|
De to viktigste elementene i naturen er karbon og silikon. Karbonforbindelsene består i hovedsak av biologiske molekyler som er ansvarlig for alt liv på jorden. Per i dag kjenner vi til flere millioner karbonforbindelser, og antallet er fremdeles voksende. Karbon har den unike egenskapen å kunne danne sterke bindinger til seg selv og derfor også danne karbonkjeder. Karbon kan også danne sterke bindinger med andre ikke-metaller som hydrogen, nitrogen, oksygen, svovel og halogenene. Disse forbindelsene kalles hydrokarbonderivater. Her vil du kunne lese mer om et utvalg av karbonforbindelsene.
Hydrokarboner | Alkoholer | Karboksylsyrer | Estere
1. HYDROKARBONER:
Hydrokarboner kjenner vi fra hverdagen. Vi finner dem bl.a. i drivstoff som olje og gass, i matlaging som stekeoljer og i velværeprodukter som sjampo.
Hydrokarboner består av bare karbon- og hydrogenatomer og kan deles inn i tre klasser; alkaner, alkener og alkyner. Hydrokarboner er ikke-polare molekyler, fordi karbon og hydrogen har tilnærmet lik elektronegativitet, noe som fører til minimal ladningspolarisasjon, dvs. at ladningen er jevnt fordelt i molekylet. Dette gjør at hydrokarboner er stabile molekyler som ikke reagerer lett med andre molekyler, og at de er relativt uløselige i polare løsemidler som f.eks. vann. «Like løser like» er et ordtak i kjemien som betyr at polare løsemidler løser best polare stoffer og ikke-polare løsemidler løser best ikke-polare stoffer. Bindingene som holder hydrokarbonene sammen er van der Waals bindinger, der elektronene i et molekyl binder seg til protonene i et annet molekyl.
Her følger en liten gjennomgang av de tre underklassene;
Alkaner:
Det enkleste alkanet er metan, CH4. Når alkaner med flere karbon atomer dannes, erstattes et H-atom med et C-atom. Siden karbon er i gruppe fire i det periodiske system, har det fire valenselektroner, ytter-elektroner, som danner bindinger. Alle de fire valenselektronene må være i binding for at vi skal ha et stabilt alkan. Alkaner består av bare enkeltbindinger. Generell formel for alkaner er CnH2n+2. En spesiell type alkaner er sykloalkaner. De er ringformede, og det enkleste sykloalkanet består av tre C-atomer og heter syklopropan. Siden det dannes en ring, må sykloalkaner ha to færre H-atomer enn vanlige alkaner for at valenselektronregelen skal være oppfylt.
IUPAC, International Union of Pure and Applied Chemistry, har utarbeidet regler for navngiving av hydrokarboner og deres derivater. Forstavelsen i navnet gjenspeiler antall C-atomer fra 1 til 10. Met-, et-, prop-, but-, pent-, heks-, hept-, okt-, non-, dek-. Endelsen bestemmes av om det er et alkan, et alken eller et alkyn med henholdsvis endelsene -an, -en, eller -yn. Et eksempel på et alken med fire hydrokarboner er da buten.
Alkener:
Det som er spesielt med alkenene, er at de inneholder en eller flere dobbeltbindinger. I en dobbeltbinding deler to C-atomer to elektronpar i stedet for ett som i en enkeltbinding. For at dobbeltbindingen skal dannes, må to H-atomer fjernes for at valenselektronregelen skal være oppfylt, og generell formel for alkener blir; CnH2n. I dobbeltbindingen kommer atomene nærmere hverandre, og det gjør at C-atomene som deltar i dobbeltbindingen har mindre rotajonsmuligheter enn C-atomer i enkeltbindinger. Dette fører til at vi får to strukturelle isomerer av alkener; cis og trans. Isomerer er molekyler som består av de samme atomene, men atomene er bundet forskjellig til hverandre i de to ulike isomerene. I cis-alkener er C-atomene i dobbeltbindingene plassert på samme side, mens i trans-alkener er de plassert på hver sin side. Se figur 1.1
Ved navngivning av alkener ser vi at tallet på C-atomet der dobbeltbindingen starter, plasseres i midten av navnet.
En spesielt stabil type hydrokarboner som tilhører alkenene er aromatiske hydrokarboner. Disse inneholder et spesielt antall C-atomer, og de er sykliske og inneholder dobbeltbindinger mellom annethvert karbonpar. Grunnen til den utpregede stabiliteten er at aromatiske hydrokarboner har resonansstrukturer. I de ulike resonansstrukturene er elektronene lokalisert forskjellig. Se figur 1.2
Alkyner:
Alkyner inneholder en eller flere trippelbindinger. I en trippelbinding deler to C-atomer tre elektronpar, og generell formel blir; CnH2n-2. Trippelbindingene gjør at alkyner er enda mer rigide, lite bøyelige. Derfor er alle trippelbindinger plane, og det vil si at det er 180∞ mellom de to C-atomene i dobbeltbindingen.
2 ALKOHOLER:
Alkoholer karakteriseres ved at de inneholder en hydroksylgruppe, OH-gruppe. Den enkleste alkoholen er metanol, CH3OH. Alkoholene navngis på samme måte som hydrokarbonene, etter antall C-atomer i karbonkjeden, men de får endelsen -ol for å vise at de er alkoholer. Alkoholene er mer stabile enn hydrokarbonene, og det er fordi OH-grupper er polar, noe som gjør at de kan danne hydrogenbindinger lik bindingene som finnes i vann.
Generelt brukes alkoholer som løsemidler for organiske stoffer. Selv om det er mange viktige alkoholer, er det de to enkleste alkoholene, metanol og etanol, som har størst nytteverdi.
Metanol finnes bl.a. i fiber og plastikk og blir stadig mer vanlig i drivstoff til motorer. Metanol er farlig for mennesker. Inntak av metanol har en berusende og meget giftig virkning og kan føre til blindhet og eventuelt til alvorlig forgiftning med døden til følge. Etanol derimot finnes i fortynnet form i en rekke nytelsesmidler som bl.a. øl, vin og whisky, og det er etanol vi i dagligtalen bruker fellesbetegnelsen alkohol eller sprit for. Etanol produseres ved fermentering av glukose som finnes i korn, druer og andre frukter. I prosessen skjer det en gjæring av glukosen uten oksygen tilstede, og CO2-gass og etanol produseres.
3 KARBOKSYLSYRER:
Hvis man bytter ut OH-gruppen i alkoholer med en COOH-gruppe, får man en gruppe molekyler som kalles karboksylsyrer. Karboksylsyrene virker som svake syrer i vann fordi de kan avgi H+ fra den funksjonelle gruppen, COOH-gruppen. For å skille ut karboksylsyrene, legger man til ordet syre på slutten av navnet. Eksempelvis metansyre og etansyre. Disse navnene er i realiteten lite brukt, fordi trivialnavnene er så godt innprentet i språket fra gammelt av og de er lette å huske. Trivialnavnene til metansyre og etansyre er henholdsvis maursyre og eddiksyre. Trivialnavn er med andre ord hverdagslige navn som har sin opprinnelse i f.eks. farge, smak eller etter oppdageren.
Maursyre finnes i fri tilstand i maur, brennesle og svette. Den virker sterkt etsende på huden, men har også en antiseptisk virkning som gjør at den brukes til konservering av fruktsaft og grøntfor. Konsentrert eddiksyre virker også etsende på hud og slimhinner, men i fortynnet form har den utbredt anvendelse innen næringsmiddelindustrien.
Mange karboksylsyrer kan syntetiseres fra alkoholer med et sterkt oksidasjonsmiddel slik at alkoholen oksideres, tar opp H+- ioner fra oksidasjonsmiddelet. Etanol kan f. eks oksdideres til etansyre ved bruk av kaliumpermanganat som oksidasjonsmiddel.
4 ESTERE:
Endel andre organiske forbindelser minner om karboksylsyrene og kan dannes fra disse. Estere er en slik forbindelse som dannes ved reaksjon mellom en karboksylsyre eller en uorganisk syre og en alkohol ved avspalting av vann. Estere får endelsen –oat og et eksempel er metyletanoat.
Estere omfatter en rekke nyttige og viktige stoffer. De har ofte en særegen lukt av blomster og frukter, eller de kan være mindre velluktende, nærmere illeluktende! For eksempel kommer lukten av banan fra n-amylacetat.
Fettartene hører også til esterene. Nitroglycerol (trivialnavn) som er dannet fra den uorganiske syren salpetersyre og glyserol, er et viktig eksempel på en fettart som både brukes i sprenstoffindustrien og i medisin. Esterene kan også lett spaltes igjen. Den klassiske form for såpefabrikasjon er nettopp en fettspalting ved hjelp av alkali slik at det dannes såpe og glyserol.
|
