Organska materija - To su spojevi koji sadrže atom ugljika. Više na ranim fazama Tokom razvoja hemije, sve supstance su podeljene u dve grupe: mineralne i organske. U to vrijeme vjerovalo se da je za sintetizaciju organske tvari potrebna neviđena "vitalna snaga", koja je svojstvena samo živim biološkim sistemima. Stoga, izvršite sintezu organska materija od minerala je nemoguće. I tek početkom 19. veka F. Weller je opovrgao postojeće mišljenje i sintetizovao ureu iz amonijum cijanata, odnosno dobio je organsku supstancu iz mineralne. Nakon toga su brojni naučnici sintetizirali hloroform, anilin, acetatnu kiselinu i mnoge druge hemijska jedinjenja.
Organske tvari su u osnovi postojanja žive tvari i također su glavni prehrambeni proizvodi za ljude i životinje. Većina organska jedinjenja su sirovine za razne industrije - prehrambenu, hemijsku, laku, farmaceutsku, itd.
Danas je poznato više od 30 miliona različitih organskih jedinjenja. Stoga organske supstance predstavljaju najobimniju klasu sa kojom se povezuje raznovrsnost organskih jedinjenja jedinstvena svojstva i struktura ugljenika. Susjedni atomi ugljika su međusobno povezani jednostrukim ili višestrukim (dvostrukim, trostrukim) vezama.
Karakterizira ga prisustvo kovalentnog C-C konekcije, kao i polarni kovalentni C-N obveznice, C-O, C-Hal, C-metal, itd. Reakcije koje uključuju organske tvari imaju neke karakteristike u odnosu na mineralne. Reakcije neorganskih jedinjenja obično uključuju jone. Često takve reakcije prođu vrlo brzo, ponekad i trenutno optimalna temperatura. Reakcije sa obično uključuju molekule. Treba reći da se u ovom slučaju neke kovalentne veze prekidaju, dok se druge formiraju. U pravilu, ove reakcije se odvijaju znatno sporije, a za njihovo ubrzanje potrebno je povećati temperaturu ili koristiti katalizator (kiselina ili baza).
Kako nastaju organske tvari u prirodi? Večina Organska jedinjenja u prirodi sintetiziraju se iz ugljičnog dioksida i vode u hlorofilima zelenih biljaka.
Klase organskih supstanci.
Na osnovu teorije O. Butlerova. Sistematska klasifikacija je osnova naučne nomenklature koja omogućava imenovanje organske supstance na osnovu postojeće strukturne formule. Klasifikacija se zasniva na dvije glavne karakteristike - strukturi ugljičnog skeleta, broju i smještaju funkcionalnih grupa u molekulu.
Karbonski skelet je stabilan različitim dijelovima molekule organske materije. U zavisnosti od strukture, sve organske supstance se dele u grupe.
Aciklična jedinjenja uključuju supstance sa ravnim ili razgranatim ugljikovim lancem. Karbociklična jedinjenja uključuju supstance sa ciklusima; dijele se u dvije podgrupe - aliciklične i aromatične. Heterociklična jedinjenja su supstance čije se molekule zasnivaju na ciklusima formiranim od atoma ugljenika i atoma drugih hemijski elementi(kiseonik, azot, sumpor), heteroatomi.
Organske supstance se takođe klasifikuju prema prisustvu funkcionalnih grupa koje su deo molekula. Na primjer, klase ugljikovodika (s tim što u njihovim molekulima nema funkcionalnih grupa), fenola, alkohola, ketona, aldehida, amina, estera, karboksilnih kiselina itd. Treba imati na umu da svaka funkcionalna grupa (COOH, OH, NH2, SH, NH, NO) određuje fizički Hemijska svojstva ove veze.
Svrha predavanja: upoznavanje sa klasifikacijom i nomenklaturom organskih jedinjenja
Plan:
1. Predmet i zadaci organska hemija. Njegov značaj za farmaciju.
2. Klasifikacija organskih jedinjenja.
3. Principi trivijalne i racionalne nomenklature.
4. Principi IUPAC nomenklature.
Predmet i zadaci organske hemije.
Organska hemija je grana hemije koja se bavi proučavanjem strukture, metoda sinteze i hemijske transformacije ugljikovodici i njihovi funkcionalni derivati.
Termin "organska hemija" prvi je uveo švedski hemičar Jens Jakob Berzelius 1807.
Zbog posebnosti njihove strukture, organske tvari su vrlo brojne. Danas njihov broj dostiže 10 miliona.
Trenutno je stanje organske hemije takvo da omogućava naučno planiranje i sprovođenje sinteze bilo kojih složenih molekula (proteina, vitamina, enzima, lekova, itd.).
Organska hemija je usko povezana sa farmacijom. Omogućava vam da odaberete pojedinca lekovite supstance od biljnih i životinjskih sirovina, sintetizira i pročišćava ljekovite sirovine, određuje strukturu tvari i mehanizam kemijskog djelovanja, omogućava da se utvrdi autentičnost jednog ili drugog medicinski proizvod. Dovoljno je reći da 95% lijekovi su organske prirode.
Klasifikacija organskih jedinjenja
Klasifikacija uzima kao osnovu dva najvažnije karakteristike: struktura karbonski skelet i prisustvo u molekulu funkcionalne grupe.
Struktura ugljeničnog skeleta je organska. spojevi su podijeljeni u tri velike grupe.
I Acyclic(alifatska) jedinjenja koja imaju otvoreni ugljenični lanac, ravan ili razgranat.
Matična jedinjenja u organskoj hemiji su prepoznata ugljovodonici, koji se sastoji samo od atoma ugljika i vodika. Različiti organski spojevi mogu se smatrati derivatima ugljovodonika koji se dobijaju uvođenjem funkcionalnih grupa u njih.
Funkcionalna grupa je strukturni fragment molekule karakterističan za ove klase organskih jedinjenja i određivanje njihovih hemijskih svojstava.
Na primjer, svojstva alkohola određena su prisustvom hidrokso grupe ( - ON), svojstva amina - amino grupa ( - NH 2), karboksilne kiseline prisustvom karboksilne grupe u molekuli (- UNS) i tako dalje.
Tabela 1. Glavne klase organskih jedinjenja
Ova klasifikacija je važna jer funkcionalne grupe u velikoj meri određuju hemijska svojstva date klase jedinjenja.
Ako spojevi sadrže više funkcionalnih grupa i one su iste, onda se takva jedinjenja nazivaju multifunkcionalni (CH 2 HE- CH HE- CH 2 HE- glicerol), ako molekula sadrži različite funkcionalne grupe, onda jeste heterofunkcionalni veza (CH 3 - CH( ON)- UNS- mlečna kiselina). Heterofunkcionalna jedinjenja mogu se odmah klasifikovati u nekoliko klasa jedinjenja.
U prošlosti su znanstvenici dijelili sve tvari u prirodi na uvjetno nežive i žive, uključujući carstvo životinja i biljaka među potonje. Supstance prve grupe nazivaju se minerali. A one uključene u drugu počele su se nazivati organskim tvarima.
Šta to znači? Klasa organskih supstanci je najobimnija od svih hemijskih jedinjenja poznatih savremenim naučnicima. Na pitanje koje su tvari organske može se odgovoriti na ovaj način - to su kemijska jedinjenja koja sadrže ugljik.
Imajte na umu da nisu sva jedinjenja koja sadrže ugljenik organska. Na primjer, korbidi i karbonati, ugljična kiselina a cijanidi i ugljični oksidi nisu uključeni među njih.
Zašto ima toliko organskih materija?
Odgovor na ovo pitanje leži u svojstvima ugljenika. Ovaj element je radoznao jer je sposoban da formira lance svojih atoma. A u isto vrijeme, karbonska veza je vrlo stabilna.
Osim toga, u organskim jedinjenjima pokazuje visoku valenciju (IV), tj. sposobnost stvaranja hemijskih veza sa drugim supstancama. I ne samo jednostruki, već i dvostruki, pa čak i trostruki (inače poznati kao višestruki). Kako se brojnost veze povećava, lanac atoma postaje kraći i stabilnost veze se povećava.
Ugljik je također obdaren sposobnošću formiranja linearnih, ravnih i trodimenzionalnih struktura.
Zbog toga su organske tvari u prirodi toliko raznolike. To možete lako provjeriti i sami: stanite ispred ogledala i pažljivo pogledajte svoj odraz. Svako od nas je hodajući udžbenik organske hemije. Razmislite o tome: najmanje 30% mase svake vaše ćelije čine organska jedinjenja. Proteini koji su izgradili vaše tijelo. Ugljikohidrati, koji služe kao “gorivo” i izvor energije. Masti koje čuvaju rezerve energije. Hormoni koji kontrolišu rad organa, pa čak i vaše ponašanje. Enzimi koji pokreću hemijske reakcije u tebi. Čak su i "izvorni kod", lanci DNK, organska jedinjenja zasnovana na ugljeniku.
Sastav organskih supstanci
Kao što smo rekli na samom početku, glavni građevinski materijal za organsku materiju je ugljenik. I praktično svaki element, u kombinaciji s ugljikom, može formirati organska jedinjenja.
U prirodi organske tvari najčešće sadrže vodonik, kisik, dušik, sumpor i fosfor.
Struktura organskih supstanci
Raznolikost organskih supstanci na planeti i raznolikost njihove strukture može se objasniti karakteristične karakteristike atoma ugljika.
Sjećate se da su atomi ugljika sposobni da formiraju vrlo jake veze jedni s drugima, povezujući se u lance. Rezultat su stabilne molekule. Tačan način na koji su atomi ugljika povezani u lanac (poređani u cik-cak) jedan je od ključne karakteristike njegove strukture. Ugljik se može kombinovati u otvorene i zatvorene (ciklične) lance.
Takođe je važno da struktura hemijskih supstanci direktno utiče na njihova hemijska svojstva. Način na koji atomi i grupe atoma u molekulu utiču jedni na druge takođe igra značajnu ulogu.
Zbog strukturnih karakteristika, broj ugljikovih spojeva istog tipa ide na desetine i stotine. Na primjer, možemo uzeti u obzir vodikova jedinjenja ugljika: metan, etan, propan, butan, itd.
Na primjer, metan - CH 4. Ova kombinacija vodika i ugljika u normalnim uslovima boravi u gasovitom stanju stanje agregacije. Kada se kiseonik pojavi u sastavu, formira se tečnost - metil alkohol CH 3 OH.
Ne samo da tvari različitog kvalitativnog sastava (kao u gornjem primjeru) pokazuju različita svojstva, već su za to sposobne i tvari istog kvalitativnog sastava. Primer je različita sposobnost metana CH 4 i etilena C 2 H 4 da reaguju sa bromom i hlorom. Metan je sposoban za takve reakcije samo kada se zagrije ili izloži ultraljubičastom svjetlu. A etilen reagira čak i bez osvjetljenja ili grijanja.
Razmotrimo ovu opciju: kvalitativni sastav hemijskih jedinjenja je isti, ali je kvantitativni sastav drugačiji. Tada su hemijska svojstva jedinjenja različita. Kao što je slučaj sa acetilenom C 2 H 2 i benzenom C 6 H 6.
Ne posljednju ulogu u ovoj raznolikosti igraju svojstva organskih tvari, "vezana" za njihovu strukturu, kao što su izomerija i homologija.
Zamislite da imate dvije naizgled identične supstance – isti sastav i istu molekularnu formulu da ih opišete. Ali struktura ovih supstanci je bitno drugačija, iz čega slijedi razlika u kemijskom i fizička svojstva. Na primjer, molekulska formula C 4 H 10 može se napisati kao dva razne supstance: butan i izobutan.
Mi pričamo o tome izomeri– jedinjenja koja imaju isti sastav i molekulsku masu. Ali atomi u njihovim molekulima raspoređeni su u različitim redovima (razgranate i nerazgranate strukture).
U vezi homologija- ovo je karakteristika karbonskog lanca u kojem se svaki sljedeći član može dobiti dodavanjem jedne CH 2 grupe prethodnoj. Svaki homologne serije može se izraziti u jednoj opštoj formuli. A znajući formulu, lako je odrediti sastav bilo kojeg od članova serije. Na primjer, homolozi metana se opisuju formulom C n H 2n+2.
Kako se povećava "homologna razlika" CH 2, jača veza između atoma supstance. Uzmimo homologni niz metana: njegova prva četiri člana su plinovi (metan, etan, propan, butan), sljedećih šest su tekućine (pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan), a zatim slijede tvari u čvrstom stanju stanje agregacije (pentadekan, eikozan, itd.). I što je jača veza između atoma ugljika, veća je molekulska težina, ključanje i talište tvari.
Koje klase organskih supstanci postoje?
Organske supstance biološkog porekla uključuju:
- proteini;
- ugljikohidrati;
- nukleinske kiseline;
- lipida.
Prve tri tačke se takođe mogu nazvati biološkim polimerima.
Više detaljna klasifikacija organske hemikalije obuhvataju supstance ne samo biološkog porekla.
Ugljovodonici uključuju:
- aciklična jedinjenja:
- zasićeni ugljovodonici (alkani);
- nezasićeni ugljovodonici:
- alkeni;
- alkini;
- alkadieni.
- ciklične veze:
- karbociklična jedinjenja:
- aliciklični;
- aromatično.
- heterociklična jedinjenja.
- karbociklična jedinjenja:
Postoje i druge klase organskih jedinjenja u kojima se ugljenik kombinuje sa supstancama koje nisu vodonik:
- alkoholi i fenoli;
- aldehidi i ketoni;
- karboksilne kiseline;
- esteri;
- lipidi;
- ugljeni hidrati:
- monosaharidi;
- oligosaharidi;
- polisaharidi.
- mukopolisaharidi.
- amini;
- amino kiseline;
- proteini;
- nukleinske kiseline.
Formule organskih supstanci po klasama
Primjeri organskih tvari
Kao što se sećate, u ljudsko tijelo razne vrste organskih supstanci su osnova. To su naša tkiva i tekućine, hormoni i pigmenti, enzimi i ATP i još mnogo toga.
U tijelima ljudi i životinja prioritet imaju proteini i masti (polovica suhe mase životinjske ćelije su proteini). U biljkama (otprilike 80% suhe mase ćelije) - ugljikohidrati, prvenstveno složeni - polisaharidi. Uključujući celulozu (bez koje ne bi bilo papira), škrob.
Razgovarajmo o nekima od njih detaljnije.
Na primjer, o ugljikohidrati. Kada bi bilo moguće uzeti i izmjeriti mase svih organskih supstanci na planeti, u ovom takmičenju bi pobijedili ugljikohidrati.
Oni služe kao izvor energije u tijelu, građevinski su materijali za ćelije, a također i skladište tvari. Biljke koriste škrob u tu svrhu, životinje koriste glikogen.
Osim toga, ugljikohidrati su vrlo raznoliki. Na primjer, jednostavni ugljikohidrati. Najčešći monosaharidi u prirodi su pentoze (uključujući deoksiribozu, koja je dio DNK) i heksoze (glukoza, koja vam je poznata).
Poput cigle, na velikom gradilištu prirode, polisaharidi se grade od hiljada i hiljada monosaharida. Bez njih, tačnije, bez celuloze i škroba ne bi bilo biljaka. A životinje bez glikogena, laktoze i hitina bi teško prolazile.
Pogledajmo pažljivo vjeverice. Priroda je najveći majstor mozaika i slagalica: od samo 20 aminokiselina u ljudskom tijelu nastaje 5 miliona vrsta proteina. Vjeverice takođe sadrže mnogo života važne funkcije. Na primjer, izgradnja, regulacija procesa u organizmu, zgrušavanje krvi (za to postoje odvojeni proteini), kretanje, transport određenih supstanci u tijelu, oni su i izvor energije, u obliku enzima djeluju kao katalizator reakcija i pruža zaštitu. U zaštiti organizma od negativnih vanjskih utjecaja važnu ulogu igra antitela. A ako dođe do poremećaja u finom podešavanju tijela, antitijela, umjesto da uništavaju vanjske neprijatelje, mogu djelovati kao agresori na vlastite organe i tkiva.
Proteini se također dijele na jednostavne (proteini) i složene (proteidi). I imaju svojstva koja su im jedinstvena: denaturaciju (destrukciju, koju ste više puta primijetili prilikom tvrdog kuhanja jaja) i renaturaciju (ovo svojstvo je našlo široku primjenu u proizvodnji antibiotika, koncentrata za hranu itd.).
Nemojmo zanemariti lipida(masti). U našem tijelu služe kao rezervni izvor energije. Kao rastvarači pomažu u odvijanju biohemijskih reakcija. Učestvujte u izgradnji tijela – na primjer, u formiranju ćelijskih membrana.
I još nekoliko riječi o zanimljivim organskim spojevima kao što su hormoni. Oni učestvuju u biohemijske reakcije i metabolizam. Tako mali, hormoni čine muškarce muškarcima (testosteron), a žene ženama (estrogen). Učinite nas sretnima ili tužnim (hormoni igraju važnu ulogu u promjenama raspoloženja štitne žlijezde, a endorfini daju osjećaj sreće). I čak određuju da li smo „noćne sove“ ili „šave“. Da li ste voljni učiti do kasno ili više volite da ustanete rano i uradite domaći prije škole, ne određuje samo vaša dnevna rutina, već i određeni hormoni nadbubrežne žlijezde.
Zaključak
Svet organske materije je zaista neverovatan. Dovoljno je samo malo uroniti u njegovo proučavanje da vam oduzme dah od osjećaja srodnosti sa svim životom na Zemlji. Dvije noge, četiri ili korijenje umjesto nogu - sve nas ujedinjuje magija hemijske laboratorije majke prirode. On uzrokuje da se atomi ugljika spajaju u lance, reaguju i stvaraju hiljade različitih kemijskih spojeva.
Sada imate brzi vodič za organsku hemiju. Naravno, ovdje nisu prikazane sve moguće informacije. Možda ćete morati sami da razjasnite neke tačke. Ali uvijek možete koristiti rutu koju smo zacrtali za vlastito nezavisno istraživanje.
Također možete koristiti definiciju organske tvari datu u članku, klasifikaciju i opšte formule organska jedinjenja i opće informacije o njima da se pripreme za časove hemije u školi.
Recite nam u komentarima koji dio hemije (organski ili neorganski) vam se najviše sviđa i zašto. Ne zaboravite podijeliti članak na na društvenim mrežama, tako da ga mogu koristiti i vaši drugovi iz razreda.
Obavijestite me ako pronađete bilo kakve netočnosti ili greške u članku. Svi smo mi ljudi i svi ponekad griješimo.
blog.site, pri kopiranju materijala u cijelosti ili djelimično, potrebna je veza do originalnog izvora.
Postoji nekoliko definicija o tome šta su organske supstance i po čemu se razlikuju od druge grupe jedinjenja - neorganskih. Jedno od najčešćih objašnjenja dolazi od naziva "ugljovodonici". Zaista, u srcu svih organskih molekula su lanci ugljikovih atoma vezanih za vodonik. Postoje i drugi elementi koji se nazivaju "organogeni".
Organska hemija prije otkrića uree
Od davnina ljudi su koristili mnoge prirodne tvari i minerale: sumpor, zlato, željeznu i bakrenu rudu, kuhinjsku so. Kroz postojanje nauke - od antičkih vremena do prvih polovina 19. veka stoljeća – naučnici nisu mogli dokazati vezu između žive i nežive prirode na nivou mikroskopske strukture (atomi, molekuli). Vjerovalo se da organske tvari svoj izgled duguju mitskoj životnoj sili - vitalizmu. Postojao je mit o mogućnosti odgajanja ljudskog “homunkulusa”. Da biste to učinili, bilo je potrebno staviti ga u bure različiti proizvodi vitalna aktivnost, čekaj određeno vrijeme dok se životna snaga ne rodi.
Smanjiv udarac vitalizmu zadao je rad Wellera, koji je sintetizirao organsku supstancu ureu iz neorganske komponente. Tako je dokazano da ne postoji vitalna sila, priroda je jedna, organizme i anorganska jedinjenja formiraju atomi istih elemenata. Sastav uree bio je poznat prije Wellerovog rada; proučavanje ovog spoja tih godina nije bilo teško. Sama činjenica dobivanja tvari karakteristične za metabolizam izvan tijela životinje ili čovjeka bila je izuzetna.
Teorija A. M. Butlerova
Uloga ruske škole hemičara u razvoju nauke koja proučava organske supstance je velika. Čitave ere u razvoju povezuju se s imenima Butlerova, Markovnikova, Zelinskog, Lebedeva organska sinteza. Osnivač teorije strukture jedinjenja je A. M. Butlerov. Čuveni hemičar 60-ih godina 19. veka objasnio je sastav organskih supstanci, razloge za raznolikost njihove strukture i otkrio odnos koji postoji između sastava, strukture i svojstava supstanci.
Na osnovu Butlerovljevih zaključaka, bilo je moguće ne samo sistematizirati znanje o već postojećim organskim jedinjenjima. Postalo je moguće predvidjeti svojstva još ne poznato nauci supstance, stvaraju tehnološke šeme da ih primim industrijskim uslovima. Mnoge ideje vodećih organskih hemičara danas se u potpunosti ostvaruju.
Oksidacijom ugljikovodika nastaju nove organske tvari - predstavnici drugih klasa (aldehidi, ketoni, alkoholi, karboksilne kiseline). Na primjer, velike količine acetilena se koriste za proizvodnju octene kiseline. Dio ovog produkta reakcije se kasnije troši za proizvodnju sintetičkih vlakana. Otopina kiseline (9% i 6%) nalazi se u svakom domu - ovo je obično sirće. Oksidacija organskih supstanci služi kao osnova za dobijanje vrlo veliki broj spojevi od industrijskog, poljoprivrednog i medicinskog značaja.
Aromatični ugljovodonici
Aromatičnost u molekulima organskih supstanci je prisustvo jednog ili više jezgri benzena. Lanac od 6 atoma ugljika zatvara se u prsten, u njemu se pojavljuje konjugirana veza, pa svojstva takvih ugljikovodika nisu slična drugim ugljikovodnicima.
Aromatični ugljovodonici (ili areni) imaju ogroman praktični značaj. Mnogi od njih se široko koriste: benzen, toluen, ksilen. Koriste se kao rastvarači i sirovine za proizvodnju lijekova, boja, gume, gume i drugih proizvoda organske sinteze.
Jedinjenja koja sadrže kiseonik
Velika grupa organskih supstanci sadrži atome kiseonika. Oni su dio najaktivnijeg dijela molekule, njene funkcionalne grupe. Alkoholi sadrže jednu ili više hidroksilnih vrsta -OH. Primjeri alkohola: metanol, etanol, glicerin. Karboksilne kiseline sadrže još jednu funkcionalnu česticu - karboksil (-COOOH).
Ostala organska jedinjenja koja sadrže kiseonik su aldehidi i ketoni. Karboksilne kiseline, alkoholi i aldehidi u velike količine prisutni su u kompoziciji različitih organa biljke. Oni mogu biti izvori za dobijanje prirodni proizvodi(sirćetna kiselina, etil alkohol, mentol).
Masti su spojevi karboksilnih kiselina i trihidričnog alkohola glicerola. Pored alkohola i linearnih kiselina, postoje organska jedinjenja sa benzenskim prstenom i funkcionalnom grupom. Primjeri aromatičnih alkohola: fenol, toluen.
Ugljikohidrati
Najvažnije organske tvari u tijelu koje izgrađuju ćelije su proteini, enzimi, nukleinske kiseline, ugljikohidrati i masti (lipidi). Jednostavni ugljikohidrati- monosaharidi - nalaze se u ćelijama u obliku riboze, deoksiriboze, fruktoze i glukoze. Posljednji ugljikohidrat na ovoj kratkoj listi je glavna metabolička tvar u stanicama. Riboza i deoksiriboza su komponente ribonukleinskih i deoksiribonukleinskih kiselina (RNA i DNK).
Kada se molekule glukoze razgrađuju, oslobađa se energija neophodna za život. Prvo, pohranjuje se tokom formiranja svojevrsnog energetskog nosača - adenozin trifosforne kiseline (ATP). Ova supstanca se transportuje krvlju i isporučuje u tkiva i ćelije. Uz uzastopnu eliminaciju tri ostatka fosforne kiseline iz adenozina, oslobađa se energija.
Masti
Lipidi su supstance živih organizama koje imaju specifična svojstva. Ne rastvaraju se u vodi i hidrofobne su čestice. Sjemenke i plodovi nekih biljaka posebno su bogati tvarima ove klase, nervnog tkiva, jetra, bubrezi, životinjska i ljudska krv.
Koža ljudi i životinja sadrži mnogo malih lojne žlezde. Sekret koji luče dovode se na površinu tijela, podmazuju ga, štite od gubitka vlage i prodora mikroba. Sloj potkožne masti štiti od oštećenja unutrašnje organe, služi kao rezervna supstanca.
Vjeverice
Proteini čine više od polovine svih organskih supstanci u ćeliji; u nekim tkivima njihov sadržaj dostiže 80%. Sve vrste proteina odlikuju se velikom molekularnom težinom i prisustvom primarnih, sekundarnih, tercijarnih i kvartarnih struktura. Kada se zagriju, uništavaju se - dolazi do denaturacije. Primarna struktura je ogroman lanac aminokiselina za mikrokosmos. Pod uticajem posebnih enzima u probavni sustavživotinja i ljudi, makromolekula proteina će se raspasti na svoje sastavne dijelove. Oni ulaze u ćelije u kojima dolazi do sinteze organskih supstanci - drugih proteina specifičnih za svako živo biće.
Enzimi i njihova uloga
Reakcije u ćeliji teku brzinom koju je teško postići u industrijskim uslovima zahvaljujući katalizatorima - enzimima. Postoje enzimi koji djeluju samo na proteine - lipaze. Hidroliza škroba se odvija uz učešće amilaze. Lipaze su potrebne za razgradnju masti na sastavne dijelove. Procesi koji uključuju enzime odvijaju se u svim živim organizmima. Ako osoba nema enzim u svojim stanicama, to utiče na njegov metabolizam i cjelokupno zdravlje.
Nukleinske kiseline
Supstance, koje su prvi put otkrivene i izolirane iz ćelijskih jezgara, obavljaju funkciju prenošenja nasljednih karakteristika. Glavna količina DNK sadržana je u hromozomima, a molekule RNK nalaze se u citoplazmi. Kada se DNK duplira (udvostručuje), postaje moguće prenijeti nasljedne informacije u zametne stanice - gamete. Kada se spoje novi organizam prima genetski materijal od roditelja.
Klasifikacija organskih supstanci je još složenija. To je zbog brojnih razloga: izuzetnog obilja organskih spojeva, složenosti i raznolikosti njihove strukture, te same istorije proučavanja jedinjenja ugljika.Zaista, sve do sredine 19. veka. organska hemija, by figurativno F. Velera*, činilo se kao „gusta šuma puna nevjerovatnih stvari, bezgranična gustiš iz koje se ne može izaći, u koju se ne usuđuješ prodrijeti“. Tek s pojavom teorije 1861 hemijska struktura organska jedinjenja "gusta šuma"
organska hemija je počela da se pretvara u poplavljenu sunčeva svetlost običan park sa strogom mrežom uličica i staza. Autori ove teorije bili su izvanredan međunarodni trio naučnika hemičara: naš sunarodnik A.M. Butlerov**, Nijemac F.A. Kekule i Englez A. Cooper.
Rice. 5. Friedrich Wöhler
(1800–1882)
Rice. 6. Alexander
Mikhailovich Butlerov
(1828–1886)
Suština teorije hemijske strukture koju su oni stvorili može se formulisati u obliku tri propozicije.
1. Atomi u molekulima povezani su određenim redoslijedom prema njihovoj valenciji, a ugljik u organskim jedinjenjima je četverovalentan.
2. Osobine supstanci su određene ne samo kvalitativnim i kvantitativnim elementarnim sastavom, već i redosledom veza atoma u molekulima, tj. hemijska struktura.
3. Atomi u molekulima međusobno utiču jedni na druge, što utiče na svojstva supstanci.
* Nemački hemičar. Obavljao istraživanja iz oblasti neorganske i organske hemije. Ustanovio je postojanje fenomena izomerizma i po prvi put izvršio sintezu organske supstance (uree) iz neorganske. Dobio neke metale (aluminij, berilij itd.).
** Izuzetni ruski hemičar, autor teorije hemikalija
struktura organskih supstanci. Na osnovukoncepti strukture objasnili su fenomen izomerizma, predvidjeli postojanje izomera niza supstanci i po prvi put ih sintetizirali. Bio je prvi koji je sintetizirao zašećerenu supstancu. Osnivač ruske hemijske školeIkov, koji je uključivao V.V. Markovnikov, A.M. Zaitsev, E.E. Vagner, A.E. Favorsky i drugi.
Danas se čini nevjerovatnim da su do sredine 19. vijeka, tokom perioda velikih otkrića u prirodnim naukama, naučnici slabo razumjeli unutrašnju strukturu materije. Butlerov je bio taj koji je uveo pojam "hemijska struktura", što znači sistem hemijskih veza između atoma u molekulu i njihov relativni raspored u prostoru. Zahvaljujući ovakvom razumijevanju strukture molekula, postalo je moguće objasniti fenomen izomerizma, predvidjeti postojanje nepoznatih izomera i povezati svojstva tvari s njihovom kemijskom strukturom. Za ilustraciju fenomena izomerizma, predstavljamo formule i svojstva dvije supstance - etil alkohola i dimetil etera, koje imaju isti elementarni sastav C2H6O, ali različite hemijske strukture (tabela 2).
tabela 2
Ilustracija zavisnosti svojstava supstanceiz njegove strukture
Fenomen izomerizma, veoma rasprostranjen u organskoj hemiji, jedan je od razloga raznolikosti organskih supstanci. Drugi razlog za raznolikost organskih supstanci je jedinstvena sposobnost atoma ugljika da formira hemijske veze međusobno, što rezultira ugljičnim lancima
raznih dužina i struktura: nerazgranati, razgranati, zatvoreni. Na primjer, četiri atoma ugljika mogu formirati lance poput ovog:
Ako uzmemo u obzir da između dva atoma ugljika mogu postojati ne samo jednostavne (jednostruke) C–C veze, već i dvostruke C=C i trostruke C≡C, tada se povećava broj varijanti ugljikovih lanaca i, posljedično, raznih organskih supstance značajno povećava.
Klasifikacija organskih supstanci takođe se zasniva na Butlerovoj teoriji hemijske strukture. Ovisno o atomima čiji su kemijski elementi uključeni u molekulu, sve organske grupe: ugljikovodici, spojevi koji sadrže kisik, spojevi koji sadrže dušik.
Ugljikovodici su organska jedinjenja koja se sastoje samo od atoma ugljika i vodika.
Na osnovu strukture ugljikovog lanca i prisutnosti ili odsustva višestrukih veza u njemu, svi ugljikovodici se dijele u nekoliko klasa. Ove klase su predstavljene u dijagramu 2.
Ako ugljikovodik ne sadrži višestruke veze i lanac atoma ugljika nije zatvoren, on pripada, kao što znate, klasi zasićenih ugljikovodika, ili alkana. Korijen ove riječi je arapskog porijekla, a sufiks -an prisutan je u nazivima svih ugljikovodika ove klase.
Šema 2
Klasifikacija ugljovodonika
Prisutnost jedne dvostruke veze u molekuli ugljovodonika omogućava da se ona klasifikuje kao alken, a naglašena je i njegova veza sa ovom grupom supstanci.
sufiks -en u nazivu. Najjednostavniji alken je etilen, koji ima formulu CH2=CH2. U molekulu mogu postojati dvije C=C dvostruke veze; u ovom slučaju supstanca pripada klasi alkadiena.
Pokušajte objasniti značenje sufiksa -dien. Na primjer, 1,3 butadien ima strukturnu formulu: CH2=CH–CH=CH2.
Ugljikovodici s trostrukom vezom ugljik-ugljik u molekuli nazivaju se alkini. Sufiks -in označava da supstanca pripada ovoj klasi. Predak klase alkina je acetilen (etin), čija je molekulska formula C2H2, a strukturna formula HC≡CH. Od spojeva sa zatvorenim ugljikovim lancem
najvažniji atomi su arene - posebna klasa ugljovodonici, ime prvog predstavnika za koji ste verovatno čuli je benzen C6H6, čija je strukturna formula poznata i svakom kulturnom čoveku:
Kao što ste već shvatili, osim ugljika i vodika, organske tvari mogu sadržavati atome drugih elemenata, prvenstveno kisika i dušika. Najčešće atomi ovih elemenata u različitim kombinacijama formiraju grupe, koje se nazivaju funkcionalnim.
Funkcionalna grupa je grupa atoma koja određuje najkarakterističnija hemijska svojstva supstance i njenu pripadnost određenoj klasi jedinjenja.
Glavne klase organskih jedinjenja koja sadrže funkcionalne grupe prikazane su na šemi 3.
Šema 3
Glavne klase organskih supstanci koje sadrže funkcionalne grupe
Funkcionalna grupa –OH naziva se hidroksil i određuje pripada li nekoj od njih najvažnijih časova organske supstance - alkoholi.
Nazivi alkohola se formiraju pomoću sufiksa -ol. Na primjer, najpoznatiji predstavnik alkohola je etil alkohol, ili etanol, C2H5OH.
Atom kisika može biti vezan za dvostruki atom ugljika hemijska veza. Grupa >C=O naziva se karbonil. Karbonilna grupa je dio nekoliko
funkcionalne grupe, uključujući aldehid i karboksil. Organske supstance koje sadrže ove funkcionalne grupe nazivaju se aldehidi i karboksilne kiseline. Većina poznatih predstavnika aldehidi su formaldehid HCOH i acetaldehid CH3SON. WITH sirćetna kiselina CH3COOH, čija se otopina zove stolno sirće, vjerojatno je svima poznata. Posebnost strukture organskih spojeva koji sadrže dušik, a prije svega amina i aminokiselina, je prisustvo amino grupe –NH2 u njihovim molekulima.
Gornja klasifikacija organskih supstanci je također vrlo relativna. Kao što jedan molekul (na primjer, alkadieni) može sadržavati dvije višestruke veze, supstanca može imati dvije ili čak više funkcionalnih grupa. dakle, strukturne jedinice Glavni nosioci života na zemlji – molekuli proteina – su aminokiseline. Molekuli ovih supstanci nužno sadrže najmanje dvije funkcionalne grupe - karboksilnu i amino grupu. Najjednostavnija aminokiselina zove se glicin i ima formulu:
Kao i amfoterni hidroksidi, aminokiseline kombinuju svojstva kiselina (zbog karboksilne grupe) i baza (zbog prisustva amino grupe u molekulu).
Organizovati život na Zemlji amfoterna svojstva aminokiseline su od posebnog značaja - zbog interakcije amino grupa i karboksilnih grupa aminokiselina
lotovi su povezani u polimerne lance proteina.
? 1. Koje su glavne odredbe teorije hemijske strukture A.M. Butlerova. Kakvu je ulogu ova teorija imala u razvoju organske hemije?
2. Koje klase ugljovodonika poznajete? Na osnovu čega je napravljena ova klasifikacija?
3. Koja je funkcionalna grupa organskog jedinjenja? Koje funkcionalne grupe možete navesti? Koje klase organskih jedinjenja sadrže navedene funkcionalne grupe? Zapišite opšte formule klasa spojeva i formule njihovih predstavnika.
4. Definišite izomeriju, napišite formule mogućih izomera za jedinjenja sastava C4H10O. Koristeći različite izvore informacija, navedite svaki od njih i pripremite izvještaj o jednom od jedinjenja.
5. Razvrstajte supstance čije su formule: C6H6, C2H6, C2H4, HCOOH, CH3OH, C6H12O6, u odgovarajuće klase organskih jedinjenja. Koristeći različite izvore informacija, navedite svaki od njih i pripremite izvještaj o jednom od jedinjenja.
6. Strukturna formula glukoza: 
U koju klasu organskih jedinjenja biste svrstali ovu supstancu? Zašto se naziva spojem s dvostrukom funkcijom?
7. Uporedite organska i neorganska amfoterna jedinjenja.
8. Zašto su aminokiseline klasifikovane kao spojevi s dvostrukom funkcijom? Kakvu ulogu igra ova strukturna karakteristika aminokiselina u organizaciji života na Zemlji?
9. Pripremite poruku na temu “Aminokiseline – “građevinski blokovi” života” koristeći internet.
10. Navedite primjere relativnosti podjele organskih jedinjenja na određene klase. Povucite paralele sa sličnom relativnošću za neorganska jedinjenja.