Органическая химия
Органические соединения представляют собой ковалентно связанные соединения, содержащие углерод, за исключением карбонатов и оксидов. Атомы углерода являются уникальными из-за их способности связываться посредством катенизации, которая образует длинные цепи и кольца в результате ковалентного связывания элемента с самим собой. Помимо связи с самим собой, атомы углерода могут связываться с элементами с аналогичной электроотрицательностью. Органические соединения состоят из углерода и этих других элементов.
Углеводороды – самые простые органические соединения, состоящие только из углерода и водорода. Насыщенные углеводороды – это углеводороды, в которых каждый атом углерода в молекуле образует четыре одинарные ковалентные связи с другими атомами. Углеводороды, которые содержат только одинарные связи, являются алканами.
Температура кипения алканов увеличивается с увеличением молекулярной массы. Углерод-водородные связи алканов неполярные, и единственными силами притяжения между неполярными молекулами являются слабые межмолекулярные силы. Метан, этан, пропан и бутан – все газы при комнатной температуре. Пентан, октан и декан – все жидкости при комнатной температуре. Гептадекан и эйкозан являются твердыми веществами комнатной температуры.
Циклоалканы – это алканы, в которых атомы углерода расположены в кольцевой или циклической структуре.
При фракционной перегонке компоненты смеси разделяются по температуре кипения путем конденсации пара в ректификационной колонне. Оценка октанового числа топлива – мера его эффективности сгорания и его антидетонационных свойств. Шкала оценки октана основана на смесях 2,2,4-триметилпентана и изооктана. Чистый 2,2,4-триметипентан очень устойчив к стуку и ему присваивается октановое число 100. Чистый гептан имеет октановое число 0 и горит с большим стуком. Увеличение доли алканов с разветвленной цепью в бензине является одним из способов повышения октанового числа.
Ненасыщенные углеводороды – это углеводороды, в которых не все атомы углерода имеют четыре одинарные ковалентные связи. Алкены представляют собой углеводороды, которые содержат двойные ковалентные связи.
Алкены являются неполярными и показывают тренды в свойствах, сходных со свойствами алканов в точках кипения и физических состояниях. -фарнезен имеет 15 атомов углерода и 4 двойные связи. Он тверд при комнатной температуре и атмосферном давлении. Он содержится в натуральном восковом покрытии яблок. Этен – это углеводород, коммерчески добываемый в наибольшем количестве в Соединенных Штатах. Он используется в синтезе многих пластиков и коммерчески важных спиртов. Этен также является важным растительным гормоном.
Углеводороды с тройными ковалентными связями являются алкинами. Эта тройная связь требует, чтобы в простейшем алкине было два атома углерода.
Алкины, как и другие углеводороды, демонстрируют те же тенденции в точках кипения и физическом состоянии и являются неполярными. Самый маленький алкин, этин, это газ. Сгорание этина, когда он смешивается с чистым кислородом, приводит к интенсивному нагреванию сварочных горелок. Общее название этина – ацетилен, и эти сварочные горелки обычно называют оксиацетиленовыми горелками.
Ароматические углеводороды – это углеводороды с шестичленными углеродными кольцами и делокализованными электронами. Бензол является основным ароматическим углеводородом.
Бензольные кольца химически очень стабильны, свойство, которое можно объяснить концепцией делокализованных электронов. Следовательно, ароматические углеводороды менее реакционноспособны, чем алкены и алкины. В прошлом бензол использовался в качестве неполярного растворителя из-за этой стабильности. Однако бензол – это и яд, и канцероген. Он неполярный и имеет ограниченную растворимость в воде. Другой ароматический углеводород, 3,4-бензпирен, содержится в каменноугольной смоле, смоле от сигаретного дыма и саже в сильно загрязненных городских районах. Как показали исследования, это соединение способно вызывать рак.
Спирты представляют собой органические соединения, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп. Общая формула для класса органических соединений состоит из функциональной группы и буквы R, обозначающей остаток молекулы. Общая формула для спиртов R-OH. Формулы для некоторых спиртов и алканов приведены ниже…
- Метанол
- Бутан
- Этанол
- Этан
- 1-пропанол
- Пропан
Спирты иногда используются сегодня в качестве альтернативных видов топлива и в качестве усилителей октана в топливе для автомобилей. Этанол объединяют с бензином, например, в соотношении один к девяти для получения газохола. Все простые спирты в некоторой степени ядовиты. Когда этанол потребляется, он расщепляется ферментом алкогольдегидрогеназой. Алкогольдегидрогеназа медленнее воздействует на другие простые спирты, что делает эти спирты более токсичными, чем этанол. Например, метанол или древесный спирт превращается в формальдегид и муравьиную кислоту, которые являются токсичными. Токсическое воздействие метанола включает повреждение зрительного нерва, кому и смерть.
Алкилгалогениды представляют собой органические соединения, в которых один или несколько атомов галогена – мука, хлор, бром или йод – замещены одним или несколькими атомами водорода в углеводороде. Поскольку -X часто используется для обозначения любого галогена, алкилгалогенид может быть представлен общей формулой R-X. Формула для трихлорфторметана:
Высвобожденные атомы хлора атакуют молекулы озона (O3), обнаруженные в верхних слоях атмосферы. Озон превращается в двухатомный кислород. Это позволяет одному атому хлора уничтожить тысячи молекул озона. Другим алкилгалогенидом является тетрафторэтен. Он соединяется в длинные цепочки, чтобы сделать материал с торговым названием тефлон. Его формула C2F4.
Эфиры – это органические соединения, в которых две углеводородные группы связаны с одним и тем же атомом кислорода. Они могут быть представлены общей формулой R-O-R ’. Метил-трет-бутиловый (МТБЭ) эфир является наиболее широко используемым эфиром. Это еще один бензиновый усилитель октана.
Альдегиды представляют собой органические соединения, в которых карбонильная группа присоединена к атому углерода на конце цепи атома углерода. Кетоны представляют собой органические соединения, в которых карбонильная группа присоединена к атомам углерода в цепи.
Пример одного правильно названного альдегида и одного правильно названного кетона:
Самый простой альдегид – это метанал. Когда-то он широко использовался в биологических лабораториях в качестве консерванта для мертвых животных. Однако наиболее важным коммерческим применением является производство пластмасс. Самый простой кетон – это 2 пропанона, общее название которых – ацетон. Ацетон содержится в некоторых средствах для снятия лака, потому что он растворяет органические вещества в лаке для ногтей. Альдегиды и кетоны также часто ответственны за запахи и вкусы.
Карбоновые кислоты – это органические соединения, которые содержат карбоксильную функциональную группу. Общая формула:
Одна правильно названная карбоновая кислота:
Ряд карбоновых кислот встречается в природе в растениях и животных. Например, цитрусовые содержат лимонную кислоту. Карбоновые кислоты также используются в качестве пищевых добавок для придания кислого или кислого вкуса. Бензойная, пропановая и сорбиновая кислоты используются в качестве консервантов, способных убивать микроорганизмы, вызывающие порчу продуктов.
Сложные эфиры представляют собой органические соединения с группами карбоновых кислот, в которых водород гидроксильной группы замещен алкильной группой. Общая формула сложного эфира:
Два примера правильно названных сложных эфиров:
Сложные эфиры распространены в растениях и отвечают за некоторые характерные ароматы и запахи. Изоамилацетат, который содержится в бананах, также используется в качестве искусственного ароматизатора.
Амины – это органические соединения, которые можно считать производными аммиака. Общая формула:
Один правильно названный амин:
Формула для бутрахотоксинина А, токсичного амина, вырабатываемого ядовитой лягушкой-дротиком, которая убивает нервные клетки:
Алкалоиды – это встречающиеся в природе аминные продукты планов, которые оказывают физиологическое воздействие на животных. Примеры алкалоидов включают кофеин, никотин, морфин и кониин.
Полимеры представляют собой большие молекулы и имеют одну и ту же структурную единицу, повторяющуюся снова и снова, и эти повторяющиеся единицы известны как мономеры. Эти
Пероксидазы – это оксидоредуктазы, созданные рядом растений и микроорганизмов. Уменьшение количества пероксидаз в непосредственной близости от субстрата, дающего электроны, делает пероксидазы ценными в многочисленных бизнес-приложениях.
Размер первичных частиц ND, полученных методом детонации, хорошо подходит для биомедицинских исследований, продукты детонации должны быть тщательно очищены. В зависимости от материалов и матриц, присутствующих