Раздел 2. Органическая химия

Тема. 2.1: Основные понятия органической химии и теория строения органических соединений

Перечень изучаемых вопросов:

Предмет органической химии. Природные, искусственные и синтетические органические вещества. Сравнение органических веществ с неорганическими. Валентность. Химическое строение как порядок соединения атомов в молекулы по валентности. Теория строения органических соединений А.М. Бутлерова. Основные положения теории химического строения. Изомерия и изомеры. Химические формулы и модели молекул в органической химии. Классификация органических веществ. Классификация веществ по строению углеродного скелета и наличию функциональных групп. Гомологи и гомология. Начала номенклатуры IUPAC.

Предмет органической химии.Природные, искусственные и синтетические органические вещества. Сравнение органических веществ с неорганическими. Валентность. Химическое строение как порядок соединения атомов в молекулы по валентности.

Органической химией называют химию соединений углерода независимо от способа получений этих соединений, их природных веществ или искусственным путем (синтетическим).

В состав органических веществ входят С, H, N, O, S, P, и др. Название «органическая» произошло от слова «организм», так как с середины 17 века вещества делили по их происхождению на минеральные, животные и растительные (органические). Все органические вещества получали из организмов животных или растений. Считалось, что все органические соединения образуются под воздействием особой таинственной жизненной силы. Эта идеалистическая теория получила название виталистической. Учение о жизненной силе соответствовало идеалистической философии того времени. Началом к опровержению неправильной теории виталистов служат работы немецкого химика Вёлера. В 1824 г. он получил синтетическим путем щавелевую кислоту НООС-СООН, в 1828 г. – мочевину. В 1842 г русский ученый Зинин синтезировал анилин С₆Н₅NH₂; Кольбе в 1845 СН₃СООН, Бертло в 1854 осуществил синтез жира, А.М. Бутлеров в 1861 г. впервые синтезировал сахаристое вещество.

Сейчас известно около 6 млн. органических веществ, тогда как число неорганических ≈ 300 тыс.

Значение органических соединений в жизни человека огромно. Органические вещества содержатся во всех растительных и животных организмах, входят в состав нашей пищи, служат материалом для изготовления одежды, образуют различные виды топлива, используются нами в качестве лекарства, красителей и т.д.

Обмен веществ связан с изменениями органических веществ. Основные продукты питания: жиры, белки, углеводы – относятся к органическим веществам. В основе процессов, протекающих при переработке и хранении пищевых продуктов (брожение, созревание сыров, прогоркание жиров и др.) лежат превращение органических соединений.

Во многих важнейших отраслях промышленности применяется органическое сырье. Знание основ органической химии и свойств органических веществ, входящих в состав пищевых продуктов, необходимо для будущей практической деятельности работников молочной промышленности.

Пути развития органической химии и причины выделения в самостоятельную науку

Особенно благоприятные условия для развития органической химии в нашей стране сложились после победы Октябрьской революции. Была создана сеть научных учреждений, в которых ученые-органики Н.Д.Зелинский, А.Е.Фаворский, С.В. Лебедев, и др. получили простор для исследований и для воспитания молодых научных кадров. В первую очередь нашей стране была необходима тяжелая химическая промышленность, обеспечивающая потребность народного хозяйства и обороны. Такая промышленность была создана и в годы Великой Отечественной войны она помогла одержать победу советским людям.

В послевоенные годы химическая промышленность продолжала развиваться. Важной составной частью химической промышленности являются производства, основанные на достижениях органической химии.

1. Промышленность тяжелого (основного) органического синтеза. Кислородосодержащие (спирты, альдегиды, кетоны, кислоты, эфиры). Азотсодержащие органические соединения (нитросоединения, амины, нитрилы). Галогенсодержащие. Частью тяжелого органического синтеза является нефтехимическая промышленность.

2. Производство ядохимикатов и органических удобрений.

3. Промышленность синтетических смол и пластических масс.

4. Промышленность синтетического каучука.

5. Промышленность химических волокон.

6. Лакокрасочная промышленность.

7. Анилинокрасочная промышленность.

8. Химико-фармацевтическая промышленность.

9. Промышленность реактивов и высокочистых веществ.

Органическая химия, как химия углеродистых соединений, выделена из общей химии в самостоятельную дисциплину по следующим причинам: органические соединения обладают рядом отличительных особенностей:

1. содержат углерод;

2. многие имеют большую молекулярную массу;

3. в отличие от неорганических веществ характерны не ионные, а ковалентные связи;

4. кипят и плавятся при более низких температурах, чем неорганические;

5. при сильном нагревании без кислорода разлагаются и обугливаются, а с кислородом с образованием СО₂ и Н₂О;

6. большинство химических реакций с органическими веществами протекает медленно;

7. широко распространенно явление изомерии.

8. органические соединения очень многочисленны (около 6 млн.)

Выделение органической химии в самостоятельную дисциплину обусловлено и той исключительной ролью, которой играют органические соединения в живой природе и в жизни человека.

Основными источника органических веществ являются: нефть, природные газы, попутные нефтяные газы и промышленные газы нефтепереработки, твердые горючие ископаемые и т.д.

– Нефть – ценный источник моторных топлив и смазочных масел. При вторичной переработке нефти (крекинг, пиролиз, окисление, дегидрирование) получают многочисленные органические вещества. Большие запасы природных и попутных нефтяных газов делают их в настоящее время одним из наиболее дешевых источников сырья для синтеза многих химических веществ.

– Каменный уголь, сланцы, торф – используется как топливо, и как источник органических веществ (фенолов, бензола, толуола, нафталина и др.)

– Древесина и растительные отходы – богатейший возобновляемый источник органических веществ.

Убедившись, что данное вещество органическое - приступают к его выделению и очистке. Для очистки веществ применяются следующие методы: перекристаллизация, перегонка, возгонка, экстракция, хроматография.

После того как вещество получено в чистом виде приступают к изучению его физических констант: определяются: температура плавления, температура кипения, относительная плотность, показатель преломления.