شیمی آلی یکی از دشوارترین دروس علمی است – موضوعی که حتی رشته های علوم نیز آن را چالش برانگیز می دانند. اگر در دبیرستان هستید و برای GCSE خود در علوم آماده می‌شوید، احتمالاً می‌دانید که در مورد چه چیزی صحبت می‌کنیم.

شیمی آلی نه تنها شامل درک مفاهیم پیچیده و به خاطر سپردن ساختارهای مولکولی است، بلکه باید سیستم نامگذاری استاندارد و نحوه ارتباط آن با فرمول های شیمیایی و ساختارهای مولکولی ترکیبات آلی را نیز بیاموزید. این مقاله شما را با اصول شیمی آلی آشنا می‌کند تا در هنگام بازنگری در این موضوع، دانش کافی داشته باشید.

شیمی آلی چیست؟

شیمی آلی در درجه اول در مورد مطالعه ترکیبات مبتنی بر کربن، از جمله خواص شیمیایی، خواص فیزیکی، ساختارها و واکنش ها. یک ترکیب آلی دارای اتم های کربن است که از طریق پیوند کووالانسی در کنار هم نگه داشته می شوند.

ترکیبات آلی معمولاً توسط موجودات زنده سنتز می شوند و در چیزهایی مانند بافت های حیوانی و گیاهی، میوه ها و سبزیجات، ناخن ها، شیر و شاخ یافت می شوند. اما ترکیبات آلی فقط در سلول های موجودات زنده نیستند. آنها در سراسر جهان، خشکی یا دریا یافت می شوند و اغلب در چوب، کاغذ، نفت و حتی بنزین وجود دارند. نمونه های اصلی ترکیبات آلی از این نظر، مخلوط های هیدروکربنی در نفت خام یا سوخت فسیلی است.

شیمی آلی اغلب با بیوشیمی همپوشانی دارد، جایی که نگرانی اصلی نحوه عملکرد مواد شیمیایی است. داخل یک موجود زنده از سوی دیگر، شیمی آلی عمدتاً با رفتار شیمیایی و سنتز مواد شیمیایی مبتنی بر کربن سر و کار دارد. خارج از موجودات زنده این بدان معناست که در توسعه محصولات دارویی، تولید پلیمرهایی مانند پلاستیک و پردازش سوخت‌های فسیلی بسیار مفید است.

شیمی آلی طیف وسیعی از ترکیبات آلی از جمله هیدروکربن ها، ترکیبات آلی فلزی و سایر ترکیبات مبتنی بر کربن را پوشش می دهد، به ویژه آنهایی که حاوی اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، فسفر و هالوژن هستند.

نفت خام، هیدروکربن ها و آلکان ها

شما بازبینی GCSE برای شیمی آلی باید سیستماتیک باشد ابتدا باید اصول زیربنایی موضوع را درک کنید و سپس این اصول را در نمونه های خاص اعمال کنید. همچنین دانستن دسته بندی های مختلف ترکیبات آلی مانند هیدروکربن ها بسیار مهم است. هیدروکربن‌ها ترکیبات آلی هستند که شامل مخلوط‌های نفت خام می‌شوند که بیشتر آن‌ها هستند آلکان ها.

انواع مختلف هیدروکربن ها چیست؟

چند وجود دارد کلاس های مولکول های آلی. هیدروکربن ها ساده ترین هستند زیرا فقط از کربن و هیدروژن تشکیل شده اند. از طرف دیگر، پیچیده ترین ترکیبات آلی، بیومولکول ها هستند که شامل پروتئین ها، لیپیدها، کربوهیدرات ها و اسیدهای نوکلئیک موجود در موجودات زنده است. در حالی که اینها هستند ترکیبات آلی، آنها کانون شیمی آلی نیستند.

هیدروکربن ها به ویژه در شیمی آلی مهم هستند زیرا منبع اصلی انرژی هستند که صنایع و حمل و نقل را تامین می کنند. مشتقات هیدروکربنی، به ویژه پلاستیک، نیز مواد حیاتی برای تولید طیف وسیعی از محصولات تجاری هستند. بر اساس نامگذاری استاندارد IUPAC، هیدروکربن ها به سه دسته طبقه بندی می شوند:

1. هیدروکربن های اشباع شده

اینها ساده ترین نوع هیدروکربن ها هستند و فقط پیوندهای منفرد دارند. به این ترتیب، آنها از هیدروژن اشباع شده اند، زیرا سایر پیوندهای غیر کربن به کربن توسط اتم های هیدروژن اشغال شده اند. به عنوان مثال، متان دارای یک اتم کربن اما چهار اتم هیدروژن است.

هیدروکربن های اشباع غیر حلقوی آلکان نامیده می شوند و فرمول تعمیم یافته C دارند_nاچ_2n+. این بدان معناست که برای هر کربن، تعداد هیدروژن دو برابر آن عدد به اضافه دو است.

هیدروکربن های اشباع با زنجیره مستقیم ساده ترین روش برای نامگذاری و استنباط فرمول هستند. به عنوان مثال، هیدروکربنی از این نوع با هفت کربن، هپتان نامیده می شود، همانطور که شکل هفت ضلعی را هفت ضلعی می نامند. با استفاده از قانون بالا، می توانیم بفهمیم که فرمول شیمیایی C خواهد بود₇اچ₁₆: ما می دانیم که هفت اتم کربن وجود دارد، بنابراین این مقدار را دو برابر می کنیم تا 14 بدست آوریم و در هنگام تعیین تعداد اتم های هیدروژن، دو عدد را اضافه می کنیم.

فرمول تعمیم یافته هیدروکربن های اشباع با حلقه C است_nاچ_{2n+2 (1-r)}. “r” تعداد حلقه ها را نشان می دهد. آلکان هایی که دقیقا یک حلقه دارند سیکلوآلکان نامیده می شوند.

آلکان ها پایه و اساس سوخت های نفتی تصفیه شده و محصولات مرتبط هستند. آنها به صورت خطی یا منشعب هستند. سوخت های نفتی مخلوطی از آلکان ها و انواع دیگر هیدروکربن ها هستند. به عنوان مثال، بنزین معمولاً از نظر حجمی از موارد زیر تشکیل شده است:

• 4-8 درصد آلکان
• 2-5٪ آلکن
• 25-40 درصد ایزوآلکان ها
• 3-7٪ سیکلوآلکان
• 1-4٪ سیکلوآلکن ها
• 0-50٪ کل آروماتیک (0.5-2.5٪ بنزن)

هیدروکربن های اشباع شده برای ایجاد محصولات دیگر، پلیمرهای خاص بسیار مفید هستند، زیرا سایر مواد شیمیایی یا عناصر به راحتی می توانند از طریق جایگزینی واکنش نشان دهند. به عنوان مثال، کلروفرم را می توان از متان از طریق واکنش کلرسازی سنتز کرد.

2. هیدروکربن های غیر اشباع

این هیدروکربن ها دارای یک یا چند پیوند دو یا سه گانه بین اتم های کربن خود هستند. هیدروکربن های با پیوند دوگانه آلکن نامیده می شوند و فرمول کلی C دارند_nاچ_2n. این فرمول تعمیم یافته برای کسانی که ساختار چرخه ای ندارند قابل استفاده است. هیدروکربن هایی که دارای پیوندهای سه گانه هستند، آلکین هایی با فرمول تعمیم یافته C نامیده می شوند_nاچ_2n-2.

3. هیدروکربن های معطر

هیدروکربن های آروماتیک در ساختار مولکولی خود حلقوی هستند یا حداقل یک حلقه معطر در هر مولکول دارند. آنها را آرن می نامند و رایج ترین نمونه آن بنزن است. تقریباً 10 درصد از انتشارات غیر متان از وسایل نقلیه بنزینی هیدروکربن های معطر هستند.

شیمی آلی بیشتر

شیمی آلی نیز بخش قابل توجهی از مطالعات خود را به گروه های عاملی اختصاص می دهد. این نه تنها یک قرارداد صرف در طبقه بندی مواد شیمیایی آلی است، بلکه مهمتر از آن در مورد شناسایی ساختارها و خواص شیمیایی انواع مختلف مواد شیمیایی آلی است.

دسته های اصلی مواد شیمیایی آلی بر اساس گروه های عملکردی عبارتند از:

• هیدروکربن ها: همانطور که قبلا ذکر شد، اینها ترکیباتی هستند که فقط حاوی اتم های کربن و هیدروژن هستند. ترکیبات یا خطی یا حلقوی هستند. آنها همچنین می توانند چندین ایزومر یا تغییرات مولکولی داشته باشند.

• گروه های حاوی هالوژن: اینها ترکیبات هالوآلکانی هستند که حاوی هالوژن هایی مانند فلوئور، کلر و برم هستند. گروه های عاملی بر اساس هالوژن نامگذاری شده اند. به عنوان مثال، هالوآلکانی که حاوی ید است، یدوآلکان نامیده می شود. فرمول تعمیم یافته RX است، که در آن R نشان دهنده زنجیره آلکان است در حالی که X نشان دهنده هالوژن است.

• گروه های حاوی اکسیژن: این گروه ها از نظر ساختار مولکولی دارای تنوع زیادی هستند. آنها شامل الکل (هیدروکسیل)، کتون (کربونیل)، استر (کربوآلکوکسی) و اسیدهای کربوکسیلیک (کربوکسیل) هستند. اشکال پیچیده تری دیگری نیز وجود دارد که با گروه عملکردی و ساختار پیوند اکسیژن تعریف می شوند.

• گروه های حاوی نیتروژن: این گروه ها در موجودات زنده بسیار مهم هستند زیرا مولکول های پروتئین و سایر مولکول های زیستی را تشکیل می دهند. برخی از نمونه ها آمین ها، آزیدها و مشتقات پیریدین هستند.

• گروه های حاوی گوگرد: مواد شیمیایی آلی حاوی گوگرد دارای خواص شیمیایی منحصر به فرد و واکنش پذیری هستند زیرا توانایی تشکیل پیوندهای بیشتری نسبت به اکسیژن دارند. به عنوان مثال می توان به سولفیدها، سولفوکسیدها و استرهای سولفونات اشاره کرد. این گروه ها مهم هستند زیرا بسیاری از آنتی بیوتیک ها بر پایه ترکیبات آلی گوگردی هستند.

• گروه های حاوی فسفر: مهمترین مولکول حاوی فسفر DNA است که حامل کد ژنتیکی همه موجودات یوکاریوتی است. نمونه های دیگر فسفین ها، فسفات ها و اسید فسفریک هستند.

• گروه های حاوی بور: نمونه هایی از این گروه ها یا اسیدها یا استرها هستند. آنها شامل اسیدهای بورونیک و استرهای بورونیک هستند.