ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ — соединения, содержащие углерод; исключением являются оксиды (окиси) углерода (CO и OC₂), а также угольная кислота (H₂CO₃) и ее соли, к-рые относят к неорганическим соединениям. Все живые организмы состоят из О. с. — белков, липидов, углеводов и др.; из О. с. состоит пища человека. О. с. являются ферменты, гормоны и большинство соединений, участвующих в обмене веществ и энергии. Многие лекарственные вещества также представлены О. с. Число О. с. чрезвычайно велико: в 70-х гг. 20 в. их было известно более 3 млн. (соединений всех остальных элементов к этому времени известно немногим более 100 тыс.). Ежегодно в многочисленных исследовательских лабораториях синтезируют огромное число самых разнообразных О. с. с целью поиска новых физиологически активных веществ для применения в медицине, ветеринарии, животноводстве, полеводстве (пестициды, гербициды и др.) и т. д.

Помимо углерода, О. с. могут содержать любые элементы периодической системы Д. И. Менделеева, кроме инертных газов (см.), как неметаллы, так и металлы. Однако, кроме углерода, основными элементами О. с. являются водород, кислород, азот, сера и фосфор, к-рые называют органогенами. А. Н. Несмеянов предложил выделить из О. с. группу элементорганических соединений, в молекуле к-рых углерод непосредственно связан с элементами, не являющимися органогенами. Примером элементорганических соединений являются металлорганические соединения (см.) и Кремнийорганические (см. Кремний, Силиконы).

О. с. отличаются друг от друга не только по строению молекул, но и по их размерам. Среди О. с. есть вещества с низким мол. весом (массой), как, напр., метан, и с огромным мол. весом порядка сотен тысяч и миллионов дальтон (см. Высокомолекулярные соединения). Это природные О. с.— белки, полисахариды, нуклеиновые к-ты и синтетические полимеры, напр, каучуки.

Важнейшими источниками природных О. с. являются растительные и животные организмы, а также микроорганизмы. Особенно много О. с. синтезируется зелеными растениями в процессе фотосинтеза (см.).

При промышленном синтезе О. с. в качестве исходных продуктов обычно используют простые по строению О. с., получаемые при пиролизе нефти, при сухой перегонке каменного угля, торфа, горючих сланцев й дерева. Все большее народнохозяйственное значение приобретает синтез разнообразных О. с. микроорганизмами (в частности, микробиол, синтез белка, аминокислот и т. п.).

Для выделения и очистки О. с. пользуются как классическими методами (экстрагированием различными растворителями, перегонкой, кристаллизацией), так и вновь разработанными — различными видами хроматографии (см.) и электрофореза (см.), противоточным распределением, ультрацентрифугированием (см.), лиофилизацией (см.) и др. Степень чистоты препаратов О. с. устанавливают на основании определения температур плавления и кипения, по величине плотности, коэффициента рефракции, хроматографической подвижности (Rfi в разных системах растворителей, времени «вымывания» (при газожидкостной хроматографии), спектров поглощения в видимой, ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра (см. Спектрофотометрия), спектров ядерного магнитного резонанса (см. Спектроскопия) и т. д.

Существуют две основные системы классификации О. с. Согласно одной из них О. с. в зависимости от строения углеродного скелета молекулы делят на алифатический, карбоциклический и гетероциклический ряды.

Молекулы соединений алифатического (ациклического, или жирного) ряда характеризуются незамкнутой цепью углеродных атомов (прямой или разветвленной):

Соединения с неразветвленной цепью углеродных атомов называют нормальными.

Молекулы О. с. карбоциклического, или изоциклического, ряда имеют в своей структуре кольцо (цикл), построенное только из атомов углерода. Существуют две подгруппы карбоциклических соединений — алициклические и ароматические.

Алициклические карбоциклические О. с. содержат циклы из углеродных атомов, но обладают свойствами алифатических соединений, напр.:

Ароматические карбоциклические О. с. представляют собой производные бензола (см.), характеризующиеся специфическими хим. свойствами. Ароматические соединения раньше получали из природных смол, бальзамов, эфирных масел, обладающих приятным запахом, именно поэтому эта группа карбоциклических соединений и была названа ароматическими.

О. с. гетероциклического ряда в своих молекулах содержат циклы, построенные не только из углеродных, но и из других атомов (гетероатомов, N, О, S). Напр.:

Из гетероциклических соединений построено большинство алкалоидов, нуклеотиды и молекулы других веществ.

В пределах каждого ряда путем замены атома водорода в молекуле углеводорода или гетероцикле на так наз. функциональную группу, определяющую главные хим. свойства содержащих ее О. с., можно получить различные классы О. с., напр, галогенсодержащие О. с., альдегиды, спирты, аминосоединения и т. д.

По другой классификации все О. с. делят на классы в зависимости от имеющихся в их молекулах функц, групп (см. таблицу).
Таблица. ОРГАНИЧЕСКИЕ_СОЕДИНЕНИЯ. Классификация

О. с., в молекуле к-рых содержится от двух до нескольких функц, групп, называют соединениями со смешанными функциями, или полифункциональными. Таковы аминоспирты, содержащие аминогруппу и спиртовой гидроксил; аминокислоты, содержащие аминогруппу и карбоксильную группу; оксикислоты, содержащие гидроксильную и карбоксильную группы, и т. д. Функц, группы определяют главные свойства О. с.; в меньшей степени свойства этих соединений зависят от углеродной основы молекул.

Алифатические углеводороды делятся на две группы. Предельные, или насыщенные, углеводороды (парафины, или алканы) — это углеводороды ряда метана с общей формулой СпН2п+2, имеющие предельно высокое (исходя из четырех валентностей углерода) содержание водорода. Эти О. с. отличаются низкой реакционной способностью, отсюда одно из их названий — парафины (лат. parum affinis мало сродства). Непредельные, или ненасыщенные, углеводороды содержат меньшее число атомов водорода, чем предельные углеводороды с тем же числом атомов углерода в молекуле, и резко отличаются от них своей способностью легко вступать в различные реакции присоединения. Степень не-насыщенности у разных подгрупп непредельных углеводородов различна. Так, алкены (олефины) — непредельные углеводороды ряда этилена или этена (H2C=CH2) с общей формулой Cn(H2)n содержат на два атома водорода меньше, чем соответствующие предельные углеводороды, и одну двойную связь; алкины — непредельные углеводороды ряда ацетилена (H—C=C—H) и диенов (H2C=CH-CH=CH2) с общей формулой СПН2П_2 содержат соответственно одну тройную или две двойные связи и т. д.

Ряды О. с., в к-рых каждый последующий представитель отличается от предыдущего на одну и ту же атомную группу, называют гомологическими рядами, а отдельные представители этого ряда — гомологами. Напр., гомологический ряд алканов выглядит следующим образом: метан (CH4), этан (C2H6), пропан (C3H8), бутан (C4H10) и т. д. Существуют гомологические ряды непредельных углеводородов, а также О. с. других классов.

Группы атомов, представляющие собой углеводородный остаток без одного атома водорода, так наз. радикалы, называют по соответствующим углеводородам с заменой окончания -ан на окончание -ил. Общее наименование радикалов алканов — «алкилы», напр, радикал метана — метил (—CH3), радикал этана — этил (—C2H5) и т. д. Радикал ароматического углеводорода бензола — фенил (С6Н5—).

Среди углеводородов алициклического ряда наибольшее значение имеют циклоалканы, полиметиленовые углеводороды или нафтены, а также углеводороды ряда ментана и близкие им терпены, находящие применение в медицине. Названия циклоалканов строятся путем присоединения приставки «цикло-» к наименованию соответствующего предельного углеводорода.

Помимо алифатических и ароматических соединений с одним циклом — моноциклических соединений, существуют О. с. с несколькими циклами в молекуле, так наз. полициклические соединения. В группе ароматических соединений к ним принадлежат нафталин и антрацен.

Названия веществ — представителей всех классов О. с. конструируются исходя из названия соответствующих углеводородов (если не считать эмпирических названий, возникших более или менее случайно, по первоначальному источнику выделения, и т. д.).

В 1957 и 1965 гг. Международный союз чистой и прикладной химии — IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) утвердил правила новой номенклатуры О. с. При формулировании этих правил широко использовалась действовавшая с 1892 г. Женевская номенклатура О. с. В соответствии с номенклатурой IU РАС для составления названия алкана выбирают наиболее длинную цепь атомов углерода в формуле его молекулы и нумеруют эти атомы начиная с того конца цепи, ближе к к-рому стоит заместитель (ответвление). Напр.:

Цифрой обозначают место заместителя, затем идет название самого заместителя (в данном случае — метил) и, наконец,— название углеводорода, составляющего основу называемого производного (в данном случае бутан).

Названия алкенов производят от наименований соответствующих алканов, заменяя окончание -ан на -ен, напр, этан (С2Н6) — этен (С2Н4), пропан (С3Н8) — пропен (С3Н6) и т. д. Наименования алкинов также производят от названий алканов, но окончание -ан меняют на -ин: этан (С2Н6) — этин (С2Н2) и т. п. Положение двойной или тройной связи в названии О. с. обозначают цифрой— номером углеродного атома, у к-рого расположена эта связь, напр.:

Основным отличием номенклатуры IUPAC от Женевской номенклатуры является то, что при составлении названия О. с. предпочтение отдается не углеродному скелету вещества, а функц, группе (в т. ч. и непредельной функции, т. е. двойной или тройной связи). Поэтому, если данный алкен имеет разветвленную цепь, то нумерацию атомов начинают с того конца, к к-рому ближе двойная связь:

Галогенопроизводные углеводородов (галогениды) называют по соответствующим углеводородам с указанием положения галогена в цепи, напр.:

Названия спиртов образуют путем прибавления к названию соответствующего углеводорода окончания -ол, напр, метан (СН4) — метанол (СН3ОН), этан (С2Нб)— этанол (С2Н5ОН) и т. д. Названия альдегидов образуют путем прибавления к названию соответствующего углеводорода окончания -аль, напр, метан (СН4) — метаналь (), этан (С2Н6)—этаналь ().

Названия кетонов образуют прибавлением к названию соответствующего окончания углеводорода -он и указывают на положение кетогруппы, напр, пропан () пропанон () пентанон-3 ().

Наименования карбоновых к-т образуют путем превращения названия исходного углеводорода в прилагательное и прибавления слова «кислота», напр. метан (СН4) — метановая кислота (), этан (С2Н6) — этановая кислота ().

Дикарбоновые к-ты называют дикислотами, напр, этанди-кислота (), пропан-дикислота ().Однако для к-т чаще используют тривиальные названия.

При наличии в молекуле О. с. нескольких различных функц, групп нумерацию углеродных атомов начинают с того конца цепи, к к-рому ближе стоит «старший» заместитель. По степени убывания «старшинства» функц, группы располагаются так: 1) содержащие кислород и серу: , — ОН, —SH; 2) азотсодержащие группы: — NHo, — NH —NH2, —N02, — NO; 3) галогены: I, Br~ С1, F; 4) кратные связи (двойные и тройные); 5) радикалы.

Полифункционалыюе О. с. называют по старшей группе, название к-рой должно о,разовать окончание названия всего соединения; … кислота, …-аль (альдегид), амин, углеводороды с окончаниями -ан, -ен, -ин. Остальные группы обозначаются приставками. Напр.:

Заместители в молекулах производных ароматических углеводородов также обозначают цифрами, начиная нумерацию со «старшей» группы. Напр.:

Библиография: см. библиогр, к ст. Органическая химия.

Б. Н. Степаненко.