Osnove organske kemije

• Organska kemija preučuje strukturo, lastnosti, sestavo, reakcije in pripravo spojin, ki vsebujejo ogljik in lahko vsebujejo tudi druge elemente, kot so vodik, dušik, kisik, halogeni, fosfor, silicij in žveplo.
• To je zelo ustvarjalna znanost, kjer kemiki ustvarjajo nove molekule in raziskujejo lastnosti obstoječih molekul.
• To je študij ogljika in njegovih spojin.
• Ogljik je edinstven po svoji sposobnosti tvoriti stabilne verige atomov, kar omogoča veliko raznolikost molekul.
• Organske spojine segajo od preprostih molekul, kot je metan (CH4), do kompleksnih struktur, kot so beljakovine, nukleinske kisline in polimeri.

Osnovna načela

• Ogljikova štirivalentnost: atomi ogljika imajo štiri valenčne elektrone, kar jim omogoča tvorbo štirih kovalentnih vezi z drugimi atomi.
• Veriženje (catenation): atomi ogljika lahko tvorijo stabilne verige in obroče s kovalentno vezavo drug z drugim.
• Izomerija: organske spojine lahko kažejo izomerijo, kjer imajo molekule enako molekulsko formulo, vendar različne strukturne ali prostorske razporeditve.
• Funkcionalne skupine: specifične skupine atomov znotraj molekul so odgovorne za značilne kemične reakcije teh molekul.
• Ogljikovodiki: spojine, ki vsebujejo samo atome ogljika in vodika, se imenujejo ogljikovodiki.
• Alkani: nasičeni ogljikovodiki z enojnimi vezmi.
• Alkeni: nenasičeni ogljikovodiki z eno ali več dvojnimi vezmi ogljik-ogljik.
• Alkini: nenasičeni ogljikovodiki z eno ali več trojnimi vezmi ogljik-ogljik.
• Aromatski ogljikovodiki: vsebujejo benzenove obroče, ki kažejo edinstveno stabilnost in reaktivnost.
• Funkcionalne skupine: specifične skupine atomov znotraj molekul so odgovorne za značilne kemične reakcije teh molekul.
• Alkoholi: vsebujejo skupino -OH (hidroksil), vezano na atom ogljika.
• Etri: vsebujejo atom kisika, vezan na dve alkilni ali arilni skupini (R-O-R').
• Aldehidi: vsebujejo karbonilno skupino (C=O) z vsaj enim atomom vodika, vezanim na karbonilni ogljik.
• Ketoni: vsebujejo karbonilno skupino (C=O) z dvema alkilnima ali arilnima skupinama, vezanima na karbonilni ogljik.
• Karboksilne kisline: vsebujejo karboksilno skupino (-COOH).
• Estri: vsebujejo karbonilno skupino z alkoksi skupino (-OR), vezano na karbonilni ogljik (RCOOR').
• Amini: vsebujejo atom dušika, vezan na eno, dve ali tri alkilne ali arilne skupine.
• Amidi: vsebujejo karbonilno skupino, vezano na atom dušika (RCONR'R'').
• Izomeri: molekule, ki imajo enako molekulsko formulo, vendar različne strukturne ali prostorske razporeditve atomov.
• Strukturni izomeri: razlikujejo se v vezavni povezanosti atomov.
• Stereoizomeri: imajo enako vezavno povezanost, vendar se razlikujejo v prostorski razporeditvi atomov.
• Enantiomeri: stereoizomeri, ki so neprekrivne zrcalne slike drug drugega.
• Diastereoizomeri: stereoizomeri, ki niso zrcalne slike drug drugega.
• Konformacijski izomeri: izomeri, ki se lahko pretvorijo z vrtenjem okoli sigma vezi.

Reakcije

• Adicijske reakcije: dve ali več molekul se združijo, da tvorijo večjo molekulo.
• Eliminacijske reakcije: molekula izgubi atome ali skupine atomov.
• Substitucijske reakcije: atom ali skupino atomov zamenja drug atom ali skupina atomov.
• Preureditvene reakcije: molekula doživi spremembo v svoji vezavni povezanosti.
• Oksidacijske reakcije: reakcije, ki vključujejo povečanje oksidacijskega stanja atoma ogljika, pogosto s tvorbo vezi s kisikom.
• Redukcijske reakcije: reakcije, ki vključujejo zmanjšanje oksidacijskega stanja atoma ogljika, pogosto s tvorbo vezi z vodikom.
• Poimenovanje organskih spojin sledi sistematičnemu sistemu nomenklature, ki ga je vzpostavila Mednarodna zveza za čisto in uporabno kemijo (IUPAC).
• IUPAC nomenklatura zagotavlja edinstveno in nedvoumno ime za vsako organsko spojino.
• Določite osnovno verigo: poiščite najdaljšo neprekinjeno verigo atomov ogljika v molekuli.
• Določite funkcionalne skupine: ugotovite prisotnost funkcionalnih skupin v molekuli.
• Oštevilčite osnovno verigo: atomom ogljika v osnovni verigi dodelite številke, začenši s tistim koncem, ki daje najnižje možne številke substituentom in funkcionalnim skupinam.
• Poimenujte substituente: določite in poimenujte vse substituente, vezane na osnovno verigo.
• Združite imena: združite imena substituentov, osnovne verige in funkcionalnih skupin, da ustvarite popolno IUPAC ime.

Spektroskopija

• Spektroskopske tehnike se uporabljajo za določanje strukture in lastnosti organskih molekul.
• Jedrska magnetna resonanca (NMR) spektroskopija: zagotavlja informacije o vrstah in razporeditvi atomov ogljika in vodika v molekuli.
• Infrardeča (IR) spektroskopija: zagotavlja informacije o prisotnosti specifičnih funkcionalnih skupin v molekuli.
• Masna spektrometrija (MS): zagotavlja informacije o molekulski masi in vzorcu fragmentacije molekule.

Uporaba

• Farmacevtika: organska kemija ima osrednjo vlogo pri načrtovanju, sintezi in razvoju novih zdravil.
• Polimeri: polimeri so velike molekule, sestavljene iz ponavljajočih se strukturnih enot (monomer), in organska kemija je bistvena za ustvarjanje novih polimerov s prilagojenimi lastnostmi.
• Znanost o materialih: organska kemija se uporablja za ustvarjanje novih materialov s specifičnimi lastnostmi, kot so prevodnost, trdnost in fleksibilnost.
• Agrokemikalije: organska kemija se uporablja za razvoj pesticidov, herbicidov in gnojil.
• Petrokemikalije: organska kemija se uporablja za rafiniranje in predelavo surove nafte v goriva, plastiko in druge dragocene izdelke.
• Biokemija: organska kemija je temelj biokemije, ki preučuje kemične procese v živih organizmih.