Классификация органических соединений

С каждым днем ученые совершают все больше новых открытий в области органической химии. Известно, что число изученных органических соединений во много раз превышает неорганические, и поэтому для упрощения задачи при работе с таким объемом информации были созданы различные классификации, которые будут рассмотрены далее.

Классификации помогают нам упорядочить многочисленные соединения по их свойствам и строению, что облегчает изучение и дальнейшие исследования в этой сфере.

Существует несколько критериев классификации органических соединений. 

  1. Классификация по качественному составу, в которой в зависимости от содержащихся атомов в молекуле, можно выделить следующие группы органических веществ:
  • Углеводороды – состоят из атомов углерода и водорода

Общая формула: CxHy 

Основная часть углеводородов в природе Земли встречается в сырой нефти. Также главными источниками углеводородов являются природный, сланцевый и попутный нефтяной газ, уголь, торф, горючие сланцы.

        Углеводороды применяют в качестве исходного сырья в производстве самых разнообразных и важных для человека веществ и материалов (пластмассы, каучуки, волокна, пленки, моющие средства, лекарства, красители, строительные и горюче-смазочные материалы и т.д.). К основным типам углеводородов относят: алканы, циклоалканы, алкены, циклоалкены, алкадиены, алкины и арены.

Примеры соединений: C2H6 (этан), C6H6 (бензол)

  • Кислородосодержащие – состоят из атомов углерода, водорода и кислорода

Общая формула: CxHyOz

Органические соединения, содержащие кислород, широко распространены в природе, где играют важную роль в процессах жизнедеятельности животных и растительных организмов (углеводы, органические кислоты, жиры, вoски и др.).

          Такие органические соединения применяют в различных сферах человеческой деятельности (смолы, поликарбонаты, пленки, клеи, красители и лекаpства, средства защиты растений и т.д.). К основным типам кислородосодержащих соединений относят: спирты, фенoлы, альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты, сложные и простые эфиры.

Примеры соединений: CH3OH (метанол), C6H12O6 (глюкоза)

  • Азотсодержащие — состоят из атомов углеpода, водоpода и азота  (иногда и кислорода)

Общая формула: CxHyNz или CxHyOzNa

Азотсодержащие соединения входят в состав различных природных веществ, играющих важную роль (аминокислоты, белки, нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК), некоторые полисахариды, гормоны и др.). Их способность к различным преврaщениям и образованию биологических молекулярных структур определяет переход от неживого вещества к живому.

          Азотсодержащие соединения используются в технике, сельском хозяйстве, в быту, входят в состав лекарств, органических удобрений, красителей. К основным типам азотсодержащих соединений относят: нитросоединения, амины, амиды, нитрилы, гетероциклические соединения, аминокислоты.Примеры соединений: CH3NH2 (метиламин),C6H5NO2 (нитробензол)

родный скелет — это последовательность химически связанных атомов углерода в молекуле. Он является основой органического соединения.

2. По характеру углеродного скелета органического соединения вещества можно разделить на:

  • ациклические (открытые, жирные или алифатические) — незамкнутые цепи
  • циклические — в них углеродная цепь замкнута в цикл

     Углеродный скелет может быть также неразветвленным или разветвленным.

3. Классификация по кратности связи

  • Насыщенные (предельные) углеводороды — углеводороды, не содержащие кратных связей в структуре молекул. В них атомы углерода связаны между собой только простыми связями (алканы, циклоалканы). Для представителей данного класса углеводородов не характерны реакции присоединения, поскольку все связи в молекуле одинарные (насыщенные). Данные соединения вступают во взаимодействия, связанные с замещением атома водорода.
  • Ненасыщенные (непредельные) углеводороды содержат помимо простых кратные связи — двойные или тройные. (Алкeны, aлкины, диeны, циклоалкены). По химическим свойствам непредельные углеводороды значительно отличаются от предельных. Они достаточно реакционноспособны и вступают в разнообразные реакции присоединения. Такие реакции происходят путём присоединения атомов или групп атомов к атомам углерода, связанным двойной или тройной связью. При этом кратные связи довольно легко разрываются и превращаются в простые.

   Непредельные углеводороды способны соединяться друг с другом или с молекулами других непредельных углеводородов. Это свойство является важным для данного класса и в результате таких процессов образуются полимеры.

4. Циклический ряд включает в себя:

  • Карбоциклические соединения

Атомы углерода помимо связи друг с другом, также связаны и с другими атомами (водородом, кислородом и т.д) Однако сам цикл состоит только из атомов углеpода. 

  • Гетероциклические соединения — это cоединения, в циклаx которых, кроме атомов углеpода, присутствуют атомы других элементов (кислорода, азота, серы и др.).

Карбоциклические соединения подразделяются на:

  • Ароматический ряд включает в себя специфическую группировку атомов – бензольное кольцо. Эта группировка атомов предопределяет определённые физические и xимические свойства аpоматических соединений. Главные отличия — повышенная устойчивость ароматической системы и, несмотря на ненасыщенность, склонность к pеакциям замещения, а не присоединения.
  • Алициклический ряд объединяет остальные карбоциклические соединения.

Алициклические соединения названы так из-за своих химических свойств, наиболее близких к алифатическим соединениям, несмотря на кольцеобразную структуру.

     

   

 

               

        

5. Классификация по наличию функциональных групп

Для начала разберемся что такое функциональная группа.

Функциональной группой называются атомы или группы атомов, входящие в состав органического соединения, которые определяют химические и физические свойства определенного класса соединений. 

Рассмотрим основные из них:

Функциональная группаНазвание
ОбозначениеНазвание группыкласса
-Hal (CL, Br, I, F)ГалогенГалогенопроизводные
-OHГидроксильнаяСпирты и фенолы
-CHO-КарбонильнаяАльдегиды
-CO-КарбонильнаяКетоны
-COOHКарбоксильнаяКарбоновые кислоты
-O-ОксогруппаПростые эфиры
-COO-Сложно-эфирнаяСложные эфиры (жиры)
-NH2АминогруппаАмины
-NO2НитрогруппаНитросоединения
-COOH, -NH2Карбоксильная группа и аминогруппаАминокислоты
-СО-NН-Пептидная связьБелки
-CHO, -OHКарбонильная, гидроксильнаяАльдозы
-CO, -OHКарбонильная, гидроксильнаяКетозы

Также следует подчеркнуть, что в состав органических соединений могут входить несколько функциональных групп и в связи с этим определяют моно-, поли- и гетерофункциональные соединения.

Все классы органических соединений взаимосвязаны. Переход от одних классов соединений к другим совершается в преимущественно за счет превращения функциональных групп без изменения углеродного скелета.