Сполуки елементарного вуглецю характеризуються винятковою різноманітністю і специфічними властивостями. Їх здобуття, перевірка властивостей і практичне застосування становить інтереси органічної хімії. Це галузь науки, яка інтенсивно розвивається, особливо в останні роки. Наукові досягнення органічної хімії використовуються такими дисциплінами, як фармація, медицина або генетика.

Хімія органічних сполук

Основні питання, якими займається органічна хімія, включають синтез, виділення та перевірку властивостей органічних сполук. Спочатку вважалося, що ці речовини можуть утворюватися тільки в організмі людини. Ця теорія була спростована при синтезі сечовини в лабораторних умовах. Перші органічні сполуки були досліджені та охарактеризовані ще в ¹² столітті. З часом були відкриті інші сполуки разом із їхніми властивостями. До важливих подій, які вплинули на розвиток органічної хімії, відносяться:

• Розробка методу аналізу органічних речовин А. Лавузьє в 1784 р. Він передбачав спалювання невеликої кількості органічної сполуки в маленькому ліхтарику, який плавав на поверхні ртуті, в посудині з повітрям, збагаченим киснем. Продукти такого спалювання вказували приблизний склад.
• Аналіз вуглеводневих газів шляхом їх спалювання в кисні, проведений у 1804 р. Це було зроблено Дж. Дальтоном. Експеримент дозволив встановити формули метану та етилену.
• Виділення морфіну з опію проведено Ф. Сертунером в 1805 р. Це дозволило нам довести існування органічних основ, що містять азот.

Елементний склад органічних сполук в основному включає такі елементи, як вуглець, водень, кисень, сірка, азот і хлор . Їх наявність можна довести, спостерігаючи за процесами їх нагрівання. Переважна більшість органічних сполук не є термічно стабільними, тому вони розкладаються. Продуктами такого розпаду є прості неорганічні сполуки, такі як вуглекислий газ, вода, аміак або діоксид сірки. Крім того, часто можна знайти чисті елементи (вуглець, водень або азот). При спалюванні органічних сполук у присутності кисню або повітря, а також при їх окисленні утворюються певні продукти. Утворення вуглекислого газу (CO ₂ ) свідчить про те, що органічна речовина містить вуглець, утворення води (H ₂ O) – водень, утворення іонів ціаногену (CN ^– ) – азот, утворення хлорид-іонів (Cl ^– ) – хлор та ін.

Якщо ми знаємо елементний склад органічної сполуки та процентний вміст кожного компонента, ми можемо записати її молекулярну формулу.

Властивості та застосування сполук в органічній хімії

Органічні сполуки, які є предметом органічної хімії, мають низку ознак і властивостей, які чітко відрізняють їх від неорганічних сполук. Ці властивості суттєво відрізняються залежно від групи, до якої належить речовина (наприклад, спирти , алкани , прості ефіри тощо), і структури молекули (довжини її ланцюга або кількості замісників). Вуглець є основним елементом, який будує ці сполуки. Лише деякі з них мають один атом вуглецю. Інші містять десятки або навіть сотні атомів вуглецю. Це свідчить про надзвичайну різноманітність сполук в органічній хімії.

Атоми, що містяться в молекулах органічних сполук, зазвичай пов’язані між собою (поляризованими чи неполяризованими) ковалентними зв’язками. З цієї причини у водних розчинах вони не розпадаються на іони і не проводять електричний струм. Валентність Карбону в органічних сполуках дорівнює 4 . Карбон утворює одинарні, подвійні або потрійні зв’язки з іншими хімічними елементами. Наявність кратних зв’язків підвищує ступінь ненасиченості органічної сполуки. Завдяки здатності елементарного вуглецю утворювати стійкі зв’язки між атомами, органічні речовини часто містять кільця і ​​ланцюги різної довжини і форми.

Органічні речовини виявляють відносно велику чутливість до високих температур і окислення. У певних умовах їх структуру легко зруйнувати. Потім вони розпадаються або зазнають інших перетворень. Більшість з них розкладаються, плавляться або сублімуються при температурі понад 300 °C.

Розчинність органічних сполук значною мірою залежить від будови молекули, типу і числа замісників, а також від розчинника. Окремі атоми в молекулах органічних сполук з’єднані поляризованими або неполяризованими ковалентними зв’язками (загальна пара електронів зміщена в бік атомів з більшою електронегативністю). Тому ці сполуки можна поділити на полярні та неполярні. Згідно з правилом «подібне розчиняється подібним», полярні речовини охоче розчиняються в таких розчинниках, як вода або метанол . Ці речовини в основному включають коротколанцюгові сполуки, які містять одну або кілька гідроксильних, карбоксильних або складноефірних груп. Подібним чином неполярні сполуки (з довгими вуглецевими ланцюгами і зазвичай без замісників) вільно розчинні в неполярних замісниках, таких як бензол , толуол або гексан.

Органічна хімія є високоорганізованою галуззю науки. Органічні сполуки, які аналізуються в цьому полі, піддаються реакціям, які діють відповідно до визначених механізмів. Основні реакції, характерні для органічної хімії, включають:

• додаток,
• заміна,
• усунення,
• перестановка,
• радикальні реакції.

Промисловий синтез в органічній хімії

Синтез органічних сполук в промислових масштабах тісно пов’язаний з процесами, що застосовуються в неорганічній технології. Установки, що використовуються для отримання органічних і неорганічних продуктів, часто будуються в межах одного виробничого підприємства. Це пов’язано з використанням або виробництвом як органічних, так і неорганічних сполук в одному процесі.

Сучасна промисловість органічного синтезу включає в себе в основному:

• нафтохімічний синтез,
• переробка синтез-газу,
• видобуток і переробка вуглеводнів.

Промисловий синтез в органічній хімії має справу з великими процесами отримання органічних сполук з відносно простою структурою. Вони використовуються як розчинники або реагенти. Здебільшого вони також використовуються як сировина в інших технологічних процесах, таких як виробництво пластмас , ліків, барвників, поверхнево-активних речовин або синтетичних смол. Окрім виробництва синтез-газу та вуглеводнів, органічна технологія зосереджена на промисловому виробництві спиртів (метанолу, етанолу, пропанолу тощо), оцтового альдегіду, формальдегіду, карбонових кислот, фенолу та хлорорганічних сполук.