شیمی آلی (Organic_chemistry)

تاریخچه شیمی آلی (Organic_chemistry) :

شیمی آلی (Organic_chemistry) شیمی ترکیبات کربن است.

نام گمراه کننده ((آلی)) یادگار روزگاریست که ترکیبات شیمیایی را بسته به اینکه از چه منبعی به دست می اید به دو بخش آلی و معدنی تقسیم میکردند.

ترکیبات معدنی شامل موادی میشدند که از معادن به دست می امدند مواد آلی موادی بودند که از منابع گیاهی یا حیوانی یعنی از مواد تولید شده توسط موجودات زنده به دست می امدند.در حقیقت تا حدود سال 1850 بسیاری از شیمیدان ها اعتقاد داشتند که منشأ ترکیبات آلی باید جانداران باشند ودر نتیجه هرگز نمیتوان انهارا از مواد معدنی سنتز کرد.

این مواد که از منابع الی به دست می ایند در یک چیز مشترک اند یعنی تمامی آنها عنصر کربن کربن دارند.حتی پس از اینکه معلوم شد منشاءاین مواد فقط موجودات زنده نیست بلکه در ازمایشگاه نیز سنتز میشوند باز هم نام ((آلی)) را برای توصیف آنها وترکیبات مشابه  مناسب تشخیص دادند بدین مناسبت طبقه‌بندی مواد شیمیایی به آلی و معدنی تاکنون حفظ شده است.

 

 منابع مواد آلی :

امروزه گرچه هنوزم بسیاری از ترکیبات کربن را به اسانی از منابع گیاهی و حیوانی جدا میکنند با وجود این قسمت اعظم این ترکیبات را از راه سنتزو غالبا با استفاده از ترکیبات آلی دیگر و به ندرت از مواد معدنی مانند کربناتها یا سیانیدها تهیه میکنند.

دو منبع بزرگ مواد آلی که میتوان از آنها ترکیبات ساده الی را فراهم کرد نفت و زغال سنگ میباشد (هردوی اینها به مفهوم قدیمی آلی ومحصول متلاشی شدن گیاهان و حیوانات میباشد) که برای تهیه ترکیبات الی بزرگتر و پیچیده‌تر مورد استفاده قرار میگیرند.

مولکولهای آلی با هزاران اتم شناخته شده اند و گاهی چگونگی ترتیب اتمها حتی در مولکولهای نسبتا کوچک نیز دارای ساختار بسیار پیچیده ای میباشد.یکی از مهمترین مسایل در شیمی الی پی بردن به طرز قرار گرفتن اتمها در مولکول یعنی تعیین ساختار ترکیبات است.

راههای بسیاری وجود دارد تا این ترکیبات پیچیده بتوانند شکسته شوند یا نو ارایی کنند ومولکولهای جدیدی به وجود اورند.روشهای زیادی وجود دارد که در آنها اتم ها میتوانند به این مولکول ها اضافه شوند یا به جای اتم های موجود اتمهای جدیدی استخلاف شوند.قسمت اعظم شیمی الی به مباحثی از این قبیل میپردازد :این واکنش ها کدام اند؟چگونه انجام میشوند؟وچگونه میتوان برای سنتز ترکیبات موردنظر از آنها استفاده کرد؟

 

ویژگی های کربن :

اتمهای کربن میتوانند به یکدیگر متصل شوند وتا ان حد که برای اتم های سایر عناصر امکان ندارد گسترش  یابند.اتمهای کربن میتوانند زنجیر هایی به درازای هزاران اتم یا حلقه هایی به اندازه های متفاوت تشکیل دهند واین زنجیرها و حلقه ها میتوانند پل های ارتباطی داشته باشند.به اتم های کربن تشکیل دهنده این زنجیرها و حلقه ها میتوان اتمهای دیگری مانند هیدروژن فلوور کلر برم ید اکسیژن نیتروژن گوگرد فسفر و بسیاری از اتمهای دیگر.

از ارایش گوناگون اتمها ترکیبات متفاوتی تشکیل میشود که هریک خواص فیزیکی و شیمیایی خاص خود را دارند.به همین دلیل غیره منتظره نیست که بدانیم امروزه نزدیک به ده میلیون ترکیب کربن دار شناخته شده است وهرسال نیز حدود نیم میلیون به این رقم اضافه میشود که نشان از گسترده بودن شیمی آلی و ترکیبات آن دارد.

 

کاربردهای ترکیبات آلی :

امروزه رشته شیمی آلی در تکنولوژی که شامل شیمی رنگینه ها و دارو کاغذ و مرکب ورنگها و پلاستیکها بنزین وتایر های لاستیکی دارای اهمیت بسیاری است. همچین این شیمی با غذایی که می خوریم و لباسی که میپوشیم در ارتباط  است.

شیمی الی اساس و پایه علوم زیست شناسی و پزشکی است.موجودات زنده علاوه بر آب  عمدتا از ترکیبات الی ساخته شده اند و مولکولهایی که از آنها در ((زیست شناسی مولکولی)) نام برده میشود مولکولهای الی هستند.در سطح مولکولی زیست شناسی همان شیمی الی است.

تعداد ترکیبات کربن دار چندین برابر بیشتر از تعداد ترکیبات بی کربن است.این ترکیبات آلی به خانواده هایی تقسیم میشوند که به طور کلی مشابهی دربین ترکیبات معدنی ندارد همین ویژگی های خاص که در ترکیبات کربن وجود دارد انهارا از تمام ترکیبات صد و چند عنصر دیگر جدول تناوبی جدا میکند.

اجسام بیشماری که در زندگی روزمره خود از آنها استفاده میکنیم  از ترکیبات الی ساخته شده اند.تمامی لباسهایی که میپوشیم از مولکول های الی ساخته شده است (بعضی از الیاف طبیعی نظیرپنبه و ابریشم و بعضی دیگر از الیاف مصنوعی نظیر پلی استر)سواک خمیر دندان صابون شامپو خوشبو کننده عطر همه اینها حاوی ترکیبات الی هستند.لوازم منزل مثل فرش اجسام پلاستیکی که در وسایل اشپزخانه به کار گرفته شده اند رنگ غذا اشیاءو بیشمار دیگر همه حاوی ترکیبات الی هستند.

 

دسته بندی ترکیبات آلی :

هیدروکربن ها(Hydrocarbon) :

به بعضی از ترکیبات آلی که فقط از هیدروژن و کربن تشکیل شده است هیدروکربن گفته میشود.هیدروکربن ها به دو دسته ی الیفاتیک و اروماتیک تقسیم بندی میشود که هیدروکربن های الیفاتیک خود به :آلکانها آلکن ها و آلکین ها وسیکلو آلکانها تقسیم بندی میشود.

 

 آلکانها (Alkane) :

ساده‌ترین هیدروکربنها آلکانها هستند  که کوچکترین عضو این خانواده متان(CH₄) است که این مولکول دارای چهار پیوند یکسان هیدروژن _کربن است که در ان هرکدام از هیدروژن ها در گوشه های یک چهاروجهی منتظم قرار دارند وکربن در مرکز ان است.عضو بعدی این گروه اتان با فرمول C₂H₆ است و فرمول کلی این ترکیبات C_nH_2n+2 است و از هیدرو کربنهای سیر شده و اشباع به حساب می ایند.

 

آلکنها (Alkene) :

آلکنها شامل پیوند دوگانه کربن کربن هستند که گاهی انهارا اولفین ها نیز مینامند.مانند اتیلن یا همان اتن(C₂H₄).

فرمول مولکولی الکنها :C_nH_2n

 

آلکین ها (Alkyne) :

آلکین ها شامل پیوند سه‌گانه کربن کربن است.

مانند استیلن یا همان اتین(C₂H_{2) و فرمول کلی این گروه به صورت (CnH2n-2) است.}

 

سیکلوآلکانها (Cycloalkane) :

سیکلو آلکانها شامل حلقه های کربنی سیر شده هستند مانند سیکلو هگزان(C₆H₁₂₎

و فرمول کلی این ترکیبات به صورتC_nH_{2n  است.}

 

  گروه های عاملی :

به علت زیاد بودن تعداد ترکیبات آلی بهتر است که انهارا بر اساس عاملی طبقه‌بندی کرد پایه و اساس این طبقه‌بندی بسیار مفید گروه عاملی است :یعنی گروهی از اتم ها که در بسیاری از ترکیبات یکسان است و واکنش پذیری شیمیایی مشخصی را صرف نظر از شکل استخوان بندی کربنی به آنها میدهد.

تعدادبسیاری از گروه های عاملی وجود دارد ولی فقط تعداد کمی از آنها دارای اهمیت بیشتری در شیمی آلی هستند از این رو ما به جای بررسی شیمی میلیون ها مواد شیمیایی فقط به بررسی و مطالعه گروه عاملی های مهم و واکنش های آنها میپردازیم.

 

 

1. الکل ها (Alcohol) :

الکل ها که شامل گروه عاملی هیدروکسیل (—OH)میباشند واین گروه به استخوانبندی هیدروکربنی متصل میشود.نام الکل از گروه الکیل که گروه هیدروکسیل به ان متصل میشود مانند متانول (متیل الکل)و اتانول (اتیل الکل)و ……

فرمول این ترکیبات مانند متانول (CH₃OH) به فرم      C_nH_2n+1OH است.

 

2. اسیدها (Carboxylic_acid) :

اسید ها دارای گروه عاملی کربوکسیل میباشد (–COOH) مانند فرمیک اسید (H—COOH) و استیک اسید (CH₃—COOH) و…….

 

3. آلدهید ها (Aldehyde) و کتون ها (Ketone) :

آلدهید ها وکتون ها دارای گروه عاملی هیدروکسیل میباشند یعنی به یک اتم کربن یک اتم اکسیژن با پیوند دوگانه متصل میشود و دو گروه الکیل به کربن متصل میشود که در الدهید ها به جای دو گروه الکیل یک گروه الکیل به یک طرف و یک اتم هیدروژن به طرف دیگر متصل میشود اما در کتون ها به دوطرف گروه عاملی گروه الکیلی متصل میشود.

فرمول الدهید ها  و کتون ها :C_nH_2nO

5. اترها (Ether) :

اتر ها دارای یک اتم اکسیژن متصل به دو اتم کربن میباشد (C—O—C) اترها به مفهوم دیگر مشتق الکلها ها هستند.مانند :

 

متیل اتیل اتر:CH₃OCH₂CH₃                      دی متیل اتر:CH₃OCH₃

 

6. استرها (Ester) :

استر ها شامل گروه عاملی(–COO—C) میباشد.

استرها نتیجه ی واکنش یک الکل با یک اسید هستند.مثلا از  واکنش استیک اسید و متیل الکل :متیل استات به دست می اید.

 

7. آمین ها (Amine) :

آمین ها شامل گروه آمینو (–NH₂) میباشد.این مولکولها را میتوان مشتق آمونیاک در نظر گرفت:

مانند متیل آمین(CH₃NH₂) یا دی متیل آمینCH₃)₂NH)

 

 

واکنش های شیمی آلی :

تعداد زیادی از واکنشگر های آلی و معدنی وجود دارد که با گروه های عاملی مختلف ترکیب میشوند.در هر حال در اینجا هم یک طبقه‌بندی اجمالی وجود دارد که شیمی ترکیبات آلی را به طور قابل ملاحظه ای ساده میکند.اکثر واکنشهای گروهای عاملی دریکی از دسته بندی های زیر قرار میگرد.

 

1. واکنش های جانشینی :

این واکنشها شامل جابه جایی یک گروه عاملی توسط یک گروه عاملی دیگر است.

 

2. واکنش های حذفی افزایشی :

اغلب یک گروه عاملی با افزایش مستقیم اتمهای جدید به آن تغییر میکند.همچنین فرایند عکس یعنی حذف اتمها از یک گروه عاملی امکان دارد یعنی یک گروه عاملی با گرفتن یا از دست دادن اتم ها تغییر میکند.

 

3. واکنش های اکسایش_کاهش :

همانطور که از اسم این واکنش پیداست بعضی از گروههای عاملی میتوانند اکسید و بعضی دیگر میتوانند کاهیده شوند و بعضی هم در هر دو واکنش شرکت میکند.

 

منبع اصلی مقاله :

Organic_chemistry 1

Organic_chemistry 2