Химию соединений углерода выделяют в особый раздел науки – органическую химию. Это связано с тем, что по числу соединений углерод значительно превосходит все другие элементы. Причина разнообразия органических соединений заключается в электронном строении атома углерода, в его способности образовывать устойчивые цепочки самой различной длины, в которых атомы углерода соединены друг с другом одинарными, двойными или тройными связями.
А. М. Бутлеров сформулировал основные идеи теории строения органических веществ в виде следующих положений:
1. Все атомы, образующие молекулы органических веществ, связаны в определенной последовательности согласно их валентностям.
2. Свойства веществ зависят не только от того, какие атомы и сколько их входит в состав молекул, но и от порядка соединения атомов в молекулах.
3. По свойствам данного вещества можно определить строение его молекулы, а по строению молекулы предвидеть свойства.
4. Атомы и группы атомов в молекулах веществ взаимно влияют друг на друга.
Значение теории Бутлерова – теория не только объяснила строение молекул всех известных органических веществ и их свойства. Она позволила теоретически предвидеть существование неизвестных и новых веществ, найти пути их синтеза.
В состав цикла могут входить и другие атомы, отличные от углерода, например кислород, сера, азот… В этом случае говорят о гетероциклическом органическом соединении.
Последовательность атомов углерода, соединенных химическими связями, называют углеродным скелетом молекулы.
Ациклические соединения могут содержать как прямую цепь атомов углерода, так и разветвленную. Поэтому различают атомы углерода: первичный (соединен с одним другим атомом углерода), вторичный (соединен с двумя атомами углерода), третичный (соединен с тремя атомами углерода) и четвертичный (соединен с четырьмя атомами углерода). Прямая углеродная цепь состоит только из первичных и вторичных атомов углерода; разветвленная цепь содержит также третичные и четвертичные атомы углерода.