Общие представления, классификация, номенклатура
Органическая химия – раздел химии, изучающий углерод и его соединения, их строение, свойства, методы получения, возможность практического использования. Органическая химия играет большую роль в жизни и практической деятельности человека. Важнейшие отрасли промышленности, где производят или перерабатывают органическое сырье, – нефте- и газоперерабатывающая промышленность, производство каучука, резины, смол, пластмасс, высокомолекулярных соединений – полимеров (ВМС), синтетических волокон, пищевая, фармацевтическая, лакокрасочная промышленности, строительная индустрия.
Органические соединения (ОС) имеют ряд особенностей. Атомы углерода в них способны соединяться друг с другом, образуя цепи, кольца. Этим объясняется многообразие органических соединений. В ОС связь атомов ковалентная, поэтому почти все органические вещества являются неэлектролитами. При нагревании в пределах 400–600 °С органические соединения легко разлагаются, обугливаются. Это объясняется небольшой прочностью связи между атомами углерода. Важнейшей особенностью органических соединений является широко распространенное явление изомерии. Свойства органических веществ зависят не только от их состава, но и от порядка соединения атомов в молекуле. Вещества, имеющие одинаковый состав и одинаковую молекулярную массу, но различное строение молекул, а поэтому обладающие разными свойствами, называются изомерами.
Для углеводорода пентана возможны три изомера:
1) СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – СН3 нормальный пентан
Число изомеров резко возрастает с увеличением числа углеродных атомов в молекуле. Бутан имеет 2 изомера, гептан – 9, декан – 75. Все указанные случаи относятся к структурной изомерии. Кроме нее возможна пространственная изомерия(цис-, трансизомерия), которая возникает в результате различного расположения отдельных частей молекулы в пространстве. У цисизомеров заместители находятся с одной стороны плоской молекулы; у трансизомеров – с двух сторон молекулы.
Существуют и другие виды изомерии: таутомерия, изомерия положения кратных связей, изомерия положения функциональных групп. Существование изомеров вытекает из основных положений теории строения органических соединений, созданной А. М. Бутлеровым. Основные положения теории сводятся к следующему:
1. В молекулах атомы соединены друг с другом в определенной последовательности в соответствии с их валентностью. Порядок связи атомов определяет химическое строение.
2. Свойства вещества зависят не только от того, какие атомы и в каком количестве входят в состав его молекулы, но и от того, в каком порядке они соединены между собой, т. е. от химического строения молекулы.
3. Атомы или группы атомов, образующие молекулу, взаимно влияют друг на друга, от этого зависит реакционная способность молекулы.
Теория химического строения А. М. Бутлерова по значимости сопоставима с периодической системой элементов Д. И. Менделеева. Она дала возможность систематизировать огромный практический материал, заранее предсказать существование новых веществ и пути их получения.
Среди многообразия органических соединений можно выделить группы веществ, которые сходны по химическому составу и отличаются друг от друга на группу – СН2 – (гомологическая разница). Соединения, сходные по химическим составам, состав которых отличается друг от друга на группу или несколько групп – СН2 –, называют гомологами. Гомологи, расположенные в порядке возрастания их относительной молекулярной массы, образуют гомологический ряд, например ряд предельных углеводородов (алканов) СН4 – метан; СН3 – СН3 – этан; СН3 – СН2 – СН3 – пропан; СН3 – СН2 – СН2 – СН3 – бутан и т. д.
Гомологические ряды могут быть построены для всех классов органических соединений. Зная свойства одного из членов гомологического ряда, можно сделать выводы о свойствах других представителей того же ряда.