الكيمياء العضوية (Organic chemistry) هي فرع من فروع الكيمياء يختص بدراسة المادة التي تحتوي على ذرات الكربون. وتركز على دراسة بنية المركبات العضوية وخصائصها وتفاعلاتها، إضافة إلى المواد التي تتكون منها. ويعتقد كثيرون أن الكيمياء العضوية من المقررات الدراسية الصعبة، إلا أن إتقانها قد يكون أسهل بكثير مما يبدو، مقارنة ببعض فروع الكيمياء الأخرى.
ما هي الكيمياء العضوية؟
كما ذكرنا سابقا، تختص الكيمياء العضوية بدراسة المادة القائمة على الكربون. وللتوضيح، تعتمد جميع الكائنات الحية في تركيبها على الكربون.
وتوضح هذه الحقيقة مدى اتساع نطاق الكيمياء العضوية مقارنة بمختلف أنواع الكيمياء التي قد تتخصص فيها.
صحيح أن مصطلح «المادة القائمة على الكربون» يظل عاما بعض الشيء. ولتحديد نطاق هذا الفرع من الكيمياء بدقة، علينا أولا توضيح مكونات هذه المادة. ويمكن تصنيف المادة إلى ثلاث مجموعات:
الهيدروكربونات
- الميثان (Methane)
- البنزين (Benzene)
- النفثالين (Naphthalene)
- البولي إيثيلين (Polyethylene)
مركبات الكربون
- ثاني أكسيد الكربون (Carbon dioxide)
- الثيوكربامات (Thiocarbamates)
- سيانيد البوتاسيوم (Potassium cyanide)
- رباعي فلوريد الكربون (Carbon tetrafluoride)
الهالوكربونات
- الديوكسينات (Dioxins)
- البروميدات (Bromides)
- الفلوريدات (Fluorides)
- اليوديدات (Iodides)
تتكون الهيدروكربونات من الهيدروجين والكربون فقط، كما يشير اسمها. أما مركبات الكربون، فعند اتحادها خصوصا مع الأكسجين أو النيتروجين أو الكبريت أو الفوسفور، تنتج مجموعة واسعة من المواد التي تدخل في تطبيقات واستخدامات متعددة.
يعد التفلون (Teflon) من أشهر المواد المصنوعة من الهالوكربونات.
يعرف الأشخاص المصابون بأمراض الغدة الدرقية مركبا عضويا آخر يحتوي على اليود، وهو هرمون الثيروكسين (Thyroxine). وينتج الجسم هذا الهرمون عادة بكميات كافية، وعندما لا ينتجه بالقدر المطلوب، قد تكون هناك حاجة إلى تعويضه دوائيا. أما المركبات العضوية المحتوية على اليود، فتقتصر استخداماتها الصناعية إلى حد كبير.
آليات التفاعلات في الكيمياء العضوية
بصفتك طالبا للكيمياء، فأنت تعلم بالفعل أن عدد الذرات وترتيبها هما ما يحددان تركيب الجزيئات الكيميائية، ولا سيما في المجموعة الأولى المذكورة أعلاه، أي الهيدروكربونات ، التي تتكون من عنصرين فقط.
أما الآليات التي تحدث من خلالها التفاعلات الكيميائية فهي أقل وضوحا. وتتم عملية تحويل المواد المتفاعلة، أي المواد التي تتحد كيميائيا، إلى نواتج قابلة للاستخدام وفق خطوات متتابعة ومنظمة يمكن التنبؤ بها.
تصف هذه الآليات كيفية حدوث التفاعلات الكيميائية.
تتنوع التفاعلات في الكيمياء العضوية وتختلف الطرق التي تحدث بها، إلا أن معظمها يعتمد على خمسة أنماط رئيسية يمكن من خلالها فهم كيفية سير هذه التفاعلات. ويلخص الجدول التالي هذه الأنماط وأبرز ما يميز كل منها:
| 🔧 الآلية | 🔬 العملية الكيميائية |
|---|---|
| تفاعلات الاستبدال (Substitution reactions) | استبدال ذرة أو مجموعة ذرية بذرة أخرى أو مجموعة ذرية أخرى. |
| تفاعلات الحذف (Elimination reactions) | إزالة ذرتين أو مجموعتين من ذرتي كربون متجاورتين في المركب، مما يؤدي إلى تكوين رابطة مزدوجة بينهما، مثل إزالة الماء أو هاليد الهيدروجين. |
| تفاعلات الإضافة (Addition reactions) | إضافة ذرة أو مجموعة ذرية إلى مركب، وعادة ما تحدث هذه الإضافة على رابطة مزدوجة أو ثلاثية. |
| تفاعلات إعادة الترتيب (Rearrangement reactions) | إعادة توزيع لذرات أو مجموعات ذرية داخل الجزيء، مما يؤدي إلى تكوين بنية جديدة للمركب. |
| تفاعلات الأكسدة والاختزال (Oxidation-reduction reactions) | انتقال الإلكترونات من جزيء إلى آخر، مما يؤدي إلى تغير حالات الأكسدة للمواد المتفاعلة. |
في الكيمياء العضوية في المرحلة الثانوية تقتصر المعارف الأساسية التي يحتاج الطلاب إلى إتقانها على هذه الأنواع الخمسة من التفاعلات. ويتعين عليهم فهم تفاعلات وآليات محددة لتفسير الأسئلة المطروحة في الامتحانات والإجابة عنها. ومع ذلك، فإن ما يحتاجون إلى دراسته يظل محدودا مقارنة بالعدد الهائل من التفاعلات الكيميائية المعروفة.
توجد مجموعة واسعة من آليات التفاعلات في الكيمياء العضوية، إلا أن فهم المبادئ الأساسية يساعد على استيعاب عدد كبير منها.
يعد إتقان آليات التفاعلات في الكيمياء العضوية جزءا أساسيا من دراسة الكيمياء، ولا سيما لمن يرغبون في دراسة الكيمياء الحيوية. كما تمثل هذه التفاعلات والآليات أساسا معرفيا مهما للراغبين في العمل في مجالات الطب والصناعات الدوائية والصناعات الكيميائية.
منهج الكيمياء العضوية
قد تشعر بالإحباط عند التفكير في مدى اتساع مجال دراسة الكيمياء العضوية، وقد تظن أن إتقانها أمر صعب حتى قبل أن تبدأ. لكن لا داعي للقلق. فعلى الرغم من أن هذا التخصص يفتح أمامك مجالات واسعة ومتنوعة، فإنك لست بحاجة إلى دراسة جميع جوانبه.
اجعل الأمور بسيطة!
نشأ هذا «المبدأ» في البحرية الأمريكية. ولا حاجة إلى التعمق في أصل العبارة أو معناها، فهي واضحة في حد ذاتها. وما يهمنا هو كيفية ارتباطها بدراستك، وهذا الأمر بسيط أيضا.
في دراسة الكيمياء العضوية في المرحلة الثانوية، يعتمد المنهج على التدرج؛ إذ يبدأ بالمفاهيم البسيطة ويبني عليها انطلاقا من المعارف الأساسية.
ويتمثل الجانب الأكثر تطلبا في هذه المرحلة من دراسة الكيمياء في الحفظ. ففي هذه المرحلة من مسيرتك الدراسية، لا يُطلب منك القيام باستنتاجات حدسية معقدة، بل يكفي أن تتعلم المعلومات الأساسية التي تمكنك من الانتقال لاحقا إلى مفاهيم أكثر تقدما.
الكيمياء العضوية
تشمل موضوعات منهج الكيمياء العضوية جميع المفاهيم التي تناولناها حتى الآن، بدءا من المجموعات الثلاث للمادة، وصولا إلى آليات التفاعلات والتفاعلات الكيميائية.
على الرغم من أن الهالوكربونات ومركبات الكربون تحظى بقدر محدود من الاهتمام، فإن التركيز الأساسي في دراستك سيكون على الهيدروكربونات.
1. لأنها أبسط الجزيئات الكيميائية، إذ تتكون من عنصري الهيدروجين والكربون فقط.
2. لأنها تدخل في مجموعة واسعة من التطبيقات الصناعية ووسائل النقل
ستنقسم دراستك للهيدروكربونات إلى ثلاث فئات رئيسية:
المركبات المشبعة
- أبسط بنية كيميائية.
- تحتوي على روابط أحادية فقط بين الذرات.
- مثال: الميثان.
المركبات غير المشبعة
- تحتوي على روابط مزدوجة أو ثلاثية بين ذرات الكربون.
- الروابط المزدوجة توجد في الألكينات (Alkenes).
- الروابط الثلاثية توجد في الألكاينات
المركبات العطرية
- تتميز ببنية جزيئية حلقية.
- تسمى الأرينات (Arenes).
- مثال: البنزين (Benzene).
إلى جانب التعمق في دراسة الهيدروكربونات، ستولي اهتماما كبيرا أيضا لـ المجموعات الوظيفية. وعلى الرغم من أن الهيدروكربونات تعد إحدى هذه المجموعات، فإن المجموعات الوظيفية التي ستدرسها تشمل أيضا:
- المجموعات المحتوية على الهالوجينات.
- المجموعات المحتوية على النيتروجين.
- المجموعات المحتوية على الأكسجين.
- المجموعات المحتوية على الفوسفور.
- المجموعات المحتوية على الكبريت.
- المجموعات المحتوية على البورون.
معرفة أن تركيزك سينصب على مجموعة واحدة فقط من المواد القائمة على الكربون قد تجعل إتقان موضوعات الكيمياء العضوية أكثر سهولة. ومع ذلك، عليك الاستعداد لحفظ قدر كبير من المعلومات. ولتسهيل هذه الدراسة، قد يكون الاستعانة بـ مدرس كيمياء أونلاين من Superprof خيارا مفيدا.
في المراحل الدراسية اللاحقة من المرحلة الثانوية، ستتعرف على الهالوألكانات (Halogenoalkanes)، وهي مركبات تتشكل من خلال استبدال ذرات الهيدروجين بذرات الهالوجين. ومن أمثلتها كلوروإيثان (Chloroethane)، ويودوإيثان (Iodoethane)، ورباعي فلوروإيثان (Tetrafluoroethane)، وثلاثي كلورو الميثان (Trichloromethane)، وغيرها.
وستتعمق أيضا في دراسة:
- زيادة عدد ذرات الكربون المرتبطة بروابط تساهمية.
- دراسة مواد وجزيئات أكثر تعقيدا.
- المركبات غير المشبعة.
- المركبات العطرية.
تحظى هاتان الفئتان الأخيرتان من المركبات الآن بالاهتمام الذي تستحقانه.
ستضيف الأمينات (Amines) والأميدات (Amides) إلى المصطلحات التي تتعرف إليها، مع التركيز على طرق تحضيرها. والأمينات هي مشتقات الأمونيا التي استبدلت فيها ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر. وتنقسم إلى أمينات أولية وثانوية وثالثية وعطرية، ولكل نوع منها طرق تحضير خاصة.
وستتعمق لاحقا في دراسة:
- الفينولات والأصباغ (Phenol and Dyes): ماهيتها وطرق تحضيرها وتفاعلاتها
- جوانب البلمرة (Polymerization)، بما في ذلك خصائص البوليمرات (Polymer Properties) وعمليات تحضيرها
- التحليل الطيفي (Spectroscopy)، بما في ذلك الكروماتوغرافيا (Chromatography) والتحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء (IR Spectroscopy)
- ترابط محدود بين هذه الموضوعات
كما أشرنا سابقا، يمثل الحفظ عنصرا أساسيا للنجاح في دراسة الكيمياء العضوية. وفي هذا الجانب، تتشابه الكيمياء العضوية مع الكيمياء غير العضوية إلى حد كبير. ويكمن الاختلاف الرئيسي في أن الكيمياء العضوية تركز على المواد القائمة على الكربون، بينما تركز الكيمياء غير العضوية على مركبات أخرى.
ماذا يفعل المتخصص في الكيمياء العضوية؟
جان-ماري لين (Jean-Marie Lehn)
تاريخ ومكان الميلاد:
30 سبتمبر 1939، في فرنسا
التعليم:
بكالوريا في الفلسفة، وبكالوريا في العلوم الطبيعية، ودكتوراه في العلوم الطبيعية
اشتهر بـ:
تحضير مركبات الكريبتاند (Cryptands) وتطوير مجال الكيمياء فوق الجزيئية (Supramolecular Chemistry)
الجوائز:
جائزة هومبولت (1983)، وجائزة نوبل في الكيمياء (1987)، وميدالية ديفي من الجمعية الملكية (1997)، ووسام ضابط عظيم في جوقة الشرف (2014)، وغيرها من الجوائز.
نشأ جان-ماري لين وهو يشاهد التفاعلات الكيميائية من حوله. كان والده يعمل خبازا، لكن شغفه الحقيقي كان الموسيقى. لذلك، ليس من المستغرب أن يتجه عالم الكيمياء العضوية الذي نسلط عليه الضوء إلى دراسة العلوم. كما واصل العزف على آلة الأرغن طوال مسيرته البحثية، ولا يزال يعزف عليها حتى اليوم.
في بداية مسيرته، كان يعتقد أن اللغات ستكون مجال تخصصه، فدرس الأدب الفرنسي، إلى جانب الإنجليزية والألمانية واللاتينية واليونانية.
لكن اهتمامه اتجه نحو الكيمياء بعد أن درس على يد الكيميائي الفرنسي المعروف غي أوريصون (Guy Ourisson). ومنذ ذلك الحين، اختار التخصص في الكيمياء خلال دراسته الجامعية، وبدأ مسيرته المهنية مباشرة بعد تخرجه.
العمل في مجال الكيمياء العضوية
يقضي الكيميائيون المتخصصون في الكيمياء العضوية معظم مسيرتهم المهنية داخل المختبرات. أما الوقت الذي لا يخصص للعمل المخبري، فيقضونه في قراءة الأبحاث والتواصل مع غيرهم من الكيميائيين. وقد يشغل ذوو المؤهلات الأكاديمية المتقدمة وظائف في مجال التدريس، ولا سيما في الجامعات. كما تتيح لهم هذه المهنة فرصة مهمة لكتابة ونشر أبحاثهم العلمية.
مقال لجان-ماري لين
يجسد عالم الكيمياء العضوية الذي نسلط الضوء عليه أهمية نشر الأبحاث في هذا المجال. وبحلول يناير 2006، أي بعد 40 عاما من مسيرته البحثية، كانت مجموعته البحثية قد أسهمت بنحو 800 مقال علمي خضع لمراجعة الأقران في الأدبيات العلمية للكيمياء.
وتوجد أوجه تشابه عديدة بين مسيرة جان-ماري لين ومسيرة فيلهلم أوستفالد (Wilhelm Ostwald)، أحد رواد مجال الكيمياء الفيزيائية. فقد أبدى العالمان اهتماما بالعلوم في سن مبكرة، لكنهما درسا الفلسفة والمواد المرتبطة بالفنون.
ثم اتجه كلاهما إلى دراسة العلوم بعد أن أتاح لهما محيطهما التعرف إلى كيميائيين شغوفين بهذا المجال. وربما لا توجد طريقة أفضل لاكتشاف مسار مهني يبعث على الرضا من أن تقودك الظروف، ولو بالمصادفة، إلى المجال الذي يناسبك.
فرص العمل في مجال الكيمياء العضوية
كما أشرنا سابقا، يعمل الكيميائيون العضويون في المختبرات طوال مسيرتهم المهنية، إلا أن طبيعة عملهم تختلف باختلاف نوع المختبر الذي يعملون فيه. وفي المجال الأكاديمي، ينصب عملهم على البحث في الجوانب النظرية وتطوير المعرفة بها. ولهذا السبب، يكون العاملون في الأوساط الأكاديمية من أكثر المتخصصين نشرا للأبحاث العلمية.
العمل في القطاع الصناعي هو أحد المسارات المهنية المتاحة للكيميائيين العضويين. وتبحث الشركات حول العالم، سواء كانت كبيرة أو صغيرة، عن الكفاءات المتخصصة في الكيمياء وتوظفها للعمل في مجالات متنوعة. ومن أبرز هذه الشركات:
- Dow Chemical
- Unilever
- BASF
- Sumitomo
- Formosa
- Air Liquide
- Reliance Industries
- Braskem
- Linde
- Sinopec
- Lotte
- DuPont
تؤدي الكيمياء العضوية دورًا مهمًا في صناعة الأدوية، لذلك يعمل الكيميائيون العضويون في مختبرات شركات الأدوية حول العالم. وتوظف هذه الشركات كيميائيين عضويين لتطوير المركبات والمنتجات الدوائية، كما تعتمد على عمل الكيميائيين التحليليين لتحسين المنتجات وعمليات التصنيع.
أشهر شركات الأدوية المعروفة
أصبحت أسماء شركات مثل Pfizer وAstraZeneca وNovartis معروفة على نطاق واسع خلال جائحة كوفيد-19.
تشمل أبرز الشركات الأخرى العاملة في البحث والتطوير الدوائي وتصنيع الأدوية Merck وSanofi وGlaxoSmithKline وJohnson & Johnson وRoche وBayer. وتؤكد هذه الشركات وغيرها أن دراسة الكيمياء العضوية يمكن أن تفتح أمامك مسارا مهنيا مستقرا في هذا المجال.
ومع ذلك، لا ترتبط الكيمياء العضوية بالكثير من الشهرة أو الأضواء. لكنها تظل مجالا مهنيا مجزيا، خاصة عندما تسهم من خلال عملك في تطوير حياة الناس وتحسين صحتهم.
سواء كنت تخطط لمتابعة دراسة الكيمياء العضوية أو العمل في مجالها، فإن بناء أساس قوي في المفاهيم الأساسية سيساعدك على التقدم بثقة. ويمكن أن يكون تأسيس ومراجعة كيمياء مع مدرس متخصص من Superprof وسيلة فعالة لتعزيز فهمك والاستعداد للدراسة والامتحانات.
تلخيص باستخدام الذكاء الاصطناعي :
هل أعجبك المقال؟ قيمه
Loading...
