Hóa hữu cơ

Tính chất

Tính chất vật lý của các hợp chất hữu cơ thường bao gồm định tính và định lượng. Các thông số cho quá trình định lượng bao gồm điểm nóng chảy, điểm sôi, và chỉ số khúc xạ. Định tính bao gồm nhận biết về mùi, độ đồng nhất, độ tan, và màu sắc.

Điểm nóng chảy và điểm sôi

Hợp chất hữu cơ rất dễ nóng chảy hay sôi. Ngược lại, trong khi các vật liệu vô cơ nói chung có thể bị nóng chảy, nhiều chất không thể đun sôi, thay vào đó có xu hướng phân hủy. Trước đây, điểm nóng chảy (m.p.) và điểm sôi (b.p.) cung cấp những thông tin cơ bản về độ tinh khiết và định danh sơ lược các hợp chất hữu cơ. Chúng có mối tương quan với tính phân cực của phân tử và khối lượng phân tử. Vài chất hữu cơ, đặc biệt là các hợp chất đối xứng dễ bay hơi hơn là tan chảy. Các chất hữu cơ thường không ổn định ở nhiệt độ trên 300 °C, nói cách khác, chúng dễ bị phân hủy khi vượt quá nhiệt độ trên, mặc dù có một số ngoại lệ.

Độ hòa tan

Chất hữu cơ không phân cực có xu hướng kỵ nước, nghĩa là chúng ít tan trong nước và tan nhiều trong các dung môi hữu cơ khác. Có một vài ngoại lệ với một số chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp như rượu, amine, và acid carboxylic nhờ các liên kết hidro. Các chất hữu cơ thường dễ tan trong dung môi hữu cơ. Dung môi có thể là ether tinh khiết hay rượu ethanol, hay hỗn hợp, cũng có thể là các dung môi thân dầu như ether dầu hỏa hoặc các dung môi có vòng benzen khác chưng cất phân đoạn và tinh chế lại từ dầu hỏa. Độ hòa tan trong các dung môi khác nhau tùy thuộc vào loại dung môi và các nhóm chức hiện diện.

Tính chất ở thể rắn

Các tính chất đặc biệt khác nhau của tinh thể phân tử và polyme hữu cơ với các hệ liên hợp được quan tâm tùy thuộc vào các ứng dụng, ví dụ: cơ nhiệt và cơ điện như tính áp điện, tính dẫn điện (xem polyme dẫn điện và chất bán dẫn hữu cơ) và tính chất quang điện (ví dụ: quang học phi tuyến tính). Vì lý do lịch sử, các tính chất như vậy chủ yếu là chủ đề của các lĩnh vực khoa học polyme và khoa học vật liệu.

Danh pháp

Tên của các hợp chất hữu cơ là có hệ thống, theo logic từ một tập hợp các quy tắc, hoặc không hệ thống, theo các truyền thống khác nhau. Danh pháp hệ thống được quy định bởi IUPAC. Danh pháp hệ thống bắt đầu bằng tên của cấu trúc cha mẹ trong phân tử quan tâm. Tên cha mẹ này sau đó được sửa đổi bởi các tiền tố, hậu tố và số để truyền tải rõ ràng cấu trúc. Cho rằng có hàng triệu hợp chất hữu cơ được biết đến, việc sử dụng nghiêm ngặt các tên có hệ thống có thể rất cồng kềnh. Do đó, khuyến nghị rằng tên IUPAC nên được theo dõi chặt chẽ hơn đối với các hợp chất đơn giản, nhưng không cần thiết để áp dụng cho các phân tử phức tạp hơn. Để sử dụng cách đặt tên có hệ thống, người ta phải biết các cấu trúc và tên của các cấu trúc cha mẹ. Cấu trúc cha mẹ bao gồm hiđrocacbon không phân hủy, dị vòng và các dẫn xuất đơn chức của chúng.
Danh pháp không hệ thống đơn giản hơn và không mơ hồ, ít nhất là đối với các nhà hóa học hữu cơ. Tên không hệ thống không chỉ ra cấu trúc của hợp chất. Chúng phổ biến cho các phân tử phức tạp, bao gồm hầu hết các sản phẩm tự nhiên. Ví dụ, hợp chất LSD (tên không chính thức) có tên hệ thống là (6aR,9R)-N,N-diethyl-7-methyl-4,6,6a,7,8,9-hexahydroindolo-[4,3-fg] quinoline-9-carboxamide.
Với việc sử dụng điện toán ngày càng tăng, các phương pháp đặt tên khác đã phát triển dự định sẽ được giải thích bằng máy móc. Hai định dạng phổ biến là SMILES và InChI.

Phác cấu trúc

Các phân tử hữu cơ được mô tả phổ biến hơn bằng hình minh họa hoặc công thức cấu trúc, sự kết hợp của hình vẽ và ký hiệu hóa học. Công thức thu gọn nhất rất đơn giản và không mơ hồ. Trong hệ thống này, các điểm cuối và giao điểm của mỗi dòng đại diện cho một cacbon và các nguyên tử hydro có thể được ghi chú rõ ràng hoặc được giả sử là có mặt như được ngụ ý bởi hóa trị của cacbon.

Nhóm chức

Khái niệm về các nhóm chức là trung tâm trong hóa học hữu cơ, vừa là phương tiện để phân loại các cấu trúc, vừa để dự đoán các thuộc tính của hợp chất. Một nhóm chức là một mô-đun phân tử, và khả năng phản ứng của nhóm chức đó được giả định, trong giới hạn, giống hệt nhau giữa nhiều loại phân tử. Các nhóm chức quyết định các tính chất hóa học và vật lý của các hợp chất hữu cơ. Các phân tử được phân loại dựa trên cơ sở các nhóm chức của chúng. Rượu, ví dụ, tất cả đều có nhóm C-O-H. Tất cả các loại rượu đều có xu hướng ưa nước, thường tạo thành este và thường có thể được chuyển đổi thành các halogen tương ứng. Hầu hết các nhóm chức có tính chất dị hợp tử (các nguyên tử khác với C và H). Các hợp chất hữu cơ được phân loại theo các nhóm chức bao gồm, rượu, axit cacboxylic, amin, vv.

Hợp chất thơm

Hiđrôcacbon thơm chứa liên kết đôi liên hợp. Điều này có nghĩa là mọi nguyên tử cacbon trong vòng được lai hóa sp2, tăng tính ổn định. Ví dụ quan trọng nhất là benzen, cấu trúc được phát hiện ra bởi Kekulé, người đầu tiên đề xuất nguyên tắc phân định hoặc cộng hưởng để giải thích cấu trúc của nó. Đối với các hợp chất vòng "thông thường", mùi thơm được tạo ra bởi sự có mặt của các electron pi 4n + 2 bất định, trong đó n là một số nguyên. Sự không ổn định đặc biệt (tính không thơm) được cho là do sự hiện diện của các electron pi liên hợp 4n.

Hợp chất dị vòng

Các đặc tính của hydrocacbon mạch vòng một lần nữa bị thay đổi nếu có các dị hợp tử, có thể tồn tại dưới dạng các nhóm thế gắn vào vòng ở bên ngoài (exocyclic hay ngoại vòng) hoặc là thành viên của chính mạch vòng đó (endocyclic hay nội vòng). Ở trường hợp sau, vòng này được gọi là một dị vòng. Pyridine và furan là những ví dụ về dị vòng thơm trong khi piperidine và tetrahydrofuran là các dị vòng tương ứng. Các dị hợp tử của các phân tử dị vòng nói chung có thể là oxy, lưu huỳnh hoặc nitơ, nguyên tố cuối đặc biệt phổ biến trong các hệ thống sinh hóa.
Dị vòng thường được tìm thấy trong một loạt các sản phẩm bao gồm thuốc nhuộm anilin và thuốc. Ngoài ra, chúng phổ biến trong một loạt các hợp chất sinh hóa như alkaloids, vitamin, steroid và axit nucleic (ví dụ: ADN, RNA).
Các vòng có thể hợp nhất với các vòng khác với một cạnh để tạo ra các hợp chất đa vòng. Các ba dơ nucleoside purine là dị vòng thơm đa vòng đáng chú ý. Các vòng cũng có thể hợp nhất trên một "góc" sao cho một nguyên tử (hầu như luôn luôn là cacbon) có hai liên kết với một vòng và hai liên kết với vòng kia. Các hợp chất như vậy được gọi là hợp chất xoắn hay hợp chất spiro và nó rất quan trọng trong một số sản phẩm tự nhiên.

Polyme

Một tính chất quan trọng của cacbon là nó dễ dàng tạo thành chuỗi, hoặc mạng, được liên kết bởi các liên kết cacbon-cacbon. Quá trình liên kết được gọi là trùng hợp, trong khi các chuỗi, hoặc mạng, được gọi là polyme. Các hợp chất nguồn được gọi là một monome.
Hai nhóm polyme chính tồn tại: polyme tổng hợp và polyme sinh học. Polyme tổng hợp được sản xuất nhân tạo và thường được gọi là polyme công nghiệp.[20] Polyme sinh học xảy ra trong một môi trường tự nhiên, hoặc không có sự can thiệp của con người.
Các polyme hữu cơ tổng hợp phổ biến là polyetylen (polythene), polypropylen, ni lông, polytetrafloetylen (PTFE), polystyren, polyesters, polymethylmethacrylate (được gọi là Perspex và plexiglas), và polyvinyl clorua (PVC).