Organska tvar. Organske klase

Postoji nekoliko definicija što su organske tvari, kako se razlikuju od druge skupine spojeva - anorganske. Jedno od najčešćih objašnjenja proizlazi iz naziva "ugljikovodici". Doista, osnova svih organskih molekula su lanci ugljikovih atoma povezanih s vodikom. Postoje i drugi elementi koji se nazivaju organogeni.

Organska kemija prije otkrića ureje

Ljudi su odavno koristili mnoge prirodne tvari i minerale: sumpor, zlato, željezo i bakrenu rudu, natrijeva sol. Za sve vrijeme postojanja znanosti - od antičkih vremena do prve polovice XIX stoljeća - znanstvenici nisu mogli dokazati vezu između žive i nežive prirode na razini mikroskopske strukture (atoma, molekula). Smatralo se da organske tvari svoj izgled duguju mitskoj vitalnoj sili - vitalizmu. Postojao je mit o mogućnosti podizanja "homunculus" čovjeka. Za to je bilo potrebno u bačvu staviti različite otpadne proizvode, pričekajte određeno vrijeme dok ne nastane životna sila.

Snažan udarac vitalizmu obradio je Weller, koji je sintetizirao organsku tvar uree iz anorganskih komponenti. Tako je dokazano da ne postoji vitalnost, priroda je jedna, organizmi i anorganski spojevi formirani su atomima istih elemenata. Sastav ureje bio je poznat čak i prije rada Wellera, studiranje tog spoja nije bilo teško u tim godinama. Izvanredna je bila činjenica da je dobila supstancu karakterističnu za metabolizam, izvan tijela životinje ili osobe.

Teorija A. M. Butlerov

Uloga ruske škole kemičara u oblikovanju znanosti proučavanja organske tvari je velika. Imena Butlerov, Markovnikov, Zelinsky, Lebedev su povezana s čitavim epohama u razvoju organske sinteze. Utemeljitelj teorije strukture spojeva je A. M. Butlerov. Poznati kemičar 60-ih godina XIX stoljeća objasnio je sastav organskih tvari, uzroke raznolikosti njihove strukture, te otkrio odnos koji postoji između sastava, strukture i svojstava tvari.

Na temelju nalaza Butlerova moguće je ne samo sistematizirati znanje o već postojećim organskim spojevima. Sada je moguće predvidjeti svojstva tvari koje još nisu poznate znanosti, stvoriti tehnološke sheme za njihovu proizvodnju u industrijskim uvjetima. Mnoge ideje vodećih organskih kemičara danas su u potpunosti realizirane.

Na temelju koksa, ugljen, Prirodni plin i naftne sirovine u industriji primaju vrlo mnogo vrsta proizvoda. Masovna proizvodnja umjetnih i sintetičkih materijala, koji se koriste u svim sferama života, stavljena je u promet. Film, školska olovka, detalji o automobilu - ako nastavite popis svega što vam organska sinteza daje, ispada da je vrlo dugačak.

Organska tvar

Sličnost elementarnog sastava karakteristična je za sve poznate tvari, ali su još uvijek prisutni razlikovni znakovi. Iako ne postoji niti jedan kemijski element u nežive prirode, koji ne bi bio u sastavu organizama. Točka je broj različitih atoma. Organske tvari uglavnom se sastoje od ugljika, vodika, kisika, dušika. Upravo su ti kemijski elementi organogeni. Usporedimo njihov postotak u živoj ćeliji:

• kisik - oko 70%;
• ugljik - do 18%;
• vodik je oko 10%;
• dušik - 2%.

Navedeni elementi i organske tvari stanice u cjelini čine oko 98% ukupne mase živog organizma. Atomi fosfora, sumpora, natrija, kalija, željeza, klora sadrže nekoliko desetina postotka. Još manje kroma, bora, litija, kobalta. Svi elementi po broju i vrijednosti za živa bića su spojeni u skupine: makro i mikroelementi. Njihova važnost određena je ne samo količinom, već i utjecajem na funkcije.

Uočljivo je da sadržaj ugljikovih atoma živih organizama daleko nadilazi okolna tijela nežive prirode, primjerice tla. Ta je činjenica bila jedan od odlučujućih čimbenika kada se rodilo ime cijele skupine tvari. Ali prvo, vrlo mnogo spojeva koji sadržavaju ugljik zajedno su nazvani "organska tvar". Stanice sadrže glavne skupine takvih spojeva i derivata. Ne postoji jasna granica između anorganske prirode i organskih spojeva. Znanstvenici su razvili kriterije na temelju kojih su tvari dodijeljene različitim klasama. Broj novih sintetiziranih organskih spojeva u posljednjih nekoliko desetljeća raste neviđenom brzinom. Njihov ukupni broj doseže nekoliko milijuna (prema različitim izvorima, od 7 do 10 milijuna).

Voda + organska tvar temelj je života na Zemlji.

Žive stanice sadrže najčešću i tajanstvenu tvar na našem planetu - vodu. To je anorganski spoj jednog atoma kisika i dva atoma vodika (organogeni elementi). Sadržaj vode u tijelu odrasle osobe je oko 65%, ali s dobi, broj prekrasnih H ₂ O molekula u tkivima se smanjuje. S time su povezani gubitak turgora kože i druge promjene povezane s dobi.

Voda je medij u kojem se sve najsloženije biokemijske reakcije pojavljuju u tijelu. U usporedbi s tvornicama i biljkama, procesi u ljudskim stanicama odvijaju se u "blagim" uvjetima: na temperaturi od samo 36,6 ° C, iako bi se proizvodnja istih tvari trebala zagrijati na 100 stupnjeva ili više. Tajna učinkovitosti tijela, kao "živog stroja" - prisutnost bioloških katalizatora. Ova skupina uključuje enzime. Formule organskih tvari ove klase vrlo su složene, sadrže vitamine, atome metala i druge čestice (koenzime).

Voda sudjeluje u razgradnji staničnih organskih spojeva. Taj se proces naziva "hidroliza", što znači "razgradnja vode". Sve prehrambene tvari koje ulaze u žive organizme dijele se na sastavne dijelove, od kojih se, kao i opeke, grade vlastite molekule organskih tvari.

ugljikovodici

Postoji podjela na granične i nezasićene klase organskih tvari. Prve formiraju lanci ugljikovih atoma povezanih jednostavnim sigma vezama. U molekulama drugog postoji dvostruka veza koja se sastoji od jedne "sigma" - i jedne "pi" veze. Tu je i trostruka veza (jedna "sigma" - i dvije "pi" veze). Granični ugljikovodici su zasićeni i nezasićeni - nezasićeni. To znači da su u njima nevezani ugljikovi atomi potrošeni ili zasićeni dodavanjem vodika.

Granični ugljikovodici uključuju alkane; Najvažniji predstavnici ove klase su metan, etan, propan i drugi plinoviti i tekući ugljikovodici. Oni su dio prirodnog plina, nafte. Tako neka polja prirodnog plina sadrže do 95% metana. Ulje se prerađuje krekiranjem (cijepanjem). Ova smjesa ugljikovodika podijeljena je na frakcije lakog plina, srednje (tekuće), teške (loživo ulje, katran).

Za različite klase ugljikovodičnih spojeva karakteristična je određena "skeletna" struktura, skup povezanih funkcionalnih skupina. Stoga je uobičajeno da se govori o homolognosti ili sličnosti supstanci iste klase među sobom.

Razmotrite neke formule organskih tvari - ugljikovodika (HC).

• Prva tri predstavnika zasićenih ugljikovodika: CH ₄ - metan, C2H6 - etan, C3H8 - propan.
• Početak homologne serije nezasićenih ugljikovodika s jednom dvostrukom vezom: C2H4-eten, C3H-propen, C4H8-buten.
• Nezasićeni ugljikovodici s jednom trostrukom vezom: C2H2-etin (acetilen), C3H6-propin, C4H8-butin.

Izgaranje i oksidacija - svojstva ugljikovodika

Tijekom izgaranja organske tvari, koja pripada klasi ugljikovodika, među reakcijskim proizvodima su ugljični dioksid i voda. To proizvodi toplinu pohranjenu u kemijskim vezama molekula. Isti rezultat može se dobiti paljenjem drva, biljnim ostacima. Energija organskih tvari - prirodnog plina, treseta, nafte, uljnih škriljaca - odavno se koristi za grijanje stambenih i industrijskih prostora.

U posljednjih nekoliko godina prepoznato je kao nepotrebno trošiti smanjene rezerve nafte i plina za grijanje. Mnogo je važnije koristiti ih kao sirovine za kemijsku industriju. Razvijene su alternativne vrste goriva, izvori energije - biogoriva, vjetroelektrane, plimne snage.

Oksidacijom ugljikovodika nastaju nove organske tvari - predstavnici drugih klasa (aldehidi, ketoni, alkoholi, karboksilne kiseline). Na primjer, velike količine acetilena idu u proizvodnju octene kiseline. Dio ovog reakcijskog produkta se zatim konzumira za proizvodnju sintetičkih vlakana. Kiselinska otopina (9% i 6%) nalazi se u svakom domu - to je običan ocat. Oksidacija organskih tvari temelj je za dobivanje velikog broja spojeva industrijske, poljoprivredne, medicinske važnosti.

Aromatski ugljikovodici

Aromatičnost u organskim molekulama je prisutnost jednog ili više benzenskih jezgri. Lanac od 6 ugljikovih atoma se zatvara u prstenu, u njemu se pojavljuje konjugirana veza, stoga svojstva takvih ugljikovodika nisu slična drugim ugljikovodicima.

Aromatski ugljikovodici (ili arene) su od velike praktične važnosti. Mnogi od njih su u širokoj upotrebi: benzen, toluen, ksilen. Koriste se kao otapala i sirovine za proizvodnju lijekova, boja, gume, gume i drugih proizvoda organske sinteze.

Kisikirani spojevi

Kao dio velike skupine organskih tvari nalaze se atomi kisika. Oni pripadaju najaktivnijem dijelu molekule, njezinoj funkcionalnoj skupini. Alkoholi sadrže jednu ili više hidroksilnih čestica —OH. primjeri alkoholi: metanol, etanol, glicerin. U karboksilnim kiselinama postoji još jedna funkcionalna čestica - karboksil (-COOH).

Ostali organski spojevi koji sadržavaju kisik su aldehidi i ketoni. Karboksilne kiseline, alkoholi i aldehidi u velikim količinama prisutni su u sastavu različitih organa biljaka. Mogu biti izvori za prirodne proizvode (octena kiselina, etilni alkohol, mentol).

Masti su spojevi karboksilnih kiselina i triatomskog alkohola glicerina. Osim alkohola i kiselina linearne strukture, postoje organski spojevi s benzenskim prstenom i funkcionalnom skupinom. Primjeri aromatskih alkohola: fenol, toluen.

ugljikohidrati

Najvažnije organske tvari u tijelu koje čine stanice su proteini, enzimi, nukleinske kiseline, ugljikohidrati i masti (lipidi). Jednostavni ugljikohidrati - monosaharidi - nalaze se u stanicama u obliku riboze, deoksiriboze, fruktoze i glukoze. Posljednji ugljikohidrati na ovom kratkom popisu glavni su sastojak metabolizma u stanicama. Riboze i deoksiriboze su komponente ribonukleinske i deoksiribonukleinske kiseline (RNA i DNA).

Razdvajanje molekula glukoze oslobađa energiju potrebnu za vitalnu aktivnost. Prvo, to je pohranjena u formiranju vrste pereonschika energije - adenozin trifosfat (ATP). Ova se tvar transportira krvlju, isporučuje se tkivima i stanicama. Uz sekvencijalno cijepanje triju ostataka iz adenozina fosforna kiselina energija se oslobađa.

masti

Lipidi su tvari živih organizama s određenim svojstvima. Ne otapaju se u vodi, već su hidrofobne čestice. Sjemenke i plodovi nekih biljaka, živčanog tkiva, jetre, bubrega, krvi životinja i ljudi posebno su bogati tvarima ove klase.

Koža ljudi i životinja sadrži mnogo malih lojnih žlijezda. Izlučeni su na površini tijela, podmazuju ga, štite od gubitka vlage i prodiranja mikroba. Sloj potkožnog masnog tkiva štiti unutarnje organe od oštećenja, služi kao rezervna supstanca.

proteini

Proteini čine više od polovice svih organskih tvari u stanici, au nekim tkivima njihov sadržaj doseže 80%. Za sve vrste proteina karakteristična visoka molekularna težina, prisutnost primarne, sekundarne, tercijarne i kvartarne strukture. Kada se zagriju, one se uništavaju - događa se denaturacija. Primarna struktura je ogroman lanac aminokiselina za mikrosvijet. Pod djelovanjem posebnih enzima u probavnom sustavu životinja i ljudi, makromolekula proteina se raspada na sastavne dijelove. Oni ulaze u stanice, gdje se odvija sinteza organskih tvari, drugih proteina specifičnih za svako živo biće.

Enzimi i njihova uloga

Reakcije u stanici odvijaju se brzinom koja je teško postići u proizvodnim uvjetima, zahvaljujući katalizatorima - enzimima. Postoje enzimi koji djeluju samo na proteine ​​- lipaze. Hidroliza škroba odvija se uz sudjelovanje amilaze. Lipaza je neophodna za razgradnju u masti. Procesi uz sudjelovanje enzima u svim živim organizmima. Ako osoba nema enzima u stanicama, to utječe na metabolizam, općenito, na zdravlje.

Nukleinske kiseline

Tvari koje su najprije otkrivene i izolirane od jezgre stanica obavljaju funkciju prijenosa nasljednih osobina. Glavna količina DNA sadržana je u kromosomima, a molekule RNA nalaze se u citoplazmi. Kada se DNA umnožava (duplicira), postaje moguće prenijeti nasljedne informacije u stanice zametaka - gamete. Kada se spoje, novi organizam od roditelja dobiva genetski materijal.