Scope of Organic Chemistry    Introduction:‐       Observation of our surroundings show wide variety of living structures, delicious  food items, vibrant coloured clothes, innumerable automobiles, range of health fitness  medicines  etc.    “The  essence  of  all  these  is  the  element  Carbon”.    It  is  wonderful  to  understand the form of carbon in all of the above.     Special properties:‐       Carbon  has  four  electrons  in  the  outermost  orbit  (tetravalent).  Carbon  shares  four  valence  electrons  with  other  atom  of  carbon  or  with  atoms  of  other  elements  to  form four covalent bonds in order to attain octet form.    Carbon  also  exhibits  unique  catenation  property,  by  which  carbon  atoms  are  linked through a covalent bond to form various kinds of chain of carbon atoms.     With the advantage of tetravalency and catenation, carbon forms large number  of compounds such that, the number of compounds formed by carbon alone, exceeds  number of compounds formed by all the other elements in the periodic table.    

Definition :‐       Organic  chemistry  is  “chemistry  of  compounds  of  carbon”.    It  is  these  compounds of carbon in various forms that constitute all aspects of our life.    

Applications :‐     1. Food  which  comprises  of  carbohydrates  (Glucose,  sucrose,  fructose  etc),  proteins  (amino acids), oils and fats (Glycerides) are carbon compounds.  2. Clothes and fabrics made of cotton (cellulose), silk (wood pulp), Nylon (from adipic  acid and dimethyl amine), terylene (from dimethyl terphthalate and ethylene glycol),  acrylic (artificial wool) comprise of carbon in different form.   3. Clothes  are  colourful    due  to  dyes  (colouring  matter)  which  are  yet  again  carbon  compounds  Alizarin  dye  imparts  red  colour,  indigo‐blue,  malachite  –  green,  Naphthol‐yellow.   4. Various hydrocarbons like petrol, diesel, kerosene gasoline are energy sources to run  engines in automobiles.   5. Propellants, a kind of fuel used in rocket is a mixture of fuel and an oxidizer.       

2   6. Application  of  organic  compounds  in  usage  of  drugs  in  the  field  of  medicine  has  given  rise  to  chemotherapy.    To  name  a  few,  dettol  (Chloro‐xylenol),  salol  are  antiseptics,  penicillin,  tetracycline  are  antibiotics,  aspirin,  despirin,  novalgin  which  reduce  pain  are  analgesic,  paracetamol,  crocin  used  during  fever  are  antipyretic,  antimalarial drugs like chloroquin, quinine are used to cure malaria.    7. Petrochemicals  are  used  as  raw  materials  in  the  manufacture  of  polymers,  detergents, pesticides and even in cosmetics.    8. Living  protoplasm  structures  essentially  found  in  animals  and  plants  is  made  up  of  carbon.  The carbon left behind after death or decay of living structures and matter  is an evidence to ultimate role of carbon in everything.      

Functional Group:‐    

  Structural  feature  of  carbon  compound  show  carbon  bonding  with  hydrogen  invariably  and  some  time  with  hetero  atom  (different  atom)  like  halogen,  oxygen,  nitrogen,  sulphur  and  phosphorous.    Presence  of  hetero  atom  or  group  with  heteroatom,  in  the  structure  of  carbon  compounds  confer  specific  properties  to  the  compound, hence are called functional groups.  Thus functional group is defined as an  atom  or  group  of  atoms  that  determines  the  characteristic  properties  of  organic  compounds.     Examples :‐     Structure  Compound  Functional group        H  Methyl alcohol   ‐OH : alcohol   H – C – O – H         H 

        H    O  H – C –  C – O – H        H 

Acetic acid  

‐ COOH: Carboxylic acid  


‐ CHO; aldehyde  


‐ Cl : chloro  

         H    H  H – C – C = O           H 

         H      H – C – C l         H 



Homologous series:‐     Homologous  series  is  the  series  of  closely  related  compounds  with  similar  chemical properties.    

Characteristics:‐     1. 2. 3. 4.

These series are represented by General formula  Two successive member of series differ by ‐CH2.   They are prepared by common methods  Show a regular gradation in physical properties.     Example:  Homologous  series  alkane  has  general  formula  CnH2n  +2  and  that  of  alkene  and alkyne,  CnH2n  and  CnH2n‐2  respectively  where  n  is  number  of  carbon  atoms.      Alkane series  Name  Molecular Formula  Methane  CH4  Ethane  C2H6  Propane  C3H8  Butane  C4H10 

    Alkene series  Name  Ethene  Propene  Butene  Pentene 

Molecular Formula  C2H4  C3H6  C4H8  C5H10 

Alcohol series  Name  Methanol  Ethano  Propanol  Butanol 

Molecular Formula  CH3OH  C2H5OH  C3H7OH  C4H9OH 





Emperical formula and Molecular formula:     Compounds are represented by a chemical formula and is of two types   a) empirical formula        b) molecular formula     Emperical  formula  gives  the  simple  whole  number  ratio  of  atoms  of  various  elements present in one molecule of the compound.  Example: Hydrogen peroxide has  empirical  formula  HO,  hydrogen  and  oxygen  are  in  the  ratio  of  1  :  1.    Glucose  has  empirical formula CH2O, carbon, hydrogen and oxygen are present in the ratio of 1:2 : 1.      Molecular formula gives the actual number of atoms of various elements present  in  one  molecule  of  the  compound.  Example:  Molecular  formula  of  benzene  is  C6H6  which show 6 atoms of carbon and 6 atoms of hydrogen.     Compound  Emperical formula  Molecular formula     Hydrogen peroxide   HO  H2O2    Glucose  CH2O  C6 H12 O6     Benzene  CH  C6 H6    Napthalene   C5H4  C10 H8    Ethene  CH2  C2H4    Ethane   CH3  C2H6       Relation between emperical formula and molecular formula :   Emperical formula and molecular formula are related by  Molecular formula = ( emperical formula )n                           Where n is simple whole number and is given by,                     Molecular mass  n =                  Emperical formula mass     Example : Molecular mass of acetylene is 26,   Emperical formula of acetylene is CH,    ∴emperical formula mass is 13.  26 ∴n =   = 2  13 ∴molecular formula of acetylene = (CH)2 = C2H2   


Hydrocarbons :‐    

  Hydrocarbons are compounds made up of carbon and hydrogen. Hydrocarbons  are  regarded  as  chief  or  parent  compounds,  hence  modern  definition  of  organic  chemistry  is,  “the  chemistry  of  the  hydrocarbons  and  their  derivatives”.    Other  compounds of carbon are considered as derivatives of hydrocarbons that are obtained  by replacing one or more hydrogen atoms with atoms of elements like oxygen nitrogen,  halogen etc.    

Classification:‐      Hydrocarbons are classified as   1. Saturated  hydrocarbons   2. Unsaturated  hydrocarbons    Saturated  hydrocarbons  contain  carbon‐carbon  single  bond.    Example:  alkanes,  cycloalkanes.     Unsaturated hydrocarbon contain carbon‐carbon double bond or carbon‐carbon  triple bond or both.  Example: alkenes, alkynes    Alkanes  are  compounds  containing  different  carbon  atoms  with  carbon‐carbon  single bond to form open chain of carbon atoms.  Example: methane, ethane, etc.    Alkenes  are  compounds  containing  carbon‐carbon  double  bond  in  the  open  chain of carbon atoms. Example: ethene, propene, etc.    Alkynes  are  compounds  containing  carbon  –  carbon  triple  bond  in  the  open  chain of carbon atoms are termed as alkynes. Example: ethyne, propyne, etc.   

  Structural representation of hydrocarbons:‐       Structural formula is represented by showing, covalent bond by  ”—” between  two atoms. Hence,  single bond is represented by ”—”,   double bond is represented by “=”,   triple bond is represented by  “≡”.    Since carbon is tetravalent, in the structural formula, always carbon has four bonds.            

6 Examples:‐     1. Alkanes  




Molecular  formula   CH4 

Structural formula  




     H    H H – C – C – H        H     H 




      H     H    H H – C –  C – C  – H         H     H    H 

2. Alkenes  


C2 H4  

     H     H H – C = C – H  

     H H – C  – H         H 

        H     H    H H – C –  C = C  – H       H                H     H    H    H  H – C =  C – C  ‐ C – H                   H    H       



C3 H6  



C4 H8  

3. Alkynes  


C2 H2  

H – C ≡ C – H    



C3 H4 



C4 H6  

      H H – C – C ≡ C – H       H                         H    H  H – C ≡ C – C – C – H                  H     H 


  Substitution reaction :   

  Reactions in which one or more hydrogen atoms of hydrocarbons are substituted  or replaced by some other atom or group of atoms.     Example: Halogenation of alkanes ‐ It involves replacement of hydrogen atoms of alkane  by halogen atom.     Chlorination : Methane when treated with chlorine in presence of diffused light  forms  chloromethane,  dichloromethane,  trichloromethane,  tetrachloromethane  by  replacing one, two, three and four hydrogen atoms of methane.              

7     CH4 + Cl2  diffused‐light        CH3Cl            +          HCl          (methane)             (chloromethane)            CH3Cl+ Cl2   diffused‐light       CH2Cl2           +          HCl                                               (dichloromethane)             CH2Cl2 + Cl2  diffused‐light     CH Cl3           +          HCl                                                         (trichloromethane           or chloroform)           CH Cl3 + Cl2     diffused‐light    CCl4               +          HCl                                                         (tetrachloromethane         or carbon tetrachloride)     Addition Reactions:       Alkenes  and  alkynes  contain  double  and  triple  bonds  respectively  and  are  rich  source  of  electrons.  Hence  are  more  reactive  and  undergo  addition  reactions  to  form  saturated products.      Example:‐     1. Addition  of  hydrogen:  Ethene  undergo  addition  reaction  with  hydrogen,  when  heated in presence of nickel catalyst to form ethane                 H    H                                                         H    H      H – C = C – H      +  H2             Ni            H – C – C – H               ethene                                  ∆                  H     H           ethane     2. Addition  of  bromine:    Ethene  undergo  addition  reaction  with  bromine  in  carbon  tetrachloride to form 1, 2 di bromo ethane.                 H   H                                                                  H    H  H – C = C – H      +  Br2               CCl4              H – C2 – C1 – H               ethene                                                      Br   Br                       1, 2 – dibromoethane  

    Nomenclature (Elementary idea):‐   IUPAC system of naming organic compounds    A  proper  name  is  assigned  to  a  particular  organic  compound  on  the  basis  of  IUPAC system (international union of pure and applied chemistry)  In  IUPAC  system,  name  of  organic  compound  consists  of  three  parts  1)  root  word            2) suffix   3) prefix.        

8 1. Root  word  denotes  number  of  carbon  atoms  in  the  parent  chain.  Root  word  for  carbon chain containing different number of carbon atoms are as given below.       No.  of  carbon  Root  No.  of  carbon  Root word   atoms in chain   word atoms in chain  1  meth 6  hex  2 


prop  8 




pent  10 



    2. Suffix :  It is the word linked to the root word at the end.  It is of two types     a) primary suffix: It indicates nature of linkage in carbon atoms.  Example: For  carbon atoms linked by a single covalent bond, suffix: ane, for carbon atoms  linked  by  double  bond,  suffix:  ene,  for  carbon  atoms  linked  by  triple  bond,  suffix: yne.     b) Secondary suffix indicates presence of functional group and secondary suffix  word  is  added  by  replacing  ‘e’  of  ane,  ene  and  yne  of  primary  suffix  word.  (Note: ‘e’ is retained if secondary suffix begins with a consonant )      Class  of  organic  Functional group   Secondary Suffix   compound   Alcohols   ‐ OH   ‐ ol 



‐ CHO 

‐ al 


‐ C = O  

‐ one  

Carboxylic acids 

‐ COOH  

‐ oic acid  


‐ COOR  

‐ alkyl……..oate 


‐ C ≡ N 

‐ nitrile 


‐ NH2 

‐ amine  

9 3. Prefix :  It refers to side chain or substituent and is placed before the root word.      Substituent   Prefix   Substituent Prefix   ‐ F  Fluoro  ‐ No  nitroso   ‐ Cl  


‐ OCH3  


‐ Br  


‐ OC2H5 


‐ I  


CH3 ‐  


‐ NO2 


CH3CH2 ‐  


  Hence IUPAC names of some alkane, alkene and alkynes are as follows.     Common name   Compound   Root word  IUPAC name            H  Root word : meth   Meth + ane = methane   1) Methane      H – C –  H   Primary suffix: ane         H          H   H  2) Ethane         Root word : eth   Eth + ane = ethane   H – C – C – H   Primary Suffix : ane        H    H           H    H     H  3) Propane   Root word : prop   Prop + ane = propane   H – C – C – C – H   Primary Suffix : ane       H    H    H          H     H  4) Ethylene   Root word : eth   eth + ene = ethene   H – C = C – H   Primary Suffix : ene          H    H     H  5) Propylene   Root word : prop   Prop + ene = propene   H – C – C = C – H   Primary Suffix : ene       H           but + ene = but – 1 – ene   Root word : but   6) α‐butylene         H    H     H     H  H – C1 = C2 – C3 – C4 – H   Primary Suffix : ene                     H      H   (double bond at 1st carbon)  H – C ≡ C – H   7) Acetylene  Root word : eth   eth + yne = ethyne     Primary Suffix : yne    8) Methylacetylene          H      H – C – C ≡ C – H        H         9)Ethylacetylene  

       H    H  H – C4 –C3 – C2 ≡ C1        H    H             H 


Root word : prop   Primary Suffix : yne    Root word : but   Primary Suffix : yne 

Prop + yne = propyne  

but + yne = but – 1 – yne  

10 IUPAC names of compounds with Functional groups       Common Name   Compound   Alcohols :‐          H   H 1) Ethyl alcohol   H – C – C – OH        H    H 

IUPAC name     Ethanol  

  2)n‐butyl alcohol  

Aldehydes:‐   3) Formaldehyde  

     H    H     H     H H – C – C – C – C – O ‐  H        H     H    H    H   

                         H      H – C = O   



  4) Acetaldehyde   Ketones:‐   5) Dimethyl ketone  

     H     H H – C – C = O 

         H    O     H H – C – C – C – H        H           H 

Ethanal     Propanone  

  6) ethyl methyl ketone  

Carboxylic acids:‐   7) Formic acid  8) Acetic acid  

     H    O    H     H H – C – C – C – C –  H        H           H    H                           O      H – C – O – H                    H    O      H – C – C – O – H        H            

Butan –2–one  

  Methanoic acid  Ethanoic acid 

  Esters:‐   9) Ethylacetate 

     H    O          H     H H – C – C – O ‐ C – C –  H        H                 H    H      


             10) Methyl acetate  

     H     O          H      H – C – C – O ‐ C  –  H        H                 H            


           Nitriles:‐   11) Methyl cyanide 

     H          H – C – C ≡N       H            

  Ethane nitrile 

11      H    H      H – C – C – C ≡ N        H     H          

12) Ethylcyanide  


  Amines:‐   13) Methyl amine 

     H    H      H – C – N – H        H                


       H    H     H H – C – C – N – H        H     H          

14) Ethylamine  


    IUPAC names of compounds with substituent.       Common Name   Compound          H    H       H 1) Isobutane  

IUPAC name   2‐ methylpropane      

2) Ethylchloride  

Chloro ethane  

H – C1 – C2 – C3 – H        H              H            H – C – H                  H           H    H      H – C – C – C l         H     H                

  3) Isopropyl iodide  

       H     H      H H – C1 – C2 – C3 – H         H     I      H             

2 – iodopropane  

  4) Sec‐ butyl bromide  

      H    H    H     H H – C – C – C – C –  H        H   Br    H    H      

2‐ bromobutane 

                5) Ethylmethylether  

      H           H     H H – C – O – C – C –  H        H           H    H           

               Note:‐ Nomenclature is dealt in detail in 11th standard.        



EXERCISES    1) Explain tetravalency of carbon  2) What is catenation?  3) Carbon forms large number of compounds. Justify.  4) Define organic chemistry  5) Explain the scope of organic chemistry  6) What are functional groups?  7) Mention the functional group of alcohol and aldehye.  8) What is homologous series? Explain with example.  9) Write molecular formula of two successive homologues of C3H8  10)  What is general formula of alkynes  11)  What is empirical formula? Give example.  12)  What is molecular formula? Give example.  13)  Write the relation between empirical formula mass and molecular formula mass  14)  What are hydrocarbons?  15)  Classify the following in to saturated and unsaturated hydrocarbons  a. Ethane   c. Ethene       

        b.   Butane           d.   Propye 

16)  What are alkanes? Give example.  17)  What are akenes? Give two examples  18)  What are the compounds containing carbon‐carbon triple bond in the open  chain of carbon atoms called as?  19) Write the structural formula of   a. propane  


b.   Butene 


c. Ethyne 

20)  What is substitution reaction? Explain chlorination of methane  21)  How many substitution products are formed from the reaction between ethane  and chlorine  22)  Why are alkene and akynes more reactive compared to alkanes  23)  Explain addition of hydrogen to ethene  24)  Write the name and structural formula of product formed by addition of  bromine to ethene  25)  What does the root word of IUPAC name of organic compound indicate? 

13 26)  What is the root word given for the chain of six carbon atoms?  27)  What is a primary suffix  28)  What is the primary suffix given for carbon atoms linked by   a. Double bond   


b. Triple bond 

29)  What is significance of secondary suffix in the nomenclature of organic  compounds?  30) What are the secondary suffix for the functional groups  a. Aldehyde    b. Ketone     c. Carboxylic acid  31)  What does the prefix part of the IUPAC name of organic compounds represent?   


32)  What are the prefixes used for   a. –NO2      b. –CH3    33)  Write the structural formula for the following  a. Propene    b.  1‐butanol    c.  Chloroethane    34)  Write the IUPAC name of the following  a.                                                b.         H    O               H    H    H   H – C – C – O – H   H – C – C – C – H           H                H    I    H             







****************          Prepared by :            Shobha Gorbal      Head of the Dept. of Chemistry,      Vidya Mandir Independent PU College,      11th Cross, Malleshwaram, Bangalore