Представяне на структурите на органичните молекули

Едно от нещата, което предизвиква най-много проблеми в химията, и най-вече в органичната химия, е записът и номенклатурата, или именуването, което използваме. В това видео и в следващите няколко видеа искам да положим стабилни основи за начините на записване и номенклатурата, или начина, по който именуваме различните органични съединения. Тогава всичко останало не би трябвало да е трудно. За начало ще направим малък преговор по химия. Да вземем верига от въглеродни атоми – органичната химия се занимава с вериги от въглеродни атоми. Първо ще нарисувам "верига" от един въглероден атом. Малко е странно да я наричам верига, но ако имаме един въглероден атом тук, и той има четири валентни електрона, той ще иска да стигне до осем. Това е магическото число, за което вече сме учили по химия. За всички молекули това е стабилната валентна структура. Добър партньор за въглерода е водородът. Въглеродът има четири валентни електрона, а водородът има един валентен електрон, така че могат да си споделят по един електрон и тогава ще са доволни. Казах, че осем е магическото число за всички, но не и за водорода и хелия. Те са късметлии, защото се стремят да запълнят своята 1s орбитала, така че магическото число за тях е две. Вече всички водородни атоми се чувстват така, сякаш имат два електрона. А въглеродът – сякаш има осем. Има няколко начина, по които можем да запишем това. Можем да го напишем така, за да се виждат електроните, но можем и да сложим чертички тук. Мога да нарисувам същата тази молекула, това е метан. Ще обясня защо се казва метан по-късно във видеото. Мога да нарисувам същата молекула така – въглероден атом, свързан с четири водородни атома. От начина, по който са записани връзките тук, можеш да си представиш, че всяка от тях се състои от два електрона, по един от въглеродния атом и един от водородния. Сега да разгледаме малко по-дълги вериги. Да кажем, че имаме верига от два въглеродни атома. Всъщност ще направя верига от три въглеродни атома, за да изглежда наистина като верига. Ако запиша всичко подробно, ще изглежда така. Имам въглероден атом. Той има един, два, три, четири валентни електрона. Може би имам друг въглероден атом тук – ще оцветя въглеродните атоми в различни видове жълто. Имам друг въглероден атом тук, който има един, два, три, четири електрона. Сега ще оцветя другия въглероден атом в първото жълто. Имам още един въглероден атом, така ще получим верига от три въглеродни атома. Последният има един, два, три, четири валентни електрона. Останалите електрони не са сдвоени и ако не е споменато с какво са свързани, обикновено е с водород. Затова ще поставя водородните атоми тук. Ще имаме водород тук, водород тук, водород тук, водород тук. водород тук, водород тук, почти сме готови, водород тук, и последно, водород тук. Забележи, че в тази структурна формула, която съм нарисувал, има три въглеродни атома. Всеки от тях може да образува четири връзки. Този тук е свързан с три водородни атома и един въглероден. Този има връзки с два водородни и два въглеродни атома. А този – с три водородни и един въглероден атом, ето тук. Това е напълно валиден запис на структурата на молекулата, но беше малко трудно да нарисувам всички тези валентни електрони. Така че поне за тази структура тук бихме искали да има по-прост начин за записване. Ако искаме, можем да я запишем с чертички, ето така. Имаме въглероден атом, въглероден атом, въглероден атом. Те са свързани с водородни атоми. Рядко ще видиш структурата, изписана по този начин отляво, защото е малко сложно. Водород, водород – поне е доста сложно за изписване. Отнема цяла вечност. И може да не стане ясно откъде идва всеки електрон. Аз не го направих възможно най-ясно. Те имат два електрона тук и ги споделят с тези два атома. Надявам се, че това беше относително ясно. Но ако нарисуваме структурата с чертички, тя изглежда така. Малко по-изчистено е, по-бързо за писане и предава абсолютно същата идея. Ще говорим за това още, но тази верига от три въглеродни атома, в която всички връзки са единични, се нарича пропан. Ще го напиша и с думи, за да е по-полезно. Това е метан. Ще забележиш римата, ще разбереш и причината за тези наименования скоро. Това е метан, това е пропан. Има и още по-прост начин да изпишем пропан. Можем да го напишем така. Вместо подробно да рисуваме тези връзки, можем да кажем, че тази част тук (огражда лявата част на формулата) е CH3. Имаме CH3 група, свързана със СН2, а CH2 групата е свързана с друга CH3 група. Начинът на записване не е толкова важен, стига точната молекулярна структура да се разбира. Тук е последната CH3 група. Независимо дали имаме това, това или това, знаем каква е молекулярната структура. Имаме ли един от тези записи, можем да преминем към всеки от другите. Има и още по-опростен начин за записване. Можем да запишем структурата така. Ще го направя в друг цвят. Буквално можем да напишем три въглеродни атома. Едно, две, три. Това изглежда много опростено и сигурно се питаш как този запис ни дава същата информация като всички тези по-сложни записи. В химията, и особено в органичната химия, това се нарича линейна формула. Това е най-простият и може би най-полезният начин за представяне на въглеводородни вериги и органични вещества. Когато молекулите започнат да стават все по-сложни, е трудно да се изписват всички тези водородни атоми. Когато видиш нещо такова, приеми, че в края на всяка чертичка има въглероден атом. Когато видим формула като тази, приемаме, че има въглероден атом в този край, в този край и в този. Също така знаем, че въглеродът образува четири връзки. Тук няма заряди. Всички въглеродни атоми образуват четири връзки. Този въглерод тук има две връзки, и се подразбира, че другите две връзки са с водородни атоми. Ако не са написани, приемаме, че са с водород. Този въглерод има една връзка, затова другите три трябва да са с водород. Този тук има една връзка, затова другите три са с водород. Така че, рисувайки тази чертичка с ъгъл тук, предадох същата информация като с този запис или с този. Ще срещаш много такива формули. Те наистина улесняват нещата. А понякога има смесени записи. Може да видиш запис като този, където CH3 групата е изписана, и формулата е написана така. Този запис използва CH3 в крайните точки на линиите и се приема, че по средата стои CH2. Можем да се досетим, че в този край има С и той е свързан с два водородни атома. Всички тези начини за запис са напълно валидни за предаване на молекулярната структура на въглеводородни вериги и органични съединения.