Классы органических соединений

Введение

Органическая химия занимает важное место в науке на сегодняшний день. Органические вещества используются везде от медицины до электроники. В настоящее время уже открыт целый класс органических полупроводников, которые используются в наноэлектронике в качестве транзисторов и датчиков, а также в качестве фотоэлементов. Недавно появившиеся на рынке телевизоры на квантовых точках (QLED - технология), которые поражают четкость и яркостью изображения, также отчасти являются достижением органической химии, ведь эти самые квантовые точки это маленькие частички органического полупроводника, особенностью которых является способность излучать свет разного цвета в зависимости от своего размера. И хотя пока QLED – экраны представлены на рынке только одной компанией (Samsung), уже ясно, что за ними будущее.
Органическая химия уже достигла больших высот в своем развитии, и продолжает стремительно развиваться. Но любая наука имеет под собой крепкий фундамент, без которого все эти достижения были бы невозможны. В химии частью этого фундамента является номенклатура (классификация) элементов и соединений, ведь именно она позволяет структурировать знания о химических веществах (их физические и химические свойства, строение и т.д.) и распространять их на другие вещества, относящиеся к тому же классу. Ведь для современной науки предсказание существования вещества, подкрепленное численным расчетом всех его свойств, и последующее открытие этого вещества уже давно не в новинку. Знание о том, как устроен конкретный класс химических элементов/соединений, позволяет открывать (предсказывать) новые. И это уже не говоря о том, что любое структурирование информации облегчает процесс изучения науки. Именно поэтому тема данного реферата – «Классы органических соединений».
Цель данного реферата – изучить и осветить классификацию органических соединений.

Раздел I. Углеводороды
Углеводородами называются вещества, состоящие из углерода и водорода. Общий вид таких соединений - CxHy.
Изучение углеводородов очень важно, т.к. представление об их свойствах и строении является фундаментом для изучения других классов веществ, поскольку молекулы любых органических соединений содержат углеводородные группы. Углеводороды содержатся в земной коре в составе нефти, каменного угля, природного газа, торфа и других веществах, которые в основном используются в качестве топлива. Запасы этих полезных ископаемых на Земле исчерпаемы, поэтому еще одной важной задачей в изучении углеводородов является разработка альтернативного топлива.
Соединения углерода и водорода весьма разнообразны по ряду причин:
атомы углерода могут соединяться меду собой в цепи различного строения и длины;
молекулы, содержащие одинаковое количество атомов углерода, могут содержать различное число атомов водорода (например, C4H10, C4H8, C4H6, C4H4,C4H2);
одному молекулярному составу могут принадлежать несколько различных веществ, с разным строением.
Такое разнообразие веществ, разумеется, требует классификации.
I.I. Классификация углеводородов
Существует две общепринятые классификации углеводородов: по строению углеродного скелета и по степени насыщенности (наличию кратных связей C=C, C≡C).
Согласно первой из перечисленных классификаций углеводороды делятся на циклические и ациклические (алифатические, жирные). Среди циклических в зависимости от строения цикла выделяют алициклические (не содержат бензольные кольца C6H6) и ароматические (содержат бензольные кольца C6H6) углеводороды.
Согласно классификации по степени насыщенности выделяются насыщенные (предельные) и ненасыщенные (непредельные) углеводороды. Насыщенные углводорды (алканы, циклоалканы) содержат только простые связи C-C и не содержат кратные C=C, C≡C, ненасыщенные (алкены, алкины, алкадиены, циклоалкены, циклоалкины) содержат простые и кратные связи.
Общий вид классификации углеводородов отражен на следующей схеме (схема 1):
-260351270Схема 1

. Классификация углеводородов
Схема 1. Классификация углеводородов


I.II. Краткое описание классов углеводородов
1. Алканы – предельные углеводороды, в которых атомы связаны простыми (одинарными) связями в разветвленные или неразветвленные цепи. Алканы – название этого класса веществ по международной номенклатуре, однако эти соединения имею историческое название – парафины – что в переводе с латыни означает малоактивные.
Общая формула: CnH2n+2, где n – число атомов углерода.
Первые четыре представителя класса алканов имеют собственные названия, а названия остальных алканов образуются добавлением к латинским числительным суффикса – ан (таблица 1):
n=1 n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 n=8 n=9 n=10
CH4
C2H6
C3H8
C4H10
C5H12
C6H14
C7H16
C8H18
C9H20
C10H22
Метан Этан Пропан Бутан Пентан Гексан
Гептан Октан Нонан
Декан
Таблица SEQ Таблица \* ARABIC 1. Названия алканов
-108585271145МЕТАН
ЭТАН
ПРОПАН
МЕТАН
ЭТАН
ПРОПАН
Некоторые структурные формулы:


2. Циклоалканы – предельные углеводороды с замкнутой углеродной цепочкой.
Общая формула: CnH2n, где n – число атомов углерода.
В циклоалканах атомов водорода на 2 меньше, чем в соответствующих алканах. Названия строятся добавлением к названию соответствующего алкана приставки - цикло (таблица 2).
n=3 n=4 n=5 n=6
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12

Циклопропан Циклобутан
Циклопентан
Циклогексан
Таблица 2. Названия циклоалканов
3. Алкены – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат одну двойную связь.
Общая формула: CnH2n, где n – число атомов углерода.
Названия образуются аналогично алканам, только вместо суффикса –ан добавляется суффикс –ен (таблица 3).
n=2 n=3 n=4 n=5 n=6 n=7 n=8 n=9 n=10
C2H4
C3H6
C4H8
C5H10
C6H12
C7H14
C8H16
C9H18
C10H20
Этен
Пропен
Бутен Пентен
Гексен
Гептен
Октен
Нонен
Децен
Таблица 3. Названия алкенов
812165280035ЭТЕН
ПРОПЕН
0ЭТЕН
ПРОПЕН
Некоторые структурные формулы алкенов:


4. Алкадиены – непредельные углеводороды, молекулы которых содержат две двойные связи.
Общая формула: CnH2n-2, где n – число атомов углерода.Названия алкадиенов - производные от алканов, в которых послидняя буква заменятся суффиксом –диен. Местоположение двойных связей указывается в конце названия, а заместителей в начале.
5. Алкины - непредельные углеводороды, молекулы которых содержат тройную C≡C связь.
Общая формула: CnH2n-2, где n – число атомов углерода.Названия образуются от названий соответствующих алканов заменой суффикса –ан на –ин.Например, если в веществе 2 атома углерода, то вещество называют этин (соответствующий алкан этан).
6. Арены - это соединения, молекулы которых содержат устойчивые циклические группы атомов (бензольные кольца) с замкнутой системой связей.
190529210000Простейшие представители:
- бензол
-11239526543000
- толуол


II. Гидроксисоединения
Органические гидроксисоединения – вещества, содержащие одну или более гидроксильных групп –OH, связанных с углеводородным радикалом.
По характеру углеводородных радикалов гидроксоединения делятся на спирты и фенолы.
II.I. Спирты
Спирты – алифатические (нециклические) соединения, содержащие одну или несколько гидроксильных групп.
Общая формула спиртов с одной гидроксильной группой: R-OH, R – алкил (алифатический углеводородный радикал).
Существует несколько классификаций спиртов: по числу гидроксильных групп; в зависимости оттого, с каким атомом углерода связана гидроксильная группа; по строению радикалов.
Согласно первой из перечисленных классификаций спирты делятся на одноатомные (одна гидроксильная группа) и многоатомные (несколько гидроксильных групп).
В зависимости оттого, с каким атомом углерода связана гидроксильная группа, спирты разделяются на классы:
176466524638000первичные (R-CH2-OH);Пример:


вторичные (R2CH-OH);
172656512001500Пример:


185356527686000третичные (R3CH-OH);
Пример:


В многоатомных спиртах различают первично-, вторично- и третичноспиртовые группы