móng, A. M. Butlerov đã có thể mở rộng hóa học như một lĩnh vực khoa học. Ông giải thích rằng do carbon thể hiện hóa trị bốn trong các chất hữu cơ, nên sự đa dạng của các hợp chất này được xác định. Sự hiện diện của nhiều nhóm nguyên tử hoạt động xác định liệu một chất có thuộc về một lớp nhất định hay không. Và chính xác là do sự hiện diện của các nhóm nguyên tử cụ thể (gốc) mà các tính chất vật lý và hóa học xuất hiện.

Hiđrocacbon và dẫn xuất của chúng

Các hợp chất hữu cơ của carbon và hydro này có thành phần đơn giản nhất trong số tất cả các chất của nhóm. Chúng được đại diện bởi một phân lớp của ankan và xicloalkan (hydrocacbon bão hòa), anken, alkadien và alkatriene, alkynes (hydrocacbon không bão hòa), cũng như một phân lớp của các chất thơm. Trong ankan, tất cả các nguyên tử cacbon chỉ được nối với nhau bằng một liên kết C-C duy nhất, đó là lý do tại sao không một nguyên tử H nào có thể được tạo thành trong thành phần của hiđrocacbon.

Trong các hydrocacbon không no, hydro có thể được kết hợp tại vị trí của liên kết đôi C=C. Ngoài ra, liên kết C-C có thể là ba (alkynes). Điều này cho phép các chất này tham gia vào nhiều phản ứng liên quan đến việc khử hoặc bổ sung các gốc tự do. Tất cả các chất khác, để thuận tiện cho việc nghiên cứu khả năng tham gia phản ứng, được coi là dẫn xuất của một trong các loại hydrocacbon.

rượu

Ancol được gọi là hợp chất hữu cơ có cấu tạo hoá học phức tạp hơn hiđrocacbon. Chúng được tổng hợp như là kết quả của các phản ứng enzym trong các tế bào sống. Ví dụ điển hình nhất là quá trình tổng hợp ethanol từ glucose do quá trình lên men.

Trong công nghiệp, ancol thu được từ dẫn xuất halogen của hiđrocacbon. Kết quả của sự thay thế một nguyên tử halogen cho một nhóm hydroxyl, rượu được hình thành. Rượu đơn chức chỉ chứa một nhóm hydroxyl, rượu đa chức - hai hoặc nhiều hơn. Một ví dụ về rượu dihydric là ethylene glycol. Rượu đa chức là glixerol. Công thức chung của rượu là R-OH (R là một mạch cacbon).

Anđehit và xeton

Sau khi rượu tham gia vào các phản ứng của các hợp chất hữu cơ liên quan đến việc loại bỏ hydro khỏi nhóm rượu (hydroxyl), một liên kết đôi giữa oxy và carbon đóng lại. Nếu phản ứng này xảy ra ở nhóm rượu nằm ở nguyên tử cacbon cuối cùng, thì kết quả là một aldehyd được hình thành. Nếu nguyên tử cacbon với rượu không nằm ở cuối chuỗi cacbon, thì kết quả của phản ứng khử nước là tạo ra xeton. Công thức chung của xeton là R-CO-R, anđehit R-COH (R là gốc hiđrocacbon của dãy).

Este (đơn giản và phức tạp)

Cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ thuộc lớp này rất phức tạp. Ete được coi là sản phẩm phản ứng giữa hai phân tử rượu. Khi nước được tách ra khỏi chúng, một hợp chất của mẫu R-O-R được hình thành. Cơ chế phản ứng: loại bỏ một proton hydro từ một rượu và một nhóm hydroxyl từ một rượu khác.

Este là sản phẩm phản ứng giữa rượu và axit cacboxylic hữu cơ. Cơ chế phản ứng: loại nước khỏi rượu và nhóm cacbon của cả hai phân tử. Hydro được tách ra khỏi axit (dọc theo nhóm hydroxyl) và chính nhóm OH được tách ra khỏi rượu. Hợp chất thu được được mô tả là R-CO-O-R, trong đó R-gỗ sồi biểu thị các gốc - phần còn lại của chuỗi carbon.

Axit cacboxylic và amin

Axit cacboxylic được gọi là các chất đặc biệt đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của tế bào. Cấu trúc hóa học của các hợp chất hữu cơ như sau: gốc hiđrocacbon (R) có gắn nhóm cacboxyl (-COOH). Nhóm cacboxyl chỉ có thể nằm ở nguyên tử cacbon cực trị, vì hóa trị C trong nhóm (-COOH) là 4.

Amin là hợp chất đơn giản hơn là dẫn xuất của hiđrocacbon. Ở đây, bất kỳ nguyên tử carbon nào cũng có gốc amin (-NH2). Có những amin bậc một trong đó nhóm (-NH2) được gắn vào một carbon (công thức chung R-NH2). Ở amin bậc hai, nitơ kết hợp với hai nguyên tử cacbon (công thức R-NH-R). Amin bậc ba có nitơ gắn với ba nguyên tử cacbon (R3N), trong đó p là gốc, chuỗi cacbon.

axit amin

Axit amin là những hợp chất phức tạp thể hiện tính chất của cả amin và axit có nguồn gốc hữu cơ. Có một số loại trong số chúng, tùy thuộc vào vị trí của nhóm amin so với nhóm cacboxyl. Axit amin alpha là quan trọng nhất. Ở đây, nhóm amin nằm ở nguyên tử cacbon mà nhóm cacboxyl được gắn vào. Điều này cho phép bạn tạo liên kết peptide và tổng hợp protein.

Carbohydrate và chất béo

Carbohydrate là rượu aldehyde hoặc rượu keto. Đây là những hợp chất có cấu trúc tuyến tính hoặc tuần hoàn, cũng như các polyme (tinh bột, cellulose, v.v.). Vai trò quan trọng nhất của chúng trong tế bào là cấu trúc và năng lượng. Chất béo, hay đúng hơn là lipid, thực hiện các chức năng tương tự, chỉ có điều chúng tham gia vào các quá trình sinh hóa khác. Về mặt hóa học, chất béo là este của axit hữu cơ và glixerol.