أساسيات الكيمياء العضوية

ما هي الكيمياء العضوية؟

تُعد الكيمياء العضوية (بالإنجليزية: Organic chemistry) إحدى الفروع الرئيسية لعلم الكيمياء، حيث تتعامل مع مركبات كيميائية تسمى مركبات عضوية؛ لكن ما هي المركبات العضوية؟؛ إن المركبات العضوية هي المركبات التي تحتوي على عنصر الكربون وهو من أهم العناصر الضرورية للحياة، وسميت بالمركبات العضوية لأنه في البداية تم عزل المركبات من أعضاء وخلايا حية، إذ إن جميع الخلايا الحية تتكون من مركبات عضوية، ومن الجدير بالذكر أنّ أساس الكيمياء العضوية يقوم على دراسة تكوين وبنية وخصائص وتفاعلات وتحضير هذه المركبات والتي تحتوي على الكربون مع عناصر أخرى مثل؛ الهيدرجين والسيليكون والكبريت، إذ تستطيع ذرة الكربون تشكيل العديد من الروابط مع هذه العناصر.[١]

تعد الكيمياء العضوية من التخصصات التي يمكن الإبداع فيها، فمن الممكن صنع مركبات جديدة ومعرفة خصائص مركبات موجودة بالفعل، ولقد كان يقتصر علم الكيمياء العضوية على المركبات التي تنتجها الكائنات الحية، لكن مؤخراً تم توسيع هذا العلم ليشمل دراسات وأفرع أخرى من المواد التي يتم صناعتها من قبل الإنسان مثل المواد البلاستيكية والعديد من الصناعات الأخرى.[٢]

أساسيات عليك معرفتها عند دراسة الكيمياء العضوية

يوجد عدة أساسيات يقوم عليها علم الكيمياء العضوية، وفيما يأتي شرح لأهم أساسيات الكيمياء العضوية:

يُعد الكربون العنصر الأساسي في المركبات العضوية

تتكون خلايا الكائنات الحية بشكل أساسي من مركبات عضوية، ويُعد الكربون العنصر الأساس لهذه المركبات، لذا فإن الكربون ضروري للحياة على الأرض، وتكمن أهمية عنصر الكربون بأنه قادر على تكوين روابط مستقرة مع عناصر أخرى عديدة تمكنه من عمل روابط مع نفسه، إذ يمكن لعنصر الكربون أن يكوّن مجموعة كبيرة ومتنوعة من الجزيئات والمركبات المقعدة، حيث يصل عدد المركبات الكربونية إلى 10 ملايين مركب في خلايا الكائنات الحية.[٣]

يعمل الكربون على تكوين روابط تساهمية

يرتبط الكربون مع ذرات كربون أخرى أو مع ذرات من عناصر أخرى بروابط تساهمية مستقرة، حيث إن ذرة الكربون لا تقوم بإعطاء أو أخذ إلكترونات من العناصر الأخرى وإنما تقوم بمشاركة الإلكترونات للوصول إلى العدد الأقصى من الإلكترونات في المدار الأخير، ويمكن تكوين جزيئات من ذرة كربون واحدة إلى ملايين من ذرات الكربون،[٤] ولقيام الكربون بالعديد من الروابط التساهمية فإنه يمكنه تشكيل مركبات مستقرة نسبياً وكبيرة وذات تعقيد أكبر وتسمى المركبات الكبيرة في الكيمياء ب (Macromolecule) أي مركبات الماكرو الكبيرة وتتكون هذه الجزيئات الكبيرة من نسخ عديدة من وحدات تسمى المونومر (Monomer)، بحيث ترتبط هذه الوحدات الصغيرة بروابط تساهمية لتشكيل بوليمرات طويلة (polymers).[٥]

الهيدروكربونات

تحتوي جميع المركبات العضوية على الكربون والهيدروجين لتكوّن مركبات تسمّى هيدروكربونات (بالإنجليزية: Hydrocarbons)، حيث تُصنف الهيدروكربونات إلى ثلاث أصناف وهي؛ الألكان والألكين والألكاين.[٦]

تقسيم الهيدروكربونات إلى مجموعات

يعتمد تقسيم الهيدروكربونات على عدة عوامل منها؛ نوع الرابطة التي يحويها المركب، فإما أن يحتوي المركب على روابط أحادية فقط أو يحتوي على روابط ثنائية أو روابط ثلاثية بين ذرات الكربون، وعند اختلاف أنواع الروابط يؤدي ذلك إلى اختلاف خصائص المركب، وتسمى المركبات التي تحتوي على روابط أحادية فقط ب الألكانات (Alkanes) أو الهيدروكربونات المشبعة (Saturated Hydrocarbons).[٧]

مجموعة الألكانات

تختلف تسمية مركبات الألكانات من مركب إلى آخر باختلاف عدد ذرات الكربون في المركب، حيث إن المركب الذي يحتوي ذرة واحدة من الكربون يختلف اسمه عن المركب الذي يحتوي أكثر من ذرة كربون وهكذا، إذ يسمى الألكان الذي يحتوي على ذرة واحدة من الكربون ميثان (Methane)، ويمكن تمييز الألكان عن المركبات الأخرى من خلال نهاية اسم المركب فالمركب الذي ينتهي ب (ان) فهذا يدل على أنه من الألكانات،[٨] ومن الصفات المميزة للألكانات أنها لا تتفاعل كثيرًا مع العناصر الأخرى، وذلك لأن الألكانات وصلت إلى ثماني إلكترونات من خلال عمل أربع روابط تساهمية، وتعد الألكانات ذات كثافة أقل من كثافة الماء وهي من المركبات غير القطبية التي لا تذوب بالماء وذلك بسبب وجود ذرات الكربون والهيدروجين فيها.[٩]

مجموعة الألكينات

تُسمى الهيدروكربونات التي تحتوي على رابطة ثنائية بالألكين (Alkenes) ويمكن تمييز الألكينات من المركبات من خلال نهاية اسمها، لأنها دائماً ما تنتهي ب (ين)، مثل؛ ميثين الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة.[٨]

مجموعة الألكاينات

تُسمى الهيدروكربونات التي تحتوي على رابطة ثلاثية بالألكاينات (Alkynes)، ويمكن تمييز الألكاينات عن المركبات الأخرى من خلال نهاية اسمه، حيث تنتهي دائماً ب (اين) مثل ميثاين الذي يحتوي على ذرة كربون واحدة.[٨]

المجموعات الوظيفية

تُعد المركبات العضوية التي تحتوي على روابط ثنائية وثلاثية بين ذرات الكربون والتي تسمى ألكينات وألكاينات من المركبات التي تحتوي على مجموعات وظيفية، حيث تُعد المجموعات الوظيفية ترتيبًا هيكليًا محددًا للذرات أو الروابط، والتي تُضفي على المركب خصائصًا وصفاتًا مميزة، وتعُد المجموعة الوظيفية وحدة متكاملة لا تنفصل عن بعضها البعض، ولا تحتوي الألكانات التي لديها روابط أحادية فقط على مجموعات وظيفية لأنها تعد خاملة ولا تتكون إلا من ذرات كربون وهيدروجين.[٨]

من أهم المجموعات الوظيفية هي مجموعة (oh) التي ترتبط بمجموعة هيدروكربون لتكون مركب الكحول (Alcohol)، بحيث تحتوي جميع المركبات الكحولية على المجموعة الوظيفية (oh)، وأيضا تُعد مجموعة الكربوكسيل (Carboxyl) من أهم المجموعات الوظيفية والتي تتميز بوجود ذرة كربون ترتبط برابطة ثنائية مع الأكسجين ورابطة أحادية مع (oh).[٨]

الدهون

تُعد الدهون (بالإنجليزية: Lipids) من المركبات العضوية التي من الممكن أن تحتوي على روابط ثنائية مثل الهيدروكربونات، حيث تتكون الدهون من سلسلة طويلة من مركب عضوي ومجموعة وظيفية من دهن الجليسيرول (Glycerol)، بحيث ممكن أن تكون الدهون مشبعة وغير مشبعة حسب عدد الروابط الثنائية في المركب.[٨]

وفيما يأتي اقتراحات لكتب تشرح أساسيات الكيمياء العضوية:[١٠]

ما أبرز استخدامات الكيمياء العضوية؟

توجد المركبات العضوية في كل مكان حولنا، حيث إنها من أهم أساسيات النمو الاقتصادي في العديد من الدول لاستخدامها في صناعات البلاستيك والمطاط والأدوية والوقود والصناعات الكيميائية والزراعية والطلاء والمنظفات، وعلى سبيل المثال لا الحصر فإن التكنولوجيا الحيوية والكيمياء الحيوية مبنية على المركبات العضوية ودورها في العمليات الحيوية، وفيما يأتي أبرز استخدامات الكيمياء العضوية في بعض المجالات:[٢]

• التكنولوجيا الحيوية: (بالإنجليزية: Biotechnology) تُعد التكنولوجيا الحيوية إحدى مجالات البيولوجيا التطبيقية التي تتضمن استخدام الكائنات الحية والعمليات الحيوية لتعديل أو إنشاء منتجات معينة، وقد تم استخدام التكنولوجيا الحيوية مؤخراً في الهندسة الوراثية وزراعة الخلايا والأنسجة، بحيث أن جميع منتجات التكنولوجيا الحيوية تقريباً هي نتيجة للكيمياء العضوية، وتستخدم أيضًا التكنولوجيا الحيوية في الرعاية الصحية والزراعة وإنتاج المحاصيل والاستخدامات غير الغذائية للمحاصيل ومنتجات أخرى أيضًا.
• الصناعات الكيميائية: يقوم أساس الصناعات الكيميائية على أساس تحويل المواد الخام مثل؛ النفط والماء والغاز الطبيعي والمعادن إلى منتجات صناعية واستهلاكية، والتي تؤثر بشكل كبير على الاقتصاد، وبسبب اعتماد الصناعات الكيميائية العضوية على البترول والغاز الطبيعي والتي تُعد موارد محدودة فإن التركيز الآن يتحول إلى صناعة منتجات كيميائية عضوية من مصادر متجددة، والتي تشمل منتجات المطاط والبلاستيك والمنسوجات والملابس وتكرير النفط والورق والمعادن الأولية.
• الصناعات الاستهلاكية: تصنع شركات المنتجات الاستهلاكية منتجات استهلاكية للاستخدام اليومي، مثل الصابون والمنظفات ومنتجات التنظيف والسلع البلاستيكية ومستحضرات التجميل وغيرها من المنتجات الأخرى.
• الصناعات البترولية: يعد البترول المادة الخام للعديد من المنتجات الكيميائية بما في ذلك؛ الأدوية والمذيبات والأسمدة والمبيدات الحشرية والبلاستيك، حيث تقوم شركات البترول بالتنقيب واستخراج وتكرير ونقل وتسويق منتجات البترول، وتنقسم عادة مراحل إنتاج البترول إلى ثلاث؛ المرحلة الأولى هي الاستكشاف والاستخراج والثانية هي نقل البترول والثالثة هي المصب حيث يتم تكرير النفط الخام ومعالجته وتنقية الغاز الطبيعي وإنتاج البتروكيماويات.
• الصناعات الدوائية: تقوم شركات صناعة الأدوية بتطوير وإنتاج وتسويق الأدوية المرخصة للاستخدام البشري والحيواني، ومن المعروف أن المستحضرات الصيدلانية والأجهزة الطبية تخضع للعديد من القوانين واللوائح الخاصة بكل بلد فيما يتعلق بتسجيل براءات الاختراع والاختبار وضمان السلامة والفعالية والمراقبة والتسويق.

المراجع[+]

1. ↑ “What is chemistry?”, livescience, Retrieved 21/4/2021. Edited.
2. ^ أ ب “Organic Chemistry”, acs, Retrieved 21/4/2021. Edited.
3. ↑ “Significance of Carbon”, bio.libretexts, Retrieved 8/6/2021. Edited.
4. ↑ “1.1: Organic Chemistry”, chem.libretexts, Retrieved 21/4/2021. Edited.
5. ↑ “Organic Compounds Essential to Human Functioning”, pressbooks-dev.oer.hawaii, Retrieved 22/4/2021. Edited.
6. ↑ “Hydrocarbons”, libretexts, Retrieved 11/6/2021. Edited.
7. ↑ “Organic Chemistry: Alkanes and Halogenated Hydrocarbons”, saylordotorg, Retrieved 21/4/2021. Edited.
8. ^ أ ب ت ث ج ح “1.1. Introduction to organic chemistry”, lumenlearning, Retrieved 21/4/2021. Edited.
9. ↑ “2.1: Chemical Properties of Alkanes”, chem.libretexts, Retrieved 22/4/2021. Edited.
10. ↑ “ORGANIC CHEMISTRY BOOKS”, freebookcentre, Retrieved 22/4/2021. Edited.