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Die organische Chemie basiert auf der Fähigkeit des Kohlenstoffs, vier stabile Bindungen einzugehen. Kohlenwasserstoffe bilden dabei als Alkane, Alkene und Alkine das fundamentale Gerüst aller organischen Moleküle.
Die Organische Chemie ist das Teilgebiet der Chemie, das sich mit kohlenstoffhaltigen Verbindungen befasst. Der Kohlenstoff (C) nimmt eine Sonderstellung ein, da er aufgrund seiner vier Valenzelektronen genau vier kovalente Bindungen (Atombindungen) ausbilden kann. Man kann sich das Kohlenstoffatom wie einen Legostein mit vier Noppen vorstellen, der in alle Richtungen stabil mit anderen Steinen verknüpft werden kann.
Diese Fähigkeit ermöglicht die Bildung von stabilen Ketten, verzweigten Strukturen und Ringen. Kohlenwasserstoffe sind die einfachsten organischen Verbindungen und bestehen, wie der Name sagt, ausschließlich aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie dienen in der Medizin oft als Grundstruktur für Medikamente oder körpereigene Botenstoffe.
Alkane sind gesättigte Kohlenwasserstoffe. 'Gesättigt' bedeutet hier, dass zwischen den Kohlenstoffatomen ausschließlich Einfachbindungen vorliegen. Jedes C-Atom ist also mit der maximal möglichen Anzahl an Wasserstoffatomen 'gesättigt'. Die allgemeine Summenformel lautet C_nH_(2n+2). Beispiel: Besitzt ein Alkan 3 C-Atome (n=3), hat es (2 × 3) + 2 = 8 H-Atome (Propan).
Alkene gehören zu den ungesättigten Kohlenwasserstoffen, da sie mindestens eine Doppelbindung (C=C) zwischen zwei Kohlenstoffatomen aufweisen. Da eine Doppelbindung zwei Bindungsstellen 'verbraucht', die sonst Wasserstoff binden könnten, besitzen Alkene bei gleicher C-Anzahl zwei Wasserstoffatome weniger als Alkane. Ihre allgemeine Formel ist C_nH_(2n).
Alkine sind ebenfalls ungesättigt und zeichnen sich durch mindestens eine Dreifachbindung (C≡ C) aus. Diese Bindung ist sehr energiereich und verkürzt den Abstand zwischen den C-Atomen. Die allgemeine Summenformel für Alkine mit einer Dreifachbindung lautet C_nH_(2n-2).
Die Benennung folgt der IUPAC-Nomenklatur. Der Stammname richtet sich nach der Anzahl der C-Atome: Meth- (1), Eth- (2), Prop- (3), But- (4), Pent- (5), Hex- (6). Die Endung gibt den Bindungstyp an: -an für Alkane, -en für Alkene und -in für Alkine. Ein Kohlenwasserstoff mit zwei C-Atomen und einer Dreifachbindung heißt somit Ethin.
Verbindungen, die sich nur durch die Anzahl der CH₂-Glieder unterscheiden, bilden eine homologe Reihe. Innerhalb dieser Reihe ändern sich die physikalischen Eigenschaften systematisch: Mit zunehmender Kettenlänge steigen die Siedepunkte, da die Van-der-Waals-Kräfte (schwache Wechselwirkungen zwischen Molekülen) aufgrund der größeren Oberfläche zunehmen.
