Organische chemie is de studie van materie die koolstofatomen bevat. Organische chemie onderzoekt de structuren, eigenschappen en reacties van organische verbindingen en materialen. Velen beschouwen organische chemie als een moeilijk vak, maar zoals je zult zien, is het veel eenvoudiger onder de knie te krijgen dan andere takken van de scheikunde.
De basis van organische chemie is de studie van koolstofhoudende verbindingen, hun structuur, eigenschappen en reacties.
Organisch Chemie: Toepassingen en Voorbeelden
Zoals hierboven vermeld, bestudeert organische chemie koolstofgebaseerde materie. Ter verduidelijking: alle levende organismen zijn koolstofgebaseerd. Dat feit geeft ons een aanwijzing hoeveel breder organische chemie is dan alle andere soorten scheikundestudies die je zou kunnen volgen.
Toegegeven, de term ‘koolstofgebaseerde materie’ is vaag. Om de volledige reikwijdte van deze tak van de scheikunde te begrijpen, moeten we definiëren waaruit deze materie bestaat. We kunnen materie in drie groepen indelen:
Koolwaterstoffen
- Methaan
- Benzeen
- Naftaleen
- Polyethyleen
Koolstofverbindingen
- Kooldioxide
- Thiocarbamaten
- Kaliumcyanide
- Koolstoftetrafluoride
Halogeenkoolwaterstoffen
- Dioxinen
- Bromiden
- Fluoriden
- Jodiden
Koolwaterstoffen bestaan alleen uit waterstof en koolstof, zoals de naam al aangeeft. Koolstofverbindingen, vooral wanneer ze gecombineerd worden met zuurstof, stikstof, zwavel of fosfor, leveren een schat aan stoffen met uiteenlopende toepassingen.
Teflon is waarschijnlijk het meest bekende halogeenkoolwaterstofmateriaal.
Mensen met schildklieraandoeningen zijn zich zeer bewust van een ander halogeenkoolwaterstof: thyroxine. Onze lichamen zouden dit organische jodide in voldoende hoeveelheden moeten produceren. Wanneer dat niet gebeurt, is chemische aanvulling noodzakelijk. Afgezien daarvan hebben organische jodiden weinig industriële toepassingen.
Mechanismen van de organische chemie
Als scheikundestudent weet je al dat het aantal en de rangschikking van atomen bepalen welke moleculen ontstaan. Vooral voor de eerste groep hierboven, de koolwaterstoffen, die slechts uit twee elementen bestaan.
Minder duidelijk zijn de mechanismen waardoor chemische activiteit plaatsvindt. Het proces waarbij reactanten, chemische combinaties, worden omgezet in bruikbare producten verloopt via voorspelbare, stapsgewijze processen.
Deze mechanismen beschrijven de processen van chemische reacties.
In de organische chemie vinden we vele van zulke processen. Vaak zijn ze specifiek voor een proces of materiaal. Toch overheersen vijf belangrijke mechanismen. Dit schema toont ze en hun werking:
| 🔧Mechanisme | 🔬Proces |
|---|---|
| Substitutiereacties | Het vervangen van een atoom of atoomgroep door een ander atoom (of groep) |
| Eliminatiereacties | Het verwijderen van een molecule (water of een halogeen) om een dubbele binding te vormen |
| Additiereacties | Het toevoegen van een atoom of atoomgroep (meestal aan een dubbele of drievoudige binding) |
| Herschikkingsreacties | Het herschikken van atomen binnen een molecuul |
| Oxidatie-reductiereacties | Het overdragen van elektronen van het ene molecuul naar het andere, om oxidatietoestanden te veranderen |
Voor middelbare school scheikunde zijn deze vijf alles wat je hoeft te weten. Bovenbouw havo/vwo-studenten moeten specifieke reacties en mechanismen beheersen om de examenvragen te kunnen beantwoorden. Toch ligt de hoeveelheid verplichte kennis veel lager dan het totaal aan chemische reacties.
Het beheersen van organische chemische mechanismen is een essentieel onderdeel van de scheikunde, vooral voor wie biochemie wil gaan studeren. Deze reacties en mechanismen zijn basiskennis voor iedereen die een carrière ambieert in geneeskunde, farmaceutica en chemische productie.
Wat is organische chemie curriculum?
Gezien de breedte van dit vakgebied zou je ontmoedigd kunnen raken over je kans om het volledig te beheersen nog voor je begint. Maar raak niet in paniek. Deze discipline biedt talloze mogelijkheden, maar je hoeft ze niet allemaal te omarmen.
Keep it simple, Sweetheart!
Dit ‘principe’ komt van de Amerikaanse marine. We hoeven niet diep in te gaan op de oorsprong of betekenis van de uitdrukking, want die is duidelijk genoeg. Het enige dat we moeten weten is hoe het verband houdt met je studie, en dat is eenvoudig uit te leggen.
Voor middelbare school en bovenbouw havo/vwo organische chemie is het curriculum progressief: het begint eenvoudig en bouwt verder op fundamentele kennis.
Het meest veeleisende aspect op deze niveaus is het memoriseren. Op dit punt in je schoolloopbaan hoef je nog geen grote, intuïtieve sprongen te maken. Je hoeft alleen de informatie te leren die toekomstige sprongen mogelijk maakt.
Organische chemie op middelbare schoolniveau
Alles waar je tot nu toe over gelezen hebt, de drie groepen materie, de mechanismen en reacties, vormt de kern van je curriculum organische chemie.
Hoewel halogeenkoolwaterstoffen en koolstofverbindingen beperkte aandacht krijgen, ligt de nadruk in je studie op koolwaterstoffen.
1. Het zijn de meest eenvoudige moleculen, bestaande uit slechts waterstof en koolstof.
2. Ze hebben de breedste toepassing in industrie en transport.
Je studie van koolwaterstoffen valt uiteen in drie categorieën:
Verzadigde verbindingen
- Eenvoudigste structuur
- Slechts één binding tussen atomen
- Voorbeeld: methaan
Onverzadigde verbindingen
- Dubbele of drievoudige bindingen tussen koolstofatomen
- Dubbele bindingen = alkenen
- Drievoudige bindingen = alkynen
Aromatische verbindingen
- Cyclische moleculaire structuur
- Worden arenes genoemd
- Voorbeeld: benzeen
Naast een uitgebreide bestudering van koolwaterstoffen besteed je veel tijd aan functionele groepen. Natuurlijk zijn koolwaterstoffen een functionele groep, maar de lijst loopt verder tot:
- Groepen die halogenen bevatten
- Groepen die stikstof bevatten
- Groepen die zuurstof bevatten
- Groepen die fosfor bevatten
- Groepen die zwavel bevatten
- Groepen die boor bevatten
Wetende dat je je maar op één groep koolstofgebaseerde materie hoeft te richten, zou je vooruitzichten op beheersing van onderwerpen organische chemie op middelbare schoolniveau moeten opklaren. Wees er alleen op bedacht dat er veel te onthouden valt. Misschien kan een Superprof-scheikundedocent helpen?
Organische chemie in de bovenbouw havo/vwo
Studenten die zich voorbereiden op de bovenbouw havo/vwo herhalen alles wat ze op de middelbare school hebben geleerd. Je AS-cursussen organische chemie herzien functionele groepen, alkanen en alkenen, bindingen, alcoholen en halogeenalkanen.
Onthoud dat halogeenalkanen ontstaan door vervanging van waterstofatomen door halogeenatomen. De lijst omvat chloorethaan, jodoethaan, tetrafluorethaan, trichloormethaan en andere.
In het tweede jaar bestudeer je:
- Meer covalent gebonden koolstofatomen
- Complexere materialen en hun moleculen
- Onverzadigde verbindingen
- Aromatische verbindingen
Die laatste twee categorieën, die op middelbare schoolniveau vluchtig behandeld werden, krijgen nu de aandacht die ze verdienen.
Je voegt amines en amiden toe aan je vocabulaire, met de nadruk op hun productie. Amines zijn ammoniakderivaten waarbij één of meer waterstofatomen zijn vervangen. Ze kunnen primair, secundair, tertiair of aromatisch zijn, en elk heeft zijn eigen processen.
Je tweedejaarsstudie behandelt verder:
Zoals hierboven vermeld, is memoriseren de sleutel tot succes in je cursussen organische chemie. In dit opzicht heb je veel gemeen met anderen die anorganische chemie studeren. Het belangrijkste verschil is dat jouw studie koolstofhoudende materialen omvat, en die van hun niet.
Wat doet een organisch chemicus?
Jean-Marie Lehn groeide op met het zien van chemische reacties. Zijn vader was bakker van beroep, maar zijn passie was muziek. Het is dus geen verrassing dat onze uitgelichte organisch chemicus zich uiteindelijk tot de wetenschap wendde. Hij speelde tijdens zijn hele loopbaan orgel (en doet dat nog steeds).
In eerste instantie zag hij talen als zijn roeping. Hij studeerde Franse literatuur, evenals Engels, Duits, Latijn en Grieks.
Hij besefte pas dat scheikunde zijn levenswerk moest worden toen hij studeerde onder de beroemde Franse chemicus Guy Ourisson. Met die beslissing legde hij zich volledig toe op scheikunde en ging hij direct na zijn afstuderen aan het werk.
Werken in de scheikunde organische chemie
Organisch chemici brengen het grootste deel van hun loopbaan door in laboratoria. De tijd die niet aan labwerk wordt besteed, gaat naar lezen en contact met andere chemici. Hoogopgeleide organisch chemici kunnen lesgeven, vooral aan universiteiten. De grootste waarde in dit vakgebied ligt in het schrijven over eigen onderzoek.
Onze uitgelichte organisch chemicus is een voorbeeld van de nadruk in dit vakgebied op publiceren. In januari 2006, het 40ste jaar van zijn loopbaan, had zijn onderzoeksgroep bijna 800 peer-reviewed artikelen bijgedragen aan de scheikundige literatuur.
We zien veel parallellen tussen Lehn en Wilhelm Ostwald, een pionier in de fysische chemie. Beide wetenschappers hadden op jonge leeftijd slechts een voorbijgaande interesse in wetenschap, maar studeerden filosofie en kunstzinnige vakken.
Beiden trokken naar de wetenschap omdat ze toevallig in de omgeving van gepassioneerde chemici verkeerden. Er bestaan slechtere manieren om bij een bevredigende carrière uit te komen. 😎
Banen in de organische chemie
Zoals hierboven vermeld, brengen organisch chemici hun loopbaan in het lab door. Welk lab dat is, bepaalt hun richting. Blijven ze in de academische wereld, dan richten ze zich op theoretische aspecten van de wetenschap. Dat zijn de organisch chemici die het meest publiceren.
De industrie is het andere carrièrepad. Wereldwijd werven bedrijven groot en klein de meest getalenteerde chemici. Onder hen vinden we:
- Dow Chemical
- Unilever
- BASF
- Sumitomo
- Formosa
- Air Liquide
- Reliance Industries
- Braske
- Linde
- Sinopec
- Lotte
- Dupont
Zoals je waarschijnlijk weet, is de lijst van chemieproducerende bedrijven nog veel langer. Maar deze merken zijn wereldwijd beroemd. We gebruiken hun producten in huis, en boeren gebruiken ze om ons voedsel te verbouwen.
Organisch chemici bevolken ook laboratoria in farmaceutische bedrijven over de hele wereld. Deze bedrijven hebben organisch chemici in dienst en vertrouwen op het werk van analytisch chemici, die helpen producten en productieprocessen te verfijnen.
Tijdens de pandemie werden we ons sterk bewust van merken als Pfizer, Astra Zeneca en Novartis.
Andere grote namen in farmaceutisch onderzoek en productie zijn Merck, Sanofi, GlaxoSmithKline, Johnson & Johnson, Roche en Bayer. Deze en andere laboratoria bewijzen dat een studie organische chemie je in een stabiel carrièreveld brengt.
Toch zul je weinig glamour vinden in de organische chemie. In elk geval niet het soort bekendheid dat de publieke belangstelling lijkt te beheersen. Maar het is waardevol werk, met de wetenschap dat we bijdragen aan het verbeteren van leven en gezondheid.
Vond je dit artikel leuk? Laat een beoordeling achter!
Laden...
