1.9. Классы органических соединений. Полимеры и полимерные материалы

Органическая химия изучает соединения углерода, называемые органическими веществами. В связи с этим органическую химию называют также химией соединений углерода. Органическая химия может быть определена также как химия углеводородов и их производных. Хотя такое определение более четко отражает содержание предмета органической химии, однако и оно не дает возможности провести резкую границу между органическими и неорганическими веществами. Так как в природе все явления взаимосвязаны, то отсечение одной отрасли науки от другой невозможно. Между смежными науками существуют естественные диалектические переходы. В частности, на границе между органическими и неорганическими соединениями находятся такие вещества, как сода, сероуглерод, мочевина, оксид углерода (IV) и т. д., которые можно с равным правом рассматривать в качестве как органических, так и неорганических соединений.

Основой органической химии является теория строения органических соединений А.М. Бутлерова (1861г). В современной интерпретации основные положения и следствия теории строения Бутлерова могут быть сформулированы следующим образом:

1. В молекулах соединений существует определенный порядок связи атомов, который и носит название строения.

2. Химические свойства соединения определяются составом и строением его молекул.

3. Различное строение при одном и том же составе и молекулярной массе вещества обусловливает явление изомерии.

4. Так как при отдельных реакциях изменяются не все, а только некоторые части молекул, то, изучая продукты химических превращений соединения, можно установить его строение.

5. Химический характер (т. е. реакционная способность) атомов, входящих в молекулу, меняется в зависимости от того, с какими атомами они связаны в данной молекуле. Это изменение химического характера обусловливается главным образом взаимным влиянием непосредственно связанных друг с другом атомов.

Виды изомерии органических соединений

1. изомерия основной углеродной цепи:

С₄Н₁₀

бутан изобутан

2. изомерия положения двойных или тройных (кратных) связей:

бутен - 2 бутен - 1

3. изомерия положения функциональных групп:

пропанол-1 (первичный спирт) пропанол-2 (вторичный спирт)

4. пространственная изомерия (оптическая или «цис-транс»):

цис-изомер транс-изомер

5. межклассовая изомерия:

бутин-2 бутадиен -1,3

Классификация органических соединений

Органических соединений много, но среди них имеются соединения с общими и сходными свойствами. Поэтому все они по общим признакам классифицированы, объединены в отдельные классы и группы. В основе классификации лежат углеводороды – соединения, которые состоят только из атомов углерода и водорода.

Рис. 1.9.1 Классификация углеводородов

Углеводороды делятся на два больших класса: ациклические и циклические соединения.

Ациклические соединения (жирные или алифатические) – соединения, молекулы которых содержат открытую (незамкнутую в кольцо) неразветвленную или разветвленную углеродную цепь с простыми или кратными связями. Ациклические соединения   подразделяются на две основные группы:

- насыщенные (предельные) углеводороды (алканы), у которых все атомы углерода связаны между собой только простыми связями;

- ненасыщенные (непредельные) углеводороды, у которых между атомами углерода кроме одинарных простых связей, имеются также и двойные, и тройные связи.

Ненасыщенные  (непредельные) углеводороды делятся на три группы: алкены, алкины и алкадиены.

Алкены  (олефины, этиленовые углеводороды) – ациклические непредельные углеводороды, которые содержат одну двойную связь   между атомами углерода, образуют гомологический ряд с общей формулой CnH2n. Названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов с заменой суффикса «-ан» на суффикс «-ен». Например, пропен, бутен, изобутилен или метилпропен.

Алкины (ацетиленовые углеводороды) – углеводороды, которые содержат тройную связь   между атомами углерода, образуют гомологический ряд с общей формулой CnH2n-2. Названия алкенов образуются от названий соответствующих алканов с заменой суффикса «-ан» на суффикс «-ин». Например, этин (ацителен), бутин, пентин.

Алкадиены – органические соединения, которые содержат две двойные связи углерод-углерод. В зависимости от того, как располагаются двойные  связи относительно друг друга диены делятся на три группы: сопряженные диены, аллены и диены с изолированными двойными связями. Обычно к диенам относят ациклические и циклические 1,3-диены, образующие с общими формулами CnH2n-2 и CnH2n-4. Ациклические диены являются структурными изомерами алкинов.

Циклические соединения в свою очередь делятся на две большие группы:

карбоциклические соединения – соединения, циклы которых состоят  только из атомов углерода; Карбоциклические соединения подразделяются на алициклические – насыщенные (циклопарафины)  и ароматические;

гетероциклические  соединения – соединения, циклы которых состоят не только из атомов углерода, но атомов других элементов: азота, кислорода, серы и др.

В молекулах как ациклических, так и циклических соединений  атомы водорода можно замещать на другие атомы или группы атомов, таким образом,  с помощью введения функциональных групп можно получать производные углеводородов. Это свойство ещё больше расширяет возможности получения различных органических соединений и объясняет их многообразие.

Наличие тех или иных групп в молекулах органических соединений  обуславливает общность их свойств. На этом основана классификация производных углеводородов.

Табл. 1.9.1 Производные углеводородов