Органикалық қосылыстар

Органикалық қосылыстар – құрамында негізгі элемент ретінде әрдайым көміртек атомы болатын химиялық қосылыстар (көміртек оксидтері, көмір қышқылы және оның тұздарынан басқалары). Адам ертеден табиғи бояу, қамыс қантын, әртүрлі майларды т.б. пайдалана білген. Көміртек атомының өзара және көптеген өзге элементтердің атомдарымен химиялық байланысқа түсуіне орай органикалық қосылыстардың саны 5 млн-нан асты. Оларға органикалық химия зерттейтін изомерия құбылысы және әртүрлі күрделі өзгерулер тән.

Табиғи органикалық қосылыстар

Табиғи органикалық қосылыстарға жататын нуклеин қышқылдары, ақуыздар, липидтер, гормондар, витаминдер т.б. жануарлар мен өсімдіктер тіршілігінде және құрылысында маңызды орын алады.

Құрамында көміртек бар хлорциан

Органикалық қосылыстардың түрлері

Құрылымына қарай органикалық қосылыстар: ашық тізбекті (алифатикалы), тұйық тізбекті (алициклді, ароматты), гетероциклді болып негізгі үш топқа бөлінеді. Ашық тізбекті қосылыстарда көміртек атомдары тармақталған немесе тармақталмаған тізбек құрады.

Көмірқышқыл газы

Көміртек атомдарының қосылыстары

Оларға қаныққан, қанықпаған көмірсутектер, олардың туындылары спирттер, аминдер, карбон қышқылдары т.б. жатады. Ашық тізбекті органикалық қосылыстар көп мөлшерде мұнайда, табиғи газда, аздап гидросферада кездеседі. Қаныққан көмірсутектер бензин, тұрмыстық газ құрамында және метанол, жуғыш заттар алуда, қанықпаған көмірсутектер (олефиндер) полимерлер, спирт, ацетон, ацетальдегид т.б. алуда қолданылады. Органикалық қосылыстардың химиялық қасиеттері ондағы орынбасушы элементтің, функционалдық топтың табиғатына және жай, қос, үш байланыстардың болуына негізделеді. Органикалық қосылыстар құрамдары CH₂ тобының санымен ерекшеленетін гомологтық, молекулаларында көміртек саны мен функционалдық тобы бір, бірақ қанықпағандығы өсетін изологиялық, көміртек саны бір, функционалдық тобы әртүрлі генетикалық қатарлар түзеді. Құрамына галогендер, O, S, N, металдар енуіне байланысты: галогенді, оттекті, күкіртті, азотты, металды органикалық қосылыстар деп бөлінеді. Олар халық шаруашылығының барлық салаларында кеңінен қолданылады.

Органикалық синтез

Органикалық синтез – органикалық химияның органикалық қосылыстардың түзілу жолдары мен әдістерін зертханада және өндіріс көлемінде зерттейтін бөлімі. Органикалық синтездің дамуы органикалық заттардың құрылыс теориясы мен органикалық қосылыстардың химиялық қасиеттері туралы мағлұматтар жинақталғаннан кейін (19 ғасырдың 2-жартысы) басталды. Сол уақыттан бастап органикалық синтез жаңа органикалық қосылыстар алудың көзі ретінде органикалық химияның дамуында түпкілікті орын алып, зерттелетін нысандардың қатарын кеңейте түсті. Органикалық синтездің өзіндік мақсаты, тактикасы, стратегиясы және күрделі молекуланы дизайндау жолдары бар. Қарапайым молекулалардан күрделі молекула құрастыру сатылап жүреді, яғни барлық органикалық синтезді бірнеше, кейде өте көп кезеңдерге, бөледі. Осы үрдістің тиімділігін арттыру мақсатында соңғы жаңалықтар қолданылады. Органикалық синтез нәтижесінде хлорофилдің, В12 дәруменінің, биополимерлердің т.б. құрамы мен түзілу әдістері белгілі болды.

Медицинада жүргізілген көміртек синтезі

Химиялық әдістердің түрлері

Органикалық синтезді іске асыру үшін: соңғы көрсеткішке жеткізетін тиімді, бірізді, қарапайым және тура жолды таңдап алу және алынатын молекуланың құрамын, ондағы химиялық байланыстарды құруға мүмкіндік жасайтын әдістер жиынтығын таңдау қажет. Әдістердің негізгі үш тобы бар: 1) құрылымдық, яғни жаңа молекула құрайтын С–С байланыстарының түзілуі (мысалы, Гриньяр, Фридель-Крафтс реакциялары); 2) бұзылу немесе ыдырату әдістері. Мұнда синтездегі рөлі аяқталған молекулаларды істен шығару мақсатында С–С байланыстарын бұзу қаралады (мысалы: декарбоксилдеу, диолдардың периодты тотығуы т.б.); 3) функционалды топтарды ауыстыру. Бұл әдісте түпкілікті қосылысты сақтап қалу үшін молекулаға басқа функционалды топ енгізіледі (мысалы, спиртті алкильгалогенидке, жай және күрделі эфирді карбонильді қосылыстарға т.б.).

Галогенкөмірсутектен спирттің алынуы

Органикалық қосылыстардың құрылысын физика-химиялық тәсілдер арқылы зерттеу

Инфрақызыл спектрлер (ИҚС) зерттейтін органикалық қосылыстың сіңіру спектрлерін (500 - 5000 см^-1) алу үшін қолданылады. Спектрограммалардағы максимумдардың орны және саны бойынша заттың табиғатын, ал сіңіру қарқындылығы арқылы оның сандық мөлшерін анықтауға болады. ИҚС – сезімталдығы жоғары тәсіл, зат құрылысы туралы көп мағлұмат береді. Бұл тәсілмен басқа жолдармен байқалмайтын қоспаларды да анықтауға болады және бұл тәсілмен талдауға болатын органикалық заттардың саны да шексіз көп. Әрбір атомдар тобына ИҚ-спектрінде белгілі бір сіңіру жиілігі (сипаттаушы жиілік) сәйкес келеді. Мысалы: С=О тобының сипаттаушы жиілігі 1740 - 1720 см^-1; С=С үшін 1680 - 1620 см^-1; С–Н үшін 3100 - 2850 см^-1; Н–О үшін 3600 - 3200 см^-1 т.б. болады. ИҚС тәсілінде спектрофотометр (оптикалық жүйе) пайдаланылады, спектрлер заттың үлгісінен инфрақызыл сәулелерді өткізу арқылы жазылады.

Ядролық магниттік резонанс (ЯМР) тәсілінде зерттелетін заттың тұрақты магнит өрісінде ядролық магитизмнен пайда болатын электромагниттік толқындарды резонанстық сіңіруі негізге алынған. Белгілі бір атомдардың атом ядролары микроскопиялық магнит ретінде әсер етеді және олар магнит өрісіне түссе, барлығы бір бағытқа бұрылады. Мысалы, егер сутек атомдарының ядросы магниттік қасиет көрсететін кез келген қосылысты магнит полюстерінің арасына қойылған катушканың ортасына орналастырып, біртіндеп магнит өрісінің кернеуін жоғарылатса, онда белгілі бір кернеу өрісінде зерттелетін зат энергия сіңіре бастайды (катушканың сым орауы арқылы айнымалы ток жіберілген, зат энергия сіңіре бастағанда, одан өтетін ток артады). Нәтижесінде заттың спектрі алынады, ондағы әрбір пайда болған сызықтың сипатын талдауға болады. ЯМР тәсілімен тек сұйықтар мен органикалық заттардың ерітінділерін зерттеуге болады. Іс-тәжірибеде ПМР тәсілі жиі қолданылады. Яғни, протондардың ядролық магниттік резонансы.

Масс- спектрометрия тәсілі зерттелетін органикалық қосылыстарды жоғары вакуумде орташа энертгиялы электрондар шоғырымен атқылап, пайда болған зарядталған бөлшектер мен фагменттерді талдауға негізделген. Электрондармен атқылағанда пайда болған оң зарядты йондар теріс зарядталған үдеткіш пластинкалармен айдалады, олардың тасқыны анализатордың түтігіне түседі, талдаушы магнитпен өздерінің зарядтарына байланысты бөлінеді. Нәтижесінде масс-спектрограммада жекелеген биіктіктер пайда болады. Олар органикалық заттың молекулалық құрылысы туралы мағлұматтар береді.

Медицинадағы үлесі

Органикалық синтездің көмегімен маңызды дәрілік препараттар жасалады. Олар халық шаруашылығының барлық салаларында кеңінен қолданылады.