Materia organiczna. Klasy organiczne

Istnieje kilka definicji tego, czym są substancje organiczne, jak różnią się one od innych grup związków - nieorganicznych. Jedno z najczęstszych wyjaśnień pochodzi od nazwy "węglowodory". W rzeczywistości podstawą wszystkich cząsteczek organicznych są łańcuchy atomów węgla związane z wodorem. Istnieją inne elementy, które nazywane są organogennymi.

Chemia organiczna przed odkryciem mocznika

Ludzie od dawna używają wielu naturalnych substancji i minerałów: siarki, złota, żelaza i rud miedzi, sól. Przez cały okres istnienia nauki - od starożytności do pierwszej połowy XIX wieku - naukowcy nie mogli udowodnić związku pomiędzy żywą i nieożywioną naturą na poziomie struktury mikroskopowej (atomy, cząsteczki). Uważano, że substancje organiczne zawdzięczają swój wygląd mitycznej sile życiowej - witalności. Mit o możliwości podniesienia człowieka "homunkulusa". W tym celu konieczne było umieszczenie różnych produktów odpadowych w beczce, odczekać pewien czas, aż do momentu powstania siły życiowej.

Miażdżący cios dla witalizmu zajął się pracą Wellera, który syntetyzował mocznik materii organicznej ze składników nieorganicznych. Tak więc udowodniono, że nie ma żywotności, natura jest jedna, organizmy i związki nieorganiczne są tworzone przez atomy tych samych pierwiastków. Skład mocznika był znany nawet przed pracą Wellera, badanie tego związku nie było trudne w tych latach. Niezwykły był fakt uzyskania substancji charakterystycznej dla metabolizmu, poza ciałem zwierzęcia lub osoby.

Teoria A. M. Butlerov

Rola rosyjskiej szkoły chemików w kształtowaniu nauki o badaniu materii organicznej jest świetna. Nazwy Butlerowa, Markownikowa, Żelińskiego, Lebiediewa wiążą się z całymi epokami w rozwoju syntezy organicznej. Założycielem teorii budowy związków jest A. M. Butlerov. Słynny chemik w latach 60-tych XIX wieku wyjaśnił skład substancji organicznych, przyczyny różnorodności ich struktury, ujawnił zależność między składem, strukturą i właściwościami substancji.

Na podstawie ustaleń Butlerowa możliwe było nie tylko usystematyzowanie wiedzy na temat już istniejących związków organicznych. Teraz można przewidzieć właściwości substancji jeszcze nieznanych nauce, aby stworzyć schematy technologiczne do ich produkcji w warunkach przemysłowych. Wiele pomysłów wiodących chemików organicznych jest dziś w pełni zrealizowanych.

Na bazie koksu, węgiel, Gaz ziemny i surowce ropy naftowej w branży otrzymują bardzo wiele rodzajów produktów. Rozpoczęto masową produkcję sztucznych i syntetycznych materiałów, które są wykorzystywane we wszystkich sferach życia. Film, szkolny długopis, szczegóły samochodu - jeśli będziesz kontynuował listę wszystkiego, co daje synteza organiczna, okazuje się, że jest bardzo długa.

Materia organiczna

Podobieństwo składu pierwiastkowego jest charakterystyczne dla wszystkich znanych substancji, ale wyraźne znaki są nadal obecne. Chociaż nie ma jednego pierwiastka chemicznego w nieożywionej naturze, który nie byłby w składzie organizmów. Chodzi o liczbę różnych atomów. Substancje organiczne składają się głównie z węgla, wodoru, tlenu, azotu. To właśnie te pierwiastki chemiczne są organogeniczne. Porównajmy ich procent w żywej komórce:

• tlen - około 70%;
• węgiel - do 18%;
• wodór wynosi około 10%;
• azot - 2%.

Wymienione elementy i substancje organiczne w komórce jako całości stanowią około 98% całkowitej masy żywego organizmu. Atomy fosforu, siarki, sodu, potasu, żelaza, chloru zawierają kilka dziesiątych procenta. Jeszcze mniej chromu, boru, litu, kobaltu. Wszystkie elementy pod względem liczby i wartości dla żywych istot zostały połączone w grupy: makro- i mikroelementy. Ich znaczenie determinowane jest nie tylko ilością, ale także wpływem na funkcje.

Zauważalne jest, że zawartość organizmów żywych w postaci atomów węgla znacznie przekracza otaczające ciała przyrody nieożywionej, na przykład glebę. Fakt ten był jednym z decydujących czynników, kiedy narodziła się nazwa całej grupy substancji. Najpierw jednak wiele związków zawierających węgiel nazwano zbiorczo "materią organiczną". Komórki zawierają główne grupy takich związków i pochodnych. Nie ma wyraźnej granicy między naturą nieorganiczną a związkami organicznymi. Naukowcy opracowali kryteria, na podstawie których substancje są przypisane do różnych klas. Liczba nowo zsyntetyzowanych związków organicznych rośnie w niespotykanym tempie w ostatnich dziesięcioleciach. Ich łączna liczba osiąga kilka milionów (według różnych źródeł, od 7 do 10 milionów).

Woda + materia organiczna jest podstawą życia na Ziemi.

Żywe komórki zawierają najbardziej rozpowszechnioną i tajemniczą substancję na naszej planecie - wodę. Jest to związek nieorganiczny z jednym atomem tlenu i dwoma atomami wodoru (elementy organogenne). Zawartość wody w ciele osoby dorosłej wynosi około 65%, ale wraz z wiekiem maleje liczba cudownych cząsteczek H ₂ O w tkankach. Z tym wiąże się utrata skóry i inne związane z wiekiem zmiany.

Woda jest medium, w którym zachodzą wszystkie najbardziej złożone reakcje biochemiczne w ciele. W porównaniu z fabrykami i roślinami procesy zachodzące w ludzkich komórkach zachodzą w "łagodnych" warunkach: w temperaturze zaledwie 36,6 ° C, chociaż produkcja tych samych substancji musiała być ogrzana do 100 stopni lub więcej. Sekret skuteczności ciała, jako "żywej maszyny" - obecności biologicznych katalizatorów. Ta grupa obejmuje enzymy. Formuły substancji organicznych tej klasy są bardzo złożone, zawierają witaminy, atomy metali i inne cząsteczki (koenzymy).

Woda bierze udział w rozkładzie organicznych związków komórkowych. Proces ten nazywa się "hydrolizą", co oznacza "rozkład wody". Wszystkie substancje spożywcze wchodzące do żywych organizmów są dzielone na części składowe, z których zbudowane są, podobnie jak cegły, ich własne cząsteczki substancji organicznych.

Węglowodory

Istnieje podział na limity i nienasycone klasy substancji organicznych. Te pierwsze tworzą łańcuchy atomów węgla połączone prostymi wiązaniami sigma. W cząsteczkach drugiego występuje podwójne wiązanie składające się z jednego "sigma" - i jednego "pi". Istnieje również potrójne wiązanie (jedno połączenie "sigma" i dwa "pi"). Limity węglowodorów są nasycone i nienasycone - nienasycone. Oznacza to, że w nich niewiązanie atomów węgla jest wydalane lub nasycane przez dodanie wodoru.

Limit węglowodorów obejmuje alkany; Najważniejszymi przedstawicielami tej klasy są metan, etan, propan i inne gazowe i ciekłe węglowodory. Są częścią gazu ziemnego, ropy naftowej. Tak więc niektóre pola gazu ziemnego zawierają do 95% metanu. Olej jest przetwarzany przez pękanie (rozłupywanie). Tę mieszaninę węglowodorów dzieli się na frakcje lekkie, średnie (ciekłe), ciężkie (olej opałowy, smoła).

Dla różnych klas związków węglowodorowych charakterystyczna jest pewna struktura "szkieletowa", zbiór powiązanych grup funkcyjnych. Dlatego zwyczajowo mówi się o homologii lub podobieństwie substancji tej samej klasy między sobą.

Rozważmy niektóre formuły substancji organicznych - węglowodorów (HC).

• Pierwsi trzej przedstawiciele nasyconych węglowodorów: CH ₄ - metan, C ₂ H ₆ - etan, C ₃ H ₈ - propan.
• Początek homologicznej serii nienasyconych węglowodorów z jednym wiązaniem podwójnym: C2H4-eten, C3H-propen, C4H8-buten.
• Węglowodory nienasycone z potrójnym wiązaniem: C2H2 - etyn (acetylen), C3H6 - propyn, C4H8 - buten.

Spalanie i utlenianie - właściwości węglowodorów

Podczas spalania substancji organicznej, która należy do klasy węglowodorów, wśród produktów reakcji są dwutlenek węgla i woda. To wytwarza ciepło przechowywane w wiązaniach chemicznych cząsteczek. Ten sam wynik można uzyskać przez spalanie drewna, pozostałości roślinnych. Energia substancji organicznych - gazu ziemnego, torfu, oleju, łupków bitumicznych - była od dawna wykorzystywana do ogrzewania budynków mieszkalnych i przemysłowych.

W ostatnich latach uznano za nieadekwatne wydawanie wyczerpanych zasobów ropy i gazu do ogrzewania. O wiele ważniejsze jest stosowanie ich jako surowców dla przemysłu chemicznego. Opracowano alternatywne rodzaje paliw, źródła energii - biopaliwa, silniki wiatrowe, moc pływów.

Utlenianie węglowodorów wytwarza nowe substancje organiczne - przedstawicieli innych klas (aldehydy, ketony, alkohole, kwasy karboksylowe). Na przykład duże ilości acetylenu idą do produkcji kwasu octowego. Część tego produktu reakcji jest następnie zużywana do produkcji włókien syntetycznych. Kwasowy roztwór (9% i 6%) znajduje się w każdym domu - jest to zwykły ocet. Utlenianie substancji organicznych jest podstawą do uzyskania bardzo dużej liczby związków o znaczeniu przemysłowym, rolniczym i medycznym.

Węglowodory aromatyczne

Aromatyzm w cząsteczkach organicznych to obecność jednego lub więcej jąder benzenowych. Łańcuch 6 atomów węgla zamyka się w pierścieniu, pojawia się w nim sprzężone wiązanie, dlatego właściwości takich węglowodorów nie są podobne do innych węglowodorów.

Aromatyczne węglowodory (lub areny) mają ogromne znaczenie praktyczne. Wiele z nich jest szeroko stosowanych: benzen, toluen, ksylen. Są stosowane jako rozpuszczalniki i surowce do produkcji leków, barwników, gumy, gumy i innych produktów syntezy organicznej.

Związki tlenowe

Jako część dużej grupy substancji organicznych znajdują się atomy tlenu. Należą do najbardziej aktywnej części cząsteczki, jej grupy funkcyjnej. Alkohole zawierają jedną lub więcej cząsteczek hydroksylowych -OH. Przykłady alkohole: metanol, etanol, gliceryna. W kwasach karboksylowych występuje inna funkcjonalna cząstka - karboksyl (-COOH).

Inne związki organiczne zawierające tlen to aldehydy i ketony. Kwasy karboksylowe, alkohole i aldehydy w dużych ilościach występują w składzie różnych narządów roślin. Mogą być źródłem naturalnych produktów (kwas octowy, alkohol etylowy, mentol).

Tłuszcze są związkami kwasów karboksylowych i trójatomowego alkoholu glicerynowego. Oprócz alkoholi i kwasów o strukturze liniowej występują związki organiczne z pierścieniem benzenowym i grupą funkcyjną. Przykłady aromatycznych alkoholi: fenolu, toluenu.

Węglowodany

Najważniejszymi organicznymi substancjami ciała, które tworzą komórki, są białka, enzymy, kwasy nukleinowe, węglowodany i tłuszcze (lipidy). Proste węglowodany - monosacharydy - znajdują się w komórkach w postaci rybozy, dezoksyrybozy, fruktozy i glukozy. Ostatni węglowodan na tej krótkiej liście jest główną substancją metabolizmu w komórkach. Ryboza i dezoksyryboza są składnikami kwasów rybonukleinowych i dezoksyrybonukleinowych (RNA i DNA).

Rozdzielenie cząsteczek glukozy uwalnia energię niezbędną do aktywności życiowej. Po pierwsze, jest przechowywany w tworzeniu pewnego rodzaju energii pereonschika - trifosforanu adenozyny (ATP). Substancja ta jest transportowana przez krew, dostarczana do tkanek i komórek. Dzięki sekwencyjnemu rozszczepieniu trzech reszt z adenozyny kwas fosforowy energia jest uwalniana.

Tłuszcz

Lipidy są substancjami żywych organizmów o określonych właściwościach. Nie rozpuszczają się w wodzie, są cząstkami hydrofobowymi. Nasiona i owoce niektórych roślin, tkanki nerwowej, wątroby, nerek, krwi zwierząt i ludzi są szczególnie bogate w substancje tej klasy.

Skóra ludzi i zwierząt zawiera wiele małych gruczołów łojowych. Wydzielane przez nie są wyświetlane na powierzchni ciała, smarują je, chronią przed utratą wilgoci i przenikaniem drobnoustrojów. Warstwa podskórnej tkanki tłuszczowej chroni narządy wewnętrzne przed uszkodzeniem, służy jako substancja rezerwowa.

Wiewiórki

Białka stanowią ponad połowę wszystkich substancji organicznych w komórce, w niektórych tkankach ich zawartość sięga 80%. Dla wszystkich typów białek o wysokiej masie cząsteczkowej, obecność pierwszorzędowych, drugorzędowych, trzeciorzędowych i czwartorzędowych struktur. Po podgrzaniu ulegają zniszczeniu - następuje denaturacja. Podstawowa struktura to wielki łańcuch aminokwasów dla mikroświata. Pod wpływem specjalnych enzymów w układzie pokarmowym zwierząt i ludzi, makrocząsteczka białka rozkłada się na części składowe. Wchodzą do komórek, gdzie następuje synteza substancji organicznych, innych białek specyficznych dla każdego żywego stworzenia.

Enzymy i ich rola

Reakcje w komórce zachodzą w tempie trudnym do uzyskania w warunkach produkcyjnych, dzięki katalizatorom - enzymom. Istnieją enzymy działające tylko na białka - lipazy. Hydroliza skrobi zachodzi przy udziale amylazy. Lipaza jest niezbędna do rozkładu na składniki tłuszczowe. Procesy z udziałem enzymów we wszystkich żywych organizmach. Jeśli dana osoba nie ma żadnego enzymu w komórkach, to wpływa to ogólnie na metabolizm na zdrowie.

Kwasy nukleinowe

Substancje odkryte i wyizolowane z jąder komórek pełnią funkcję przekaźników dziedzicznych. Główna ilość DNA zawarta jest w chromosomach, a cząsteczki RNA znajdują się w cytoplazmie. Kiedy DNA jest duplikowane (duplikowane), staje się możliwe przekazywanie informacji dziedzicznych do komórek płciowych - gamet. Kiedy się łączą, nowy organizm otrzymuje materiał genetyczny od rodziców.