شیمی آلی
شیمی آلی (organic chemistry)
شاخه‌ای از شیمی، برای بررسی ترکیبات کربنی. ترکیبات آلی اساس شیمی حیات را تشکیل می‌دهند و بسیار فراوان‌تر از ترکیبات معدنی‌اند. در یک ترکیب نوع آلی، هر اتم کربن با اتم‌های کربن مجاور خود در یک زنجیر یا حلقه پیوند کئووالانسی تشکیل می‌دهد و علاوه‌بر آن، با اتم‌های دیگری مثل هیدروژن، اکسیژن، و نیتروژن یا گوگرد هم پیوند کئووالانسی تشکیل می‌دهد. اساس شیمی آلی توانایی کربن برای تشکیل زنجیره‌های بلند اتم‌ها، زنجیره‌های شاخه‌دار، حلقه‌ها و دیگر ساختارهای پیچیده است. هیدروکربن‌ها ترکیباتی‌اند که فقط حاوی کربن و هیدروژن‌اند. شیمی آلی از منظر کلان شیمی تنوع بزرگی از سری‌های هومولوگ است که ترتیب فرمول مولکولی آن‌ها به‌صورت تصاعد حسابی است و خصوصیات فیزیکی از یک عضو به عضو بعدی دستخوش تغییرات تدریجی است. اتم‌های کربن متصل به‌هم، که اسکلت یک مولکول آلی را تشکیل می‌دهند، ممکن است از آغاز تا انتها بدون شاخه‌دار شدن افزایش یابند و ممکن است در یک یا چند نقطه شاخه فرعی داشته باشند. گاهی رشته‌ها پنج، شش یا هفت‌تایی از اتم‌های کربن پیچ می‌خورند و حلقه‌ها را تشکیل می‌دهند. ترکیبات حلقوی و زنجیر باز ممکن است به‌صورت آلیفاتیک یا آروماتیک طبقه‌بندی شوند. این امر بستگی به ماهیت پیوند بین اتم‌های آن‌ها دارد. ترکیباتی که در حلقه کربن دارای اکسیژن و گوگرد یا نیتروژن‌اند به ترکیبات هتروسیکل[۱] معروف‌اند. بسیاری از ترکیبات آلی، ازجمله پروتئین‌ها و کربوهیدرات‌ها، فقط از طریق موجودات زنده یا ارگانسیم‌ها تولید می‌شوند و در گذشته تصور می‌شد ترکیبات آلی با روش‌های دیگر تولید نمی‌شوند. زمانی که فریدریش وهلر[۲] اوره را سنتز کرد، این نظریه رد شد، ولی نام شیمی «آلی» هنوز به‌کار می‌رود. بسیاری از ترکیبات آلی از نفت خام مشتق می‌شوند که حاصل بقایای شیمیایی میلیون‌ها موجود زنده میکروسکوپی دریایی است. در شیمی معدنی، یک فرمول ویژه معمولاً فقط یک جسم را نمایش می‌دهد، ولی در شیمی آلی چنین موردی استثناست. چند جسم با فرمول مولکولی یکسان ایزومر[۳]ند و به ارتباط آن‌ها نیز ارتباط ایزومری می‌گویند. هیدروکربن‌ها یکی از فراوان‌‌ترین انواع مواد آلی را تشکیل می‌دهند. همۀ روغن‌های نفتی از هیدروکربن‌ها ساخته می‌شوند. گروه‌های معمولی دارای کربن، هیدروژن و اکسیژن عبارت‌اند از الکل‌ها، آلدئیدها، کتون‌ها، اترها، استرها، و کربوهیدرات‌ها. برخی از گروه‌های حاوی نیتروژن نیز عبارت‌اند از آمیدها، آمین‌ها و ترکیبات نیترو، اسیدهای آمینه، پروتئین‌ها، پورین‌ها، آلالوئیدها، و بسیاری دیگر از ترکیبات طبیعی و سنتزی. بقیۀ ترکیبات آلی دارای گوگرد، فسفر، و عناصر گروه هالوژن‌اند. بنیادی‌ترین پروسه‌های طبیعی شامل اکسایش، کاهش، هیدرولیز، تراکم، و پلیمریزاسیون و نوآرایی مولکولی‌اند. در طبیعت، چنین تغییراتی اغلب به‌واسطۀ آغازگرهای شناخته‌شده‌ای مثل آنزیم‌ها صورت می‌گیرد که به‌صورت عوامل کاتالیزوری در پیشبرد واکنش‌های ویژه عمل می‌کنند. بنیادی‌ترین پروسه‌های غیرطبیعی سنتز یا ساخت است. در ارگانیسم‌های زندۀ گیاهی و حیوانی، انرژی ذخیره‌شده در مولکول‌های کربوهیدرات، که اصولاً از نور خورشید گرفته می‌شوند، از طریق اکسایش آرام آزاد می‌شود و به‌مصرف ارگانیسم‌ها می‌رسد. بدین‌ترتیب، کربوهیدرات‌های پیچیده‌ای که از آب و دی‌اکسید کربن، و با جذب انرژی تشکیل شده‌اند، به مواد اولیۀ خود، یعنی آب و دی‌اکسید کربن، تبدیل می‌شوند. بنابراین، نوعی چرخه غذایی کربن در طبیعت وجود دارد. در چرخۀ غذایی نیتروژن در طبیعت نیز پروتئین‌های پیچیده از دی‌اکسید کربن، آب، و نیترات‌های خاک و نمک‌های آمونیوم سنتز می‌شوند. این پروتئین‌ها هم با آزاد‌کردن انرژی، از ترکیب شیمیایی به مواد خام ابتدایی تبدیل می‌شوند.