關於什麼是有機物

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關於什麼是有機物
什麼是有機物

有機物即為有機化合物。有機化合物主要由氧元素、氫元素、碳元素組成,含碳的化合物,但是不包括一氧化碳、二氧化碳和以碳酸根結尾的物質。有機物是生命產生的物質基礎,所有的生命體都含有機化合物。脂肪、氨基酸、蛋白質、糖、血紅素、葉綠素、酶、激素等。生物體內的新陳代謝和生物的遺傳現象,都涉及到有機化合物的轉變。此外,許多與人類生活有密切關係的物質,例如石油、天然氣、棉花、染料、化纖、天然和合成藥物等,均和有機化合物有密切聯絡。

有機物分類

有機物種類繁多,可分為烴和烴的衍生物兩大類。根據有機物分子的碳架結構,還可分成開鏈化合物、碳環化合物和雜環化合物三類。根據有機物分子中所含官能團的不同,又分為烷、烯、炔、芳香烴和鹵代烴、醇、酚、醚、醛、酮、羧酸、酯等等。

按碳的骨架

1.鏈狀化合物

這類化合物分子中的碳原子相互連線成鏈狀,因其最初是在脂肪中發現的,所以又叫脂肪族化合物。其結構特點是碳與碳間連線成不閉口的鏈。

2.環狀化合物

環狀化合物指分子中原子以環狀排列的化合物。環狀化合物又分為脂環化合物和芳香化合物。

(1)脂環化合物:不含芳香環(如苯環、稠環或某些具有苯環或稠環性質的雜環)的帶有環狀的化合物。如環丙烷、環己烯、環己醇等。

(2)芳香化合物:含芳香環(如苯環、稠環或某些具有苯環或稠環性質的雜環)的帶有環狀的化合物。如苯、苯的同系物及衍生物,稠環芳烴及衍生物,吡咯、吡啶等。

按組成元素

1.烴

僅由碳和氫兩種元素組成的化合物總稱為碳氫化合物,簡稱烴。如甲烷、乙烯、乙炔、苯等。

2.烴的衍生物

烴分子中的氫原子被其他原子或者原子團所取代而生成的一系列化合物稱為烴的衍生物。如鹵代烴、醇、氨基酸、核酸等

按官能團

官能團:決定化合物特殊性質的原子或原子團稱為官能團或功能基。含有相同官能團的化合物,其化學性質基本上是相同的。

同系物:結構相似,分子組成上相差一個或若干個“CH2”原子團的一系列化合物稱為同系列。同系列中的各個成員稱為同系物。由於結構相似,同系物的化學性質相似;它們的物理性質,常隨分子量的增大而有規律性的變化。

同系物:化學上,我們把結構相似,組成上相差1個或者若干個某種原子團的化合物互稱為同系物。如烷烴系列中的甲烷、乙烷、丙烷、正丁烷等互稱為同系物。

烴:由碳和氫兩種元素構成的一類有機化合物,亦稱“碳氫化合物”。

按結構和性質

開鏈烴:分子中碳原子彼此結合成鏈狀,而無環狀結構的烴,稱為開鏈烴。根據分子中碳和氫的含量,鏈烴又可分為飽和鏈烴(烷烴)和不飽和鏈烴(烯烴、炔烴)。

脂肪烴:亦稱“鏈烴”。因為脂肪是鏈烴的衍生物,故鏈烴又稱為脂肪烴。

飽和烴:飽和烴可分為鏈狀飽和烴即烷烴(亦稱石蠟烴)和另一類含有碳碳單鍵而呈環狀的飽和烴即環烷烴(參見閉鏈烴)。

烷烴:即飽和鏈烴,亦稱石蠟烴。通式為CnH2n+2(n≥1),烷烴中的含氫量已達到飽和。烷烴中最簡單的是甲烷,是天然氣和沼氣的主要成分,烷烴主要來源是石油、天然氣和沼氣。可以發生取代反應,甲烷在光照的條件下可以與氯氣發生取代反應,生成物為CH3Cl-----CH2Cl2-----CHCl3-----CCl4。

不飽和烴:系分子中含有“C=C”或“C≡C”的烴。這類烴也可分為不飽和鏈烴和不飽和環烴。不飽和鏈烴所含氫原子數比對應的烷烴少,化學性質活動,易發生加成反應和聚合反應。不飽和鏈烴又可分為烯烴和炔烴。不飽和環烴可分為環烯烴(如環戊二烯)和環炔烴(如苯炔)。

烯烴:系分子中含“C=C”的烴。根據分子中含“C=C”的數目,可分為單烯烴和二烯烴。單烯烴分子中含一個“C=C”,通式為CnH2n,其中n≥2。最重要的單烯烴是乙烯H2C=CH2,次要的有丙烯CH3CH=CH2和1-丁烯OH3CH2CH=CH2。單烯烴簡稱為烯烴,烯烴的主要來源是石油及其裂解產物。

二烯烴:系含有兩個“C=C”的鏈烴或環烴。如1,3-丁二烯。2-甲基-1,3-丁二烯、環戊二烯等。二烯烴中含共軛雙鍵體系的最為重要,如1,3-丁二烯、2-甲基-1,3-丁二烯等是合成橡膠的單體。

炔烴:系分子中含有“C≡C”的不飽和鏈烴。根據分子中碳碳叄鍵的數目,可分為單炔烴和多炔烴,單炔烴的通式為CnH2n-2,其中n≥2。炔烴和二烯烴是同分異構體。最簡單、最重要的炔烴是乙炔HC≡CH,乙炔可由電石和水反應制得。

閉鍵烴:亦稱“環烴”。是具有環狀結構的烴。可分為兩大類,一類是脂環烴(或稱脂肪族環烴)具有脂肪族類的性質,脂環烴又分為飽和環烷其中n≥3。環烷烴和烯烴是同分異構體。環烷烴存在於某些石油中,環烯烴常存在於植物精油中。環烴的另一類是芳香烴,大多數芳香烴是有苯環結構和芳香族化合物的性質。

環烷烴:在環烴分子中,碳原子間以單鍵相互結合的叫環烷烴,是飽和脂環烴。具有三環和四環的環烷烴,穩定性較差,在一定條件下容易開環。五環以上的環烷烴較穩定,其性質與烷烴相似。常見的環烷烴有環丙烷、環丁烷、環戊烷、環己烷等。

芳香烴:一般是指分子中含有苯環結構的烴。根據分子中所含苯環的數目以及苯環間的聯結方式,可分為單環芳香烴、多環芳香烴、稠環芳香烴等。單環芳香烴的通式為CnH2n-6,其中n≥6,單環芳香烴中重要的有苯

稠環芳香烴:分子中含有兩個或多個苯環,苯環間通過共用兩個相。

雜環化合物:分子中含有碳原子和氧、氮、硫等其它原子形成環狀結構的化合物叫雜環化合物。其中以五原子和六原子的雜環較穩定。具有芳香性的稱作芳雜環,烴分子中一個或多個氫原子被鹵素原子取代而形成的化合物稱為鹵代烴。根據取代上去的不同鹵素原子可分為氟代烴、氯代烴、溴代烴、碘代烴等。根據分子中鹵素原子的數目,可分為一鹵代烴和多鹵代烴。根據烴基種類的不同,可分為飽和鹵代烴即滷代烷烴、不飽和鹵代烴即滷代烯烴和滷代炔烴、滷代芳香烴等,例如氯CH3-CHBr-CH2Br等。

醇:烴分子中的一個或幾個氫原子被羥基取代後的產物稱為醇(若苯環上的氫原子被羥基取代後的生成物屬於酚類)。根據醇分子中羥基的數目,可分為一元醇、二元醇、三元醇等,根據醇分子中烴基的不同,可分為飽和醇不飽和醇和芳香醇。由於跟羥基所連線的碳原子的位置,又可分為叔醇如(CH3)3COH。醇類一般呈中性,低階醇易溶於水,多元醇帶甜味。醇類的化學性質主要有氧化反應、酯化反應、脫水反應、與氫鹵酸反應、與活動金屬反應等。

芳香醇:系芳香烴分子中苯環的側鍵上的氫原子被羥基取代而成的物質。如苯甲醇(亦稱苄醇)。

酚:芳香烴分子中苯環上的氫原子被羥基取代而成的化合物稱作酚類。根據酚分子中所含羥基的數目,可分為一元酚,二元酚和多元酚等,如溶液呈變色反應。酚具有較弱的酸性,能與鹼反應生成酚鹽。酚分子中的苯環受羥基的影響容易發生鹵化、硝化、磺化等取代反應。

醚:兩個烴基通過一個氧原子連結而成的化合物稱作醚。可用通式R-O-R'表示。若R與R'相同,叫簡單醚,如甲醚CH3-O-CH3、乙醚C2H5-O-C2H5等;若R與R'不同,叫混和醚,如甲乙醚CH3-O-C2H5。若二元醇分子子中醛基的數目,可分為一元醛、二元醛等;根據分子中烴基的不同,可分相應的伯醇氧化製得。醛類中羰基可發生加成反應,易被較弱的氧化劑如費林試劑、多倫試劑氧化成相應的羧酸。重要的醛有甲醛、乙醛等。

芳香醛:分子中醛基與苯環直接相連而形成的醛,稱作芳香醛。如苯甲醛。

羧酸:烴基或氫原子與羧基連結而形成的化合物稱為羧酸,根據羧酸分子中羧基的數目,可分為一元酸、二元酸、多元酸等。一元酸如乙酸飽和酸如丙酸CH3CH2COOH、不飽和酸如丙烯酸CH2=CH-COOH等。羧酸還可以分為脂肪酸、脂環酸和芳香酸等。脂肪酸中,飽和的如硬脂酸C17H35COOH、等。

羧酸衍生物:羧酸分子中羧基裡的羥基被其它原子或原子團取代而形成的化合物叫羧酸衍生物。如醯滷、醯胺、酸酐等。

a.醯滷:系羧酸分子中羧基上的羥基被鹵素原子取代而形成的.化合物等。

b.醯胺:系羧酸分子中羧基上的羥基被氨基-NH2或者是被取代過的氨基所取代等。

c. 酸酐:兩個分子的一元羧酸分子間失水或者二元羧酸分子內失水而形成的化合物,稱作酸酐。如兩個乙酸分子失去一個水分子形成乙酸酐(CH3-)

酯:羧酸分子中羧基上的羥基被烷氧基-O-R'取代而形成的化合物

油脂:系高階脂肪酸甘油酯的總稱。在室溫下呈液態的叫油,呈固態的叫作脂肪。可用通式表示:若R、R'、R″相同,稱為單甘油酯;若R、R'、R″不同,稱為混甘油酯。天然油脂大都是混甘油酯。

硝基化合物:系烴分子中的氫原子被硝基-NO2取代而形成的化合物,可用通式R-NO2表示,R可以是烷基,也可以是苯環。如硝基乙烷CH3CH2NO2

胺:系氨分子中的氫原子被烴基取代後而形成的有機化合物。根據取根據烴基結構的不同,可分為脂肪胺如甲胺CH3NH2、二甲胺CH3-NH-CH3和芳香胺如苯胺C6H5-NH2、二苯胺(C6H5)2NH等。也可以根據氨基的數目分為一元胺、二元胺、多元胺。一元胺如乙胺CH3CH2NH2,二元胺如乙二胺H2N—CH2—CH2—NH2,多元胺如六亞甲基四胺(C6H2)6N4。胺類大都具有弱鹼性,能與酸反應生成鹽。苯胺是胺類中重要的物質,是合成染料,合成藥物的原料。

腈:系烴基與氰基(-CN)相連而成的化合物。通式為R-CN,如乙腈CH3CN。

重氮化合物:大多是通式為R—N2—X的有機化合物,分子中含有是一種重氮化合物,其中以芳香族重氮鹽最為重要。可用化學性質活動,是製取偶氮染料的中間體。

偶氮化合物:分子中含有偶氮基(-N=N-)的有機化合物。用通式R-N=N-R表示,其中R是烴基,偶氮化合物都有顏色,有的可作染料。也可作色素。

磺酸:系烴分子中的氫原子被磺酸基-SO3H取代而形成的化合物,可用RSO3H表示。脂肪族磺酸的製備常用間接法,而芳香族磺酸可通過磺化反應直接製得。磺酸是強酸,易溶於水,芳香族磺酸是合成染料、合成藥物的重要中間體。

氨基酸:系羧酸分子中烴基上的氫原子被氨基取代而形成的化合物。根據氨基取代的位置可分為α-氨基酸、β-氨基酸、γ-氨基酸等。α-氨基酸中的氨基在羥基相鄰的碳原子上。α-氨基酸是組成蛋白質的基本單位。蛋白質經水解可得到二十多種α-氨基酸,如甘氨酸、丙氨酸、穀氨酸等,大多是L-型a-氨基酸。在人體所需要的氨基酸中,由食物中的蛋白質供給的,如賴氨酸、色氨酸、苯丙氨酸、蘇氨酸等稱為“必需氨基酸”,象甘氨酸、絲氨酸、丙氨酸、穀氨酸等可以從其它有機物在人體中轉化而得到,故稱為“非必需氨基酸”。

肽:系一分子氨基酸中的氨基與另一分子氨基酸中的羧基縮合失去水分子後而形成的化合物。兩個氨基酸分子形成的肽叫二肽,如兩個分子氨基

多肽:由多個a-氨基酸分子縮合消去水分子而形成含有多個肽鍵,天然產物中得到一種有機物

蛋白質:亦稱朊。一般分子量大於10000。蛋白質是生物體的一種主要組成物質,是生命活動的基礎。各種蛋白質中氨基酸的組成、排列順序、肽鏈的立體結構都不相同。已有多種蛋白質的氨基酸排列順序和立體結構搞清楚了。蛋白質按分子形狀可分為纖維狀蛋白和球狀蛋白。纖維蛋白如絲、毛、發、皮、角、蹄等,球蛋白如酶、蛋白激素等。按溶解度的大小可分為白蛋白、球蛋白、醇溶蛋白和不溶性的硬蛋白等。按組成可分為簡單蛋白和複合蛋白,簡單蛋白是由氨基酸組成,複合蛋白是由簡單蛋白和其它物質結合而成的,如蛋白質和核酸結合生成核酸蛋白,蛋白質與糖結合生成糖蛋白,蛋白質與血紅素結合生成血紅蛋白等。

糖類:亦稱碳水化合物。多羥基醛或多羥基酮以及經過水解可生成多羥基醛或多羥基酮的化合物的總稱。糖可分為單糖、低聚糖、多糖等。一般糖類的氫原子數與氧原子數比為2:1,但如甲醛CH2O等不是糖類;而鼠李糖:C6H12O5屬於糖類。

單糖:系不能水解的最簡單的糖,如葡萄糖(醛糖)

低聚糖:在水解時能生成2~10個分子單糖的糖叫低聚糖。其中以二糖最重要,如蔗糖、麥芽糖、乳糖等。

多聚糖:亦稱多糖。一個分子多聚糖水解時能生成10個分子以上單糖的糖叫多聚糖,如澱粉和纖維素,可用通式(C6H10O5)n表示。n可以是幾百到幾千。

高分子化合物:亦稱“大分子化合物”或“高聚物”。分子量可高達數千乃至數百萬以上。可分為天然高分子化合物和合成高分子化合物兩大類。天然高分子化合物如蛋白質、核酸、澱粉、纖維素、天然橡膠等。合成高分子化合物如合成橡膠、合成樹脂、合成纖維、塑料等。按結構可分為鏈狀的線型高分子化合物(如橡膠、纖維、熱塑性塑料)及網狀的體型高分子化合物(如酚醛塑料、硫化橡膠)。合成高分子化合物根據其合成時所經反應的不同,又可分為加聚物和縮聚物。加聚物是經加聚反應生成的高分子化合物。如聚乙烯、聚氯乙烯聚丙烯等。縮聚物是經縮聚反應生成的高分子化合物。如酚醛塑料、尼龍66等。

類別異構

有機物之間具有以下的類別異構關係:

1. 分子組成符合CnH2n(n≥3)的類別異構體: 烯烴和環烷烴;

2. 分子組成符合CnH2n-2(n≥4)的類別異構體: 炔烴和二烯烴;

3. 分子組成符合CnH2n+2O(n≥3)的類別異構體: 飽和一元醇和飽和醚;

4. 分子組成符合CnH2nO(n≥3)的類別異構體: 飽和一元醛和飽和一元酮;

5. 分子組成符合CnH2nO2(n≥2)的類別異構體: 飽和一元羧酸和飽和一元酯;

6. 分子組成符合CnH2n-6O(n≥7)的類別異構體: 苯酚的同系物,芳香醇及芳香醚;如n=7,有以下五種: 鄰甲苯酚,間甲苯酚,對甲苯酚;苯甲醇;苯甲醚.

7. 分子組成符合CnH2n+2O2N(n≥2)的類別異構體: 氨基酸和硝基化合物

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