Organinė medžiaga yra cheminis junginys, kuriame yra anglies. Vienintelės išimtys yra anglies rūgštis, karbidai, karbonatai, cianidai ir anglies oksidai.

Istorija

Pats terminas „organinės medžiagos“ atsirado kasdieniame mokslininkų gyvenime ankstyvoje chemijos raidos stadijoje. Tuo metu dominavo vitalistinės pasaulėžiūros. Tai buvo Aristotelio ir Plinijaus tradicijų tąsa. Šiuo laikotarpiu žinovai buvo užsiėmę skirstydami pasaulį į gyvą ir negyvą. Be to, visos be išimties medžiagos buvo aiškiai suskirstytos į mineralines ir organines. Buvo manoma, kad norint susintetinti „gyvų“ medžiagų junginius, reikia specialios „jėgos“. Jis būdingas visoms gyvoms būtybėms ir be jo negali susidaryti organiniai elementai.

Šis šiuolaikiniam mokslui juokingas teiginys vyravo labai ilgai, kol 1828 metais Friedrichas Wöhleris eksperimentiškai jį paneigė. Jis sugebėjo gauti organinį karbamidą iš neorganinio amonio cianato. Tai pastūmėjo chemiją į priekį. Tačiau esamuoju laiku išliko medžiagų skirstymas į organines ir neorganines. Tai sudaro klasifikavimo pagrindą. Yra žinoma beveik 27 milijonai organinių junginių.

Kodėl yra tiek daug organinių junginių?

Organinės medžiagos, išskyrus kai kurias išimtis, yra anglies junginys. Tai iš tikrųjų yra labai įdomus elementas. Anglis iš savo atomų gali sudaryti grandines. Labai svarbu, kad ryšys tarp jų būtų stabilus.

Be to, anglies, esančios organinėse medžiagose, valentingumas – IV. Iš to išplaukia, kad šis elementas gali sudaryti ne tik viengubus, bet ir dvigubus bei trigubus ryšius su kitomis medžiagomis. Didėjant jų daugybei, grandinė, susidedanti iš atomų, trumpės. Tuo pačiu metu ryšio stabilumas tik didėja.

Anglis taip pat turi galimybę formuoti plokščias, linijines ir trimates struktūras. Štai kodėl gamtoje yra tiek daug įvairių organinių medžiagų.

Junginys

Kaip minėta aukščiau, organinės medžiagos yra anglies junginiai. Ir tai labai svarbu. atsiranda, kai jis yra susijęs su beveik bet kuriuo periodinės lentelės elementu. Gamtoje dažniausiai jų sudėtyje (be anglies) yra deguonies, vandenilio, sieros, azoto ir fosforo. Likę elementai yra daug rečiau paplitę.

Savybės

Taigi organinė medžiaga yra anglies junginys. Tačiau yra keletas svarbių kriterijų, kuriuos jis turi atitikti. Visos organinės kilmės medžiagos turi bendrų savybių:

1. Skirtinga tarp atomų esančių ryšių tipologija neabejotinai lemia izomerų atsiradimą. Visų pirma, jie susidaro susijungus anglies molekulėms. Izomerai yra skirtingos medžiagos, turinčios tą pačią molekulinę masę ir sudėtį, tačiau skirtingos cheminės ir fizinės savybės. Šis reiškinys vadinamas izomerija.

2. Kitas kriterijus – homologijos fenomenas. Tai organinių junginių serijos, kuriose gretimų medžiagų formulė nuo ankstesnių skiriasi viena CH 2 grupe. Ši svarbi savybė naudojama medžiagų moksle.

Kokios yra organinių medžiagų klasės?

Organiniai junginiai apima kelias klases. Jie yra žinomi visiems. lipidai ir angliavandeniai. Šios grupės gali būti vadinamos biologiniais polimerais. Jie dalyvauja medžiagų apykaitoje bet kurio organizmo ląstelių lygiu. Šiai grupei taip pat priklauso nukleorūgštys. Taigi galime sakyti, kad organinė medžiaga yra tai, ką valgome kasdien, iš ko esame pagaminti.

Voverės

Baltymai susideda iš struktūrinių komponentų – aminorūgščių. Tai yra jų monomerai. Baltymai taip pat vadinami baltymais. Yra žinoma apie 200 rūšių aminorūgščių. Visi jie randami gyvuose organizmuose. Tačiau tik dvidešimt iš jų yra baltymų komponentai. Jie vadinami pagrindiniais. Bet literatūroje galima rasti ir mažiau populiarių terminų – proteinogeninės ir baltymus formuojančios aminorūgštys. Šios klasės organinės medžiagos formulėje yra amino (-NH 2) ir karboksilo (-COOH) komponentų. Jie yra sujungti vienas su kitu tomis pačiomis anglies jungtimis.

Baltymų funkcijos

Baltymai atlieka daug svarbių funkcijų augalų ir gyvūnų organizme. Tačiau pagrindinis yra struktūrinis. Baltymai yra pagrindiniai ląstelės membranos komponentai ir ląstelių organelių matrica. Mūsų kūne visos arterijų sienelės, venos ir kapiliarai, sausgyslės ir kremzlės, nagai ir plaukai daugiausia susideda iš skirtingų baltymų.

Kita funkcija yra fermentinė. Baltymai veikia kaip fermentai. Jie katalizuoja chemines reakcijas organizme. Jie yra atsakingi už maistinių komponentų skaidymą virškinimo trakte. Augaluose fermentai fiksuoja anglies padėtį fotosintezės metu.

Kai kurios perneša organizme įvairias medžiagas, pavyzdžiui, deguonį. Prie jų gali prisijungti ir organinės medžiagos. Taip atliekama transportavimo funkcija. Baltymai kraujagyslėmis perneša metalų jonus, riebalų rūgštis, hormonus ir, žinoma, anglies dioksidą bei hemoglobiną. Transportas taip pat vyksta tarpląsteliniame lygmenyje.

Baltymų junginiai – imunoglobulinai – atsakingi už apsauginės funkcijos atlikimą. Tai kraujo antikūnai. Pavyzdžiui, trombinas ir fibrinogenas aktyviai dalyvauja krešėjimo procese. Taigi jie užkerta kelią dideliam kraujo netekimui.

Baltymai taip pat yra atsakingi už susitraukimo funkciją. Dėl to, kad miozino ir aktino protofibrilės nuolat atlieka slystančius judesius vienas kito atžvilgiu, raumenų skaidulos susitraukia. Tačiau panašūs procesai vyksta ir vienaląsčiuose organizmuose. Bakterinių žvynelių judėjimas taip pat yra tiesiogiai susijęs su mikrotubulių, kurie savo prigimtimi yra baltyminiai, slydimu.

Oksiduojant organines medžiagas išsiskiria daug energijos. Tačiau, kaip taisyklė, baltymai energijos poreikiams išleidžiami labai retai. Tai atsitinka, kai išnaudojami visi rezervai. Tam geriausiai tinka lipidai ir angliavandeniai. Todėl baltymai gali atlikti energetinę funkciją, tačiau tik tam tikromis sąlygomis.

Lipidai

Organinė medžiaga taip pat yra į riebalus panašus junginys. Lipidai priklauso paprasčiausioms biologinėms molekulėms. Jie netirpsta vandenyje, bet suyra nepoliniuose tirpaluose, tokiuose kaip benzinas, eteris ir chloroformas. Jie yra visų gyvų ląstelių dalis. Chemiškai lipidai yra alkoholiai ir karboksirūgštys. Garsiausi iš jų – riebalai. Gyvūnų ir augalų organizme šios medžiagos atlieka daug svarbių funkcijų. Daugelis lipidų naudojami medicinoje ir pramonėje.

Lipidų funkcijos

Šios organinės cheminės medžiagos kartu su baltymais ląstelėse sudaro biologines membranas. Tačiau pagrindinė jų funkcija yra energija. Oksiduojant riebalų molekules išsiskiria didžiulis energijos kiekis. Jis prisideda prie ATP susidarymo ląstelėse. Nemažai energijos atsargų gali būti sukaupta organizme lipidų pavidalu. Kartais jų būna net daugiau, nei reikia įprastai gyvenimo veiklai. Su patologiniais metabolizmo pokyčiais atsiranda daugiau „riebalų“ ląstelių. Nors teisybės dėlei reikia pažymėti, kad tokie pertekliniai rezervai tiesiog būtini žiemojantiems gyvūnams ir augalams. Daugelis žmonių mano, kad šaltuoju metų laiku medžiai ir krūmai maitinasi dirvožemiu. Tiesą sakant, jie išnaudoja aliejaus ir riebalų atsargas, kurias pagamino per vasarą.

Žmogaus ir gyvūno organizme riebalai gali atlikti ir apsauginę funkciją. Jie nusėda poodiniame audinyje ir aplink organus, tokius kaip inkstai ir žarnos. Taigi jie puikiai apsaugo nuo mechaninių pažeidimų, tai yra, smūgių.

Be to, riebalai turi žemą šilumos laidumo lygį, kuris padeda išlaikyti šilumą. Tai labai svarbu, ypač esant šaltam klimatui. Jūrų gyvūnams poodinis riebalų sluoksnis taip pat prisideda prie gero plūdrumo. Tačiau paukščiuose lipidai atlieka ir vandenį atstumiančias bei tepimo funkcijas. Vaškas padengia jų plunksnas ir daro jas lankstesnes. Kai kurių rūšių augalų lapai turi tą pačią dangą.

Angliavandeniai

Organinės medžiagos C n (H 2 O) m formulė rodo, kad junginys priklauso angliavandenių klasei. Šių molekulių pavadinimas nurodo, kad deguonies ir vandenilio jose yra tiek pat kiek vandens. Be šių cheminių elementų, junginiuose gali būti, pavyzdžiui, azoto.

Angliavandeniai ląstelėje yra pagrindinė organinių junginių grupė. Tai pirminiai produktai, taip pat pradiniai kitų medžiagų, pavyzdžiui, alkoholių, organinių rūgščių ir aminorūgščių, sintezės augaluose produktai. Angliavandenių taip pat yra gyvūnų ir grybų ląstelėse. Jie taip pat yra tarp pagrindinių bakterijų ir pirmuonių komponentų. Taigi gyvūnų ląstelėje jų yra nuo 1 iki 2%, o augalo ląstelėje jų kiekis gali siekti 90%.

Šiandien yra tik trys angliavandenių grupės:

Paprastieji cukrūs (monosacharidai);

Oligosacharidai, susidedantys iš kelių nuosekliai sujungtų paprastųjų cukrų molekulių;

Polisacharidai, juose yra daugiau nei 10 monosacharidų ir jų darinių molekulių.

Angliavandenių funkcijos

Visos organinės medžiagos ląstelėje atlieka specifines funkcijas. Pavyzdžiui, gliukozė yra pagrindinis energijos šaltinis. Jis suskaidomas ląstelėse, vykstant ląsteliniam kvėpavimui. Glikogenas ir krakmolas sudaro pagrindines energijos atsargas, pirmieji gyvūnuose, o antrieji – augaluose.

Angliavandeniai taip pat atlieka struktūrinę funkciją. Celiuliozė yra pagrindinė augalų ląstelių sienelių sudedamoji dalis. O nariuotakojų chitinas atlieka tą pačią funkciją. Jis taip pat randamas aukštesniųjų grybų ląstelėse. Jei kaip pavyzdį paimtume oligosacharidus, jie yra citoplazminės membranos dalis – glikolipidų ir glikoproteinų pavidalu. Glikokaliksas taip pat dažnai aptinkamas ląstelėse. Pentozės dalyvauja nukleorūgščių sintezėje. Kada yra įtraukta į DNR, o ribozė yra įtraukta į RNR. Šie komponentai taip pat randami kofermentuose, pavyzdžiui, FAD, NADP ir NAD.

Angliavandeniai taip pat gali atlikti apsauginę funkciją organizme. Gyvūnams medžiaga heparinas aktyviai apsaugo nuo greito kraujo krešėjimo. Jis susidaro pažeidžiant audinius ir blokuoja kraujo krešulių susidarymą kraujagyslėse. Heparinas dideliais kiekiais randamas putliosiose ląstelėse granulėse.

Nukleino rūgštys

Baltymai, angliavandeniai ir lipidai yra ne visos žinomos organinių medžiagų klasės. Chemija taip pat apima nukleino rūgštis. Tai yra fosforo turintys biopolimerai. Jie, išsidėstę visų gyvų būtybių ląstelės branduolyje ir citoplazmoje, užtikrina genetinių duomenų perdavimą ir saugojimą. Šios medžiagos buvo atrastos biochemiko F.Miescherio, tyrinėjusio lašišų spermą, dėka. Tai buvo „atsitiktinis“ atradimas. Kiek vėliau RNR ir DNR buvo aptiktos visuose augalų ir gyvūnų organizmuose. Nukleino rūgštys taip pat buvo išskirtos grybų ir bakterijų bei virusų ląstelėse.

Iš viso gamtoje aptiktos dviejų tipų nukleino rūgštys – ribonukleino rūgštys (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgštys (DNR). Skirtumas aiškus iš pavadinimo. dezoksiribozė yra penkių angliavandenių cukrus. O ribozė randama RNR molekulėje.

Organinė chemija yra susijusi su nukleino rūgščių tyrimu. Tyrimų temas taip pat diktuoja medicina. DNR kodai slepia daugybę genetinių ligų, kurių mokslininkai dar turi atrasti.

Organiniai junginiai sudaro vidutiniškai 20-30% gyvo organizmo ląstelių masės. Tai apima biologinius polimerus – baltymus, nukleino rūgštis ir angliavandenius, taip pat riebalus ir daugybę mažų molekulių – hormonus, pigmentus, ATP ir daugelį kitų.

Skirtingų tipų ląstelėse yra skirtingi organinių junginių kiekiai. Augalų ląstelėse vyrauja kompleksiniai angliavandeniai – polisacharidai, o gyvūnų ląstelėse daugiau baltymų ir riebalų. Tačiau kiekviena iš organinių medžiagų grupių bet kokio tipo ląstelėse atlieka panašias funkcijas.

Lipidai – taip vadinami riebalai ir į riebalus panašios medžiagos (lipoidai). Čia įtrauktos medžiagos pasižymi tirpumu organiniuose tirpikliuose ir netirpumu (santykiniu) vandenyje.

Yra augaliniai riebalai, kurie kambario temperatūroje yra skystos konsistencijos, ir gyvuliniai riebalai, kurių konsistencija yra kieta.

Lipidų funkcijos:

Struktūriniai – fosfolipidai yra ląstelių membranų dalis;

Sandėliavimas – riebalai kaupiasi stuburinių gyvūnų ląstelėse;

Energija – trečdalis energijos, kurią sunaudoja ramybės būsenos stuburinių gyvūnų ląstelės, susidaro oksiduojantis riebalams, kurie taip pat naudojami kaip vandens šaltinis;

Apsauginis – poodinis riebalų sluoksnis saugo kūną nuo mechaninių pažeidimų;

Šilumos izoliacija – poodiniai riebalai padeda išlaikyti šilumą;

Elektra izoliuojantis – Schwann ląstelių išskiriamas mielinas izoliuoja kai kuriuos neuronus, o tai daug kartų pagreitina nervinių impulsų perdavimą;

Maistinė – iš steroidų susidaro tulžies rūgštys ir vitaminas D;

Tepimas – vaškai dengia gyvūnų odą, kailį, plunksnas ir apsaugo nuo vandens; daugelio augalų lapai padengti vaškine danga; vašką bitės naudoja korių statybai;

Hormoninis – antinksčių hormonas – kortizonas ir lytiniai hormonai yra lipidinės prigimties, jų molekulėse nėra riebalų rūgščių.

Suskaidžius 1 g riebalų, išsiskiria 38,9 kJ energijos.

Angliavandeniai

Angliavandeniuose yra anglies, vandenilio ir deguonies. Išskiriami šie angliavandeniai. Suskaidžius 1 g medžiagos išsiskiria 17,6 kJ energijos.

Monosacharidai, arba paprastieji angliavandeniai, kurie, priklausomai nuo anglies atomų kiekio, vadinami triozėmis, pentozėmis, heksozėmis ir kt. Pentozės – ribozė ir dezoksiribozė – yra DNR ir RNR dalis. Heksozė – gliukozė – tarnauja kaip pagrindinis ląstelės energijos šaltinis.

Polisacharidai- polimerai, kurių monomerai yra heksozės monosacharidai. Labiausiai žinomi disacharidai (du monomerai) yra sacharozė ir laktozė. Svarbiausi polisacharidai yra krakmolas ir glikogenas, kurie tarnauja kaip atsarginės medžiagos augalų ir gyvūnų ląstelėms, taip pat celiuliozė – svarbiausias augalų ląstelių struktūrinis komponentas.

Augalai turi didesnę angliavandenių įvairovę nei gyvūnai, nes fotosintezės metu gali juos sintetinti šviesoje. Svarbiausios angliavandenių funkcijos ląstelėje: energetinė, struktūrinė ir saugojimo.

Energetinis vaidmuo yra tas, kad angliavandeniai yra augalų ir gyvūnų ląstelių energijos šaltinis; struktūrinė – augalų ląstelių sienelę beveik vien sudaro celiuliozės polisacharidas; sandėliavimas – krakmolas tarnauja kaip atsarginis produktas augalams. Jis kaupiasi fotosintezės procese auginimo sezono metu ir daugelyje augalų nusėda gumbuose, svogūnėliuose ir kt. Gyvūnų ląstelėse šį vaidmenį atlieka glikogenas, kuris daugiausia nusėda kepenyse.

Voverės

Tarp organinių ląstelių medžiagų baltymai užima pirmąją vietą tiek kiekiu, tiek svarba. Gyvūnams jie sudaro apie 50% sausos ląstelės masės. Žmogaus organizme randama apie 5 milijonus rūšių baltymų molekulių, kurios skiriasi ne tik viena nuo kitos, bet ir nuo kitų organizmų baltymų. Nepaisant tokios struktūros įvairovės ir sudėtingumo, baltymai yra sudaryti tik iš 20 skirtingų aminorūgščių. Kai kurie baltymai, sudarantys organų ir audinių ląsteles, taip pat aminorūgštys, patenkančios į organizmą, bet nenaudojamos baltymų sintezei, suyra, išskiriant 17,6 kJ energijos 1 g medžiagos.

Baltymai atlieka daug įvairių funkcijų organizme: statybinę (jie yra įvairių struktūrinių darinių dalis); apsauginės (specialūs baltymai – antikūnai – geba surišti ir neutralizuoti mikroorganizmus ir svetimus baltymus) ir tt Be to, baltymai dalyvauja kraujo krešėjimu, užkertant kelią stipriam kraujavimui, atlieka reguliavimo, signalizacijos, motorines, energetines, transportavimo funkcijas (tam tikrų medžiagų pernešimas) organizme).

Baltymų katalizinė funkcija yra nepaprastai svarbi. Sąvoka „katalizė“ reiškia „atrišimas“, „išlaisvinimas“. Katalizatoriams priskiriamos medžiagos pagreitina chemines transformacijas, o pačių katalizatorių sudėtis po reakcijos išlieka tokia pati, kokia buvo prieš reakciją.

Fermentai

Visi fermentai, veikiantys kaip katalizatoriai, yra baltyminės prigimties medžiagos, jie dešimtis ir šimtus tūkstančių kartų pagreitina ląstelėje vykstančias chemines reakcijas. Katalizinį fermento aktyvumą lemia ne visa jo molekulė, o tik nedidelė jo atkarpa – aktyvusis centras, kurio veikimas labai specifinis. Viena fermento molekulė gali turėti kelis aktyvius centrus.

Kai kurios fermentų molekulės gali būti sudarytos tik iš baltymų (pavyzdžiui, pepsino) – vienkomponentės arba paprastos; kituose yra du komponentai: baltymas (apofermentas) ir maža organinė molekulė – kofermentas. Nustatyta, kad vitaminai ląstelėse veikia kaip kofermentai. Jei manysime, kad ląstelėje negali įvykti nei viena reakcija be fermentų dalyvavimo, tampa akivaizdu, kad vitaminai yra nepaprastai svarbūs normaliai ląstelės ir viso organizmo veiklai. Trūkstant vitaminų, sumažėja jų turinčių fermentų aktyvumas.

Fermentų aktyvumas tiesiogiai priklauso nuo daugelio veiksnių veikimo: temperatūros, rūgštingumo (aplinkos pH), taip pat nuo substrato molekulių (medžiagos, kurią jie veikia), pačių fermentų ir kofermentų koncentracijos. vitaminai ir kitos medžiagos, sudarančios kofermentus).

Tam tikrą fermentinį procesą gali paskatinti arba slopinti įvairios biologiškai aktyvios medžiagos, tokios kaip hormonai, vaistai, augalų augimo stimuliatoriai, toksinės medžiagos ir kt.

Vitaminai

Vitaminai - biologiškai aktyvios mažos molekulinės masės organinės medžiagos - dalyvauja medžiagų apykaitoje ir energijos konversijoje dažniausiai kaip fermentų komponentai.

Žmogaus paros vitaminų poreikis yra miligramai ir net mikrogramai. Yra žinoma daugiau nei 20 skirtingų vitaminų.

Žmonėms vitaminų šaltinis yra maisto produktai, daugiausia augalinės, o kai kuriais atvejais ir gyvūninės kilmės (vitaminas D, A). Kai kurie vitaminai sintetinami žmogaus organizme.

Vitaminų trūkumas sukelia ligą – hipovitaminozę, visišką jų nebuvimą – avitaminozę, o perteklius – hipervitaminozę.

Hormonai

Hormonai - endokrininių liaukų ir kai kurių nervinių ląstelių gaminamos medžiagos - neurohormonai. Hormonai geba dalyvauti biocheminėse reakcijose, reguliuoti medžiagų apykaitos procesus (medžiagų apykaitą ir energiją).

Būdingi hormonų bruožai: 1) didelis biologinis aktyvumas; 2) didelis specifiškumas (hormoniniai signalai „taikinėje ląstelėje“); 3) veikimo diapazonas (hormonų pernešimas krauju į atstumą iki tikslinių ląstelių); 4) santykinai. trumpas buvimo organizme laikas (kelios minutės ar valandos).

Nukleino rūgštys

Yra 2 nukleino rūgščių tipai: DNR (dezoksiribonukleino rūgštis) ir RNR (ribonukleino rūgštis).

ATP - adenozino trifosforo rūgštis, nukleotidas, susidedantis iš azoto bazės adenino, angliavandenių ribozės ir trijų fosforo rūgšties molekulių.

Struktūra nestabili, veikiant fermentams virsta ADP - adenozino fosforo rūgštimi (atskira viena fosforo rūgšties molekulė), išskirdama 40 kJ energijos. ATP yra vienintelis energijos šaltinis visoms ląstelių reakcijoms.

Nukleino rūgščių cheminės struktūros ypatumai suteikia galimybę kaupti, perduoti ir paveldėti dukterinėms ląstelėms informaciją apie baltymų molekulių struktūrą, kurios sintetinamos kiekviename audinyje tam tikrame individo vystymosi etape.

Nukleorūgštys užtikrina stabilų paveldimos informacijos išsaugojimą ir kontroliuoja atitinkamų fermentinių baltymų susidarymą, o fermentiniai baltymai lemia pagrindinius ląstelių metabolizmo ypatumus.

Organinės chemijos raidos istorijoje išskiriami du laikotarpiai: empirinis (nuo XVII a. vidurio iki XVIII a. pabaigos), kuriame organines medžiagas, jų išskyrimo ir apdorojimo būdus pažinta eksperimentiškai, ir analitinį. (XVIII a. pabaiga – XIX a. vidurys), susijęs su organinių medžiagų sudėties nustatymo metodų atsiradimu. Analitiniu laikotarpiu buvo nustatyta, kad visos organinės medžiagos turi anglies. Be kitų elementų, sudarančių organinius junginius, buvo aptiktas vandenilis, azotas, siera, deguonis ir fosforas.

Didelę reikšmę organinės chemijos istorijoje turi struktūrinis laikotarpis (XIX a. antroji pusė – XX a. pradžia), paženklintas mokslinės organinių junginių sandaros teorijos gimimu, kurios įkūrėjas buvo A.M. Butlerovas.

Pagrindiniai organinių junginių sandaros teorijos principai:

• molekulėse esantys atomai tam tikra tvarka sujungti vienas su kitu cheminiais ryšiais pagal jų valentiškumą. Visuose organiniuose junginiuose esanti anglis yra keturvalentė;
• medžiagų savybės priklauso ne tik nuo jų kokybinės ir kiekybinės sudėties, bet ir nuo atomų jungimosi tvarkos;
• molekulėje esantys atomai veikia vienas kitą.

Atomų jungimosi molekulėje tvarka apibūdinama struktūrine formule, kurioje cheminiai ryšiai vaizduojami brūkšneliais.

Būdingos organinių medžiagų savybės

Yra keletas svarbių savybių, kurios išskiria organinius junginius į atskirą, unikalią cheminių junginių klasę:

1. Organiniai junginiai paprastai yra dujos, skysčiai arba žemos lydymosi kietosios medžiagos, o ne neorganiniai junginiai, kurie dažniausiai yra kietos medžiagos su aukšta lydymosi temperatūra.
2. Organiniai junginiai dažniausiai yra kovalentinės struktūros, o neorganiniai – joniškai.
3. Skirtinga ryšių tarp atomų, sudarančių organinius junginius (pirmiausia anglies atomus), formavimo topologija lemia izomerų atsiradimą - junginius, kurių sudėtis ir molekulinė masė yra tokia pati, bet turi skirtingas fizikines ir chemines savybes. Šis reiškinys vadinamas izomerija.
4. Homologijos reiškinys yra organinių junginių serijų, kuriose bet kurių dviejų eilės kaimynų (homologų) formulė skiriasi ta pačia grupe - homologiniu skirtumu CH 2. Organinės medžiagos dega.

Organinių medžiagų klasifikacija

Klasifikavimas grindžiamas dviem svarbiomis savybėmis – anglies skeleto struktūra ir funkcinių grupių buvimu molekulėje.

Organinių medžiagų molekulėse anglies atomai jungiasi vienas su kitu, sudarydami vadinamuosius. anglies skeletas arba grandinė. Grandinės gali būti atviros ir uždaros (ciklinės), atviros grandinės gali būti nešakos (įprastos) ir šakotos:

Pagal anglies skeleto struktūrą jie skirstomi į:

- aliciklinės organinės medžiagos, turinčios atvirą šakotą ir nešakotą anglies grandinę. Pavyzdžiui,

CH3-CH2-CH2-CH3 (butanas)

CH3-CH (CH3)-CH3 (izobutanas)

- karbociklinės organinės medžiagos, kurių anglies grandinė yra uždaryta cikle (žiedas). Pavyzdžiui,

- heterocikliniai organiniai junginiai, kurių cikle yra ne tik anglies atomų, bet ir kitų elementų, dažniausiai azoto, deguonies ar sieros, atomų:

Funkcinė grupė yra atomas arba ne angliavandenilių atomų grupė, kuri lemia, ar junginys priklauso tam tikrai klasei. Ženklas, pagal kurį organinė medžiaga priskiriama vienai ar kitai klasei, yra funkcinės grupės pobūdis (1 lentelė).

1 lentelė. Funkcinės grupės ir klasės.

Junginiai gali turėti daugiau nei vieną funkcinę grupę. Jei šios grupės yra vienodos, tada junginiai vadinami polifunkciniais, pavyzdžiui, chloroformas, glicerolis. Junginiai, turintys skirtingas funkcines grupes, vadinami heterofunkciniais, jie vienu metu gali būti klasifikuojami į kelias junginių klases, pavyzdžiui, pieno rūgštis gali būti laikoma ir karboksirūgštimi, ir alkoholiu, o kolaminas – aminu ir alkoholiu.

Yra keletas apibrėžimų, kas yra organinės medžiagos ir kuo jos skiriasi nuo kitos junginių grupės – neorganinių. Vienas iš labiausiai paplitusių paaiškinimų kilęs iš pavadinimo „angliavandeniliai“. Iš tiesų, visų organinių molekulių širdyje yra anglies atomų grandinės, sujungtos su vandeniliu. Taip pat yra kitų elementų, vadinamų „organogeniniais“.

Organinė chemija prieš karbamido atradimą

Nuo seniausių laikų žmonės vartojo daug natūralių medžiagų ir mineralų: sieros, aukso, geležies ir vario rūdos, valgomosios druskos. Per visą mokslo egzistavimą – nuo ​​seniausių laikų iki XIX amžiaus pirmosios pusės – mokslininkai negalėjo įrodyti ryšio tarp gyvosios ir negyvosios gamtos mikroskopinės struktūros (atomų, molekulių) lygmeniu. Buvo tikima, kad organinės medžiagos savo išvaizdą slypi mitinei gyvybės jėgai – vitalizmui. Sklandė mitas apie galimybę užauginti žmogaus „homunculus“. Tam reikėjo į statinę sudėti įvairias atliekas ir palaukti tam tikrą laiką, kol atsiras gyvybinė jėga.

Triuškinantį smūgį vitalizmui padarė Wellerio darbas, kuris iš neorganinių komponentų susintetino organinę medžiagą karbamidą. Taigi buvo įrodyta, kad nėra gyvybinės jėgos, gamta yra viena, organizmus ir neorganinius junginius sudaro tų pačių elementų atomai. Karbamido sudėtis buvo žinoma prieš Wellerio darbą, tais metais nebuvo sunku ištirti šį junginį. Pats faktas, kad medžiaga, būdinga metabolizmui, buvo gauta už gyvūno ar žmogaus kūno ribų, buvo nuostabus.

A. M. Butlerovo teorija

Rusijos chemikų mokyklos vaidmuo plėtojant mokslą, tiriantį organines medžiagas, yra didelis. Ištisos organinės sintezės raidos epochos yra susijusios su Butlerovo, Markovnikovo, Zelinskio ir Lebedevo vardais. Junginių struktūros teorijos pradininkas yra A. M. Butlerovas. Garsusis XIX amžiaus 60-ųjų chemikas paaiškino organinių medžiagų sudėtį, jų struktūros įvairovės priežastis, atskleidė ryšį tarp medžiagų sudėties, struktūros ir savybių.

Remiantis Butlerovo išvadomis, buvo galima ne tik susisteminti žinias apie jau egzistuojančius organinius junginius. Atsirado galimybė numatyti mokslui dar nežinomų medžiagų savybes ir sukurti jų gamybos pramoninėmis sąlygomis technologines schemas. Daugelis pirmaujančių organinių chemikų idėjų šiandien yra visiškai įgyvendinamos.

Oksiduojant angliavandenilius susidaro naujos organinės medžiagos – kitų klasių atstovai (aldehidai, ketonai, alkoholiai, karboksirūgštys). Pavyzdžiui, dideli acetileno kiekiai naudojami acto rūgščiai gaminti. Dalis šio reakcijos produkto vėliau sunaudojama sintetiniams pluoštams gaminti. Kiekvienuose namuose randamas rūgšties tirpalas (9% ir 6%) - tai paprastas actas. Organinių medžiagų oksidacija yra daugelio pramoninės, žemės ūkio ir medicinos svarbos junginių gamybos pagrindas.

Aromatiniai angliavandeniliai

Aromatingumas organinių medžiagų molekulėse yra vieno ar kelių benzeno branduolių buvimas. 6 anglies atomų grandinė užsidaro į žiedą, jame atsiranda konjuguotas ryšys, todėl tokių angliavandenilių savybės nepanašios į kitų angliavandenilių.

Aromatiniai angliavandeniliai (arba arenai) turi didelę praktinę reikšmę. Daugelis jų yra plačiai naudojami: benzenas, toluenas, ksilenas. Jie naudojami kaip tirpikliai ir žaliavos vaistų, dažiklių, gumos, gumos ir kitų organinės sintezės produktų gamyboje.

Deguonies turintys junginiai

Didelėje organinių medžiagų grupėje yra deguonies atomų. Jie yra aktyviausios molekulės dalies, jos funkcinės grupės, dalis. Alkoholiuose yra viena ar daugiau hidroksilo rūšių -OH. Alkoholių pavyzdžiai: metanolis, etanolis, glicerinas. Karboksirūgštyse yra dar viena funkcinė dalelė – karboksilas (-COOOH).

Kiti deguonies turintys organiniai junginiai yra aldehidai ir ketonai. Karboksirūgštys, alkoholiai ir aldehidai dideliais kiekiais yra įvairiuose augalų organuose. Jie gali būti natūralių produktų (acto rūgšties, etilo alkoholio, mentolio) gavimo šaltiniai.

Riebalai yra karboksirūgščių ir trihidroalkoholio glicerolio junginiai. Be alkoholių ir linijinių rūgščių, yra organinių junginių su benzeno žiedu ir funkcine grupe. Aromatinių alkoholių pavyzdžiai: fenolis, toluenas.

Angliavandeniai

Svarbiausios organizmo organinės medžiagos, sudarančios ląsteles, yra baltymai, fermentai, nukleorūgštys, angliavandeniai ir riebalai (lipidai). Paprastų angliavandenių – monosacharidų – ląstelėse randama ribozės, dezoksiribozės, fruktozės ir gliukozės pavidalu. Paskutinis angliavandenis šiame trumpame sąraše yra pagrindinė medžiagų apykaitos medžiaga ląstelėse. Ribozė ir dezoksiribozė yra ribonukleino ir dezoksiribonukleino rūgščių (RNR ir DNR) komponentai.

Suskaidžius gliukozės molekules, išsiskiria energija, būtina gyvybei. Pirma, jis kaupiamas formuojantis tam tikram energijos nešikliui – adenozino trifosforo rūgščiai (ATP). Ši medžiaga pernešama kraujyje ir patenka į audinius bei ląsteles. Iš adenozino nuosekliai pašalinus tris fosforo rūgšties likučius, išsiskiria energija.

Riebalai

Lipidai yra gyvų organizmų medžiagos, turinčios specifinių savybių. Jie netirpsta vandenyje ir yra hidrofobinės dalelės. Šios klasės medžiagų ypač gausu kai kurių augalų sėklose ir vaisiuose, nervų audiniuose, kepenyse, inkstuose, gyvūnų ir žmonių kraujyje.

Žmonių ir gyvūnų odoje yra daug mažų riebalinių liaukų. Jų išskiriamas sekretas iškeliamas į kūno paviršių, sutepa, apsaugo nuo drėgmės praradimo ir mikrobų įsiskverbimo. Poodinis riebalų sluoksnis apsaugo vidaus organus nuo pažeidimų ir tarnauja kaip atsarginė medžiaga.

Voverės

Baltymai sudaro daugiau nei pusę visų organinių medžiagų ląstelėje, kai kuriuose audiniuose jų kiekis siekia 80%. Visų tipų baltymams būdinga didelė molekulinė masė ir pirminės, antrinės, tretinės ir ketvirtinės struktūros. Kaitinant jie sunaikinami – vyksta denatūracija. Pirminė struktūra yra didžiulė mikrokosmoso aminorūgščių grandinė. Veikiant ypatingiems fermentams gyvūnų ir žmonių virškinimo sistemoje, baltymo makromolekulė suskaidys į sudedamąsias dalis. Jie patenka į ląsteles, kur vyksta organinių medžiagų – kitų, kiekvienam gyvam padarui būdingų baltymų – sintezė.

Fermentai ir jų vaidmuo

Reakcijos ląstelėje vyksta tokiu greičiu, kurį sunku pasiekti pramoninėmis sąlygomis dėl katalizatorių – fermentų. Yra fermentų, kurie veikia tik baltymus – lipazes. Krakmolo hidrolizė vyksta dalyvaujant amilazei. Lipazės reikalingos riebalams suskaidyti į jų sudedamąsias dalis. Procesai, kuriuose dalyvauja fermentai, vyksta visuose gyvuose organizmuose. Jei žmogaus ląstelėse nėra fermentų, tai turi įtakos jo medžiagų apykaitai ir bendrai sveikatai.

Nukleino rūgštys

Medžiagos, pirmą kartą atrastos ir išskirtos iš ląstelių branduolių, atlieka paveldimų savybių perdavimo funkciją. Pagrindinis DNR kiekis yra chromosomose, o RNR molekulės yra citoplazmoje. Kai DNR yra reduplikuojama (dvigubėja), atsiranda galimybė paveldimą informaciją perkelti į lytines ląsteles – gametas. Kai jie susilieja, naujas organizmas gauna genetinę medžiagą iš savo tėvų.

Gyva bet kurio organizmo ląstelė susideda iš 25–30% organinių komponentų.

Organiniai komponentai apima ir polimerus, ir palyginti mažas molekules – pigmentus, hormonus, ATP ir kt.

Gyvų organizmų ląstelės skiriasi viena nuo kitos struktūra, funkcijomis ir biochemine sudėtimi. Tačiau kiekviena organinių medžiagų grupė turi panašų apibrėžimą biologijos kurse ir atlieka tas pačias funkcijas bet kokio tipo ląstelėse. Pagrindiniai komponentai yra riebalai, baltymai, angliavandeniai ir nukleorūgštys.

Susisiekus su

Lipidai

Lipidai yra riebalai ir į riebalus panašios medžiagos.. Šiai biocheminei grupei būdingas geras tirpumas organinėse medžiagose, tačiau ji netirpi vandenyje.

Riebalai gali būti kietos arba skystos konsistencijos. Pirmasis labiau būdingas gyvuliniams, antrasis – augaliniams.

Riebalų funkcijos yra šios:

Angliavandeniai

Angliavandeniai yra organinės monomerinės ir polimerinės medžiagos, kuriose yra anglies, vandenilio ir deguonies. Kai jie suskaidomi, ląstelė gauna nemažą kiekį energijos.

Atsižvelgiant į jų cheminę sudėtį, išskiriamos šios angliavandenių klasės:

Palyginti su gyvūnų ląstelėmis, augaliniame maiste yra daugiau angliavandenių. Tai paaiškinama augalų ląstelių gebėjimu fotosintezės metu dauginti angliavandenius.

Pagrindinės angliavandenių funkcijos gyvoje ląstelėje yra energetinės ir struktūrinės.

Energijos funkcija Angliavandeniai apsiriboja energijos atsargų kaupimu ir prireikus jų išlaisvinimu. Augimo sezono metu augalų ląstelės kaupia krakmolą, kuris nusėda gumbuose ir svogūnėliuose. Gyvūnų organizmuose šį vaidmenį atlieka polisacharidas glikogenas, kuris sintetinamas ir kaupiamas kepenyse.

Struktūrinė funkcija angliavandenių yra augalų ląstelėse. Beveik visa augalų ląstelių sienelė susideda iš polisacharido celiuliozės.

Voverės

Baltymai yra organinės polimerinės medžiagos, kurie užima pirmaujančią vietą tiek pagal kiekį gyvoje ląstelėje, tiek pagal jų svarbą biologijoje. Visą sausą gyvūno ląstelės masę sudaro maždaug pusė baltymų. Šiai organinių junginių klasei būdinga nuostabi įvairovė. Vien žmogaus organizme yra apie 5 milijonai skirtingų baltymų. Jie ne tik skiriasi vienas nuo kito, bet ir turi skirtumų su kitų organizmų baltymais. Ir visa ši didžiulė baltymų molekulių įvairovė yra sukurta tik iš 20 aminorūgščių rūšių.

Jei baltymas yra veikiamas terminių ar cheminių veiksnių, vandenilio ir bisulfidiniai ryšiai molekulėse sunaikinami. Tai veda prie baltymų denatūravimo ir ląstelės membranos struktūros bei funkcijos pokyčių.

Visus baltymus galima suskirstyti į dvi klases: rutulinius (tai apima fermentus, hormonus ir antikūnus) ir fibrilinius – kolageną, elastiną, keratiną.

Baltymų funkcijos gyvoje ląstelėje:

Nukleino rūgštys

Nukleino rūgštys yra svarbūs ląstelių struktūrai ir tinkamam funkcionavimui. Šių medžiagų cheminė struktūra yra tokia, kad ji leidžia išsaugoti ir perduoti informaciją apie ląstelių baltymų struktūrą. Ši informacija perduodama dukterinėms ląstelėms ir kiekviename jų vystymosi etape susidaro tam tikros rūšies baltymai.

Kadangi didžioji dauguma ląstelės struktūrinių ir funkcinių savybių atsiranda dėl baltymų komponento, nukleorūgščių stabilumas yra labai svarbus. Savo ruožtu viso organizmo vystymasis ir būklė priklauso nuo atskirų ląstelių struktūros ir funkcijų stabilumo.

Yra dviejų tipų nukleino rūgštys – ribonukleino rūgštis (RNR) ir dezoksiribonukleino rūgštis (DNR).

DNR yra polimero molekulė, susidedanti iš nukleotidų spiralių poros. Kiekvienas DNR molekulės monomeras pavaizduotas kaip nukleotidas. Nukleotiduose yra azoto bazių (adenino, citozino, timino, guanino), angliavandenių (dezoksiribozės) ir fosforo rūgšties liekanų.

Visos azotinės bazės yra sujungtos viena su kita griežtai apibrėžtu būdu. Adeninas visada yra priešais timiną, o guaninas visada yra priešais citoziną. Šis selektyvus derinys vadinamas komplementarumu ir vaidina labai svarbų vaidmenį formuojant baltymų struktūrą.

Visi gretimi nukleotidai yra sujungti vienas su kitu fosforo rūgšties liekana ir dezoksiriboze.

Ribonukleino rūgštis turi daug panašumų su dezoksiribonukleino rūgštimi. Skirtumas tas, kad vietoj timino molekulės struktūroje yra azoto bazinis uracilas. Vietoj dezoksiribozės šiame junginyje yra angliavandenių ribozės.

Visi nukleotidai RNR grandinėje yra sujungti per fosforo liekaną ir ribozę.

Pagal savo struktūrą RNR gali būti viengrandė arba dvigrandė. Daugelyje virusų dvigrandė RNR atlieka chromosomų funkcijas – jos yra genetinės informacijos nešėjos. Viengrandės RNR pagalba perduodama informacija apie baltymo molekulės sudėtį.

Panašūs straipsniai