Chemia organiczna

Chemia organiczna – dziedzina chemii zajmująca się badaniem budowy, właściwości oraz reakcji związków chemicznych zawierających węgiel, a także opracowywaniem różnorodnych metod syntezy tych połączeń.

Wprowadzenie

Węgiel może tworzyć wiązania kowalencyjne z sobą samym i innymi pierwiastkami, co stwarza zadziwiający szereg różnych struktur. W chemii organicznej nauczymy się jakich reakcji używają chemicy do syntezowania zwariowanych struktur opartych na węglu, jak również metod analitycznych do ich opisania. Zajmiemy się również reakcjami na poziomie molekularnym oraz ich mechanizmami reakcji. Prościej mówią, chemia organiczna jest jak budowanie z cząsteczkowych klocków Lego. Stwórzmy kilka pięknych, organicznych cząsteczek!

Alkeny

Alkeny należą do węglowodorów nienasyconych, a ich wzór ogólny ma postać: CnH2n. Alkeny między atomami węgla posiadają jedno wiązanie podwójne. Najprostszym alkenem jest eten (etylen), który jest bezbarwnym gazem, tworzącym z powietrzem mieszaninę wybuchową. Nazwy alkenów tworzy się zmieniając końcówkę - an odpowiedniego alkanu na -en, np. alken o trzech atomach węgla to propen (nazwa powstała od propanu). Są one związkami nierozpuszczalnymi w wodzie, które łatwo ulegają reakcjom przyłączania w miejscu wiązania podwójnego i przechodzą w związki nasycone (przyłączają np. wodór, fluorowce, tlen). Alkeny w obecności katalizatorów polimeryzują (np. eten daje polietylen). Alkeny występują w niektórych ropach naftowych. Otrzymuje się je w wyniku krakingu frakcji ropy naftowej, przez katalityczne odwodnienie alkanów, odwodnienie alkoholi lub z wodoru i węgla (synteza Fischera i Tropscha).

Alkiny

Do węglowodorów nienasyconych zaliczane są również alkiny, które posiadają jedno wiązanie potrójne między atomami węgla. Wzór ogólny alkinów to CnH2n-2. Najprostszym alkinem jest bezbarwny, palny, rozpuszczalny w wodzie i bardzo aktywny chemicznie gaz - etyn (acetylen). Nazwy alkinów tworzymy zmieniając końcówkę -an alkanów na -yn (lub -in)np. propyn to alkin o trzech atomach węgla w cząsteczce, a jego nazwa utworzona jest od propanu. Obecność wiązania potrójnego w cząsteczce alkinów przyczynia się do tego, że związki te łatwo ulegają reakcjom (polimeryzacji i przyłączania). Alkiny są palne i znalazły zastosowanie w wielu syntezach organicznych. Stosowane są także do w produkcji tworzyw sztucznych.

Alkany

Alkany są to nasycone węglowodory acykliczne (związki składające się z atomów węgla i wodoru), które mają wzór ogólny: CnH2n+2 (n - oznacza liczbę atomów węgla w cząsteczce węglowodoru). Między atomami węgla w cząsteczkach alkanów występują jedynie wiązania pojedyncze. Alkany tworzą szereg homologiczny (grupa związków, w której każdy następny związek różni się od poprzedniego o dwa atomy wodoru i jeden atom węgla (grupę -CH2), posiadające podobne właściwości chemiczne, a różne właściwości fizyczne, np. inne temperatury topnienia i wrzenia ). Cztery pierwsze węglowodory nasycone noszą nazwy tradycyjne, natomiast nazwy pozostałych alkanów powstały w wyniku złożenia liczebnika greckiego lub łacińskiego i końcówki -an. Alkany, które mają od jednego do czterech atomów węgla w cząsteczce są gazami, alkany których cząsteczki zawierają od pięciu do szesnastu atomów węgla są cieczami, natomiast te, które mają powyżej szesnastu atomów węgla są ciałami stałymi. Alkany są nierozpuszczalne w wodzie, natomiast ulegają rozpuszczeniu w rozpuszczalnikach organicznych (np. benzenie, eterze). Temperatury topnienia i wrzenia tych związków są zależne od budowy łańcucha węglowego. Alkany są mało aktywne pod względem chemicznym. W obecności światła atom wodoru w cząsteczce alkanu może zostać zastąpiony atomem chloru lub bromu. Alkany występują w ropie naftowym, wosku ziemnym i gazie ziemnym. Stanowią składniki wielu paliw i są surowcami w wielu syntezach organicznych oraz stosowane są jako rozpuszczalniki. Alkany ulegają różnym rodzajom spalania. W zależności od ilości tlenu jest to: spalanie całkowite CH4+2O2=CO2+2H2O spalanie niecałkowite (dawniej zwane półspalaniem)2CH4+3O2=2CO+4H2O spalanie niecałkowite CH4+O2=C+2H2O Różnica pomiędzy spalaniem niecałkowitym, a półspalaniem polega na tym, że w półspalaniu zostaje tlenek węgla (2CO), a w spalaniu niecałkowitym zostaje węgiel (C). Spalanie innych węglowodorów przebiega bardzo podobnie. Najprostszym alkanem jest metan CH4. Jest to bezbarwny, palny gaz bez zapachu i smaku. Z powietrzem tworzy mieszaninę wybuchową. Jest składnikiem gazu ziemnego, węglowego, błotnego oraz wchodzi w skład gazów, które występują w kopalniach, gdzie bardzo często jest przyczyną pożarów oraz wybuchów.