કાર્બનિક રસાયણ (Organic Chemistry)

કાર્બનિક રસાયણ (Organic Chemistry) : રાસાયણિક તત્વ કાર્બનનાં સંયોજનોનું રસાયણ. આ વ્યાખ્યામાં કાર્બન મૉનોક્સાઇડ, કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ, કૅલ્શિયમ કાર્બોનેટ જેવાં કાર્બનનાં સંયોજનોનો સમાવેશ કરાતો નથી. તેમને અકાર્બનિક સંયોજનો ગણવામાં આવે છે. વધુ વ્યાપક વ્યાખ્યા પ્રમાણે કાર્બન પરમાણુઓની એકબીજા સાથે જોડાયેલ શૃંખલારૂપી વિશિષ્ટતા ધરાવતાં સંયોજનો કાર્બનિક સંયોજનો (organic compounds) ગણાય છે.

લેમરી નામના ફ્રેંચ વૈજ્ઞાનિકે 1675માં કુદરતમાં મળતા પદાર્થોનું (1) ખનિજ પદાર્થો (ગંધક, મીઠું વગેરે), (2) વનસ્પતિજ પદાર્થો (ખાંડ, તેલ વગેરે) અને (3) પ્રાણિજ પદાર્થો (દૂધ, પ્રોટીન, સરેશ વગેરે) એમ ત્રણ વિભાગમાં વર્ગીકરણ કર્યું. 1874માં ફ્રેંચ રસાયણજ્ઞ લેવોઝિયરે દર્શાવ્યું કે પ્રાણિજ અને વનસ્પતિજ પદાર્થો વચ્ચે સામ્ય છે અને કેટલાક પદાર્થો પ્રાણી તેમજ વનસ્પતિસૃષ્ટિમાં મળી આવે છે. પ્રાણી તેમજ વનસ્પતિસૃષ્ટિમાં મળતા પદાર્થો જીવન સાથે સંકળાયેલ હોઈ તેમને સેન્દ્રિય (organic) પદાર્થો તરીકે ઓળખવામાં આવતા હતા.

ઘણા જ પ્રાચીન સમયથી કાર્બનિક પદાર્થોની જાણ મનુષ્યને હતી. ખાંડ, વિવિધ તેલો, ચરબી, મેંદો, ગુંદર, રાળ, મદ્યના રૂપમાં આલ્કોહૉલ, સરકો (vinegar), ગળી, મજીઠનો રંગ (alizarin), એક પ્રકારનાં જીવડા(mussels and whelks)નાં સંપીડન કરેલાં કોચલાંમાંથી બનાવવામાં આવતો અતિ કીમતી લાલ રંગ (ટિરિયન પર્પલ) વગેરે એ સમયમાં પણ જાણીતા હતા. સાબુ બનાવવો, સુતરાઉ કાપડ, રેશમ તથા ઊન રંગવું તથા ગળ્યા પદાર્થોનું આથવણ (fermentation) કરીને મદ્ય મેળવવું વગેરે ક્રિયાઓ પણ એ જમાનામાં જાણીતી હતી. ભારતનું પણ આ ક્ષેત્રે નોંધપાત્ર પ્રદાન હતું.

રસાયણશાસ્ત્રનો વિકાસ થતાં પ્રાણિજ તથા વનસ્પતિજ સૃષ્ટિમાંથી શુદ્ધ રૂપમાં કાર્બનિક સંયોજનો મેળવવાનું શક્ય બન્યું હતું. સત્તરમી સદીમાં લોબાન અને અંબરમાંથી અનુક્રમે બેન્ઝોઇક ઍસિડ અને સક્સિનિક ઍસિડ મેળવવામાં આવ્યા હતા. આ જ સમયમાં લાકડાના વિઘટનાત્મક નિસ્યંદન(destructive distillation)થી મિથેનૉલ તથા એસિટોન મેળવવામાં આવ્યાં હતાં. અઢારમી સદીના અંતમાં શીલે ખાટી દ્રાક્ષમાંથી ટાર્ટરિક ઍસિડ, લીંબુમાંથી સાઇટ્રિક ઍસિડ, સફરજનમાંથી મૅલિક ઍસિડ, માયામાંથી ગૅલિક ઍસિડ, છાશમાંથી લૅક્ટિક ઍસિડ, માનવમૂત્રમાંથી યૂરિક ઍસિડ અને સોરેલ કાષ્ઠમાંથી ઑક્ઝેલિક ઍસિડ છૂટા પાડ્યા હતા. ખાંડના નાઇટ્રિક ઍસિડ દ્વારા ઉપચયનથી ઑક્ઝેલિક ઍસિડ, તેલો અને પ્રાણિજ ચરબીમાંથી ગ્લિસરીન પણ તેમણે મેળવ્યું. રૂલે 1773માં માનવમૂત્રમાંથી યૂરિયા, લિબિગે 1829માં અશ્વમૂત્રમાંથી યૂરિક ઍસિડ, શેવરૂલે 1815માં જ્ઞાનતંતુઓમાંથી કૉલેસ્ટરૉલ, સેટુર્નરે 1805માં અફીણમાંથી મૉર્ફિન તથા 1820માં પેલેટિયર અને ક્વેન્ટુએ સિંકોનાની છાલમાંથી ક્વિનાઇન અને સિંકોનાઇન તથા ઝેરકોચલામાંથી સ્ટ્રિકનાઇન અને બ્રુસીન શુદ્ધ સ્વરૂપમાં મેળવ્યાં. લેવોઝિયરે સાબિત કર્યું કે કાર્બનિક પદાર્થોમાં કાર્બન અને હાઇડ્રોજન હોય છે. આ ઉપરાંત તેમાં ઑક્સિજન, નાઇટ્રોજન, ગંધક, ફૉસ્ફરસ વગેરે હોય છે. આ તત્વોમાંથી ઉપર દર્શાવેલા અને અન્ય કાર્બનિક પદાર્થો બને છે.

જીવનશક્તિ સિદ્ધાંત (vital force theory) : 1855માં બર્ઝેલિયસની માન્યતા પ્રમાણે કાર્બનિક પદાર્થો ફક્ત વનસ્પતિ અને પ્રાણીસૃષ્ટિમાંથી મળે છે અને તેમને પ્રયોગશાળામાં બનાવી શકાતા નથી અને ફક્ત જીવનશક્તિ દ્વારા જ બનાવી શકાય. આ સિદ્ધાંત અનુસાર યૂરિયા, લૅક્ટિક ઍસિડ વગેરે પ્રાણી કે કીટાણુઓ જ બનાવી શકે કારણ કે તે જીવંત છે. 1828માં જર્મન રસાયણજ્ઞ વ્હૉલરે આકસ્મિક રીતે બતાવ્યું કે એમોનિયમ સાયનેટ દ્રાવણને ગરમ કરતાં તેમાંથી યૂરિયા (કાર્બનિક પદાર્થ) બનાવી શકાય છે. આમ યૂરિયા પ્રાણીશરીરમાં જ બની શકે તેવી માન્યતા ખોટી ઠરી.

        NH₄CNO                → H₂NCONH₂

      એમોનિયમ સાયનેટ     → યૂરિયા

1845માં કોલ્બેએ C, H અને O તત્વોમાંથી એસેટિક ઍસિડ અને 1836માં બર્થેલોટે મિથેનનું સંશ્લેષણ કર્યું. આ રીતે જીવનશક્તિ સિદ્ધાંત ખોટો છે તેમ પુરવાર થયું.

કાર્બનિક સંયોજનોની વિશિષ્ટતાઓ : કાર્બનિક અને અકાર્બનિક રસાયણ વચ્ચે તાત્વિક ભેદ નહિ હોવા છતાં કેટલાંક અગત્યનાં વ્યવહારુ કારણોસર બંને શાખાઓને અલગ રાખવામાં આવેલી છે. કારણો નીચે પ્રમાણે છે : (1) કાર્બનિક સંયોજનોની સંખ્યા દશ લાખ કરતાં પણ વધુ છે. (2) કાર્બનિક સંયોજનોનું સૂત્ર જટિલ હોય છે અને તેમના અણુભાર પણ ઊંચા હોય છે. દા.ત., ખાંડ(C₁₂H₂₂O₁₁)નો અણુભાર 342 અને સ્ટાર્ચનો અણુભાર 17,000થી 22,500 જેટલો છે. (3) કાર્બન પરમાણુઓમાં એકબીજા સાથે જોડાવાની બંધનક્ષમતા (catenation) છે. (4) કાર્બનિક સંયોજનો જીવનના પાયામાં રહેલાં છે, કારણ કે બધી જ જીવંત સૃષ્ટિમાં તેમની હાજરી છે. (5) તેમનાં ગ.બિંદુ અને ઉ.બિંદુ 400⁰થી નીચાં હોય છે અને ગરમ કરતાં સળગી ઊઠે છે. મોટાભાગના કાર્બનિક પદાર્થો કાર્બનિક દ્રાવકોમાં દ્રવે છે. તે સમઘટકતા અને સહસંયોજકતા બતાવે છે. કાર્બનિક સંયોજનો જુદી જુદી સમાનધર્મી શ્રેણીમાં વહેંચી નાખવામાં આવ્યાં છે, જેમાં ક્રમિક સભ્યો વચ્ચે એક કાર્બન અને બે હાઇડ્રોજન(-CH₂)નો તફાવત હોય છે.

કાર્બનિક સંયોજનોનાં અગત્યનાં પ્રાપ્તિસ્થાનો : ખાંડ, ગ્લુકોઝ, મેંદો, રૂ, ક્વિનાઇન, રબર, તેલ વગેરે ખેતી કે જંગલોની પેદાશ તરીકે મળે છે. બેન્ઝીન, ટોલ્વિન, ફીનૉલ વગેરે ખનિજ-કોલસામાંથી તથા ખનિજ-તેલમાંથી મળે છે; તેમાંથી રંગો, ઔષધો, દારૂગોળો, પ્લાસ્ટિક, કૃત્રિમ રેસા (નાયલૉન, ટેરિલીન) અને સૅકેરીન જેવા ગળ્યા પદાર્થો વગેરે મળે છે. ખનિજ-તેલમાંથી પેટ્રોલ, કેરોસીન, મીણ, વૅસેલિન, બેન્ઝીન, ટોલ્યુઇન વગેરે મળે છે. તેમને પેટ્રોરસાયણ કહેવામાં આવે છે. તે કાર્બનિક રસાયણમાં ઘણું અગત્યનું સ્થાન ધરાવે છે. કેટલાક પદાર્થો પ્રાણિજ સૃષ્ટિમાંથી પણ મળે છે. દા.ત., દૂધશર્કરા, લૅક્ટિક ઍસિડ વગેરે. પેનિસિલિયમ નોટેટમમાંથી પેનિસિલીન અને અન્ય પ્રતિજીવીઓ (antibiotics) મળે છે.

કાર્બનિક રસાયણનું મહત્વ : ખોરાક [ખાંડ, લોટ, પ્રોટીન (કઠોળ, માંસ, દૂધ) તેલ, ઘી, વિટામિન વગેરે], કપડાં [સૂતર, ઊન, રેશમ, શણ, રેયૉન, નાયલૉન, ટેરિલીન વગેરે], બળતણ [લાકડું, ખનિજ-કોલસો, પેટ્રોલિયમ, આલ્કોહૉલ વગેરે], સ્વાસ્થ્યરક્ષા અને ઔષધો [ઍસ્પિરિન, ક્વિનાઇન, સલ્ફા ઔષધો વગેરે], સુગંધીદાર પદાર્થો [વેનિલીન, કપૂર, આયોનોન વગેરે], વિસ્ફોટક પદાર્થો [નાઇટ્રોગ્લિસરીન, ટ્રાયનાઇટ્રો ટોલ્યુઇન વગેરે] તેમજ કાગળ, સાબુ, ફિલ્મ, રબર, પ્લાસ્ટિક પદાર્થો, રંગો વગેરે જેવી જીવનની પ્રાથમિક જરૂરિયાતના પદાર્થો કાર્બનિક સંયોજનો છે.

કાર્બનિક રસાયણજ્ઞનાં મુખ્ય કાર્યો નીચે પ્રમાણે છે : (1) કુદરતમાં મળી આવતાં કાર્બનિક સંયોજનોને અલગ પાડી શુદ્ધ કરવાં, (2) આવા પદાર્થનું બંધારણ નક્કી કરવું, (3) કુદરતમાં મળી આવતા પદાર્થોનું સંશ્લેષણ કરવું, (4) તેમના ગુણધર્મો અને અન્ય સંયોજન વચ્ચે થતી પ્રક્રિયાનો અભ્યાસ કરવો તેમજ સંયોજનોનાં બંધારણ અને તેના ગુણધર્મો તથા પ્રક્રિયાઓ વચ્ચેના સંબંધનો અભ્યાસ કરવો, (5) કુદરતમાં નહિ મળતાં સંયોજનોનું સંશ્લેષણ કરવું અને તેમના બંધારણ અને ગુણધર્મો વચ્ચે સંબંધ શોધી તેના પરથી તે પદાર્થ અમુક વિશિષ્ટ ગુણધર્મો ધરાવતો હશે તેમ નક્કી કરવું. તે પરથી ઔષધો, રંગો, પ્લાસ્ટિક વગેરેની શોધ શક્ય બની છે.

કાર્બનિક રસાયણ મુખ્યત્વે ત્રણ વિભાગમાં વહેંચી શકાય : (1) એલિફેટિક, (2) ઍરોમૅટિક અને (3) વિષમચક્રીય (heterocyclic).

એલિફેટિક સંયોજનો : જે સંયોજનોમાં કાર્બન એકબીજા સાથે જોડાઈને સળંગ કે શાખાવાળી શૃંખલા બનાવે તેને એલિફેટિક સંયોજનો કહે છે. આ ઉપરાંત શૃંખલાના બંને છેડેના કાર્બન પણ એકબીજા સાથે જોડાઈને ચક્રીય રચના બનાવી શકે છે, જેને ચક્રીય (alicyclic) સંયોજનો કહે છે. એલિસાઇક્લિક સંયોજનોના રાસાયણિક તથા ભૌતિક ગુણધર્મો મુક્ત શૃંખલાવાળા સમાવયવી (analogous) સંયોજનો જેવા જ હોય છે. સૌથી સાદાં એલિફેટિક સંયોજનો સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનો છે, જે પ્રાકૃતિક તેલ તથા વાયુમાંથી મળે છે. આમાં માત્ર કાર્બન તથા હાઇડ્રોજન તત્વો જ હોય છે અને કાર્બનના ચતુ:સહસંયોજક ગુણધર્મને આધારે -CH₂ – એકમો સળંગ શૃંખલા રૂપે હોય છે. આ સંયોજનો તેમની રાસાયણિક નિષ્ક્રિયતાને લીધે પૅરેફિન્સ (parum affinis = less affinity = ઓછી ક્રિયાશીલતા) તરીકે ઓળખાય છે. તેમના દહનથી કાર્બન ડાયૉક્સાઇડ તથા પાણી ઉપરાંત મોટા પ્રમાણમાં ઊર્જા મળે છે. (આથી બળતણ તરીકે તે ઘણાં સક્ષમ છે). તેમની મુખ્ય પ્રક્રિયા વિસ્થાપન(displacement)ની છે જેમાં તેમાંના એક કે વધુ હાઇડ્રોજન

સારણી

સામાન્ય નામ	IUPAC નામ	હાઇડ્રોકાર્બન (સામાન્ય સૂત્ર)	ઉદાહરણ
સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન	આલ્કેન	CnH2n+2 (n=1,2,3 etc.)	મિથેન, ઇથેન, પ્રોપેન વગેરે
દ્વિબંધવાળાં અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન	આલ્કીન	CnH2n	ઇથિલીન, પ્રોપિલીન, બ્યુટિલીન વગેરે
ત્રિબંધવાળાં અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બન	આલ્કાઇન	CnH2n–2	ઍસેટિલીન, મિથાઇલ ઍસેટિલીન વગેરે

પરમાણુનું બીજા કોઈ પરમાણુ કે પરમાણુસમૂહ દ્વારા વિસ્થાપન થઈ શકે છે. જ્યારે બે કાર્બન પરમાણુ ચાર કે છ ઇલેક્ટ્રૉનથી એકબીજાના સહયોગી (બે અથવા ત્રણ સહસંયોજક બંધ) બને છે ત્યારે અસંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનો નીપજે છે. દ્વિબંધવાળાં સંયોજનોને ઓલેફિન્સ (olefins = oil producing) કહે છે, કારણ કે તે ક્લોરિન સાથે સંયોજાઈને તૈલી પ્રવાહી સંયોજનો બનાવે છે. ત્રિબંધવાળાં સંયોજનોને ઍસેટિલીન્સ કહે છે કારણ આ શ્રેણીનો પ્રથમ સભ્ય ઍસિટિલીન છે. અસંતૃપ્ત સંયોજનોના ભૌતિક ગુણધર્મો તેમનાં સહધર્મી સંતૃપ્ત સંયોજનોથી ખાસ ભિન્ન પડતા નથી પરંતુ રાસાયણિક રીતે તે વધુ ક્રિયાશીલ હોય છે અને યોગશીલ (addition) પ્રક્રિયા તેમની લાક્ષણિક પ્રક્રિયા છે જેની દ્વારા તે સંતૃપ્ત સંયોજનોમાં પરિવર્તન પામે છે. નીચેની સારણીમાં આ વિષે વધુ સ્પષ્ટતા જણાશે.

હાઇડ્રોકાર્બન	R – H
આલ્કોહૉલ	R – OH
આલ્કિલ હેલાઇડ	R – X
ઍમાઇન	R – NH2
	RR – NH
	RRR – N
નાઇટ્રો સંયોજન	R – NO2
નાઇટ્રાઇલ	R – CN
ઈથર	R – O – R’
આલ્ડિહાઇડ
કિટોન
કાર્બૉક્સિલિક ઍસિડ
સલ્ફોનિક ઍસિડ	R – SO3H
એસ્ટર
એસાઇલ હેલાઇડ
ઍમાઇડ
ઍસિડ એન્હાઇડ્રાઇડ	(R – C = O)2O
ક્ષારો
	(M = ધાતુ)
	R – SO3 – M

આમાંની કોઈ એક શ્રેણીમાંનો એક સભ્ય તેની પછીના સભ્યથી -CH₂ એકમથી ભિન્ન હોય છે. દા.ત., CH₄ તથા C₂H₆ તથા C₃H₈ વગેરે. આવી શ્રેણીને સમાનધર્મી શ્રેણી (homologous series) કહે છે.

હાઇડ્રોકાર્બનમાંના એક કે વધુ હાઇડ્રોજન પરમાણુનું વિસ્થાપન કોઈ ક્રિયાશીલ સમૂહ દ્વારા કરવાથી આ શ્રેણીનાં અન્ય સંયોજનો બને છે. આવા અણુઓ બે ભાગની વિશિષ્ટતા ધરાવે છે : (i) હાઇડ્રોકાર્બન વિભાગ (R) તથા (ii) વિશિષ્ટ ક્રિયાશીલ સમૂહ. આને કારણે ઉપર દર્શાવેલી અગત્યની શ્રેણીઓ બને છે.

આ શ્રેણીઓ હાઇડ્રોકાર્બનની ઉપચયન અથવા વિસ્થાપન નીપજો છે અને તે પ્રમાણમાં વિવિધ સરળ રીતોથી મેળવી શકાય છે. પ્રત્યેક વિભાગનાં સંયોજનોમાં વિશિષ્ટ ક્રિયાશીલ સમૂહ છે જેના દ્વારા તે પોતાના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો દર્શાવે છે. ઉદા. તરીકે ઈથર સંયોજનો C-O-C બંધથી જોડાવાની તથા રાસાયણિક નિષ્ક્રિયતા દર્શાવવાની વિશિષ્ટતા દર્શાવે છે. આલ્ડિહાઇડ તથા કીટોન બંનેમાં સામાન્ય ક્રિયાશીલ સમૂહ > C = O હોઈ એકબીજા સાથે ગાઢ રીતે સંકળાયેલા છે અને બંનેની પ્રક્રિયાઓ આ સમૂહને લીધે થાય છે, કાર્બૉક્સિલિક ઍસિડ તેમાંના સમૂહને લીધે એસિડિક ગુણધર્મ દર્શાવે છે. આ બધી શ્રેણીઓ સંતૃપ્ત હાઇડ્રોકાર્બનો કરતાં રાસાયણિક રીતે વધુ ક્રિયાશીલ હોઈ ઉપચયન, અપચયન, જલવિઘટન કે વિસ્થાપન પ્રક્રિયાઓ હાઇડ્રોકાર્બનને મુકાબલે વધુ સરળતાથી કરી શકે છે. કોઈ વાર એક જ કાર્બનિક અણુમાં બે એકસમાન કે ભિન્ન ક્રિયાશીલ સમૂહો પણ હોય છે અને પ્રત્યેક સમૂહ તેના વિશિષ્ટ ગુણધર્મો દર્શાવી શકે છે. એમીનો ઍસિડ, એમીનો આલ્કોહૉલ, હેલો-કીટોન, ડાય-કાબૉર્ક્સિલિક ઍસિડ વગેરે આ પ્રકારનાં ઉદાહરણો છે.

ઍરોમૅટિક સંયોજનો : આ શ્રેણીનાં સંયોજનોમાંનાં કેટલાંકની વિશિષ્ટ સુગંધ(aroma)ને કારણે ઍરોમૅટિક નામ પ્રચલિત બન્યું છે. બેન્ઝીન અને તેનાં વ્યુત્પન્નો ઍરોમૅટિક સંયોજનો છે. બેન્ઝીન 1825માં વહેલ માછલીના તેલના વિભંજન (pyrolysis) દ્વારા મેળવાયેલું. તેનું સૂત્ર C₆H₆ ક્રિયાશીલતા (અસંતૃપ્તતા) દર્શાવતું હોવા છતાં બેન્ઝીન પ્રમાણમાં નિષ્ક્રિય છે. કેક્યૂલેએ 1865માં તેની ચક્રીય (અ) રચના દર્શાવી જેમાં પ્રત્યેક કાર્બન એકસરખો ક્રિયાશીલ છે. કેક્યૂલેએ એ પણ દર્શાવ્યું કે બેન્ઝીનનાં નીચે મુજબનાં (બ તથા ક) બે સતત ગતિશીલ, પરિવર્તનશીલ સ્વરૂપો છે, જેને બેન્ઝીનનાં સંસ્પંદન સ્વરૂપો કહે છે. ખરેખર રચના આ બંને સ્વરૂપોને આવરી લે છે. આધુનિક આણ્વીય કક્ષક રચના (ડ) મુજબ છે. જેમાં ચક્રમાંના છ ઇલેક્ટ્રૉન (પાઇ-ઇલેક્ટ્રૉન) એકસરખા ફેલાયેલા હોય છે (આસ્તૃત, smeared). તેથી દ્વિબંધનું ચોક્કસ સ્થાન નક્કી ન કરી શકાય, તેમજ ખરેખર બંધ એક તથા દ્વિબંધ વચ્ચેનો કોઈ વિશિષ્ટ બંધ છે (આને ઍરોમૅટિક બંધ પણ કહે છે.)

ઍરોમૅટિક સંયોજનોની વિશિષ્ટતા-પરિસ્થાપન પ્રક્રિયા છે. યોગશીલ પ્રક્રિયા સામાન્યત: થતી નથી અને માત્ર જલદ પરિસ્થિતિમાં જ તે કરી શકાય છે. આ રીતે વિસ્થાપન-પ્રક્રિયાની સહજતા બેન્ઝીનને સંતૃપ્ત સંયોજનો સાથે સંબંધિત દર્શાવે છે. વિસ્થાપન નીચેના ચાર સમૂહો પૂરતું મર્યાદિત છે : (i) હેલોજન પરમાણુઓ, (ii) નાઇટ્રો (NO₂), (iii) આલ્કિલ (-R) તથા એસાઇલ (-COR) અને (iv) સલ્ફોનિક ઍસિડ (-SO₃H) સમૂહ. આ ચાર સમૂહો બેન્ઝીનમાં સીધા જ દાખલ કરી શકાય છે. આ ઉપરાંત ઉપર દર્શાવેલા વિવિધ સમૂહો પણ બીજી આડકતરી રીતો દ્વારા બેન્ઝીનમાં દાખલ કરી શકાય છે. આને કારણે બનતાં વ્યુત્પન્નોમાં બેન્ઝીનના પોતાના ગુણધર્મો ઉપરાંત જોડાયેલ સમૂહના ગુણધર્મો પણ પ્રસ્થાપિત થાય છે.

બેન્ઝીન ચક્રમાંના કાર્બન બીજી કાર્બનચક્રીય રચનામાંના કાર્બનના ઇલેક્ટ્રૉન સાથે સહભાગી થઈને જોડાઈ શકે છે. આ રીતે સંલયિત (fused) ચક્રો મળે છે એટલે કે નવી બનેલી બે કે વધુ ચક્રીય રચનાઓમાંના કેટલાક કાર્બન પરમાણુઓ બંને વચ્ચે સામાન્ય હોય છે. નેપ્થેલીન, એન્થ્રેસીન, ફીનેન્થ્રીન વગેરે આવાં સંયોજનોનાં ઉદાહરણો છે. આવાં સંયોજનોની રાસાયણિક ક્રિયાશીલતા ઍરોમૅટિક તથા એલિફેટિક સંયોજનોની મધ્યવર્તી (intermediate) હોય છે. આવાં વધુ સંઘનિત વલયો ધરાવતાં સંયોજનોનાં કેટલાંક વ્યુત્પન્નો દ્વારા ચામડીનું કૅન્સર થાય છે. તેમને કાર્સિનોજેનિક રસાયણો કહે છે. સંઘનિત ચક્રીય સંયોજનોમાંનાં કેટલાંક વ્યુત્પન્નો અગત્યનાં રંગકો તેમજ ઔષધો તરીકે જાણીતાં છે.

વિષમચક્રીય (heterocyclic) સંયોજનો : આવાં ચક્રીય સંયોજનોમાં વલયમાંનો ઓછામાં ઓછો એક પરમાણુ કાર્બન સિવાયનો કોઈ એક પરમાણુ (દા.ત., N, S, O, B, P) હોય છે. સામાન્ય રીતે વિષમ પરમાણુ N તથા O હોય છે પરંતુ S પણ કેટલાંકમાં હોય છે. આવાં સંયોજનોમાં પાંચ કે છ સભ્યોવાળાં વલયો સામાન્ય રીતે હોય છે. તે ઍરોમૅટિક ગુણધર્મ દર્શાવે છે પરંતુ બેન્ઝીનના મુકાબલે ઓછા ઍરોમૅટિક ગુણ બતાવે છે. આ ઉપરાંત ત્રણ કે ચાર અથવા આઠ પરમાણુવાળાં ચક્રીય સંયોજનો પણ જાણીતાં છે. પરંતુ તે પ્રમાણમાં ઓછાં સ્થાયી હોવા ઉપરાંત એલિફેટિક ગુણધર્મો દર્શાવે છે. વિષમચક્રીય સંયોજનોમાં બે કે વધુ વિષમ પરમાણુ પણ હોય છે પરંતુ બહુ થોડાં દેહધાર્મિક (physiological) અગત્યવાળાં છે. તેમને બાદ કરતાં મુખ્ય અગત્ય તો એક વિષમ પરમાણુવાળાં સંયોજનોની છે. ઍરોમૅટિક વલય સાથે પણ વિષમચક્રીય વલય જોડાઈ શકે છે પરંતુ ક્વિનોલીન સિવાયનાં બીજાં ઓછી અગત્યનાં છે.

નાઇટ્રોજન પરમાણુ ધરાવતાં વિષમચક્રીય સંયોજનોમાં પાયરોલ, પિરિડીન તથા ક્વિનોલીન જાણીતાં છે. કોલટારનું નિસ્યંદન કરી મેળવેલા પ્રવાહીમાં આ સંયોજનો હોય છે. તેમનાં ઘણાં વ્યુત્પન્નો જાણીતાં છે. નાઇટ્રોજન વિષમ-ચક્રીયોમાં આલ્કેલૉઇડ અગત્યના કુદરતી પદાર્થો છે. નાઇટ્રોજનને કારણે બેઝિકતા દર્શાવતા આ પદાર્થો ‘‘આલ્કલી જેવા’’ ગુણ હોવાથી આલ્કેલૉઇડ તરીકે ઓળખાય છે. સામાન્ય રીતે તે કાર્બનિક ઍસિડ સાથે ક્ષાર રૂપે મળે છે. દેહધાર્મિક ગુણધર્મ તેમની વિશિષ્ટતા છે. ક્વિનીન, કોડીન, નિકોટીન, કોકેઇન આવાં આલ્કેલૉઇડનાં ઉદાહરણો છે. આ ઉપરાંત પાંદડામાં રહેલ લીલા રંગ માટે જવાબદાર ક્લૉરોફિલ, લોહીના લાલ રંગ માટે જવાબદાર હેમીન, બાઇલ રંગકો તથા B સમૂહનાં વિટામિનો નાઇટ્રોજનયુક્ત વિષમચક્રીયો છે.

ઑક્સિજન પરમાણુ ધરાવતાં વિષમચક્રીય સંયોજનો ફ્યુરાન તથા પાયરાન છે. સામાન્યત: કાબૉર્દિત પદાર્થો આ કાર્બોહાઇડ્રેટ પ્રકારની રચના ધરાવે છે. આવાં સંયોજનો દ્વિલક તથા બહુલક (પાણીનો અણુ દૂર કરીને બે સંયોજનોમાંથી બનતાં સંયોજનને દ્વિલક તથા ઘણાં સંયોજનોમાંથી બનતાં સંયોજનને બહુલક કહે છે.) સાદા પદાર્થોના ઉદાહરણ તરીકે શર્કરા તથા બહુલકના ઉદાહરણ તરીકે સ્ટાર્ચ અને સેલ્યુલોઝ ગણાવી શકાય.

(કાર્બનિક રસાયણમાંની પ્રક્રિયાઓ માટે જુઓ કાર્બનિક પ્રક્રિયાઓ.)

કાર્બનિક રસાયણમાં સંશોધન : આવાં સંશોધનનો એક અગત્યનો વિભાગ છે કાર્બનિક અણુઓનું સંશ્લેષણ. જાણીતાં સામાન્ય સંયોજનોમાંથી ઇચ્છિત કાર્બનિક અણુ આ રીત મુજબ બનાવી શકાય છે. પ્લાસ્ટિક, સંશ્લેષિત રેસા, ઔષધો વગેરે સંશ્લેષણ દ્વારા બનાવવામાં આવે છે. કુદરતમાં મળતાં અનેક સંકીર્ણ સંયોજનો પણ હવે પ્રયોગશાળામાં બનાવી શકાય છે.

સંશોધનનો બીજો વિભાગ કાર્બનિક અણુઓનું બંધારણ નક્કી કરવાનો છે. આ માટે તેના ગુણધર્મોનો અભ્યાસ તથા સ્પેક્ટ્રમિતિની મદદ લેવાય છે. ક્ષ-કિરણ વિવર્તન (diffraction) પણ હવે વપરાય છે.

સંશોધનનો ત્રીજો વિભાગ પ્રક્રિયા-પ્રક્રમનો અભ્યાસ છે. પ્રક્રિયાઓ કેવા મધ્યવર્તીઓ મારફતે, કયા વેગથી, કયા ઉત્સેચક દ્વારા ધીમી યા ઝડપી થશે તે પ્રકારનો અભ્યાસ આ વિભાગમાં થાય છે.

હવે કાર્બનિક રસાયણજ્ઞો જીવ-રસાયણ(biochemistry)માં રસ લેતા થયા છે. જીવંત રચનાઓ(organisms)માં જે અણુઓ છે તેનો અભ્યાસ આ શાખામાં થાય છે. આ વિજ્ઞાનમાં કાર્બન, હાઇડ્રોજન, ઑક્સિજન, નાઇટ્રોજન તથા ફૉસ્ફરસનાં પરમાણુયુક્ત સંયોજનો આવે છે. મોટાભાગના અગત્યના અણુઓ જૈવ-બહુલકો (bio-polymers) હોય છે જેના (i) પ્રોટીન્સ, (ii) કાબૉર્દિત પદાર્થો તથા (iii) ન્યૂક્લીઇક ઍસિડ એવા વિભાગ પાડવામાં આવે છે.

કાર્બનિક રસાયણ અને પર્યાવરણ : સંશોધનો દ્વારા માનવજાતને ઉપયોગી અનેક કાર્બનિક સંયોજનો મેળવી શકાયાં છે, પરંતુ આમાંનાં કેટલાંકની પૃથ્વીના વાતાવરણ ઉપર તેમજ જાનવરો કે માનવો ઉપર વિપરીત અસરો પણ થઈ છે. કેટલાંક કાર્બનિક સંયોજનોથી કૅન્સર થતું જણાયું છે. ઍરોમૅટિક ઍમાઇન્સ આવાં સંયોજનો છે જેમાં 2-નેપ્થાઇલ ઍમાઇન મહત્વનું કાર્સિનોજન છે. પશ્ચિમમાં આના ઉપયોગ ઉપર પ્રતિબંધ છે, કારણ કે તેના સંસર્ગમાં આવતા 50 ટકા લોકો ઉપર કૅન્સરની અસર થઈ છે. રંગક ઉદ્યોગમાં પણ આવાં કાર્સિનોજન-મિથાઇલ યલો અથવા 4-ડાઇમિથાઇલ એમીનો એઝોબેન્ઝીન મળ્યાં છે. ડાઇ-ઇથાઇલ સ્ટીલ્બેસ્ટ્રોલ નામનું ગર્ભપાત અટકાવવા વપરાતું ઔષધ પણ કાર્સિનોજન છે. કીટનાશકો આવા બીજા જીવલેણ પદાર્થો છે. ડીડીટી આવું રસાયણ છે. તેનાથી અસંખ્ય માછલીઓ, પક્ષીઓ વગેરેને વિષાળુ અસર થાય છે. આવાં ફૉસ્ફરસયુક્ત સંયોજનોમાં મેલાથાયોન તથા પૅરાથાયોન કીટનાશકો પણ ગણાવી શકાય. સંશ્લેષિત પ્રક્ષાલકોમાં વધુ ફૉસ્ફેટ હોવાને કારણે તે નુકસાનકારક હોવા ઉપરાંત તેનાથી જળપ્રદૂષણ થાય છે. આના કારણે પાણીમાં લીલ (algae) તેમજ નાના છોડવા (weeds) વધુ ઊગે છે. પરિણામે પાણીમાંના ઑક્સિજનનું પ્રમાણ ઘટે છે (eutrophication). એરોસોલ (સ્પ્રે) તરીકે તેમજ રેફ્રિજરેટરમાં વપરાતાં ક્લૉરોફ્લોરોમિથેન CF₂Cl₂ તથા CFCl₃ પણ ખૂબ નુકસાનકારી છે. આવાં સંયોજન પૃથ્વી ફરતા રહેલા ઓઝોન પડમાંના ઓઝોનને પ્રક્રિયા દ્વારા ઓછો કરે છે. પરિણામે ઓઝોન-પડમાં કાણું પડે છે જેથી સૂર્યમાંથી નીકળતાં નુકસાનકારી પારજાંબલી કિરણો પૃથ્વી ઉપર વધુ પ્રમાણમાં પહોંચીને ચામડી ઉપર દાહક તેમજ કૅન્સર જેવી અસર કરે છે. આવાં અનેક ઉદાહરણો કાર્બનિક રસાયણજ્ઞને સતર્ક બનાવે છે, જેથી પ્રત્યેક સંયોજનને ઉપયોગમાં લેતાં અગાઉ તેમની સંભાવ્ય વિષાળુ તથા મારક અસરો જાણવી જરૂરી બને છે.

કાર્બનિક રસાયણ–ઉદ્યોગ : કાર્બનિક રસાયણોનો મુખ્ય પ્રાપ્તિસ્રોત પેટ્રોલ તથા પ્રાકૃતિક વાયુ છે. અગાઉ કોલસાના નિર્વાત દહન દ્વારા કોક તથા કોલટાર મેળવાતાં, જેમાંના કોલટારમાંથી બાષ્પશીલ સંયોજનો – બેન્ઝીન, ટૉલ્યુઈન, નેપ્થેલીન જેવા ઍરોમૅટિક પદાર્થો  મેળવાતાં. આ પદાર્થો રંગઉદ્યોગ માટે જરૂરી મધ્યવર્તી સંયોજનો હોઈ સૌ પહેલો રસાયણ-ઉદ્યોગ યુરોપમાં સંશ્લેષિત રંગકોનો વિકસ્યો. પ્રથમ વિશ્વયુદ્ધ પછી અમેરિકામાં પણ રસાયણ-ઉદ્યોગ ઝડપી વિકાસ પામ્યો અને છેલ્લાં 50 વર્ષમાં તો અમેરિકા આ ઉદ્યોગમાં અગ્રસ્થાને છે. આ ઉદ્યોગનાં મહત્વનાં પ્રદાનો પ્લાસ્ટિક, રંગકો, સંશ્લેષિત રેસા, પ્રક્ષાલકો તથા ઔષધો ગણાવી શકાય. ઔદ્યોગિક કંપનીઓ આ માટે મોટી આધુનિક પ્રયોગશાળાઓ નિભાવે છે જેમાં આવાં સંયોજનોની સતત સુધારણા, નવી બનાવટોનું સંશોધન વગેરે થતું હોય છે.

કાર્બનિક રસાયણોનો 90 ટકા હિસ્સો હવે પેટ્રોલ તથા પ્રાકૃતિક વાયુમાંથી મેળવાય છે. આને પેટ્રો-કેમિકલ ઉદ્યોગ કહે છે. પેટ્રોલમાંથી આલ્કેન, સાઇક્લોઆલ્કેન, ઍરોમૅટિક વગેરે વિવિધ સંયોજનો અલગીકરણ પદ્ધતિથી છૂટાં પાડવામાં આવે છે. કેરોસીન, બળતણ તેલ, આસ્ફાલ્ટ વગેરે પેટ્રોલમાંથી મળે છે. પેટ્રોલ પેદાશોનો મોટો હિસ્સો પ્લાસ્ટિક, સંશ્લેષિત રેસા, સંશ્લેષિત રબર વગેરે બહુલકો બનાવવામાં વપરાય છે. વિશ્વમાં આ નીપજોનું પ્રતિવર્ષ 50 લાખ ટન જેટલું ઉત્પાદન થાય છે. સ્ટીલ ઉદ્યોગ પછીનું બીજું સ્થાન આ બહુલક ઉદ્યોગ ધરાવે છે. ખાદ્ય ઉદ્યોગમાં રંગ માટે, સુગંધ માટે, જાળવણી માટે એમ વિવિધ રીતે કાર્બનિક રસાયણો વપરાય છે. ખોરાકમાં રંગક તરીકે લાખો તેમજ સુગંધ તરીકે સેંકડો રસાયણો વપરાય છે. ખાદ્ય પદાર્થોમાં ગળપણ માટે સોડિયમ સાઇક્લામેટ કે કૅલ્શિયમ સાઇક્લામેટ વપરાતાં તે હવે પ્રતિબંધિત છે. સૅકેરીન પણ આવા ગળપણ માટે વપરાય છે પરંતુ તે પણ હવે કાર્સિનોજનમાં ગણાય છે.

આ ઔદ્યોગિક નીપજો પેટ્રોલ તથા કુદરતી વાયુમાંથી મોટાપાયે બનતી હોવાને કારણે વિશ્વનો કુદરતી પેટ્રોલનો જથ્થો હવે મર્યાદિત માત્રામાં રહ્યો હોઈ રસાયણજ્ઞો આના વિકલ્પો શોધવા માટે સંશોધનો કરી રહ્યા છે.

જ. પો. ત્રિવેદી