شیمی آلی چیست و چه ارتباطی با سایر موضوعات STEM دارد؟ اهمیت یادگیری شیمی آلی چیست اگر می خواهید دنبال کنید شغل در شیمیو کاربردهای شیمی آلی چیست؟ اینها برخی از سوالاتی است که این مقاله به دنبال پاسخگویی به آنها خواهد بود.

شیمی آلی چیست و چه ارتباطی با سایر علوم دارد؟

شیمی ارگانیک حوزه ای از تخصص در شیمی است که بر مطالعه ترکیبات حاوی کربن مانند موجودات بیولوژیکی متمرکز است. این به طور خاص به ساختار مولکولی این ترکیبات آلی و همچنین آنها مربوط می شود:

• ترکیب بندی
• واکنش های مختلف
• خواص شیمیایی و فیزیکی
• آماده سازی آزمایشگاهی یا صنعتی

در ابتدا، شیمی آلی بر روی موادی متمرکز بود که فقط توسط موجودات زنده تولید می شوند، مانند پروتئین ها، لیپیدها و کربوهیدرات ها. با گذشت زمان، این موضوع تمرکز خود را گسترش داده است تا هر ترکیبی که حاوی ستون فقرات کربن باشد، مانند:

• هیدروکربن ها و مشتقات آنها مانند الکل ها
• محصولات مصنوعی یا مصنوعی، مانند پلاستیک
• ترکیباتی مانند نیتروژن، اکسیژن، سیلیکون، گوگرد یا هالوژن

شیمی آلی مانند شیمی معدنی علم پایه ای نیست، زیرا با مواد پیچیده تری سروکار دارد. با این حال، درک آن یک پیش نیاز برای مطالعه سایر علوم مانند بیوشیمی یا علم مواد است. دانش آموزانی که آموزش STEM را انجام می دهند به همین ترتیب حداقل یک موضوع شیمی آلی مورد نیاز است. حتی در برخی موارد، این درس به عنوان یک جزء اجباری در دروس شیمی عمومی به رشته های غیر شیمی نیز تدریس می شود.

اگر دانش آموزی تصمیم بگیرد که شغل STEM را دنبال کند، داشتن درک خوب از شیمی آلی در آینده در زندگی بسیار مفید خواهد بود. به عنوان مثال، یک مهندس مکانیکی که در حال طراحی یک موتور دیزلی است، اگر درک قوی از نحوه احتراق انواع خاصی از سوخت‌های فسیلی داشته باشد، می‌تواند مدل کارآمدتری تولید کند.

اهمیت شیمی آلی چیست؟

شیمی آلی نه تنها به عنوان یک نیاز آکادمیک برای کسانی که در رشته های STEM تحصیل می کنند، مهم است، بلکه به دلیل کاربردهای عملی فراوان آن در صنایع مختلف، به ویژه در پردازش و ساخت طیف گسترده ای از محصولات مصرفی، از جمله:

• کاغذ
• لوازم آرایشی
• غذاهای فراوری شده
• محصولات دارویی

حتی اگر شما یک رشته علوم نیستید و علاقه شما به شیمی آلی بسیار دور است، ممکن است بدون اینکه متوجه شوید بیشتر در مورد این موضوع بدانید بهره مند شوید. از زمانی که صبح از خواب بیدار می شوید تا زمانی که شب به خواب می روید، محصولاتی هستند که ما هر روز از آنها استفاده می کنیم و به دلیل شیمی آلی امکان پذیر شده اند. چه خمیر دندان، شامپو، لوسیون یا بنزین شما باشد، شیمی آلی نقش مهمی در ساختن لوازم ضروری روزمره ما دارد.

استخراج در شیمی آلی چیست؟

در شیمی آلی، استخراج یک روش آزمایشگاهی یا صنعتی است که عمدتاً به جداسازی ترکیبات از مواد گیاهی اشاره دارد. به طور معمول، مایعاتی مانند آب میوه یا اسانس‌ها از گیاهان استخراج می‌شوند تا عصاره‌های غلیظ بسازند، که نشان می‌دهد چگونه استخراج ترکیبات آلی گیاهی را از یک محلول مایع به محلول دیگر منتقل می‌کند. به این ترتیب، ترکیبات را می توان به راحتی پردازش، مطالعه، تغلیظ یا سنتز کرد.

فرآیند استخراج به شیمیدان اجازه می دهد تا ترکیبات مورد نظر را به طور انتخابی از یک مخلوط جدا و جدا کند. به عنوان مثال، اسانس های گل ها را می توان استخراج کرد تا زمانی که ترکیب و ساختار آنها مشخص شد، بتوان آنالوگ های مصنوعی ساخت. به زبان ساده، از طریق استخراج، رایحه گل ها را می توان سنتز کرد و در مواردی مانند عطر و شمع های معطر استفاده کرد.

از نظر روش آزمایشگاهی، استخراج معمولاً شامل استفاده از a قیف جدایی. این یک فرآیند نسبتا آسان است که ابتدا نیاز به حذف مایع از قسمت های جامد گیاه دارد. این کار را می توان با فشار دادن آن یا استفاده از آبمیوه گیری انجام داد. پس از استخراج مایع، آن را فیلتر می کنند تا بقایای جامد جدا شوند. سپس:

• مایع داخل قیف جداکننده ریخته می شود
• یک حلال غیرقابل اختلاط برای جداسازی مایعات در مخلوط اضافه می شود
• سپس به تدریج اجازه می‌دهیم تا محلول آبی چکه کند تا مایع روغنی یا غیرقطبی باقی بماند

اختلاط ناپذیری خاصیت مواد استبه ویژه مایعات، که از تشکیل ترکیبات معینی از مواد مانند روغن و آب جلوگیری می کند. چند نمونه از حلال های غیرقابل اختلاط مورد استفاده در استخراج عبارتند از:

• اب
• تولوئن
• 2-پروپانول
• 1-پروپانول
• متانول
• هگزان
• هپتان
• دی اتیل اتر

مکانیسم در شیمی آلی چیست؟

مکانیسم در شیمی آلی به این بستگی دارد که کدام یک از چهار نوع واکنش در حال انجام است. آ مکانیسم واکنش اشاره به منظم، گام به گام سری از پایه واکنش های شیمیایی که باید رخ دهد تا یک واکنش کلی و نهایی اتفاق بیفتد. در شیمی آلی، طیف گسترده‌ای از واکنش‌های شیمیایی پیچیده همیشه وجود دارد، اما همه آنها نمونه‌هایی از یکی از چهار نوع واکنش هستند: جایگزینی 1 (Sn1)، جایگزینی 2 (Sn2)، حذف 1 (E1)، یا حذف 2 (E2).

جایگزینی 1 یا Sn1

واکنش های جایگزینی 1 درگیر کردن هسته دوست ها یا پایه ها واکنش‌ها در این دسته تحت دو شرایط اتفاق می‌افتد: زمانی که یک هسته یا باز ضعیف وجود داشته باشد، و زمانی که یک قطعه مولکولی روی زنجیره کربن وجود داشته باشد. سه مرحله در Sn1 وجود دارد:

1. کربوکاتیون زمانی تشکیل می شود که گروه ترک را ترک می کند
2. نوکلئوفیل به کربوکاتیون حمله می کند
3. پروتون ها از گروه نوکلئوفیل حذف می شوند (پروتون زدایی)

جایگزینی 2 یا Sn2

واکنش های شیمیایی در دسته Sn2 همچنین واکنش های جایگزینی هستند. با این حال، به جای یک هسته دوست یا پایه ضعیف، آنها یک هسته دوست قوی را شامل می شوند.

واکنشی از این نوع در صورتی اتفاق می‌افتد که گروه ترک یک گروه اولیه تحت واکنش Sn1 باشد. به جای یک فرآیند چند مرحله ای، واکنش به صورت یک مرحله واحد اما متمرکز رخ ​​می دهد. اساساً هسته دوست به کربن اولیه یا آلفا حمله می کند و در عین حال گروه ترک را حذف می کند.

حذف 1 یا E1

واکنش E1 به عنوان حذف تک مولکولی نیز شناخته می شود زیرا شامل حذف یک گروه مولکولی در هر ترکیب مولکولی است. حذف 1 به حذف یک جایگزین HX اشاره دارد که منجر به تشکیل یک پیوند دوگانه می شود و آن را بسیار شبیه به واکنش SN1 می کند.

برای مثال، واکنش پروپانول در اسید سولفوریک را در نظر بگیرید:

• مرحله 1: گروه OH پنتانول یک پروتون دریافت می کند و آن را به آب تبدیل می کند
• گام 2: مولکول آب تازه تشکیل شده خارج می شود و الکترون ها را می برد. کربوکاتیون به عنوان یک واسطه بر روی کربن متصل ایجاد می شود
• مرحله 3: سپس کربن بتا توسط یک مولکول آب دیگر پروتونه می شود. کربن بتا الکترون های خود را به کربن های تک پیوندی نزدیک (CC) اهدا می کند. این منجر به یک باند پی

حذف 2 یا E2

آلکیل هالیدهای ثانویه و سوم معمولاً تحت تأثیر قرار می گیرند E2 rهاقدامات. با این حال، برای اینکه این اتفاق بیفتد، به یک پایه مانع برای واکنش با هالید اولیه نیاز دارید.

واکنش E2 یک واکنش منفرد و هماهنگ است که یک حالت گذار دارد. سرعت واکنش توسط سینتیک مرتبه دوم کنترل می شود. این تا حد زیادی به نوع پایه و آلکیل هالید بستگی دارد. اگر گروه های مولکولی خروجی همسطح باشند، پیوند پی تشکیل می شود. در همین حال، اتم های کربن متحمل می شوند حالت هیبریداسیون از sp3 به sp2.

فاکتور استریک در شیمی آلی چیست؟

روشی که گروهی از مولکول‌ها در کنار هم قرار می‌گیرند، بر ساختار و واکنش‌پذیری آن‌ها تأثیر می‌گذارد عامل فضایی، همچنین به عنوان اثر فضایی شناخته می شود، به این اشاره دارد که مولکول ها چقدر می توانند شلوغ باشند. به عنوان مثال، وقتی مولکول ها نزدیک به هم بسته بندی می شوند، افزایش قابل توجهی در انرژی رخ می دهد. این بدان معنی است که برخی از گروه های مولکولی در صورت وجود گروه های بزرگ به صورت فضایی محافظت می شوند.

به عنوان مثال، در یک مولکول ترت بوتانول، اتم مرکزی و گروه الکل توسط گروه های متیل محافظت می شوند. گروه های متیل در این مورد حجیم هستند، به این معنی که گروه الکل و کربن مرکزی به سختی از محل جدا می شوند و باعث پایداری بیشتر آنها می شود.

گروه آلکیل در شیمی آلی چیست؟

در شیمی آلی، یک گروه آلکیل یک گروه عاملی است در یک مولکول آلی که فقط حاوی اتم های کربن و هیدروژن است که به صورت زنجیره کربنی مرتب شده اند.

یک گروه آلکیل به عنوان پایه ای برای نامگذاری یک ترکیب آلی خاص که حاوی آن است عمل می کند. این با فرمول کلی برای آلکیل ها (C_nاچ_2n+1) و همچنین ترکیب خاصی که وجود دارد. به عنوان مثال، فرمول کلی برای گروه آلکیل CH₃ متیل نام دارد زیرا از متان مشتق شده است. به طور مشابه، گروه آلکیل C₂اچ₅ بوتیل نام دارد زیرا از بوتان مشتق شده است.

در مورد آموزش شیمی در سایت ما بیشتر بدانید مرکز منابع آموزش شیمی.