تعرف على أساسيات الكيمياء العضوية

التعريف بالكيمياء العضوية

يمكن تعريف الكيمياء العضوية (بالإنجليزية: Organic Chemistry) بأنها فرع من فروع علم الكيمياء، وهي الفرع الذي يختص بدراسة كل ما يخص المركبات العضوية؛ من تركيب، وصيغ كيميائية، وخصائص فيزيائية وكيميائية، وتفاعلات، وأنواع، وتحضير، وغيرها من المجالات.^[١][٢]

يشار إلى أن المركبات العضوية (بالإنجليزية: Organic Compounds) هي المركبات الكيميائية التي تحتوي على ذرات عنصر الكربون المرتبطة مع بعضها البعض بروابط تساهمية، بالإضافة إلى العديد من ذرات العناصر الأخرى، مثل الهيدروجين، والنيتروجين، والأكسجين، والفسفور، والهالوجينات، والسيليكون، والكبريت، وغيرها.^[١][٢]

أساسيات الكيمياء العضوية

تعد الكيمياء العضوية علمًا واسعًا وممتدًا؛ ومع ذلك فهي ترتكز على مجموعة من الأساسيات والركائز الثابتة، والتي يمكن شرحها كالآتي:

المكون الأساسي للمركبات العضوية

تحتوي جميع المركبات العضوية الموجودة في الطبيعة، والتي يصنعها الإنسان أيضًا على عنصر الكربون كمكونٍ أساسي في تركيبها، ويشار إلى أن الشيء المميز في عنصر الكربون هنا؛ هو قدرته الفريدة على تكوين روابط كيميائية مستقرة للغاية مع ذرات الكربون الأخرى، مما يمنحه القدرة على تكوين جزيئات متنوعة ومستقرة ذات هياكل معقدة نسبيًا، ويمكن أن يعود سبب اتساع الكيمياء العضوية إلى خاصية الكربون هذه.^[٣][٤]

الروابط الكيميائية في المركبات العضوية

تمتلك ذرة الكربون 4 إلكترونات تكافؤ في مدارها الأخير، وهذا يعني أن بإمكانها مشاركة هذه الإلكترونات مع ذرات الكربون الأخرى ومع ذرات العناصر الأخرى أيضًا مثل الهيدروجين عند الحاجة، ولهذا نجد أن المركبات العضوية تتميز بوجود الروابط التساهمية بين ذرات الكربون وذرات العناصر الأخرى أيضًا، وقد تكون هذه الروابط إما:^[٣][٥]

• تساهمية أحادية كما في الألكانات.
• تساهمية ثنائية كما في الألكينات.
• تساهمية ثلاثية كما في الألكاينات مثلًا.

التفاعلات الأساسية في الكيمياء العضوية

تقسم التفاعلات الكيميائية الأساسية التي تحدث بين المركبات العضوية إلى نوعين رئيسين، كالآتي:^[٣]

تفاعلات الاستبدال

تفاعلات الاستبدال (بالإنجليزية: Substitution reactions) هي التفاعلات الكيميائية التي يتم فيها كسر الروابط الموجودة بين إحدى المجموعات الوظيفية ليتم تحريرها من المركب، واستبدالها بمجموعة أخرى، ويوجد أربعة أنواع فرعية لهذا النوع من التفاعلات، وهي كالآتي:

• تفاعل استبدال المركبات المُحبّة للنواة (بالإنجليزية: Nucleophilic substitution).

• تفاعل استبدال المركبات العطرية المحبة للنواة (بالإنجليزية: Nucleophilic aromatic substitution).

• تفاعل استبدال المركبات المحبة للإلكترونات (بالإنجليزية: Electrophilic substitution).

• تفاعلات الإضافة (بالإنجليزية: Addition reactions).

تفاعلات الإزالة

تفاعلات الإزالة (بالإنجليزية: Elimination reactions) تكون معاكسة لتفاعلات الإضافة، حيث يتم كسر الرابطة بين المركب المُراد إزالته وبين المادة المتفاعلة ليتحرر عنها وتتم إزالته، وتتضمن هذه التفاعلات ثلاثة أنواع فرعية، وهي كالآتي:

• تفاعلات التأكسد والاختزال (بالإنجليزية: Oxidation reduction reactions).

• التفاعلات الحلقية (بالإنجليزية: Pericyclic reactions).

• تفاعلات إعادة الترتيب الجزيئي (بالإنجليزية: Molecular rearrangement reactions).

المجموعات الوظيفية في المركبات العضوية

تعرف المجموعة الوظيفية (بالإنجليزية: Functional Group) بأنها مجموعة معينة من الذرات؛ توجد في المركبات العضوية، وتساهم في تحديد الخصائص الكيميائية لهذه المركبات، وتشارك في التفاعلات الخاصة بها أيضًا، ويشار إلى أن المجموعة الوظيفية قد تحتوي على ذرات الأكسجين، أو النيتروجين، أو الكبريت المرتبطة بروابط تساهمية مع باقي هيكل المركب العضوي، ومن أهم المجموعات الوظيفية في المركبات العضوية ما يأتي:^[٦][٧]

مجموعة الهيدروكسيل الوظيفية

والتي تعرف باسم مجموعة الكحول أيضًا، وتتكون من ذرة أكسجين مرتبكة بذرة هيدروجين (رمزها OH)، ومن الأمثلة على المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل الوظيفية؛ الكحول، وحمض الكاربوكسيليك.

مجموعة الألديهايد الوظيفية

تتكون من ذرة كربون مرتبطة برابطة تساهمية ثنائية مع ذرة أكسجين، ورابطة أحادية مع ذرة هيدروجين (رمزها CHO).

مجموعة الكيتون الوظيفية

تعرف أيضًا باسم مجموعة الكاربونيل، وهي تتكون من ذرة كربون مرتبطة برابطة تساهمية ثنائية مع ذرة أكسجين (رمزها CO).

مجموعات وظيفية أخرى

يوجد العديد من المجموعات الوظيفية الأخرى التي توجد في المركبات العضوية، مثل الأمينات، والإيثرات، والأميدات، والإسترات، والكاربوكسيل، والثيول، والفينيل، وغيرها.

التصنيف الأساسي للمركبات العضوية

يوجد عدد كبير جدًا من المركبات العضوية المعروفة، ولذلك فقد كان من المهم تصنيفها إلى مجموعات محددة لتسهيل دراستها والتعامل معها، وقد صنفت المركبات العضوية بناءً على تركيبها وهيكلها العام إلى نوعين رئيسيين، وهما كالآتي:^[٥][٨]

مركبات عضوية لا حلقية أو مفتوحة السلسلة

تمتلك هذه المركبات بنية خطية الشكل، ولا تستطيع جزيئاتها تكوين أشكال حلقية، ومن أشهر الأمثلة عليها الألكانات، ومن الجدير بالذكر أن بعض هذه المركبات تشكل سلاسل خطية مستقيمة، وبعضها الآخر يشكل سلاسل خطية متفرعة؛ أي أنها تحتوي على سلسلة خطية ترتبط بها سلسلة جانبية فرعية واحدة أو أكثر.

مركبات عضوية حلقية أو مغلقة السلسلة

تمتلك هذه المركبات بنية حلقية أو دائرية الشكل، حيث ترتبط الذرات ببعضها البعض حتى تشكل هذا الشكل الحلقي المميز، وهي تقسم إلى نوعين أساسين، هما:

• المركبات الحلقية المتجانسة؛ أو الحلقية الكربونية: وهي مركبات حلقية تتكون من ذرات عنصر الكربون فقط، ومن الأمثلة عليها البنزين، وهذا النوع من المركبات يقسم أيضًا إلى مركبات أليفاتية حلقية، ومركبات عطرية؛ تعرف باسم المركبات الأروماتية (المركبات العطرية أيضًا تقسم إلى مركبات عطرية بنزينويد وهي التي تحتوي على حلقة بنزين واحدة أو أكثر، ومركبات عطرية غير بنزينويد).
• المركبات الحلقية غير المتجانسة: وهي مركبات حلقية تحتوي على ذرات الكربون وذرة واحدة على الأقل من عنصر آخر أيضًا، ومن الأمثلة عليها الأحماض النووية، وهذا النوع من المركبات يقسم أيضًا إلى مركبات أليفاتية حلقية، ومركبات عطرية غير متجانسة.

من أشهر المركبات العضوية المعروفة؛ الهيدروكربونات، وهي مركبات تحتوي على ذرات الكربون والهيدروجين بشكلٍ أساسي، ويشار إلى أن بعض الهيدروكربونات تنتمي إلى المركبات اللاحلقية أو مفتوحة السلسلة؛ وبعضها الآخر ينتمي إلى المركبات الحلقية أو مغلقة السلسلة.