Η ακριβής μοριακή σύνθεση των οργανισμών δεν είναι ακόμη πλήρως γνωστή. Αυτό οφείλεται στον απίστευτο αριθμό και την πολυπλοκότητα των διαφορετικών μορίων ακόμη και σε έναν μονοκύτταρο οργανισμό, για να μην αναφέρουμε πολύπλοκα πολυκύτταρα συστήματα. Αυτή η ποικιλομορφία οφείλεται στις ιδιότητες των ατόμων άνθρακα και στην ικανότητά τους να υφίστανται δομικές αλλαγές. Η συντριπτική πλειοψηφία των κυτταρικών μορίων, εξαιρουμένου του νερού, είναι ενώσεις άνθρακα που ονομάζονται οργανικές. Ο άνθρακας, έχοντας μοναδικές χημικές ιδιότητες θεμελιώδεις για τη ζωή, αποτελεί τη χημική του βάση. Λόγω του μικρού του μεγέθους και της παρουσίας τεσσάρων ηλεκτρονίων στο εξωτερικό του περίβλημα, ένα άτομο άνθρακα μπορεί να σχηματίσει τέσσερις ισχυρούς ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα. Το πιο σημαντικό είναι η ικανότητα των ατόμων άνθρακα να ενώνονται για να σχηματίσουν αλυσίδες, δακτυλίους και τελικά τον σκελετό μεγάλων, πολύπλοκων οργανικών μορίων. Επιπλέον, ο άνθρακας σχηματίζει εύκολα ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα βιογενή στοιχεία (συνήθως H, N, P, O και S). Αυτό εξηγεί τον αστρονομικό αριθμό των διαφόρων οργανικών ενώσεων που εξασφαλίζουν την ύπαρξη ζωντανών οργανισμών σε όλες τις εκδηλώσεις τους. Αυτή η ποικιλομορφία εκδηλώνεται στη δομή και το μέγεθος των μορίων, στις χημικές τους ιδιότητες, στον βαθμό κορεσμού του σκελετού άνθρακα, στα διαφορετικά σχήματα των μορίων που καθορίζονται από τις γωνίες των ενδομοριακών δεσμών.

Μεταξύ των γνωστών οργανικών ουσιών που βρίσκονται στους ζωντανούς οργανισμούς είναι τα μικρά βιολογικά μόρια (αμινοξέα, γκαϊκερόλη, χολίνη, αζωτούχες βάσεις κ.λπ.) και βιοπολυμερή. Βιολογικά πολυμερή — Αυτά είναι υψηλού μοριακού βάρους (μοριακό βάρος 10 3—10 9 dalypon) οργανικές ενώσεις των οποίων τα μακρομόρια αποτελούνται από μεγάλο αριθμό επαναλαμβανόμενων μονάδων - μονομερών.Τα βιοπολυμερή περιλαμβάνουν πρωτεΐνες, νουκλεϊκά οξέα, πολυσακχαρίτες (άμυλο, γλυκογόνο, κυτταρίνη, αίμη και κυτταρίνη, ουσίες πηκτίνης, χιτίνη κ.λπ.) - Τα μονομερή για αυτά είναι αμινοξέα, νουκλεοτίδια και μονοσακχαρίτες, αντίστοιχα.

Τα βιοπολυμερή αποτελούν περίπου το 90% της ξηρής μάζας ενός κυττάρου, με τις πρωτεΐνες να κυριαρχούν ποσοτικά στα ζώα και τους πολυσακχαρίτες στα φυτά.

Πηγή : ΣΤΟ. Lemeza L.V. Kamlyuk N.D. Lisov "Ένα εγχειρίδιο βιολογίας για όσους εισέρχονται στα πανεπιστήμια"

Οργανικές και ανόργανες ενώσεις.

Οργανικές ενώσεις, οργανικές ουσίες - μια κατηγορία χημικών ενώσεων που περιέχουν άνθρακα.

Η εξαίρεση είναι μερικές από τις απλούστερες ενώσεις άνθρακα (για παράδειγμα, καρβίδια, ανθρακικά, οξείδια του άνθρακα, ανθρακικό οξύ, κυανιούχα). Αυτές οι ενώσεις θεωρούνται ανόργανες.

Οι οργανικές ενώσεις πήραν το όνομά τους λόγω του γεγονότος ότι στη φύση βρίσκονται σχεδόν αποκλειστικά σε ζωικούς και φυτικούς οργανισμούς, συμμετέχουν σε διαδικασίες ζωής ή είναι προϊόντα ζωτικής δραστηριότητας ή αποσύνθεσης οργανισμών.

Σε αντίθεση με τις οργανικές ενώσεις, ουσίες όπως η άμμος, ο πηλός, διάφορα μέταλλα, το νερό, τα οξείδια του άνθρακα, το ανθρακικό οξύ και τα άλατά του και άλλες ουσίες που σχετίζονται με την «άψυχη φύση» ονομάζονται ανόργανες ή ορυκτές ουσίες.

Όπως ο άνθρακας, ως μέρος όλων των οργανικών ουσιών, είναι το πιο σημαντικό στοιχείο του ζωικού και φυτικού βασιλείου, έτσι και το πυρίτιο είναι το κύριο στοιχείο του βασιλείου των ορυκτών και των πετρωμάτων.

Ιστορία των ανακαλύψεων οργανικών ενώσεων.

Για μεγάλο χρονικό διάστημα πιστευόταν ότι οι ουσίες που περιέχουν άνθρακα που σχηματίζονται σε οργανισμούς δεν μπορούν, καταρχήν, να ληφθούν με σύνθεση από ανόργανες ενώσεις.

Ο σχηματισμός οργανικών ουσιών αποδόθηκε στην επίδραση μιας ειδικής, απρόσιτης στη γνώση «ζωτικής δύναμης», που δρα μόνο σε ζωντανούς οργανισμούς και καθορίζει την ιδιαιτερότητα των οργανικών ουσιών.

Αυτό το δόγμα ονομάστηκε βιταλισμός (από το λατινικό vis vitalis - δύναμη ζωής).

Η βιταλιστική έννοια διατυπώθηκε πλήρως από έναν από τους πιο έγκυρους χημικούς του πρώτου μισού του 19ου αιώνα, τον Σουηδό επιστήμονα Berzelius.

Το 1824, ο Γερμανός φυσικός Wöhler, μαθητής του Berzelius, ήταν ο πρώτος που έλαβε οξαλικό οξύ (COOH)2 από την ανόργανη ουσία κυανογόνο (CN)2 θερμαίνοντάς το με νερό, μια οργανική ένωση που μέχρι τότε είχε εξαχθεί μόνο από φυτά.

Το 1828, ο Wöhler πραγματοποίησε την πρώτη σύνθεση μιας ουσίας ζωικής προέλευσης: θερμαίνοντας την ανόργανη ένωση κυανικό αμμώνιο NH4CNO έλαβε ουρία (ουρία) (NH2)2CO. Μέχρι αυτό το σημείο, η ουρία απομονώθηκε μόνο από τα ούρα.

Σύντομα έγιναν συνθέσεις άλλων οργανικών ουσιών σε εργαστηριακές συνθήκες:

· Το 1845 στη Γερμανία, ο G. Kolbe συνέθεσε οξικό οξύ,

· Το 1854 στη Γαλλία, ο M. Berthelot έλαβε λίπος συνθετικά,

· Το 1861 στη Ρωσία ο Α.Μ. Ο Butlerov πραγματοποίησε τη σύνθεση μιας ζαχαρούχου ουσίας.

Επί του παρόντος, πολλές οργανικές ενώσεις λαμβάνονται μέσω σύνθεσης. Επιπλέον, αποδείχθηκε ότι πολλές οργανικές ουσίες είναι πολύ πιο εύκολο και φθηνότερο να ληφθούν συνθετικά παρά να απομονωθούν από φυσικά προϊόντα.

Η μεγαλύτερη επιτυχία της χημείας στη δεκαετία του 50-60 του 20ού αιώνα ήταν η πρώτη σύνθεση απλών πρωτεϊνών - της ορμόνης ινσουλίνης και του ενζύμου ριβονουκλεάση.

Έτσι, έχει αποδειχθεί η δυνατότητα συνθετικής παραγωγής ακόμη και πρωτεϊνών, των πιο πολύπλοκων οργανικών ουσιών που είναι απαραίτητοι συμμετέχοντες στις διαδικασίες της ζωής.

Χαρακτηριστικά της δομής των οργανικών ενώσεων.

Οι οργανικές ενώσεις έχουν ένα σημαντικό χαρακτηριστικό. Βρίσκεται στο γεγονός ότι τα άτομα άνθρακα έχουν τη μοναδική ικανότητα να σχηματίζουν μακριές αλυσίδες και να προσκολλούν στον εαυτό τους πολλά άλλα άτομα, για παράδειγμα, άτομα υδρογόνου, οξυγόνου, αζώτου, θείου και φωσφόρου.

Επιπλέον, τα μόρια που σχηματίζονται με αυτόν τον τρόπο είναι αρκετά σταθερά, ενώ τα μόρια με παρόμοια αλυσιδωτή συσσώρευση ατόμων άλλων στοιχείων είναι στη συντριπτική πλειοψηφία των περιπτώσεων πολύ εύθραυστα.

Για παράδειγμα, για το οξυγόνο, το μέγιστο γνωστό μήκος αλυσίδας είναι δύο άτομα και οι ενώσεις που το περιέχουν (υπεροξείδιο του υδρογόνου και τα παράγωγά του) είναι ασταθείς.

Οι μακριές αλυσίδες ατόμων άνθρακα είναι ο λόγος για την τεράστια ποικιλία των οργανικών ενώσεων. Για το λόγο αυτό, υπάρχουν αναρίθμητοι συνδυασμοί συνδυασμών ατόμων που σχηματίζουν τα μόρια τέτοιων ενώσεων.

Έτσι, ο συνολικός αριθμός των γνωστών ανόργανων ενώσεων σήμερα είναι αρκετές δεκάδες χιλιάδες και ο αριθμός των οργανικών ενώσεων έχει ήδη ξεπεράσει τα δύο εκατομμύρια.

Αυτή η περίσταση μας αναγκάζει να διαχωρίσουμε τη λεπτομερή μελέτη της χημείας του άνθρακα σε ένα ανεξάρτητο πεδίο που ονομάζεται οργανική χημεία.

Οργανική χημεία

Δομική ισομέρεια και δομικοί τύποι

Δομική ισομέρεια

Το φαινόμενο του ισομερισμού είναι κοινό μεταξύ των οργανικών ενώσεων. Υπάρχουν πολλές ενώσεις άνθρακα που έχουν την ίδια ποιοτική και ποσοτική σύνθεση και το ίδιο μοριακό βάρος, αλλά εντελώς διαφορετικές φυσικές και συχνά χημικές ιδιότητες.

Για παράδειγμα, σύνθεση C 2 H 6 Oκαι, κατά συνέπεια, δύο διαφορετικές ισομερείς οργανικές ουσίες έχουν μοριακό βάρος 46,07:

1. αιθανόλη- υγρό που βράζει στους 78,4 C, αναμίξιμο με νερό σε οποιαδήποτε αναλογία και

2. διμεθυλαιθέρας- ένα αέριο που είναι σχεδόν αδιάλυτο στο νερό και πολύ διαφορετικό από την αιθυλική αλκοόλη στις χημικές του ιδιότητες.

Ενα άλλο παράδειγμα:

Τύπος C 2 H 4 O 2μπορεί να αντιστοιχεί είτε σε οξικό οξύ είτε σε γλυκολαλδεΰδη.

Δομικοί τύποι

Προκειμένου να αποφευχθεί η σύγχυση, χρησιμοποιούνται δομικοί τύποι για τη σύνταξη των τύπων τέτοιων ουσιών.

Δομικός τύποςείναι ένας τύπος χημικού τύπου που περιγράφει γραφικά τη διάταξη και τη σειρά σύνδεσης των ατόμων σε μια ένωση, εκφρασμένη σε ένα επίπεδο. Οι δεσμοί στους δομικούς τύπους υποδεικνύονται με παύλες σθένους.

Έτσι, οι δομικοί τύποι των ουσιών που δίνονται ως παραδείγματα παραπάνω θα μοιάζουν με αυτό:

Μια τέτοια γραφική αναπαράσταση δομικών τύπων είναι αρκετά περίπλοκη και χρονοβόρα. Συχνά οι τύποι των οργανικών ενώσεων γράφονται με τέτοιο τρόπο ώστε να δίνουν μια ιδέα για το μήκος της υδρογονανθρακικής αλυσίδας και τις λειτουργικές ομάδες που υπάρχουν στο μόριο.

Η απομόνωση των λειτουργικών ομάδων είναι σημαντική επειδή καθορίζουν σε μεγάλο βαθμό τις χημικές ιδιότητες της ένωσης. Έτσι, οι τύποι των παραπάνω ουσιών μπορούν να γραφτούν ως εξής:

1. CH 3 – O – CH 3– διμεθυλαιθέρας,

2. C 2 H 5 – OH- αιθανόλη ( ΑΥΤΟΣ- υδροξυλική ομάδα),

3. CH 3 – COOH- οξικό οξύ ( UNS- καρβοξυλική ομάδα),

4. CH 2 OH – CHO– γλυκολαλδεΰδη ( SNO- ομάδα αλδεΰδης).

Το εξωτερικό κέλυφος ηλεκτρονίων ενός ατόμου άνθρακα αποτελείται από τέσσερα ηλεκτρόνια, με τη βοήθεια των οποίων σχηματίζει τέσσερις ομοιοπολικούς δεσμούς με άλλα άτομα. Χρησιμοποιώντας απλούς (μονούς) ομοιοπολικούς δεσμούς, ένα άτομο άνθρακα μπορεί να συνδέσει τέσσερα άλλα άτομα με τον εαυτό του.

Αλλά τα άτομα μπορούν να συνδεθούν όχι μόνο με έναν απλό, αλλά και με έναν διπλό ή τριπλό ομοιοπολικό δεσμό.

Σε δομικούς τύπους, τέτοιοι δεσμοί υποδεικνύονται με διπλές ή τριπλές γραμμές. Παραδείγματα ενώσεων με διπλούς και τριπλούς δεσμούς είναι το αιθυλένιο C 2 H 4και ακετυλίνη C 2 H 2:

Ανθρακας. Χαρακτηριστικά της δομής. Ιδιότητες.

Δομή του άνθρακα

Ο άνθρακας είναι το έκτο στοιχείο του περιοδικού πίνακα του Mendeleev. Το ατομικό του βάρος είναι 12.

Ο άνθρακας βρίσκεται στη δεύτερη περίοδο του συστήματος Mendeleev και στην τέταρτη ομάδα αυτού του συστήματος.

Ο αριθμός της περιόδου μας λέει ότι τα έξι ηλεκτρόνια του άνθρακα βρίσκονται σε δύο ενεργειακά επίπεδα.

Και ο αριθμός της τέταρτης ομάδας λέει ότι ο άνθρακας έχει τέσσερα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό ενεργειακό του επίπεδο. Δύο από αυτά είναι ζευγαρωμένα μικρό-ηλεκτρόνια, και τα άλλα δύο δεν είναι ζευγαρωμένα R-ηλεκτρόνια.

Η δομή του εξωτερικού στρώματος ηλεκτρονίων του ατόμου άνθρακα μπορεί να εκφραστεί με τα ακόλουθα σχήματα:

Κάθε κύτταρο σε αυτά τα διαγράμματα σημαίνει ένα ξεχωριστό τροχιακό ηλεκτρονίου, το βέλος σημαίνει ένα ηλεκτρόνιο που βρίσκεται στο τροχιακό. Δύο βέλη μέσα σε ένα κύτταρο είναι δύο ηλεκτρόνια που βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό, αλλά με αντίθετα σπιν.

Όταν ένα άτομο διεγείρεται (όταν του μεταδίδεται ενέργεια), ένα από τα ζεύγη μικρό-ηλεκτρόνια κατειλημμένα R-τροχιάς.

Ένα διεγερμένο άτομο άνθρακα μπορεί να συμμετέχει στο σχηματισμό τεσσάρων ομοιοπολικών δεσμών. Επομένως, στη συντριπτική πλειονότητα των ενώσεων του, ο άνθρακας εμφανίζει σθένος τεσσάρων.

Έτσι, η απλούστερη οργανική ένωση, το μεθάνιο υδρογονάνθρακα, έχει τη σύνθεση CH 4. Η δομή του μπορεί να εκφραστεί με δομικούς ή ηλεκτρονικούς τύπους:

Ο ηλεκτρονικός τύπος δείχνει ότι το άτομο άνθρακα στο μόριο μεθανίου έχει ένα σταθερό εξωτερικό κέλυφος οκτώ ηλεκτρονίων και τα άτομα υδρογόνου έχουν ένα σταθερό κέλυφος δύο ηλεκτρονίων.

Και οι τέσσερις ομοιοπολικοί δεσμοί άνθρακα στο μεθάνιο (και σε άλλες παρόμοιες ενώσεις) είναι ισοδύναμοι και συμμετρικά κατευθυνόμενοι στο διάστημα. Το άτομο άνθρακα βρίσκεται, όπως ήταν, στο κέντρο του τετραέδρου (κανονική τετραγωνική πυραμίδα) και τα τέσσερα άτομα που συνδέονται με αυτό (στην περίπτωση του μεθανίου, τέσσερα άτομα υδρογόνου) βρίσκονται στις κορυφές του τετραέδρου.

Χαρακτηριστικά οργανικών ενώσεων

Στοιχεία οργανικής χημείας. Πολυμερή

Χαρακτηριστικά, θεωρία χημικής δομής και ταξινόμηση οργανικών ενώσεων

Οι ενώσεις άνθρακα (εκτός από τις απλούστερες) ονομάζονται οργανικές. Αυτές είναι είτε φυσικές είτε τεχνητές ουσίες. Η οργανική χημεία ασχολείται με τη μελέτη των ιδιοτήτων και των μετασχηματισμών των οργανικών ενώσεων. Αυτό το κεφάλαιο εξετάζει μόνο ένα μικρό μέρος των οργανικών ενώσεων που είναι σημαντικές στην τεχνολογία.

Χαρακτηριστικά οργανικών ενώσεων

Οι οργανικές ενώσεις είναι πολυάριθμες και ποικίλες, ο αριθμός τους ξεπερνά τα 4 εκατομμύρια Η ποικιλομορφία των οργανικών ενώσεων οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στην ικανότητα των ατόμων άνθρακα να σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς μεταξύ τους. Λόγω της υψηλής αντοχής των δεσμών άνθρακα-άνθρακα, σχηματίζονται αλυσίδες που αποτελούνται από μεγάλο αριθμό ατόμων άνθρακα. Τα κυκλώματα μπορεί να είναι είτε ανοιχτά είτε κλειστά (κύκλοι). Ο άνθρακας αλληλεπιδρά με πολλά άλλα άτομα. Με το υδρογόνο, ο άνθρακας σχηματίζει ενώσεις που ονομάζονται υδρογονάνθρακες. Στο φαινόμενο οφείλεται και η ποικιλομορφία των οργανικών ενώσεων ισομερισμός , που συνίσταται στην ύπαρξη ουσιών που είναι πανομοιότυπες σε σύνθεση και μοριακό βάρος, αλλά διαφορετικές ως προς τη δομή και τη χωρική διάταξη των ατόμων.

Στις ιδιαιτερότητες των οργανικών ενώσεων περιλαμβάνεται και η ύπαρξη ομόλογες σειρές, στην οποία κάθε επόμενος όρος μπορεί να προκύψει από τον προηγούμενο προσθέτοντας μία ομάδα ατόμων ειδικά για μια δεδομένη σειρά. Για παράδειγμα, στην ομόλογη σειρά κορεσμένων υδρογονανθράκων, μια τέτοια ομάδα είναι το CH2. Μια ομόλογη σειρά χαρακτηρίζεται από έναν γενικό τύπο, για παράδειγμα, ντο n H 2n+2 για κορεσμένους υδρογονάνθρακες. Ταυτόχρονα, υπάρχει μια φυσική αλλαγή στις φυσικές ιδιότητες των στοιχείων καθώς αυξάνεται ο αριθμός των ομάδων.

Οι περισσότερες οργανικές ενώσεις χαρακτηρίζονται από ένα σχετικά χαμηλό ποσοστό χημικών αλληλεπιδράσεων υπό κανονικές συνθήκες. Αυτό οφείλεται στην υψηλή αντοχή του ομοιοπολικού δεσμού άνθρακα - άνθρακα και άνθρακα με άλλα άτομα και στη σχετικά μικρή διαφορά στην ενέργεια του δεσμού του άνθρακα με διαφορετικά άτομα:

Επικοινωνία με - N C-C C-Cl C-N C-S

Ενέργεια δεσμού, kJ……………………………. 415 356 327 293 259

Διαφορά ηλεκτροαρνητικότητας……… 0,4 0,0 0,5 0,5 0,0

Στη σειρά των τιμών ηλεκτραρνητικότητας, ο άνθρακας καταλαμβάνει μια ενδιάμεση θέση μεταξύ των τυπικών οξειδωτικών και των αναγωγικών παραγόντων, επομένως η διαφορά στην ηλεκτραρνητικότητα μεταξύ του άνθρακα και πολλών άλλων ατόμων είναι σχετικά μικρή. Εξαιτίας αυτού, οι χημικοί δεσμοί σε οργανικές ενώσεις είναι, κατά κανόνα, χαμηλοπολικοί. Οι περισσότερες οργανικές ενώσεις δεν είναι ικανές για ηλεκτρολυτική διάσταση.

Το σημείο τήξης των περισσότερων οργανικών ενώσεων είναι σχετικά χαμηλό (μέχρι 100 - 200°C, σε υψηλές θερμοκρασίες, καίγονται στον αέρα κυρίως σε μονοξείδιο του άνθρακα και υδρατμούς).

17.1.2 Θεωρία της χημικής δομής των οργανικών ενώσεων από τον A.M ButlerovΤο 1861, ο A.M Butlerov διατύπωσε τις βασικές αρχές της θεωρίας της χημικής δομής.

1. Τα άτομα σε ένα οργανικό μόριο συνδέονται μεταξύ τους με μια ορισμένη σειρά σύμφωνα με το σθένος τους, το οποίο καθορίζει τη χημική δομή των μορίων.

2. Τα μόρια με την ίδια σύνθεση μπορούν να έχουν διαφορετικές χημικές δομές και, κατά συνέπεια, να έχουν διαφορετικές ιδιότητες. Τέτοια μόρια ονομάζονται ισομερή. Για έναν δεδομένο εμπειρικό τύπο, μπορεί να προκύψει ένας ορισμένος αριθμός θεωρητικά πιθανών ισομερών.

3. Τα άτομα σε ένα μόριο έχουν αμοιβαία επιρροή μεταξύ τους, δηλ. οι ιδιότητες ενός ατόμου μπορούν να αλλάξουν ανάλογα με τη φύση των άλλων ατόμων στην ένωση. Πρέπει να σημειωθεί ότι όχι μόνο τα συνδεδεμένα άτομα έχουν αμοιβαία επίδραση, αλλά και εκείνα που δεν συνδέονται άμεσα μεταξύ τους.

Όλοι οι ζωντανοί οργανισμοί αποτελούνται από οργανικές ουσίες. Υπάρχουν πολύ περισσότερα από αυτά σε αυτά από ανόργανα, αλλά όλα αποτελούνται από πέντε βασικά στοιχεία:

• Ανθρακας;
• Οξυγόνο;
• Υδρογόνο;
• Φώσφορος;
• Θείο.

Συνδυάζονται σε διαφορετικούς συνδυασμούς, σχηματίζοντας μια ποικιλία οργανικών ουσιών στα κύτταρα.

Δομή πολυμερούς

Σχεδόν όλες οι οργανικές ουσίες στα κύτταρα έχουν δομή πολυμερούς. Αυτό σημαίνει ότι αποτελούνται από πολλά μικρά σωματίδια - μονομερή. Αυτές οι περιοχές δεν είναι πάντα ακριβώς οι ίδιες, αλλά έχουν την ίδια αρχή. Έτσι, όλοι οι υδατάνθρακες αποτελούνται από μονομερή γλυκόζη, φρουκτόζη ή γαλακτόζη. Διαφέρουν μεταξύ τους μόνο στη διάταξη των ατόμων, αλλά αυτό αλλάζει τις ιδιότητές τους. Σχηματίζουν τόσο σημαντικές πολύπλοκες ουσίες όπως το άμυλο και το γλυκογόνο. Αυτές οι ουσίες αποθηκεύονται στα κύτταρα και στη συνέχεια το σώμα χωρίζει ένα μόριο από αυτά για να δημιουργήσει ενέργεια. Όσο περισσότερα μόρια μπορείτε να χωρίσετε, τόσο περισσότερη ενέργεια παίρνετε.

Οι μύες, τα ένζυμα, τα οστά και πολλές άλλες δομές αποτελούνται από πρωτεΐνες. Το μονομερές για τις πρωτεΐνες είναι αμινοξύ. Υπάρχουν 22 συνολικά, αλλά κάθε οργανισμός στη Γη έχει μοναδικές πρωτεΐνες. Η δομή του πολυμερούς επιτρέπει στις πρωτεϊνικές ενώσεις να διαφέρουν από άλλες εάν αλλάξει μόνο ένα αμινοξύ. Συνδυάζοντάς τα, μπορείτε να πάρετε μια πρωτεΐνη με οποιαδήποτε λειτουργία.

Η πιο σημαντική οργανική ουσία για έναν ζωντανό οργανισμό είναι το νουκλεϊκό οξύ. Έχει επίσης πολυμερή δομή και αποτελείται από νουκλεοτίδια. Οι συνδυασμοί τους σχηματίζουν επίσης διαφορετικό γενετικό υλικό. Η δομή του νουκλεϊκού οξέος του επιτρέπει να διπλασιαστεί. Έτσι γίνεται η κυτταρική διαίρεση και αναπαραγωγή.

Τα λίπη αποτελούνται από δύο τύπους μορίων - τη γλυκερίνη και το λιπαρό οξύ. Το μόριο της γλυκερίνης δεν αλλάζει, αλλά ο αριθμός των ατόμων άνθρακα στα οξέα αυξάνεται. Με αυτόν τον τρόπο λαμβάνονται νέα οξέα με τις δικές τους λειτουργίες.

Συμπέρασμα

Χαρακτηριστικά οργανικών κυτταρικών ενώσεων:

• Στοιχειακή σύνθεση. Όλες οι ουσίες βασίζονται μόνο σε 5 βασικά στοιχεία.
• Αυτά τα στοιχεία σχηματίζουν μόρια - μονομερή, παρόμοια στη δομή σε διαφορετικές κατηγορίες ουσιών
• Όλες οι ουσίες αποτελούνται από μονομερή που συνδυάζονται με διάφορους τρόπους.

Όλες οι ουσίες που περιέχουν ένα άτομο άνθρακα, εκτός από ανθρακικά, καρβίδια, κυανιούχα, θειοκυανικά και ανθρακικό οξύ, είναι οργανικές ενώσεις. Αυτό σημαίνει ότι είναι ικανά να δημιουργηθούν από ζωντανούς οργανισμούς από άτομα άνθρακα μέσω ενζυματικών ή άλλων αντιδράσεων. Σήμερα, πολλές οργανικές ουσίες μπορούν να συντεθούν τεχνητά, γεγονός που επιτρέπει την ανάπτυξη της ιατρικής και της φαρμακολογίας, καθώς και τη δημιουργία πολυμερών και σύνθετων υλικών υψηλής αντοχής.

Ταξινόμηση οργανικών ενώσεων

Οι οργανικές ενώσεις είναι η πιο πολυάριθμη κατηγορία ουσιών. Υπάρχουν περίπου 20 είδη ουσιών εδώ. Διαφέρουν ως προς τις χημικές ιδιότητες και διαφέρουν ως προς τις φυσικές ιδιότητες. Το σημείο τήξης, η μάζα, η πτητικότητα και η διαλυτότητά τους, καθώς και η κατάσταση συσσώρευσής τους υπό κανονικές συνθήκες είναι επίσης διαφορετικές. Ανάμεσα τους:

• υδρογονάνθρακες (αλκάνια, αλκίνια, αλκένια, αλκαδιένια, κυκλοαλκάνια, αρωματικοί υδρογονάνθρακες).
• αλδεΰδες;
• κετόνες;
• αλκοόλες (διυδρικές, μονοϋδρικές, πολυϋδρικές).
• αιθέρες;
• εστέρες;
• καρβοξυλικά οξέα;
• αμίνες;
• αμινοξέα;
• υδατάνθρακες?
• λίπη?
• πρωτεΐνες;
• βιοπολυμερή και συνθετικά πολυμερή.

Αυτή η ταξινόμηση αντανακλά τα χαρακτηριστικά της χημικής δομής και την παρουσία συγκεκριμένων ατομικών ομάδων που καθορίζουν τη διαφορά στις ιδιότητες μιας συγκεκριμένης ουσίας. Γενικά, η ταξινόμηση, η οποία βασίζεται στη διαμόρφωση του σκελετού άνθρακα και δεν λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά των χημικών αλληλεπιδράσεων, φαίνεται διαφορετική. Σύμφωνα με τις διατάξεις του, οι οργανικές ενώσεις χωρίζονται σε:

• αλειφατικές ενώσεις;
• αρωματικα?
• ετεροκυκλικές ουσίες.

Αυτές οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων μπορούν να έχουν ισομερή σε διαφορετικές ομάδες ουσιών. Οι ιδιότητες των ισομερών είναι διαφορετικές, αν και η ατομική τους σύσταση μπορεί να είναι η ίδια. Αυτό προκύπτει από τις διατάξεις που ορίζει ο A.M. Butlerov. Επίσης, η θεωρία της δομής των οργανικών ενώσεων είναι η κατευθυντήρια βάση για όλες τις έρευνες στην οργανική χημεία. Τοποθετείται στο ίδιο επίπεδο με τον Περιοδικό Νόμο του Mendeleev.

Η ίδια η έννοια της χημικής δομής εισήχθη από τον A.M Butlerov. Εμφανίστηκε στην ιστορία της χημείας στις 19 Σεπτεμβρίου 1861. Προηγουμένως, υπήρχαν διαφορετικές απόψεις στην επιστήμη και ορισμένοι επιστήμονες αρνούνταν εντελώς την ύπαρξη μορίων και ατόμων. Επομένως, δεν υπήρχε τάξη στην οργανική και ανόργανη χημεία. Επιπλέον, δεν υπήρχαν πρότυπα με τα οποία θα μπορούσε κανείς να κρίνει τις ιδιότητες συγκεκριμένων ουσιών. Παράλληλα, υπήρχαν ενώσεις που με την ίδια σύνθεση παρουσίαζαν διαφορετικές ιδιότητες.

Οι δηλώσεις του A.M Butlerov κατεύθυναν σε μεγάλο βαθμό την ανάπτυξη της χημείας προς τη σωστή κατεύθυνση και δημιούργησαν μια πολύ γερή βάση για αυτήν. Μέσω αυτού, κατέστη δυνατή η συστηματοποίηση των συσσωρευμένων γεγονότων, δηλαδή των χημικών ή φυσικών ιδιοτήτων ορισμένων ουσιών, των μορφών εισόδου τους σε αντιδράσεις κ.λπ. Ακόμη και η πρόβλεψη των τρόπων λήψης ενώσεων και η παρουσία κάποιων γενικών ιδιοτήτων κατέστη δυνατή χάρη σε αυτή τη θεωρία. Και το πιο σημαντικό, ο A.M Butlerov έδειξε ότι η δομή του μορίου μιας ουσίας μπορεί να εξηγηθεί από την άποψη των ηλεκτρικών αλληλεπιδράσεων.

Λογική της θεωρίας της δομής των οργανικών ουσιών

Δεδομένου ότι πριν από το 1861 πολλοί στη χημεία απέρριπταν την ύπαρξη ενός ατόμου ή μορίου, η θεωρία των οργανικών ενώσεων έγινε μια επαναστατική πρόταση για τον επιστημονικό κόσμο. Και δεδομένου ότι ο ίδιος ο A. M. Butlerov προέρχεται μόνο από υλιστικά συμπεράσματα, κατάφερε να αντικρούσει τις φιλοσοφικές ιδέες για την οργανική ύλη.

Μπόρεσε να δείξει ότι η μοριακή δομή μπορεί να αναγνωριστεί πειραματικά μέσω χημικών αντιδράσεων. Για παράδειγμα, η σύσταση οποιουδήποτε υδατάνθρακα μπορεί να προσδιοριστεί με την καύση μιας ορισμένης ποσότητας του και την καταμέτρηση του νερού και του διοξειδίου του άνθρακα που προκύπτει. Η ποσότητα αζώτου σε ένα μόριο αμίνης υπολογίζεται επίσης κατά την καύση μετρώντας τον όγκο των αερίων και απομονώνοντας τη χημική ποσότητα μοριακού αζώτου.

Αν εξετάσουμε τις κρίσεις του Butlerov για τη χημική δομή που εξαρτάται από τη δομή προς την αντίθετη κατεύθυνση, προκύπτει ένα νέο συμπέρασμα. Δηλαδή: γνωρίζοντας τη χημική δομή και τη σύσταση μιας ουσίας, μπορεί κανείς να υποθέσει εμπειρικά τις ιδιότητές της. Αλλά το πιο σημαντικό, ο Butlerov εξήγησε ότι στην οργανική ύλη υπάρχει ένας τεράστιος αριθμός ουσιών που παρουσιάζουν διαφορετικές ιδιότητες, αλλά έχουν την ίδια σύνθεση.

Γενικές διατάξεις της θεωρίας

Εξετάζοντας και μελετώντας τις οργανικές ενώσεις, ο A. M. Butlerov εξήγαγε μερικές από τις πιο σημαντικές αρχές. Τα συνδύασε σε μια θεωρία που εξηγεί τη δομή των χημικών ουσιών οργανικής προέλευσης. Η θεωρία έχει ως εξής:

• Σε μόρια οργανικών ουσιών, τα άτομα συνδέονται μεταξύ τους με μια αυστηρά καθορισμένη ακολουθία, η οποία εξαρτάται από το σθένος.
• Η χημική δομή είναι η άμεση σειρά σύμφωνα με την οποία συνδέονται τα άτομα σε οργανικά μόρια.
• η χημική δομή καθορίζει την παρουσία των ιδιοτήτων μιας οργανικής ένωσης.
• Ανάλογα με τη δομή των μορίων με την ίδια ποσοτική σύνθεση, μπορεί να εμφανιστούν διαφορετικές ιδιότητες της ουσίας.
• Όλες οι ατομικές ομάδες που εμπλέκονται στο σχηματισμό μιας χημικής ένωσης έχουν αμοιβαία επίδραση η μία στην άλλη.

Όλες οι κατηγορίες οργανικών ενώσεων κατασκευάζονται σύμφωνα με τις αρχές αυτής της θεωρίας. Έχοντας θέσει τα θεμέλια, ο A. M. Butlerov μπόρεσε να επεκτείνει τη χημεία ως πεδίο της επιστήμης. Εξήγησε ότι λόγω του γεγονότος ότι στις οργανικές ουσίες ο άνθρακας εμφανίζει σθένος τεσσάρων, προσδιορίζεται η ποικιλομορφία αυτών των ενώσεων. Η παρουσία πολλών ενεργών ατομικών ομάδων καθορίζει εάν μια ουσία ανήκει σε μια συγκεκριμένη κατηγορία. Και ακριβώς λόγω της παρουσίας συγκεκριμένων ατομικών ομάδων (ριζών) εμφανίζονται φυσικές και χημικές ιδιότητες.

Υδρογονάνθρακες και τα παράγωγά τους

Αυτές οι οργανικές ενώσεις άνθρακα και υδρογόνου είναι οι απλούστερες σε σύσταση μεταξύ όλων των ουσιών της ομάδας. Αντιπροσωπεύονται από μια υποκατηγορία αλκανίων και κυκλοαλκανίων (κορεσμένοι υδρογονάνθρακες), αλκένια, αλκαδιένια και αλκατριένια, αλκίνια (ακόρεστοι υδρογονάνθρακες), καθώς και μια υποκατηγορία αρωματικών ουσιών. Στα αλκάνια, όλα τα άτομα άνθρακα συνδέονται μόνο με έναν μόνο δεσμό C-C, γι' αυτό δεν μπορεί να ενσωματωθεί ούτε ένα άτομο Η στη σύνθεση υδρογονάνθρακα.

Στους ακόρεστους υδρογονάνθρακες, το υδρογόνο μπορεί να ενσωματωθεί στη θέση του διπλού δεσμού C=C. Επίσης, ο δεσμός C-C μπορεί να είναι τριπλός (αλκίνια). Αυτό επιτρέπει σε αυτές τις ουσίες να εισέλθουν σε πολλές αντιδράσεις που περιλαμβάνουν τη μείωση ή την προσθήκη ριζών. Για τη διευκόλυνση της μελέτης της ικανότητάς τους να αντιδρούν, όλες οι άλλες ουσίες θεωρούνται παράγωγα μιας από τις κατηγορίες υδρογονανθράκων.

Αλκοόλ

Οι αλκοόλες είναι οργανικές χημικές ενώσεις που είναι πιο πολύπλοκες από τους υδρογονάνθρακες. Συντίθενται ως αποτέλεσμα ενζυματικών αντιδράσεων σε ζωντανά κύτταρα. Το πιο χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σύνθεση αιθανόλης από γλυκόζη ως αποτέλεσμα ζύμωσης.

Στη βιομηχανία, οι αλκοόλες λαμβάνονται από παράγωγα αλογόνου υδρογονανθράκων. Ως αποτέλεσμα της αντικατάστασης του ατόμου αλογόνου με μια ομάδα υδροξυλίου, σχηματίζονται αλκοόλες. Οι μονοϋδρικές αλκοόλες περιέχουν μόνο μία υδροξυλομάδα, οι πολυϋδρικές αλκοόλες περιέχουν δύο ή περισσότερες. Ένα παράδειγμα διυδρικής αλκοόλης είναι η αιθυλενογλυκόλη. Η πολυϋδρική αλκοόλη είναι η γλυκερίνη. Ο γενικός τύπος των αλκοολών είναι R-OH (R είναι η ανθρακική αλυσίδα).

Αλδεΰδες και κετόνες

Αφού οι αλκοόλες εισέλθουν σε αντιδράσεις οργανικών ενώσεων που σχετίζονται με την αφαίρεση υδρογόνου από την ομάδα αλκοόλης (υδροξυλίου), ο διπλός δεσμός μεταξύ οξυγόνου και άνθρακα κλείνει. Εάν αυτή η αντίδραση προχωρήσει μέσω της ομάδας αλκοόλης που βρίσκεται στο τερματικό άτομο άνθρακα, οδηγεί στο σχηματισμό μιας αλδεΰδης. Εάν το άτομο άνθρακα με την αλκοόλη δεν βρίσκεται στο τέλος της ανθρακικής αλυσίδας, τότε το αποτέλεσμα της αντίδρασης αφυδάτωσης είναι η παραγωγή κετόνης. Ο γενικός τύπος των κετονών είναι R-CO-R, οι αλδεΰδες R-COH (R είναι η ρίζα υδρογονάνθρακα της αλυσίδας).

Εστέρες (απλοί και σύνθετοι)

Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων αυτής της κατηγορίας είναι περίπλοκη. Οι αιθέρες θεωρούνται προϊόντα αντίδρασης μεταξύ δύο μορίων αλκοόλης. Όταν αφαιρείται νερό από αυτά, σχηματίζεται μια ένωση του σχεδίου R-O-R. Μηχανισμός αντίδρασης: αφαίρεση ενός πρωτονίου υδρογόνου από μια αλκοόλη και μιας ομάδας υδροξυλίου από μια άλλη αλκοόλη.

Οι εστέρες είναι προϊόντα αντίδρασης μεταξύ μιας αλκοόλης και ενός οργανικού καρβοξυλικού οξέος. Μηχανισμός αντίδρασης: αποβολή νερού από την ομάδα αλκοόλης και άνθρακα και των δύο μορίων. Το υδρογόνο διαχωρίζεται από το οξύ (στην ομάδα υδροξυλίου) και η ίδια η ομάδα ΟΗ διαχωρίζεται από την αλκοόλη. Η προκύπτουσα ένωση απεικονίζεται ως R-CO-O-R, όπου η οξιά R υποδηλώνει τις ρίζες - τα υπόλοιπα μέρη της ανθρακικής αλυσίδας.

Καρβοξυλικά οξέα και αμίνες

Τα καρβοξυλικά οξέα είναι ειδικές ουσίες που παίζουν σημαντικό ρόλο στη λειτουργία του κυττάρου. Η χημική δομή των οργανικών ενώσεων είναι η εξής: μια ρίζα υδρογονάνθρακα (R) με μια καρβοξυλική ομάδα (-COOH) συνδεδεμένη σε αυτήν. Η καρβοξυλική ομάδα μπορεί να βρίσκεται μόνο στο εξώτατο άτομο άνθρακα, επειδή το σθένος του C στην ομάδα (-COOH) είναι 4.

Οι αμίνες είναι απλούστερες ενώσεις που είναι παράγωγα υδρογονανθράκων. Εδώ, σε οποιοδήποτε άτομο άνθρακα υπάρχει μια ρίζα αμίνης (-NH2). Υπάρχουν πρωτοταγείς αμίνες στις οποίες μια ομάδα (-NH2) συνδέεται με έναν άνθρακα (γενικός τύπος R-NH2). Στις δευτεροταγείς αμίνες, το άζωτο συνδυάζεται με δύο άτομα άνθρακα (τύπος R-NH-R). Στις τριτοταγείς αμίνες, το άζωτο συνδέεται με τρία άτομα άνθρακα (R3N), όπου το p είναι μια ρίζα, μια αλυσίδα άνθρακα.

Αμινοξέα

Τα αμινοξέα είναι σύνθετες ενώσεις που εμφανίζουν τις ιδιότητες αμινών και οξέων οργανικής προέλευσης. Υπάρχουν διάφοροι τύποι αυτών, ανάλογα με τη θέση της ομάδας αμίνης σε σχέση με την καρβοξυλομάδα. Τα πιο σημαντικά είναι τα άλφα αμινοξέα. Εδώ η ομάδα αμίνης βρίσκεται στο άτομο άνθρακα στο οποίο είναι συνδεδεμένη η καρβοξυλική ομάδα. Αυτό επιτρέπει τη δημιουργία πεπτιδικού δεσμού και τη σύνθεση πρωτεϊνών.

Υδατάνθρακες και λίπη

Οι υδατάνθρακες είναι αλκοόλες αλδεΰδης ή κετοαλκοόλες. Πρόκειται για ενώσεις με γραμμική ή κυκλική δομή, καθώς και πολυμερή (άμυλο, κυτταρίνη και άλλα). Ο πιο σημαντικός ρόλος τους στο κύτταρο είναι δομικός και ενεργητικός. Τα λίπη, ή μάλλον τα λιπίδια, επιτελούν τις ίδιες λειτουργίες, μόνο που συμμετέχουν σε άλλες βιοχημικές διεργασίες. Από την άποψη της χημικής δομής, το λίπος είναι ένας εστέρας οργανικών οξέων και γλυκερόλης.