الكيمياء العضوية هي فرع من علم الكيمياء، تتعامل مع دراسة المركبات الكيميائية التي تحتوي على الكربون في تكوينها وعملياتها وخصائصها وردود أفعالها وهيكلها، في السابق ، كان الاعتقاد الشائع أنه كان من الصعب جدا توليف المركبات المصطنعة من الكائنات الحية.
 |
| الكيمياء العضوية ومركباتها المختلفة |
أهمية الكيمياء العضوية
المركبات العضوية عادة ما تكون رابطة تساهمية تسمح لها بتشكيل هياكل فريدة من نوعها، في شكل سلاسل وحلقات طويلة، على عكس المركبات غير العضوية ، وتذوب المركبات العضوية وتتحلل وتقل عن 300 درجة، و تعتمد قابلية ذوبان المركبات العضوية على نوع المذيب وعلى المجموعات الوظيفية، ومحاولة بيركين لتصنيع الكينين التي أسفرت عن انتاج صبغة عضوية ولدت الكثير من الاهتمام في علم الكيمياء العضويه.
ولاحقا تم التعامل مع هذه المركبات التى تنتمى للعمليات الحيوية في فرع من فروع الكيمياء العضوية يسمى الكيمياء الحيوية. وتعتمد الحياة على الكيمياء غير العضوية أيضا ، وليس دائما أن المركبات العضوية يمكن أن تكون مرتبطة بجميع عمليات الحياة التي تحدث.قد يشمل إنتاج الجزيئات العضوية عمليات لا تشمل الحياة. وتشمل هذه الإنزيمات التي تتطلب معادن أخرى ، مثل الحديد ، بدلا من الكربون. يعتبر الكربون الأولي وفئات قليلة من مركبات الكربون أيضا غير عضوية. يمكن وضع المركبات العضوية في العديد من الاستخدامات في عدد من التطبيقات.
يتم استخدامها في منتجات مثل الدهانات والبلاستيك والأطعمة والمتفجرات وتشكل أيضا أساس العديد من عمليات الحياة الطبيعية والأرضية، بل إنها قد تعمل كمحفزات في التفاعلات الكيميائية الحيوية، بسبب تفاعلها المتفاوت. وتم إنشاء صناعة البتروكيماويات من خلال اكتشاف البترول وفصله إلى جزئيات، كما أعطى تحويل المركبات باستخدام عمليات كيميائية مختلفة فرصة لصناعة البتروكيماويات.
الكيمياء العضوية ومركباتها المختلفة
لشرح التصنيف ، في الكيمياء العضوية ، يجب إضافة الترتيب النسبي للذرات داخل الجزيء للحصول على وصف كامل. باختصار ، يتم تصنيف المواد العضوية على أساس ترتيبها الجزيئي ومكوناتها الأخرى. تم تقسيم المركبات إلى مجموعات وظيفية وتم توزيعها أيضا إلى فئات فرعية. هناك فئتان رئيسيتان من المركبات وهي:- المركبات الأليفاتية.
- المركبات الدورية.
المركبات الدورية ربما مشبعة أو غير مشبعة، يمكن تقسيم الهيدروكربونات الدورية إلى مجموعتين هما:
- الساليسيليك.
- العطريات.
النوع الأول موجود في شكل حلقات كبيرة بينما تحتوي العطريات على روابط مزدوجة مقترنة مثل البنزين ، وفي الكيمياء العضوية ، يعتقد أن الكربون لديه القدرة على تكوين مركبات معينة يمكن لجزيئاتها تشكيل شبكة عن طريق ربط نفسها ببعضها البعض. تعرف هذه العملية باسم البلمرة وتسمى السلسلة التي يتم تشكيلها البوليمرات بينما يظل المونومر هو المركب المصدر.
يمكن إنتاج البوليمرات بشكل مصطنع وتسمى البوليمرات الصناعية بينما يشار إلى تلك التي تحدث بشكل طبيعي أو البوليمرات الاصطناعية باسم البوليمرات الحيوية مثل التفلون والبوليثين والنايلون وما إلى ذلك. كل هذه قد تكون موجودة في أصناف مختلفة تختلف على أساس التراكيب المستخدمة لإنتاجها.
مجال آخر مهم للدراسة يقع ضمن الكيمياء العضوية هو الكيمياء ثنائية الجزيئية؛ إنه ذو أهمية خاصة لعلماء الكيمياء الحيوية حيث أن الكيمياء الحيوية ينطوي على دراسة البوليمرات الحيوية طويلة السلاسل والأحماض الأمينية والكربوهيدرات وما إلى ذلك ،و في الأساس هناك جزيئات المجموعة متعددة الوظائف في الكائنات الحية، وتحتوي الكيمياء الحيوية الحيوانية على جزيئات وسيطة صغيرة مطلوبة لإنتاج الطاقة باستخدام الهيدروكربونات الشائعة الموجودة في الحيوانات.
الفوليرين هي من بين تلك المركبات التي لها خصائص إلكترونية بسبب بنيتها الكروية. كما تصنف المركبات العضوية التي تحتوي على روابط الكربون جنبا إلى جنب مع النيتروجين والأكسجين والهالوجين ضمن الكيمياء العضوية. التفاعلات العضوية هي تفاعلات كيميائية تنطوي على مركبات عضوية ويتم تحديد التفاعلات التي تمر بها المركبات من قبل المجموعات الوظيفية.
تشمل الكيمياء العضوية دراسة جميع هذه التفاعلات وهي علم تطبيقي يستخدم في العديد من مجالات الدراسة ، خاصة لتصميم التوليف والتحليل ووضعه للاستخدام العملي. بينما تتعامل الكيمياء الغير عضوية بعيدا عن مركبات الكربون المعقدة, والتى لا تحتوى على روابط كربون-كربون (مثل أكسيدات الكربون, الأحماض, الأملاح, الكاربيدات, المعادن). وهذا بالطبع لا ينفى وجود مركبات عضوية غير معقدة لا تحتوى على روابط كربون-كربون (مثل الميثان ومشتقاته البسيطة).
كما أن إختلاف أشكال ونشاط المستبدلات في المركبات العضوية يؤدى لوجود وظائف وأشكال مختلفة لهذه المركبات, مثل حفز الإنزيمات في التفاعلات الحيوية في الأنظمة الحية. وهذه التفاعلات بشكل أو بأخر تعتبر المحور الذى تدور حوله أشكال الحياه.
ونظرا للخواص الفريدة للكربون, فإنه يعتقد أنه يمكن أن يوجد شكل من أشكال الحياة على النجوم الأخرى إعتمادا على الكربون, وذلك على الرغم من إحتمالية تغيير ذرة الكربون بذرة سيليكون والذى يقع أسفل الكربون في الجدول الدوري. كما تتضم أيضا الكيمياء العضوية التصنيع الكايرالي , الكيمياء الخضراء, كيمياء الموجات الصغيرة, الفلورين, مطياف الموجات القصيرة. وتعتبر الكيمياء العضوية أحد أهم فروع الكمياء الحديثة وتدرس بمناهج الثانوية العامة في العديد من البلدان العربية والأجنبية.
تصنيف المواد العضوية
تصنيف المواد العضوية يشكل جزءًا أساسيًا من دراسة الكيمياء العضوية، حيث يسهم في تنظيم وترتيب مجموعة ضخمة ومتنوعة من المركبات العضوية. تتنوع هذه المواد في تركيبها وخصائصها، مما يتطلب وجود نظام يساعد على تفهمها وتصنيفها بطريقة منطقية.
يعتمد تصنيف المواد العضوية على عدة عوامل، منها التركيب الجزيئي للمركب والوظائف الكيميائية المتواجدة فيه. تقوم المركبات العضوية بالتفاعلات الكيميائية وتشكل جزءًا أساسيًا في الكائنات الحية، وتشمل مجموعة متنوعة من المركبات مثل الهيدروكربونات، والكحولات، والأحماض العضوية، والأمينات، والكتانات، وغيرها الكثير.
تشمل فئات التصنيف الرئيسية للمواد العضوية الهيدروكربونات الدهنية والعطرية، والمشتقات الوظيفية المتنوعة مثل الكحولات والألدهيدات والكيتونات والأحماض العضوية. يساعد هذا التصنيف في فهم الخصائص والتفاعلات الخاصة بكل فئة، مما يسهم في توجيه البحث العلمي وتطبيقاته العملية.
بهذا السياق، يظهر تصنيف المواد العضوية كأداة فعّالة تسهم في تنظيم هذا العلم المعقد، وتوفير إطار فحص يسهل فهم الخصائص والتفاعلات الكيميائية لهذه المواد المهمة في العديد من المجالات الحيوية والصناعية.
إحدى الطرق لوصف الجزيء هي رسم المعادلة الهيكلية. نظرا لتعقيد هذه الطريقة ، فقد تم تغييرها وتبسيطها على مر السنين. أحدث هذه التعديلات هي المعادلة الخطية ، والتي تضمن سهولة دون غموض أو غموض ، وهنا يتم تمثيل كل من الكربون والهيدروجين ضمنيا. عيوب هذه الطريقة هي أنه لا يمكن وصفها بالكلمات بأنها صعبة الطباعة ، ويمكن التغلب على ذلك عن طريق وضع العلامات على المواد العضوية.
بسبب صعوبة وجود عدد كبير ومتعدد من المركبات العضوية ، اعتمد الكيميائيون على نظام عالمي موحد لتسمية المركبات العضوية. ولدت التسمية في جنيف في عام 1892 بعد عدة اجتماعات دولية حول هذا الموضوع وتم الاعتراف بأنه مع نمو أعضاء عائلة المركبات العضوية ، يجب تعديل هذا النظام. وقد تم الاتفاق على أن يضطلع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) بهذه المهمة.
من أجل التوصل إلى حقيقة أن تعقيد المركبات يزداد في فرع الكيمياء الحيوية ، قرر IUBMB (الاتحاد الدولي للكيمياء والمحاكاة الحيوية) إرفاقها ، للوصول إلى ملصقات المركبات المختلفة.
مع مرور الوقت ومع زيادة تعقيد المركبات ، كانت هناك محاولات عديدة من قبل IOBAC لتبسيط طرق التسمية. كانت أول هذه التوصيات في عام 1951 ، عندما تم تسمية البنزين الدائري السيكلوفان. ثم كانت هناك عدة توصيات لتبسيط تسمية المركبات الحلقية الأخرى التي تحتوي على ذرات غير متجانسة ، مثل الفلان.
في الواقع ، ومع ذلك ، لا يزال الاسم التقليدي (غالبا ما يكون مشتقا من أصل المركب) للعديد من المركبات يستخدم بسبب تعقيد الاسم المقترح ل IOBAC ، ما لم تكن هناك حاجة إلى وصف دقيق ومحدد للمركبة ، يشار إلى اسم IOBAK. أو إذا كان الاسم المقترح لليوباك أسهل من الاسم التقليدي للمركب (على سبيل المثال ، اليوباك للكحول الإيثيلي هو الإيثانول).
يعتمد تصنيف المواد العضوية على عدة عوامل، منها التركيب الجزيئي للمركب والوظائف الكيميائية المتواجدة فيه. تقوم المركبات العضوية بالتفاعلات الكيميائية وتشكل جزءًا أساسيًا في الكائنات الحية، وتشمل مجموعة متنوعة من المركبات مثل الهيدروكربونات، والكحولات، والأحماض العضوية، والأمينات، والكتانات، وغيرها الكثير.
تشمل فئات التصنيف الرئيسية للمواد العضوية الهيدروكربونات الدهنية والعطرية، والمشتقات الوظيفية المتنوعة مثل الكحولات والألدهيدات والكيتونات والأحماض العضوية. يساعد هذا التصنيف في فهم الخصائص والتفاعلات الخاصة بكل فئة، مما يسهم في توجيه البحث العلمي وتطبيقاته العملية.
بهذا السياق، يظهر تصنيف المواد العضوية كأداة فعّالة تسهم في تنظيم هذا العلم المعقد، وتوفير إطار فحص يسهل فهم الخصائص والتفاعلات الكيميائية لهذه المواد المهمة في العديد من المجالات الحيوية والصناعية.
الوصف والتسمية
استندت التسمية إلى أرقام لاتينية. لا يمكن إجراء التقسيم دون وصف كامل للمكونات الفردية للمركب العضوي، على عكس الكيمياء غير العضوية ، حيث يمكن وصف المركب الكيميائي من خلال معرفة الرموز الكيميائية للعناصر الموجودة في المركب وعدد كل منها ، لكن في الكيمياء العضوية يجب أن يكون ترتيب هذه الذرات معروفا لبعضها البعض وكذلك للتوصيف الكامل لها.إحدى الطرق لوصف الجزيء هي رسم المعادلة الهيكلية. نظرا لتعقيد هذه الطريقة ، فقد تم تغييرها وتبسيطها على مر السنين. أحدث هذه التعديلات هي المعادلة الخطية ، والتي تضمن سهولة دون غموض أو غموض ، وهنا يتم تمثيل كل من الكربون والهيدروجين ضمنيا. عيوب هذه الطريقة هي أنه لا يمكن وصفها بالكلمات بأنها صعبة الطباعة ، ويمكن التغلب على ذلك عن طريق وضع العلامات على المواد العضوية.
بسبب صعوبة وجود عدد كبير ومتعدد من المركبات العضوية ، اعتمد الكيميائيون على نظام عالمي موحد لتسمية المركبات العضوية. ولدت التسمية في جنيف في عام 1892 بعد عدة اجتماعات دولية حول هذا الموضوع وتم الاعتراف بأنه مع نمو أعضاء عائلة المركبات العضوية ، يجب تعديل هذا النظام. وقد تم الاتفاق على أن يضطلع الاتحاد الدولي للكيمياء البحتة والتطبيقية (IUPAC) بهذه المهمة.
من أجل التوصل إلى حقيقة أن تعقيد المركبات يزداد في فرع الكيمياء الحيوية ، قرر IUBMB (الاتحاد الدولي للكيمياء والمحاكاة الحيوية) إرفاقها ، للوصول إلى ملصقات المركبات المختلفة.
مع مرور الوقت ومع زيادة تعقيد المركبات ، كانت هناك محاولات عديدة من قبل IOBAC لتبسيط طرق التسمية. كانت أول هذه التوصيات في عام 1951 ، عندما تم تسمية البنزين الدائري السيكلوفان. ثم كانت هناك عدة توصيات لتبسيط تسمية المركبات الحلقية الأخرى التي تحتوي على ذرات غير متجانسة ، مثل الفلان.
في الواقع ، ومع ذلك ، لا يزال الاسم التقليدي (غالبا ما يكون مشتقا من أصل المركب) للعديد من المركبات يستخدم بسبب تعقيد الاسم المقترح ل IOBAC ، ما لم تكن هناك حاجة إلى وصف دقيق ومحدد للمركبة ، يشار إلى اسم IOBAK. أو إذا كان الاسم المقترح لليوباك أسهل من الاسم التقليدي للمركب (على سبيل المثال ، اليوباك للكحول الإيثيلي هو الإيثانول).
التصنيف
باختصار ، يتم تصنيف المادة العضوية وفقا لترتيب بنائها الجزيئي والطريقة التي توجد بها الذرات الأخرى بالنسبة لذرة الكربون الرئيسية ، في حين يفترض أن تشغل ذرات الهيدروجين جميع المعادلات الفارغة لذرات الكربون ، والتي تبقى بعد مراعاة التصريفات المختلفة والذرات الأخرى والروابط المتعددة.
الهيدروكربونات والمجموعات النشطة
الهيدروكربونات هي مركبات تتكون أساسًا من الهيدروجين والكربون، وتعتبر الأمثلة الشهيرة على ذلك هي البترول والغاز الطبيعي. تتنوع الهيدروكربونات بين المشتركة والفريدة، حيث تستخدم في صناعات متعددة مثل الوقود والبلاستيك.فيما يخص المجموعات النشطة، فهي تشير إلى الأجزاء في جزيئة الهيدروكربون التي تظهر استعدادًا للتفاعل الكيميائي. هذه المجموعات تلعب دورًا هامًا في تفاعلات تحويل الهيدروكربونات إلى مركبات جديدة، مما يزيد من تنوع المركبات الكيميائية واستخداماتها.يمكن استخدام المعرفة بالهيدروكربونات والمجموعات النشطة في تطوير تكنولوجيا جديدة وتحسين العمليات الصناعية، مما يسهم في تطور القطاع الكيميائي وتحقيق تقدم في مجالات عدة. و تنقسم بدورها الى ثلاث مجموعات
مركبات الهيدروكربونات
يبدأ التصنيف عادة بمركبات الهيدروكربونات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط، والتصنيفات المستمدة منها ، انظر أدناه. العناصر الأخرى التي تظهر في تكوين ذري تسمى المجموعات الفعالة التي لها تأثير حاسم على الخصائص الكيميائية والفيزيائية للمركب ، وبالتالي فإن المجموعات ذات التكوين الذري نفسه لها خصائص مماثلة ، والتي يمكن أن تختلط بالماء أو النشاط الحمضي أو القاعدي أو الكيميائي أو مقاومة الأكسدة أو بعض الخصائص الأخرى.
قد يكون لبعض المجموعات النشطة أيضا جذور حرة ، مماثلة لتلك الموجودة في الكيمياء غير العضوية ، ويتم تعريفها على أنها تكوين ذري ينتقل أثناء التفاعل الكيميائي من مركب إلى آخر دون تغيير.
يمكن أن تكون بعض عناصر المجموعة النشطة (O ، S ، N ، الهالوجينات) بمفردها واسم مجموعة غير مناسبة لها ، ولكن نظرا لتأثيرها الحاسم في تغيير خصائص الهيدروكربونات التي توجد فيها ، يتم تقسيمها إلى مجموعات فعالة ، وتأثير المجموعات الفعالة على الخصائص واضح جدا في الصفات والتقسيم الناتج عن استخدامها.
بالنظر إلى أنواع الهيدروكربونات أدناه ، يمكن ملاحظة أن العديد من المجموعات النشطة الموجودة في أوراق الشجر ، إن لم يكن كلها ، توجد أيضا في المركبات العطرية ومركبات الغسول الحلقية ، باستثناء حالة إزالة الماء ، مما يؤدي إلى مجموعات فعالة غير تفاعلية.
وينبغي الإشارة هنا إلى أن تسمية المركبات العضوية توفر تقسيما هاما (إن لم يكن شاملا) لعدد من شعب المركبات العضوية وفقا لوجود مجموعات نشطة، استنادا إلى توصيات الاتحاد الدولي لرابطات المركبات البحتة والتطبيقية، وأحيانا إلى الاسم الشائع للمركبات. تزداد الصعوبة إذا كان هناك أكثر من مجموعة فعالة واحدة عندما يتم تقسيم المجموعات الفعالة تحت التقسيم.
هناك أيضا تقسيم لحالة السلسلة وما إذا كانت مفتوحة ومتخصصة في مركبات الحيوانات الأليفة ، أو مغلقة ، وهي مركبات دائرية.
قد يكون لبعض المجموعات النشطة أيضا جذور حرة ، مماثلة لتلك الموجودة في الكيمياء غير العضوية ، ويتم تعريفها على أنها تكوين ذري ينتقل أثناء التفاعل الكيميائي من مركب إلى آخر دون تغيير.
يمكن أن تكون بعض عناصر المجموعة النشطة (O ، S ، N ، الهالوجينات) بمفردها واسم مجموعة غير مناسبة لها ، ولكن نظرا لتأثيرها الحاسم في تغيير خصائص الهيدروكربونات التي توجد فيها ، يتم تقسيمها إلى مجموعات فعالة ، وتأثير المجموعات الفعالة على الخصائص واضح جدا في الصفات والتقسيم الناتج عن استخدامها.
بالنظر إلى أنواع الهيدروكربونات أدناه ، يمكن ملاحظة أن العديد من المجموعات النشطة الموجودة في أوراق الشجر ، إن لم يكن كلها ، توجد أيضا في المركبات العطرية ومركبات الغسول الحلقية ، باستثناء حالة إزالة الماء ، مما يؤدي إلى مجموعات فعالة غير تفاعلية.
وينبغي الإشارة هنا إلى أن تسمية المركبات العضوية توفر تقسيما هاما (إن لم يكن شاملا) لعدد من شعب المركبات العضوية وفقا لوجود مجموعات نشطة، استنادا إلى توصيات الاتحاد الدولي لرابطات المركبات البحتة والتطبيقية، وأحيانا إلى الاسم الشائع للمركبات. تزداد الصعوبة إذا كان هناك أكثر من مجموعة فعالة واحدة عندما يتم تقسيم المجموعات الفعالة تحت التقسيم.
هناك أيضا تقسيم لحالة السلسلة وما إذا كانت مفتوحة ومتخصصة في مركبات الحيوانات الأليفة ، أو مغلقة ، وهي مركبات دائرية.
مركبات الحيوانات الأليفة
تنقسم هيدروكربونات الطحالب إلى ثلاث مجموعات، سلاسل متجانسة وفقا لحالة تشبع البارافين (الألكانات) التي لا توجد فيها روابط ثنائية أو مثلثة، الأولفين (الألكينز) التي تحتوي على روابط ثنائية، والتي يمكن أن تكون أولفين مفردة تحتوي على رابطة ثنائية واحدة، ثنائية الوالد وتحتوي على جمعيتين، أولفين متعددة وتحتوي على عدة روابط ثنائية.
المجموعة الثالثة هي الأكايات.
في العلوم العضوية والكيمياء، المركبات الحيوانية الأليفة ممكن تنقسم إلى أقسام مختلفة حسب الفروع والتركيب الكيميائي. على سبيل المثال، تقدر تفرق بينهم بناءً على الجزيئات اللي في تركيبهم، زي الأحماض الأمينية والسكريات وغيرها.
وفيما يتعلق بتفرع السلاسل، لو المركب عنده فروع كتيرة، يمكن يكون له تأثير كبير على الخصائص. مثلاً، في صناعة البترول، درجة الأوكتان تهم كثير. كلما كانت السلسلة أطول وفيها فروع أكثر، كلما زادت القدرة على تحمل ضغط أعلى والحد من حدوث انفجار غير مرغوب.
تسمى هذه العملية البلمرة وتُسمى السلاسل أو الشبكات التي تم تشكيلها بالبوليمرات، في حين أن الجزيء الذي ينشئها يُسمى مونومر. هناك مجموعتان رئيسيتان من هذه المركبات: المجموعة التي يتم تصنيعها وتسمى البوليمرات الاصطناعية، وبالتالي البوليمرات الموجودة طبياً وتُسمى البوليمرات الحيوية.
بمجرد الحصول على البوليمر الأساسي بطريقة صناعية، مثل bacelite، تنمو صناعة البوليمر التي حضرتها بشكل كبير. البوليمرات العضوية شائعة الاستخدام هي البولي إيثيلين أو البوليثين، البولي بروبيلين، النايلون، التفلون أو PTFE، البوليستر، البولي ميثيل ميثا أكريليت (البلاستيك الشفاف)، PVC.
كل هذه الأنواع عامة، ولكن لكل منها العديد من الفروع ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة لمختلف الاستخدامات. من خلال تغيير ظروف عملية البلمرة، يتغير التركيب الكيميائي للبوليمر الناتج مع تعديلات داخل طول السلسلة أو التفرع أو الترتيب. عند البدء بمونومر واحد، يكون البوليمر الناتج متجانساً.
يمكن استخدام مونومر واحد تماماً لإنتاج بوليمر مشترك، ويمكن التحكم في درجة اتحاد مكونات البوليمر مع بعضها البعض. تعتمد الخصائص الفيزيائية مثل الصلابة والكثافة والدوام ومقاومة الاحتكاك ومقاومة الحرارة واللون على التكوين النهائي.
المادة الأخرى الوحيدة التي يمكن إنتاج البوليمرات منها هي السيليكون. السيليكون لديه اختلافات كبيرة عن البوليمرات المنتجة للكربون، لأنه على عكس الرابطة الأولية في بوليمرات الكربون الكربوني، ترتبط ذرات السيليكون معاً بشكل غير مباشر عبر روابط الأكسجين.
آخر
تضعف المركبات العضوية التي تحتوي على روابط بين الكربون والنيتروجين والأكسجين والهالوجينات بشكل فردي. يتم وضع المركبات الأخرى في مجموعات رئيسية داخل الكيمياء ويتم مناقشتها تحت عناوين مثل: كيمياء الكبريت العضوي ، كيمياء المعادن العضوية ، كيمياء الفوسفور العضوي ، كيمياء السيليكون العضوية.غالبا ما ترتبط المركبات العضوية تساهميا. وهذا يمكن من وجود أشكال هيكلية فريدة من نوعها مثل السلاسل الطويلة والحلقات. الأساس المنطقي للكربون يمكن أن يشكل مثل هذه المجموعات الفريدة والعديد من مركبات الكربون هو أنه يمكن أن تكون روابط تساهمية ثابتة معا.
على عكس المواد غير العضوية ، تذوب المركبات العضوية وتغلي وتستقر وتتحلل أقل من 300 درجة مئوية. تميل المركبات العضوية المحايدة إلى امتلاك قابلية ذوبان أقل في الماء مقارنة بالعديد من الأملاح غير العضوية باستثناء بعض المركبات مثل مركبات الأيونات العضوية والكحوليات منخفضة الوزن الجزيئي والأحماض الكربوكسيلية حيث توجد رابطة هيدروجينية.
تميل المركبات العضوية إلى الذوبان في المذيبات العضوية ، والتي غالبا ما تكون مواد نقية مثل الأثير أو الإيثانول أو مخاليط مثل مذيبات البارافين مثل الإيثرات البترولية المختلفة ، أو الروح البيضاء ، أو مدى المخاليط العطرية النقية التي يتم الحصول عليها من التقطير البترولي عن طريق الفصل الفيزيائي أو التحويل الكيميائي.
تعتمد القابلية للذوبان في المذيبات المختلفة على نوع المذيب وعلى المجموعة النشطة إذا كانت موجودة. يتم دراسة الحلول عن طريق الكيمياء ، مثل الأملاح غير العضوية ، يمكن أن يكون للمركبات العضوية خصائص فريدة من الكربون في المركبات العضوية بفضل تكافؤها الذي لا يؤخذ عادة من عناصر أخرى ، وعندما لا يحدث ذلك ، فإنه يؤدي إلى حالة تسمى مصطلح عدم التشبع.
خلال هذه الحالة ، نتحدث عن الرابطة الثنائية أو الثلاثية بين ذرتي كربون. يسمى التبادل الذي يحدث بين السند الواحد والرابطة الثنائية في سلسلة مرافقة السندات المزدوجة. قد يكون الهيكل العطري حالة خاصة يحدث فيها الاقتران في حلقة مغلقة.
توضيح التركيب الجزيئي.
تحتوي المركبات العضوية على ذرات الكربون والهيدروجين والمجموعات النشطة. يتميز الكربون بتكافؤ رباعي ، والهيدروجين أحادي التكافؤ ، وبالتالي فإن المجموعات النشطة غالبا ما تكون أحادية التكافؤ. غالبا ما تعرف درجة التشبع من عدد ذرات الهيدروجين والكربون.
غالبا ما تتم ملاحظة وتقييم معظم المجموعات ، وليس كلها ، وفقا لقاعدة التكافؤ البسيطة ، والتي تنص على وجود رابطة لكل رقم تكافؤ. معرفة المعادلة الكيميائية للمركب ليست كافية لأنه قد يكون هناك العديد من الأيزومرات. غالبا ما توجد المركبات العضوية كمخاليط.
نظرا لأن العديد من المركبات العضوية لها نقاط غليان منخفضة و / أو تذوب بسهولة في المذيبات العضوية ، فهناك بعض الطرق لمخاليط الفص لمكوناتها النقية ، وغالبا ما تكون هذه واحدة من خصائص الكيمياء العضوية ، بما في ذلك التقطير والتبلور والكروماتوغرافيا.
تحدد هذه الموضوعات الاستقرار النسبي للوسط النشط ، والذي عادة ما يحدد مباشرة اتجاه التفاعل. مثال عام على هذا التفاعل هو أن تفاعل الاستبدال ، والذي يكتب على النحو التالي:
No− + C-X → C-No + −X حيث يمثل X بعض المجموعات الفعالة وقد يكون Nu عاشقا للنواة.
هناك بعض الملاحظات الهامة لهذا التفاعل. لا يهم ما إذا كانت تحدث تلقائيا أم لا كما يتم وفقا لطاقة جيبس الحرة للتفاعل. يمكن تحديد الطاقة المنبعثة أو الممتصة داخل التفاعل وفقا للتغيرات في المحتوى الحراري.
هناك أيضا بعض الملاحظات الأخرى التي تشمل ما إذا كان التفاعل الجانبي يحدث أثناء التفاعل. غالبا ما تنتج التفاعلات الجانبية منتجات غير مرغوب فيها والتي ستكون إما سهلة أو صعبة الفصل عن المخرجات الأصلية.
تشهد الكيمياء العضوية على تقدم مستمر وازدهار، حيث يسهم الباحثون والعلماء في تطوير مفاهيم جديدة وابتكارات تسهم في تحسين جودة حياتنا. إن فهمنا للتفاعلات العضوية يفتح أبواباً جديدة لاستكشاف عوالم غامضة وتطوير حلول لتحدياتنا الحديثة. يظهر أن الكيمياء العضوية ليست مجرد مجال دراسي، بل هي ركيزة أساسية لتقدم العلوم والتكنولوجيا. بفهمنا لهذا العلم، نستطيع الوصول إلى إنجازات علمية وتقنية تعود بالنفع على الإنسانية بأسرها.
وفيما يتعلق بتفرع السلاسل، لو المركب عنده فروع كتيرة، يمكن يكون له تأثير كبير على الخصائص. مثلاً، في صناعة البترول، درجة الأوكتان تهم كثير. كلما كانت السلسلة أطول وفيها فروع أكثر، كلما زادت القدرة على تحمل ضغط أعلى والحد من حدوث انفجار غير مرغوب.
المركبات العطرية والدورية الأليفاتية
غالبا ما تكون المركبات الدورية مشبعة أو غير مشبعة. بفضل قيمة الزاوية بين الروابط بين ذرات الكربون، يؤخذ الشكل الذي يحتوي على 6 ذرات كربون في الاعتبار الشكل الدوري الأكثر استقرارا، ولكن هذا لا يمنع وجود بعض الحلقات التي تحتوي على 5 ذرات كربون، وإلا فإنه يعتبر نادرا. تنقسم الهيدروكربونات الدورية إلى حلقات أليفاتية وعطرية تسمى أيضا آرين.
المركبات الدورية هي مركبات أليفاتية لا تحتوي على روابط ثنائية الألكان دورية (بارافينات دورية)، في حين أن الألكينات الدورية (الأوليفينات الدورية) تحتوي على روابط ثنائية. أصغر عضو في عائلة الألكانات الدورية هو البروبان الدوري. مجموعة حاسمة داخل الحلقات الأليفاتية هي التربينات.
الشيء المختلف عن الهيدروكربونات العطرية هو أنها تحتوي على روابط ثنائية متبادلة أو مقترنة. أحد أبسط الأمثلة على ذلك هو حلقة البنزين وبناء البنزين الذي اقترحه كوكل الذي كان أول من افترض مبدأ اللامركزية أو الرنين لتوضيح هذا البناء.
تتغير خصائص الهيدروكربونات الدورية في حالة المجموعات النشطة ، ولكن في بعض الحالات غالبا ما يتم تصنيف بعض العناصر التي هي مجموعات نشطة داخل نفس الحلقة.
تسمى المركبات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط في تكوينها حلقات متجانسة ، في حين تسمى تلك التي تحتوي على عناصر أخرى حلقات غير متجانسة وبالتالي تسمى الذرة المستبدلة مكان ذرة الكربون كذرة غير متجانسة.
عموما الذرة غير المتجانسة هي ذرة من الأكسجين والنيتروجين والكبريت ، ولكن في كثير من الأحيان النيتروجين ، وبالتالي فإن الحلقات غير المتجانسة في الكائنات الحية تتكون من النيتروجين.
تشمل عينات الحلقات غير المتجانسة صبغة الأنيلين ، ومعظم المركبات التي نوقشت في الكيمياء الحيوية مثل القلويدات ، والعديد من مركبات الفيتامينات والأحماض النووية والكثير من الملوثات الطبية. وتشمل هذه المركبات الهيكلية بيرول ، (حلقة خماسية) ، إندول (حلقة سداسية).
المركبات الدورية هي مركبات أليفاتية لا تحتوي على روابط ثنائية الألكان دورية (بارافينات دورية)، في حين أن الألكينات الدورية (الأوليفينات الدورية) تحتوي على روابط ثنائية. أصغر عضو في عائلة الألكانات الدورية هو البروبان الدوري. مجموعة حاسمة داخل الحلقات الأليفاتية هي التربينات.
الشيء المختلف عن الهيدروكربونات العطرية هو أنها تحتوي على روابط ثنائية متبادلة أو مقترنة. أحد أبسط الأمثلة على ذلك هو حلقة البنزين وبناء البنزين الذي اقترحه كوكل الذي كان أول من افترض مبدأ اللامركزية أو الرنين لتوضيح هذا البناء.
تتغير خصائص الهيدروكربونات الدورية في حالة المجموعات النشطة ، ولكن في بعض الحالات غالبا ما يتم تصنيف بعض العناصر التي هي مجموعات نشطة داخل نفس الحلقة.
تسمى المركبات التي تحتوي على الكربون والهيدروجين فقط في تكوينها حلقات متجانسة ، في حين تسمى تلك التي تحتوي على عناصر أخرى حلقات غير متجانسة وبالتالي تسمى الذرة المستبدلة مكان ذرة الكربون كذرة غير متجانسة.
عموما الذرة غير المتجانسة هي ذرة من الأكسجين والنيتروجين والكبريت ، ولكن في كثير من الأحيان النيتروجين ، وبالتالي فإن الحلقات غير المتجانسة في الكائنات الحية تتكون من النيتروجين.
تشمل عينات الحلقات غير المتجانسة صبغة الأنيلين ، ومعظم المركبات التي نوقشت في الكيمياء الحيوية مثل القلويدات ، والعديد من مركبات الفيتامينات والأحماض النووية والكثير من الملوثات الطبية. وتشمل هذه المركبات الهيكلية بيرول ، (حلقة خماسية) ، إندول (حلقة سداسية).
البوليمرات
من الخصائص المهمة للكربون في الكيمياء العضوية أنه يمكن أن يشكل مركبات معينة، ويمكن للجزيئات الفردية لتلك المركبات أن تربط نفسها معًا، وبالتالي تشكل تسلسلاً أو شبكة.تسمى هذه العملية البلمرة وتُسمى السلاسل أو الشبكات التي تم تشكيلها بالبوليمرات، في حين أن الجزيء الذي ينشئها يُسمى مونومر. هناك مجموعتان رئيسيتان من هذه المركبات: المجموعة التي يتم تصنيعها وتسمى البوليمرات الاصطناعية، وبالتالي البوليمرات الموجودة طبياً وتُسمى البوليمرات الحيوية.
بمجرد الحصول على البوليمر الأساسي بطريقة صناعية، مثل bacelite، تنمو صناعة البوليمر التي حضرتها بشكل كبير. البوليمرات العضوية شائعة الاستخدام هي البولي إيثيلين أو البوليثين، البولي بروبيلين، النايلون، التفلون أو PTFE، البوليستر، البولي ميثيل ميثا أكريليت (البلاستيك الشفاف)، PVC.
كل هذه الأنواع عامة، ولكن لكل منها العديد من الفروع ذات الخصائص الفيزيائية المختلفة لمختلف الاستخدامات. من خلال تغيير ظروف عملية البلمرة، يتغير التركيب الكيميائي للبوليمر الناتج مع تعديلات داخل طول السلسلة أو التفرع أو الترتيب. عند البدء بمونومر واحد، يكون البوليمر الناتج متجانساً.
يمكن استخدام مونومر واحد تماماً لإنتاج بوليمر مشترك، ويمكن التحكم في درجة اتحاد مكونات البوليمر مع بعضها البعض. تعتمد الخصائص الفيزيائية مثل الصلابة والكثافة والدوام ومقاومة الاحتكاك ومقاومة الحرارة واللون على التكوين النهائي.
المادة الأخرى الوحيدة التي يمكن إنتاج البوليمرات منها هي السيليكون. السيليكون لديه اختلافات كبيرة عن البوليمرات المنتجة للكربون، لأنه على عكس الرابطة الأولية في بوليمرات الكربون الكربوني، ترتبط ذرات السيليكون معاً بشكل غير مباشر عبر روابط الأكسجين.
الجزيئات الحيوية
الجزيئات الحيوية هي واحدة من بين التصنيفات الرئيسية في الكيمياء العضوية. العديد من الجزيئات المعقدة الكبيرة لها أهمية قصوى في الكائنات الحية. يحتوي بعضها على سلاسل كبيرة من البوليمرات الحيوية. تنقسم الجزيئات الحيوية إلى أقسام رئيسية مثل الكربوهيدرات والأحماض الأمينية والسكريات والدهون والأحماض النووية.آخر
تضعف المركبات العضوية التي تحتوي على روابط بين الكربون والنيتروجين والأكسجين والهالوجينات بشكل فردي. يتم وضع المركبات الأخرى في مجموعات رئيسية داخل الكيمياء ويتم مناقشتها تحت عناوين مثل: كيمياء الكبريت العضوي ، كيمياء المعادن العضوية ، كيمياء الفوسفور العضوي ، كيمياء السيليكون العضوية.
خصائص المواد العضوية
على عكس المواد غير العضوية ، تذوب المركبات العضوية وتغلي وتستقر وتتحلل أقل من 300 درجة مئوية. تميل المركبات العضوية المحايدة إلى امتلاك قابلية ذوبان أقل في الماء مقارنة بالعديد من الأملاح غير العضوية باستثناء بعض المركبات مثل مركبات الأيونات العضوية والكحوليات منخفضة الوزن الجزيئي والأحماض الكربوكسيلية حيث توجد رابطة هيدروجينية.
تميل المركبات العضوية إلى الذوبان في المذيبات العضوية ، والتي غالبا ما تكون مواد نقية مثل الأثير أو الإيثانول أو مخاليط مثل مذيبات البارافين مثل الإيثرات البترولية المختلفة ، أو الروح البيضاء ، أو مدى المخاليط العطرية النقية التي يتم الحصول عليها من التقطير البترولي عن طريق الفصل الفيزيائي أو التحويل الكيميائي.
تعتمد القابلية للذوبان في المذيبات المختلفة على نوع المذيب وعلى المجموعة النشطة إذا كانت موجودة. يتم دراسة الحلول عن طريق الكيمياء ، مثل الأملاح غير العضوية ، يمكن أن يكون للمركبات العضوية خصائص فريدة من الكربون في المركبات العضوية بفضل تكافؤها الذي لا يؤخذ عادة من عناصر أخرى ، وعندما لا يحدث ذلك ، فإنه يؤدي إلى حالة تسمى مصطلح عدم التشبع.
خلال هذه الحالة ، نتحدث عن الرابطة الثنائية أو الثلاثية بين ذرتي كربون. يسمى التبادل الذي يحدث بين السند الواحد والرابطة الثنائية في سلسلة مرافقة السندات المزدوجة. قد يكون الهيكل العطري حالة خاصة يحدث فيها الاقتران في حلقة مغلقة.
توضيح التركيب الجزيئي.
تحتوي المركبات العضوية على ذرات الكربون والهيدروجين والمجموعات النشطة. يتميز الكربون بتكافؤ رباعي ، والهيدروجين أحادي التكافؤ ، وبالتالي فإن المجموعات النشطة غالبا ما تكون أحادية التكافؤ. غالبا ما تعرف درجة التشبع من عدد ذرات الهيدروجين والكربون.
غالبا ما تتم ملاحظة وتقييم معظم المجموعات ، وليس كلها ، وفقا لقاعدة التكافؤ البسيطة ، والتي تنص على وجود رابطة لكل رقم تكافؤ. معرفة المعادلة الكيميائية للمركب ليست كافية لأنه قد يكون هناك العديد من الأيزومرات. غالبا ما توجد المركبات العضوية كمخاليط.
نظرا لأن العديد من المركبات العضوية لها نقاط غليان منخفضة و / أو تذوب بسهولة في المذيبات العضوية ، فهناك بعض الطرق لمخاليط الفص لمكوناتها النقية ، وغالبا ما تكون هذه واحدة من خصائص الكيمياء العضوية ، بما في ذلك التقطير والتبلور والكروماتوغرافيا.
طرق إستنتاج تطور المركب العضوي
هناك عدة طرق لاستنتاج تطور المركب العضوي و يتم ترتيب الطرق التالية كالتالي:
التفاعلات العضوية هي تفاعلات كيميائية تنطوي على مركبات عضوية. في حين أن الهيدروكربونات النقية تعبر أنواعا معينة من التفاعلات ، فإن العديد من التفاعلات العضوية تدار من قبل مجموعات نشطة. تهتم النظرية العامة لهذه التفاعلات بالتحليل الدقيق لخصائص هذه المجموعات مثل العلاقة الحميمة الإلكترونية للذرات المؤثرة ، وقوة الرابطة ، وبالتالي إعاقة الفراغ.- التبلور: هي الطريقة الأكثر دقة لتحديد هندسة الجزيء، وبشكل عام، من الصعب الحصول على بلورات ذات حجم كاف وجودة عالية للحصول على صورة نقية، حتى لا تزال طرق تحليل ثانوية.
- التحليل العرقي: طريقة مدمرة متعود على تحديد البنية العرقية للجزيء.
- مطياف الأشعة تحت الحمراء: غالبا ما يستخدم لتحديد وجود (أو غياب) بعض المجموعات النشطة.
- قياس الطيف الكتلي: متعود على تحديد الوزن الجزيئي للمركب ومن سلوك الأجزاء الناتجة يمكن معرفة تكوينه.يحدد مقياس الطيف الضوئي بالرنين النووي (NMRR) النوى المختلفة في بيئتها الكيميائية ، ويتم استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتحديد درجة الاقتران في النظام.
التفاعلات العضوية
تحدد هذه الموضوعات الاستقرار النسبي للوسط النشط ، والذي عادة ما يحدد مباشرة اتجاه التفاعل. مثال عام على هذا التفاعل هو أن تفاعل الاستبدال ، والذي يكتب على النحو التالي:
No− + C-X → C-No + −X حيث يمثل X بعض المجموعات الفعالة وقد يكون Nu عاشقا للنواة.
هناك بعض الملاحظات الهامة لهذا التفاعل. لا يهم ما إذا كانت تحدث تلقائيا أم لا كما يتم وفقا لطاقة جيبس الحرة للتفاعل. يمكن تحديد الطاقة المنبعثة أو الممتصة داخل التفاعل وفقا للتغيرات في المحتوى الحراري.
هناك أيضا بعض الملاحظات الأخرى التي تشمل ما إذا كان التفاعل الجانبي يحدث أثناء التفاعل. غالبا ما تنتج التفاعلات الجانبية منتجات غير مرغوب فيها والتي ستكون إما سهلة أو صعبة الفصل عن المخرجات الأصلية.
الخاتمة
في ختام هذا المقال، نجد أن الكيمياء العضوية تشكل جزءاً أساسياً وحيوياً من علم الكيمياء، حيث تركز على دراسة الجزيئات العضوية وتفاعلاتها المعقدة. تعتبر الكيمياء العضوية علماً ديناميكياً يلعب دوراً حاسماً في فهم التركيب والخصائص الكيميائية للمواد الحيوية والمركبات العضوية الأخرى. من خلال الاستفادة من هذا الفهم، نستطيع تطوير تقنيات جديدة في مجالات مثل الطب، والزراعة، وتصنيع المواد البلاستيكية والأدوية.تشهد الكيمياء العضوية على تقدم مستمر وازدهار، حيث يسهم الباحثون والعلماء في تطوير مفاهيم جديدة وابتكارات تسهم في تحسين جودة حياتنا. إن فهمنا للتفاعلات العضوية يفتح أبواباً جديدة لاستكشاف عوالم غامضة وتطوير حلول لتحدياتنا الحديثة. يظهر أن الكيمياء العضوية ليست مجرد مجال دراسي، بل هي ركيزة أساسية لتقدم العلوم والتكنولوجيا. بفهمنا لهذا العلم، نستطيع الوصول إلى إنجازات علمية وتقنية تعود بالنفع على الإنسانية بأسرها.
تعليقات