Existuje niekoľko definícií toho, čo sú organické látky, ako sa líšia od inej skupiny zlúčenín - anorganických. Jedno z najbežnejších vysvetlení pochádza z názvu „uhľovodíky“. V srdci všetkých organických molekúl sú totiž reťazce atómov uhlíka viazané na vodík. Existujú aj ďalšie prvky, ktoré dostali názov "organogénne".

Organická chémia pred objavením močoviny

Od pradávna ľudia používali veľa prírodných látok a minerálov: síru, zlato, železnú a medenú rudu, kuchynskú soľ. Počas celej existencie vedy – od najstarších čias až do prvej polovice 19. storočia – vedci nedokázali súvislosť medzi živou a neživou prírodou na úrovni mikroskopickej štruktúry (atómy, molekuly). Verilo sa, že organické látky vďačia za svoj vzhľad mýtickej životnej sile – vitalizmu. Vznikol mýtus o možnosti vyrásť z malého človiečika „homunkula“. Na to bolo potrebné vložiť rôzne odpadové produkty do suda, počkať určitý čas, kým sa zrodí vitálna sila.

Drvivú ranu vitalizmu zasadila práca Wellera, ktorý z anorganických zložiek syntetizoval organickú látku močovinu. Tak sa dokázalo, že neexistuje životná sila, príroda je jedna, organizmy a anorganické zlúčeniny sú tvorené atómami tých istých prvkov. Zloženie močoviny bolo známe už pred Wellerovou prácou, štúdium tejto zlúčeniny nebolo v tých rokoch náročné. Pozoruhodný bol už samotný fakt získavania látky charakteristickej pre metabolizmus mimo tela zvieraťa alebo človeka.

Teória A. M. Butlerova

Úloha ruskej školy chemikov pri rozvoji vedy, ktorá študuje organické látky, je veľká. Celé epochy vo vývoji organickej syntézy sú spojené s menami Butlerov, Markovnikov, Zelinsky, Lebedev. Zakladateľom teórie štruktúry zlúčenín je A. M. Butlerov. Slávny chemik v 60-tych rokoch XIX storočia vysvetlil zloženie organických látok, dôvody pre rozmanitosť ich štruktúry, odhalil vzťah, ktorý existuje medzi zložením, štruktúrou a vlastnosťami látok.

Na základe Butlerovových záverov bolo možné nielen systematizovať poznatky o už existujúcich organických zlúčeninách. Bolo možné predpovedať vlastnosti látok, ktoré veda ešte nepozná, vytvárať technologické schémy na ich výrobu v priemyselných podmienkach. Mnohé z myšlienok popredných organických chemikov sa dnes naplno realizujú.

Pri oxidácii uhľovodíkov sa získavajú nové organické látky - zástupcovia iných tried (aldehydy, ketóny, alkoholy, karboxylové kyseliny). Napríklad veľké objemy acetylénu sa používajú na výrobu kyseliny octovej. Časť tohto reakčného produktu sa ďalej spotrebuje na získanie syntetických vlákien. Kyslý roztok (9% a 6%) je v každom dome - to je obyčajný ocot. Oxidácia organických látok slúži ako základ pre získanie veľkého množstva zlúčenín priemyselného, ​​poľnohospodárskeho a medicínskeho významu.

aromatické uhľovodíky

Aromatickosť v organických molekulách je prítomnosť jedného alebo viacerých benzénových jadier. Reťazec 6 atómov uhlíka sa uzatvára do kruhu, objavuje sa v ňom konjugovaná väzba, takže vlastnosti takýchto uhľovodíkov nie sú podobné iným uhľovodíkom.

Aromatické uhľovodíky (alebo arény) majú veľký praktický význam. Mnohé z nich sú široko používané: benzén, toluén, xylén. Používajú sa ako rozpúšťadlá a suroviny na výrobu liečiv, farbív, gumy, kaučuku a iných produktov organickej syntézy.

Zlúčeniny kyslíka

Atómy kyslíka sú prítomné vo veľkej skupine organických látok. Sú súčasťou najaktívnejšej časti molekuly, jej funkčnej skupiny. Alkoholy obsahujú jeden alebo viac hydroxylových druhov —OH. Príklady alkoholov: metanol, etanol, glycerín. V karboxylových kyselinách je ďalšia funkčná častica - karboxyl (-COOOH).

Ďalšími organickými zlúčeninami obsahujúcimi kyslík sú aldehydy a ketóny. Karboxylové kyseliny, alkoholy a aldehydy sú vo veľkom množstve prítomné v rôznych rastlinných orgánoch. Môžu byť zdrojmi na získanie prírodných produktov (kyselina octová, etylalkohol, mentol).

Tuky sú zlúčeniny karboxylových kyselín a trojsýtneho alkoholu glycerolu. Okrem lineárnych alkoholov a kyselín existujú organické zlúčeniny s benzénovým kruhom a funkčnou skupinou. Príklady aromatických alkoholov: fenol, toluén.

Sacharidy

Najdôležitejšími organickými látkami tela, ktoré tvoria bunky, sú bielkoviny, enzýmy, nukleové kyseliny, sacharidy a tuky (lipidy). Jednoduché sacharidy – monosacharidy – sa nachádzajú v bunkách vo forme ribózy, deoxyribózy, fruktózy a glukózy. Posledným sacharidom v tomto krátkom zozname je hlavná látka metabolizmu v bunkách. Ribóza a deoxyribóza sú zložky ribonukleových a deoxyribonukleových kyselín (RNA a DNA).

Pri rozklade molekúl glukózy sa uvoľňuje energia potrebná pre život. Najprv sa ukladá pri tvorbe akéhosi prenosu energie – kyseliny adenozíntrifosforečnej (ATP). Táto látka je prenášaná krvou, dodávaná do tkanív a buniek. Pri postupnom odštiepení troch zvyškov kyseliny fosforečnej z adenozínu sa uvoľní energia.

Tuky

Lipidy sú látky živých organizmov, ktoré majú špecifické vlastnosti. Nerozpúšťajú sa vo vode, sú to hydrofóbne častice. Na látky tejto triedy sú obzvlášť bohaté semená a plody niektorých rastlín, nervové tkanivo, pečeň, obličky, krv zvierat a ľudí.

Ľudská a zvieracia koža obsahuje veľa malých mazových žliaz. Tajomstvo, ktoré vylučujú, sa zobrazuje na povrchu tela, maže ho, chráni ho pred stratou vlhkosti a prenikaním mikróbov. Vrstva podkožného tukového tkaniva chráni vnútorné orgány pred poškodením, slúži ako rezervná látka.

Veveričky

Bielkoviny tvoria viac ako polovicu všetkých organických látok bunky, v niektorých tkanivách ich obsah dosahuje 80 %. Všetky typy proteínov sa vyznačujú vysokou molekulovou hmotnosťou, prítomnosťou primárnych, sekundárnych, terciárnych a kvartérnych štruktúr. Pri zahrievaní dochádza k ich zničeniu – dochádza k denaturácii. Primárnou štruktúrou je obrovský reťazec aminokyselín pre mikrokozmos. Pôsobením špeciálnych enzýmov v tráviacom systéme zvierat a ľudí sa makromolekula proteínu rozkladá na jednotlivé časti. Dostávajú sa do buniek, kde prebieha syntéza organických látok – iných bielkovín špecifických pre každú živú bytosť.

Enzýmy a ich úloha

Reakcie v bunke prebiehajú rýchlosťou, ktorá je v priemyselných podmienkach vďaka katalyzátorom – enzýmom ťažko dosiahnuteľná. Existujú enzýmy, ktoré pôsobia len na bielkoviny – lipázy. K hydrolýze škrobu dochádza za účasti amylázy. Lipázy sú potrebné na rozklad tukov na ich zložky. Procesy zahŕňajúce enzýmy sa vyskytujú vo všetkých živých organizmoch. Ak človek nemá v bunkách žiadny enzým, potom to ovplyvňuje metabolizmus, vo všeobecnosti zdravie.

Nukleové kyseliny

Látky, prvýkrát objavené a izolované z bunkových jadier, plnia funkciu prenosu dedičných vlastností. Hlavné množstvo DNA je obsiahnuté v chromozómoch a molekuly RNA sa nachádzajú v cytoplazme. S reduplikáciou (zdvojením) DNA je možné preniesť dedičnú informáciu na zárodočné bunky - gaméty. Keď sa zlúčia, nový organizmus dostane genetický materiál od rodičov.

Ako viete, všetky látky možno rozdeliť do dvoch veľkých kategórií - minerálne a organické. Je možné uviesť mnoho príkladov anorganických alebo minerálnych látok: soľ, sóda, draslík. Aké typy spojení však patria do druhej kategórie? Organické látky sú prítomné v každom živom organizme.

Veveričky

Najdôležitejším príkladom organických látok sú bielkoviny. Zahŕňajú dusík, vodík a kyslík. Okrem nich sa niekedy v niektorých bielkovinách môžu nachádzať aj atómy síry.

Bielkoviny patria medzi najdôležitejšie organické zlúčeniny a v prírode sa vyskytujú najčastejšie. Na rozdiel od iných zlúčenín majú proteíny určité charakteristické vlastnosti. Ich hlavnou vlastnosťou je obrovská molekulová hmotnosť. Napríklad molekulová hmotnosť atómu alkoholu je 46, benzénu 78 a hemoglobínu 152 000. V porovnaní s molekulami iných látok sú proteíny skutočnými obrami obsahujúcimi tisíce atómov. Niekedy ich biológovia nazývajú makromolekuly.

Proteíny sú najkomplexnejšie zo všetkých organických štruktúr. Patria do triedy polymérov. Ak sa pozriete na molekulu polyméru pod mikroskopom, môžete vidieť, že ide o reťazec pozostávajúci z jednoduchších štruktúr. Nazývajú sa monoméry a v polyméroch sa mnohokrát opakujú.

Okrem bielkovín existuje veľké množstvo polymérov - kaučuk, celulóza, ako aj obyčajný škrob. Tiež veľa polymérov bolo vytvorených ľudskou rukou - nylon, lavsan, polyetylén.

Tvorba bielkovín

Ako vznikajú proteíny? Sú príkladom organických látok, ktorých zloženie v živých organizmoch určuje genetický kód. Pri ich syntéze sa v drvivej väčšine prípadov používajú rôzne kombinácie.

Nové aminokyseliny sa môžu tvoriť už vtedy, keď proteín začne v bunke fungovať. Zároveň sa v ňom nachádzajú iba alfa-aminokyseliny. Primárna štruktúra opísanej látky je určená sekvenciou zvyškov aminokyselín. A vo väčšine prípadov sa polypeptidový reťazec počas tvorby proteínu skrúti do špirály, ktorej závity sú umiestnené blízko seba. V dôsledku tvorby zlúčenín vodíka má pomerne silnú štruktúru.

Tuky

Tuky sú ďalším príkladom organickej hmoty. Človek pozná veľa druhov tukov: maslo, hovädzí a rybí tuk, rastlinné oleje. V semenách rastlín sa vo veľkom množstve tvoria tuky. Ak olúpané slnečnicové semienko položíte na list papiera a stlačíte, na liste zostane mastná škvrna.

Sacharidy

Nemenej dôležité vo voľnej prírode sú sacharidy. Nachádzajú sa vo všetkých rastlinných orgánoch. Sacharidy zahŕňajú cukor, škrob a vlákninu. Sú bohaté na zemiakové hľuzy, banánové ovocie. V zemiakoch je veľmi ľahké zistiť škrob. Pri reakcii s jódom sa tento sacharid zmení na modrý. Môžete si to overiť kvapnutím trochy jódu na zemiakový plátok.

Cukry sú tiež ľahko rozpoznateľné - všetky chutia sladko. Veľa uhľohydrátov tejto triedy sa nachádza v ovocí hrozna, vodných melónov, melónov, jabloní. Sú to príklady organických látok, ktoré sa vyrábajú aj v umelých podmienkach. Napríklad cukor sa získava z cukrovej trstiny.

Ako vznikajú sacharidy v prírode? Najjednoduchším príkladom je proces fotosyntézy. Sacharidy sú organické látky, ktoré obsahujú reťazec niekoľkých atómov uhlíka. Obsahujú tiež niekoľko hydroxylových skupín. Pri fotosyntéze sa z oxidu uhoľnatého a síry tvoria anorganické cukry.

Celulóza

Vláknina je ďalším príkladom organickej hmoty. Väčšina z nich sa nachádza v semenách bavlny, ako aj v stonkách rastlín a ich listoch. Vlákno pozostáva z lineárnych polymérov, jeho molekulová hmotnosť sa pohybuje od 500 tisíc do 2 miliónov.

Vo svojej čistej forme je to látka, ktorá nemá vôňu, chuť a farbu. Používa sa pri výrobe fotografického filmu, celofánu, výbušnín. V ľudskom tele sa vláknina nevstrebáva, je však nevyhnutnou súčasťou stravy, keďže stimuluje prácu žalúdka a čriev.

Látky organické a anorganické

Môžete uviesť veľa príkladov vzniku organických a za druhé vždy pochádzajú z minerálov - neživých, ktoré sa tvoria v hlbinách zeme. Sú tiež súčasťou rôznych hornín.

V prírodných podmienkach vznikajú anorganické látky v procese deštrukcie minerálov alebo organických látok. Na druhej strane z minerálov neustále vznikajú organické látky. Napríklad rastliny absorbujú vodu so zlúčeninami rozpustenými v nej, ktoré následne prechádzajú z jednej kategórie do druhej. Živé organizmy využívajú na potravu najmä organické látky.

Príčiny rozmanitosti

Školáci alebo študenti často potrebujú odpovedať na otázku, aké sú dôvody rozmanitosti organických látok. Hlavným faktorom je, že atómy uhlíka sú prepojené pomocou dvoch typov väzieb – jednoduchých a viacnásobných. Môžu tiež vytvárať reťazce. Ďalším dôvodom je rôznorodosť rôznych chemických prvkov, ktoré sú súčasťou organickej hmoty. Okrem toho je rôznorodosť spôsobená aj alotropiou - fenoménom existencie toho istého prvku v rôznych zlúčeninách.

Ako vznikajú anorganické látky? Prírodné a syntetické organické látky a ich príklady sa študujú na stredných školách aj v špecializovaných vysokých školách. Tvorba anorganických látok nie je taký zložitý proces ako tvorba bielkovín alebo sacharidov. Ľudia napríklad od nepamäti získavali sódu zo sódových jazierok. V roku 1791 chemik Nicolas Leblanc navrhol syntetizovať ho v laboratóriu pomocou kriedy, soli a kyseliny sírovej. Kedysi bola sóda, ktorú dnes pozná každý, pomerne drahý produkt. Na uskutočnenie experimentu bolo potrebné zapáliť kuchynskú soľ spolu s kyselinou a následne zapáliť výsledný síran spolu s vápencom a dreveným uhlím.

Ďalším je manganistan draselný alebo manganistan draselný. Táto látka sa získava v priemyselných podmienkach. Proces tvorby spočíva v elektrolýze roztoku hydroxidu draselného a mangánovej anódy. V tomto prípade sa anóda postupne rozpúšťa za vzniku fialového roztoku - ide o známy manganistan draselný.

Spočiatku sa to nazývalo chémia látok získaných z organizmov rastlín a zvierat. Ľudstvo pozná takéto látky už od staroveku. Ľudia vedeli získať ocot z kyslého vína a silice z rastlín, extrahovať cukor z cukrovej trstiny, extrahovať prírodné farbivá z rastlinných a živočíšnych organizmov.

Chemici rozdelili všetky látky v závislosti od zdroja ich výroby na minerálne (anorganické), živočíšne a rastlinné (organické).

Dlho sa verilo, že na získanie organických látok je potrebná špeciálna „životná sila“ - vis Vitalis, ktorá pôsobí iba v živých organizmoch, a chemici sú schopní izolovať organické látky z produktov.

Švédsky chemik, predseda Kráľovskej švédskej akadémie vied. Vedecký výskum pokrýva všetky hlavné problémy všeobecnej chémie v prvej polovici 19. storočia. Experimentálne overená a preukázaná spoľahlivosť zákonov stálosti zloženia a viacnásobných pomerov vo vzťahu k anorganickým oxidom a organickým zlúčeninám. Určil atómovú hmotnosť 45 chemických prvkov. Zavedené moderné označenia chemických prvkov a prvé vzorce chemických zlúčenín.

Švédsky chemik J. J. Berzelius definoval organickú chémiu ako chémiu rastlinných alebo živočíšnych látok vznikajúcich pod vplyvom „životnej sily“. Bol to Berzelius, ktorý zaviedol pojmy organických látok a organickej chémie.

Rozvoj chémie viedol k nahromadeniu veľkého množstva faktov a ku kolapsu doktríny „životnej sily“ – vitalizmu. Nemecký vedec F. Wöhler v roku 1824 uskutočnil prvú syntézu organických látok – pôsobením dvoch anorganických látok – kyanogénu a vody získal kyselinu šťaveľovú:

N \u003d - C-C \u003d N + 4H20 -> COOH + 2NH3
UNSD
kyanogénna kyselina šťaveľová

A v roku 1828 Wöhler zahriatím vodného roztoku anorganickej látky kyanatan amónny získal močovinu, odpadový produkt živočíšnych organizmov:

Wöhler, ohromený týmto výsledkom, napísal Berzeliusovi: „Musím vám povedať, že môžem pripraviť močovinu bez toho, aby som potreboval obličky alebo zvieracie telo vo všeobecnosti...“

Wöhler Friedrich (1800-1882)

Nemecký chemik. Zahraničný člen Petrohradskej akadémie vied (od roku 1853). Jeho výskum sa zameriava na anorganickú aj organickú chémiu. Objavil kyselinu kyanovú (1822), dostal hliník (1827), berýlium a ytrium (1828).

V nasledujúcich rokoch brilantné syntézy anilínu od G. Kolbeho a E. Franklanda (1842), tuku od M. Berta (1854), cukrových látok od A. Butlerova (1861) a ďalších konečne pochovali mýtus „ vitálna sila."

Objavila sa klasická definícia K. Schorlemmera, ktorá nestratila svoj význam ani po viac ako 120 rokoch:

"Organická chémia je chémia uhľovodíkov a ich derivátov, t.j. produktov vznikajúcich pri nahradení vodíka inými atómami alebo skupinami atómov."

Teraz sa organická chémia najčastejšie nazýva chémia uhlíkových zlúčenín. Prečo z viac ako sto prvkov Periodického systému D. I. Mendelejeva dala príroda do základu všetkého živého uhlík? Odpoveď na túto otázku je nejednoznačná. Mnohé vám bude jasné, keď sa zamyslíte nad štruktúrou atómu uhlíka a porozumiete slovám D. I. Mendelejeva, ktoré o tomto nádhernom prvku povedal v „Základoch chémie“: „Uhlík sa v prírode vyskytuje vo voľnej aj vo voľnej prírode. spojovacieho stavu, vo veľmi odlišných formách a typoch ... Schopnosť atómov uhlíka navzájom sa spájať a dávať zložité častice sa prejavuje vo všetkých zlúčeninách uhlíka ... V žiadnom z prvkov ... nie je vyvinutá schopnosť komplikovať v takej miere ako v uhlíku ... Ani jeden pár prvkov netvorí toľko zlúčenín ako uhlík a vodík.

Početné väzby atómov uhlíka medzi sebou a s atómami iných prvkov (vodík, kyslík, dusík, síra, fosfor), ktoré tvoria organické látky, môžu byť zničené vplyvom prírodných faktorov. Preto uhlík robí v prírode nepretržitý kolobeh: od atmosféry (oxid uhličitý) k rastlinám (fotosyntéza), od rastlín k živočíšnym organizmom, od živých k mŕtvym, od mŕtvych k živým... (obr. 1).

Organické látky majú množstvo vlastností, ktoré ich odlišujú od anorganických látok:

1. Anorganických látok je o niečo viac ako 100 tisíc, zatiaľ čo organických látok je takmer 18 miliónov (tabuľka 1).

Ryža. 1. Cyklus uhlíka v prírode

2. Zloženie všetkých organických látok zahŕňa uhlík a vodík, takže väčšina z nich je horľavá a pri spaľovaní nevyhnutne vytvára oxid uhličitý a vodu.

3. Organické látky sú postavené zložitejšie ako anorganické a mnohé z nich majú obrovskú molekulovú hmotnosť, napríklad tie, vďaka ktorým sa vyskytujú životné procesy: bielkoviny, tuky, sacharidy, nukleové kyseliny atď.

4. Organické látky môžu byť usporiadané v radoch podobných zložením, štruktúrou a vlastnosťami - homológy.

Homológny rad je séria látok usporiadaných vzostupne podľa ich relatívnej molekulovej hmotnosti, podobných štruktúrou a chemickými vlastnosťami, pričom každý člen sa od predchádzajúceho líši homologickým rozdielom CH 2 .

Tabuľka 1. Rast počtu známych organických zlúčenín

5. Pre organické látky je charakteristická izoméria, ktorá je medzi anorganickými látkami veľmi zriedkavá. Spomeňte si na príklady izomérov, s ktorými ste sa stretli v 9. ročníku. Aký je dôvod rozdielov vo vlastnostiach izomérov?

Izoméria je fenomén existencie rôznych látok - izomérov s rovnakým kvalitatívnym a kvantitatívnym zložením, to znamená s rovnakým molekulovým vzorcom.

Najväčším zovšeobecnením poznatkov o anorganických látkach je Periodický zákon a Periodický systém prvkov D. I. Mendelejeva. Pre organické látky je obdobou takéhoto zovšeobecnenia teória štruktúry organických zlúčenín od A. M. Butlerova. Pamätajte, čo Butlerov chápal pod chemickou štruktúrou. Formulujte hlavné ustanovenia tejto teórie.

Na kvantitatívne charakterizovanie schopnosti atómov jedného chemického prvku spájať sa s určitým počtom atómov iného chemického prvku v anorganickej chémii, kde väčšina látok má nemolekulárnu štruktúru, sa používa pojem „oxidačný stav>>. V organickej chémii, kde má väčšina zlúčenín molekulárnu štruktúru, sa používa pojem „valencia“. Pamätajte si, čo tieto pojmy znamenajú, porovnajte ich.

Význam organickej chémie v našom živote je veľký. V každom organizme a v každom čase dochádza k mnohým premenám niektorých organických látok na iné. Preto bez znalosti organickej chémie nie je možné pochopiť, ako funguje fungovanie systémov, ktoré tvoria živý organizmus, to znamená, že je ťažké pochopiť biológiu a medicínu.

Pomocou organickej syntézy sa získavajú rôzne organické látky: umelé a syntetické vlákna, kaučuky, plasty, farbivá, pesticídy (čo to je?), syntetické vitamíny, hormóny, lieky atď.

Mnohé moderné produkty a materiály, bez ktorých sa nezaobídeme, sú organické látky (tabuľka 2).

Obsah lekcie zhrnutie lekcie podpora rámcová lekcia prezentácia akceleračné metódy interaktívne technológie Prax úlohy a cvičenia samoskúšobné workshopy, školenia, prípady, questy domáce úlohy diskusia otázky rečnícke otázky študentov Ilustrácie audio, videoklipy a multimédiá fotografie, obrázky, grafika, tabuľky, schémy humor, anekdoty, vtipy, komiksové podobenstvá, výroky, krížovky, citáty Doplnky abstraktyčlánky čipy pre zvedavých cheat sheets učebnice základný a doplnkový slovník pojmov iné Zdokonaľovanie učebníc a vyučovacích hodínoprava chýb v učebnici aktualizácia fragmentu v učebnici prvky inovácie v lekcii nahradenie zastaraných vedomostí novými Len pre učiteľov perfektné lekcie kalendárny plán na rok metodické odporúčania programu diskusie Integrované lekcie

Teraz sa zistilo, že trieda organických látok je najrozsiahlejšia spomedzi ostatných chemických zlúčenín. Čo označujú chemici ako organické látky? Odpoveď znie: ide o látky, ktoré obsahujú uhlík. Z tohto pravidla však existujú výnimky: kyselina uhličitá, kyanidy, uhličitany, oxidy uhlíka nie sú súčasťou organických zlúčenín.

Uhlík je veľmi zvláštny chemický prvok svojho druhu. Jeho zvláštnosťou je, že zo svojich atómov dokáže vytvárať reťazce. Toto spojenie je veľmi stabilné. V organických zlúčeninách uhlík vykazuje vysokú mocnosť (IV). Hovoríme o schopnosti vytvárať väzby s inými látkami. Tieto väzby môžu byť nielen jednoduché, ale aj dvojité alebo trojité. So zvyšujúcim sa počtom väzieb sa reťazec atómov skracuje, stabilita tejto väzby sa zvyšuje.

Uhlík je tiež známy svojou schopnosťou vytvárať lineárne, rovinné a dokonca aj trojrozmerné štruktúry. Tieto vlastnosti tohto chemického prvku určili takú rozmanitosť organických látok v prírode. Asi tretinu celkovej hmoty každej bunky v ľudskom tele tvoria organické zlúčeniny. Sú to bielkoviny, z ktorých je telo hlavne postavené. Tieto sacharidy sú univerzálnym „palivom“ pre telo. Sú to tuky, ktoré vám umožňujú ukladať energiu. Hormóny riadia prácu všetkých orgánov a dokonca ovplyvňujú správanie. A enzýmy spúšťajú búrlivé chemické reakcie vo vnútri tela. Navyše „zdrojový kód“ živej bytosti – reťazec DNA – je organická zlúčenina na báze uhlíka.

Takmer všetky chemické prvky v kombinácii s uhlíkom sú schopné vytvárať organické zlúčeniny. Najčastejšie v prírode zloženie organických látok zahŕňa:

• kyslík;
• vodík;
• síra;
• dusík;
• fosfor.

Vývoj teórie v štúdiu organických látok prebiehal súčasne v dvoch vzájomne súvisiacich smeroch: vedci skúmali priestorové usporiadanie molekúl zlúčenín a objasňovali podstatu chemických väzieb v zlúčeninách. Pri zrode teórie štruktúry organických látok stál ruský chemik A.M. Butlerov.

Zásady klasifikácie organických látok

Vo vednom odbore známom ako organická chémia sú otázky klasifikácie látok mimoriadne dôležité. Problém spočíva v tom, že milióny chemických zlúčenín sú predmetom opisu.

Požiadavky na nomenklatúru sú veľmi prísne: musí byť systematická a vhodná na medzinárodné použitie. Špecialisti ktorejkoľvek krajiny musia pochopiť, o aký druh zlúčeniny ide a jednoznačne reprezentovať jej štruktúru. Vyvíja sa množstvo úsilia, aby klasifikácia organických zlúčenín bola vhodná na počítačové spracovanie.

Moderná klasifikácia je založená na štruktúre uhlíkovej kostry molekuly a prítomnosti funkčných skupín v nej.

Podľa štruktúry ich uhlíkového skeletu sú organické látky rozdelené do skupín:

• acyklické (alifatické);
• karbocyklický;
• heterocyklický.

Predchodcami akýchkoľvek zlúčenín v organickej chémii sú tie uhľovodíky, ktoré pozostávajú iba z atómov uhlíka a vodíka. Molekuly organických látok spravidla obsahujú funkčné skupiny tzv. Sú to atómy alebo skupiny atómov, ktoré určujú, aké budú chemické vlastnosti zlúčeniny. Takéto skupiny tiež umožňujú priradiť zlúčeninu k určitej triede.

Príklady funkčných skupín sú:

• karbonyl;
• karboxyl;
• hydroxyl.

Tie zlúčeniny, ktoré obsahujú iba jednu funkčnú skupinu, sa nazývajú monofunkčné. Ak je v molekule organickej látky niekoľko takýchto skupín, považujú sa za polyfunkčné (napríklad glycerol alebo chloroform). Heterofunkčné budú zlúčeniny, ktorých funkčné skupiny majú odlišné zloženie. Môžu byť zaradené do rôznych tried súčasne. Príklad: kyselina mliečna. Možno ju považovať za alkohol a za karboxylovú kyselinu.

Prechod z triedy do triedy sa spravidla uskutočňuje za účasti funkčných skupín, ale bez zmeny uhlíkovej kostry.

Kostra vo vzťahu k molekule sa nazýva postupnosť spojenia atómov. Kostra môže byť uhlíková alebo môže obsahovať takzvané heteroatómy (napríklad dusík, síru, kyslík atď.). Kostra molekuly organickej zlúčeniny môže byť tiež rozvetvená alebo nerozvetvená; otvorené alebo cyklické.

Aromatické zlúčeniny sa považujú za špeciálny typ cyklických zlúčenín: adičné reakcie nie sú pre ne charakteristické.

Hlavné triedy organických látok

Sú známe tieto organické látky biologického pôvodu:

• uhľohydráty;
• proteíny;
• lipidy;
• nukleových kyselín.

Podrobnejšia klasifikácia organických zlúčenín zahŕňa látky, ktoré nie sú biologického pôvodu.

Existujú triedy organických látok, v ktorých je uhlík kombinovaný s inými látkami (okrem vodíka):

• alkoholy a fenoly;
• karboxylové kyseliny;
• aldehydy a kyseliny;
• estery;
• uhľohydráty;
• lipidy;
• aminokyseliny;
• nukleové kyseliny;
• bielkoviny.

Štruktúra organických látok

Charakteristikou atómov uhlíka sa vysvetľuje široká škála organických zlúčenín v prírode. Sú schopní vytvárať veľmi silné väzby, spájajú sa v skupinách - reťazcoch. Výsledkom sú pomerne stabilné molekuly. Spôsob, akým sa molekuly spájajú, je kľúčovým znakom ich štruktúry. Uhlík sa dokáže kombinovať v otvorených aj uzavretých reťazcoch (nazývajú sa cyklické).

Štruktúra látok priamo ovplyvňuje ich vlastnosti. Štrukturálne vlastnosti umožňujú existenciu desiatok a stoviek nezávislých uhlíkových zlúčenín.

Dôležitú úlohu pri udržiavaní rozmanitosti organických látok zohrávajú také vlastnosti, ako je homológia a izoméria.

Hovoríme o látkach, ktoré sú na prvý pohľad identické: ich zloženie sa od seba nelíši, molekulový vzorec je rovnaký. Ale štruktúra zlúčenín je zásadne odlišná. Chemické vlastnosti látok budú tiež odlišné. Napríklad izoméry butánu a izobutánu majú rovnaký pravopis. Atómy v molekulách týchto dvoch látok sú usporiadané v inom poradí. V jednom prípade sú rozvetvené, v druhom nie.

Homológia sa chápe ako charakteristika uhlíkového reťazca, kde každý nasledujúci člen možno získať pridaním rovnakej skupiny k predchádzajúcemu. Inými slovami, každý z homologických radov môže byť plne vyjadrený rovnakým vzorcom. Keď poznáte takýto vzorec, môžete ľahko zistiť zloženie ktoréhokoľvek člena série.

Príklady organických látok

Sacharidy by úplne vyhrali súťaž medzi všetkými organickými látkami, ak by sa brali ako celok na hmotnosť. Je zdrojom energie pre živé organizmy a stavebným materiálom pre väčšinu buniek. Svet sacharidov je veľmi rozmanitý. Rastliny by neexistovali bez škrobu a celulózy. A svet zvierat by bol nemožný bez laktózy a glykogénu.

Ďalším zástupcom sveta organických látok sú proteíny. Len z dvoch desiatok aminokyselín dokáže príroda v ľudskom tele vytvoriť až 5 miliónov druhov proteínových štruktúr. Medzi funkcie týchto látok patrí regulácia životne dôležitých procesov v tele, zabezpečenie zrážanlivosti krvi, prenos určitých druhov látok v tele. Vo forme enzýmov pôsobia proteíny ako urýchľovače reakcie.

Ďalšou dôležitou triedou organických zlúčenín sú lipidy (tuky). Tieto látky slúžia ako rezervný zdroj energie potrebnej pre telo. Sú to rozpúšťadlá a pomáhajú toku biochemických reakcií. Lipidy sa tiež podieľajú na stavbe bunkových membrán.

Veľmi zaujímavé sú aj ďalšie organické zlúčeniny – hormóny. Sú zodpovedné za tok biochemických reakcií a metabolizmu. Práve hormóny štítnej žľazy spôsobujú, že sa človek cíti šťastný alebo smutný. A za pocit šťastia, ako zistili vedci, je zodpovedný endorfín.

Všetky látky, ktoré obsahujú atóm uhlíka, okrem uhličitanov, karbidov, kyanidov, tiokyanátov a kyseliny uhličitej, sú organické zlúčeniny. To znamená, že sú schopné ich vytvárať živé organizmy z atómov uhlíka prostredníctvom enzymatických alebo iných reakcií. Dnes je možné umelo syntetizovať mnohé organické látky, čo umožňuje rozvoj medicíny a farmakológie, ako aj vytváranie vysoko pevných polymérnych a kompozitných materiálov.

Klasifikácia organických zlúčenín

Organické zlúčeniny sú najpočetnejšou triedou látok. Nachádza sa tu asi 20 druhov látok. Líšia sa chemickými vlastnosťami, líšia sa fyzikálnymi vlastnosťami. Ich teplota topenia, hmotnosť, prchavosť a rozpustnosť, ako aj ich stav agregácie za normálnych podmienok sú tiež odlišné. Medzi nimi:

• uhľovodíky (alkány, alkíny, alkény, alkadiény, cykloalkány, aromatické uhľovodíky);
• aldehydy;
• ketóny;
• alkoholy (dvojsýtne, jednosýtne, viacsýtne);
• étery;
• estery;
• karboxylové kyseliny;
• amíny;
• aminokyseliny;
• uhľohydráty;
• tuky;
• proteíny;
• biopolyméry a syntetické polyméry.

Táto klasifikácia odráža vlastnosti chemickej štruktúry a prítomnosť špecifických atómových skupín, ktoré určujú rozdiel vo vlastnostiach látky. Vo všeobecnosti klasifikácia, ktorá je založená na konfigurácii uhlíkovej kostry, ktorá nezohľadňuje vlastnosti chemických interakcií, vyzerá inak. Podľa jeho ustanovení sa organické zlúčeniny delia na:

• alifatické zlúčeniny;
• aromatické látky;
• heterocyklické zlúčeniny.

Tieto triedy organických zlúčenín môžu mať izoméry v rôznych skupinách látok. Vlastnosti izomérov sú rôzne, hoci ich atómové zloženie môže byť rovnaké. Vyplýva to z ustanovení A. M. Butlerova. Teória štruktúry organických zlúčenín je tiež hlavným základom pre celý výskum v organickej chémii. Je postavený na rovnakú úroveň s Mendelejevovým periodickým zákonom.

Samotný pojem chemická štruktúra zaviedol A. M. Butlerov. V dejinách chémie sa objavila 19. septembra 1861. Predtým boli vo vede rôzne názory a niektorí vedci existenciu molekúl a atómov úplne popierali. Preto v organickej a anorganickej chémii nebol poriadok. Navyše neexistovali žiadne zákonitosti, podľa ktorých by bolo možné posudzovať vlastnosti konkrétnych látok. Zároveň existovali aj zlúčeniny, ktoré pri rovnakom zložení vykazovali odlišné vlastnosti.

Vyjadrenia A. M. Butlerova v mnohých smeroch nasmerovali vývoj chémie správnym smerom a vytvorili pre ňu pevný základ. Prostredníctvom neho bolo možné systematizovať nahromadené fakty, konkrétne chemické alebo fyzikálne vlastnosti určitých látok, vzorce ich vstupu do reakcií atď. Vďaka tejto teórii bolo možné dokonca predpovedať spôsoby získania zlúčenín a prítomnosť niektorých spoločných vlastností. A čo je najdôležitejšie, A. M. Butlerov ukázal, že štruktúru molekuly látky možno vysvetliť pomocou elektrických interakcií.

Logika teórie štruktúry organických látok

Keďže pred rokom 1861 mnohí v chémii odmietali existenciu atómu alebo molekuly, teória organických zlúčenín sa stala pre vedecký svet revolučným návrhom. A keďže sám A. M. Butlerov vychádza len z materialistických záverov, podarilo sa mu vyvrátiť filozofické predstavy o organickej hmote.

Podarilo sa mu ukázať, že molekulárnu štruktúru možno empiricky rozpoznať chemickými reakciami. Napríklad zloženie akéhokoľvek uhľohydrátu sa dá určiť spálením jeho určitého množstva a spočítaním výslednej vody a oxidu uhličitého. Množstvo dusíka v molekule amínu sa vypočítava aj počas spaľovania meraním objemu plynov a uvoľňovaním chemického množstva molekulárneho dusíka.

Ak vezmeme do úvahy Butlerovove úsudky o chemickej štruktúre, ktorá závisí od štruktúry, v opačnom smere, potom sa ponúka nový záver. Totiž: keď poznáme chemickú štruktúru a zloženie látky, možno empiricky predpokladať jej vlastnosti. Ale čo je najdôležitejšie, Butlerov vysvetlil, že v organickej hmote existuje obrovské množstvo látok, ktoré vykazujú rôzne vlastnosti, ale majú rovnaké zloženie.

Všeobecné ustanovenia teórie

Pri zvažovaní a skúmaní organických zlúčenín A. M. Butlerov odvodil niektoré z najdôležitejších vzorov. Spojil ich do ustanovení teórie vysvetľujúcich štruktúru chemikálií organického pôvodu. Ustanovenia teórie sú nasledovné:

• v molekulách organických látok sú atómy prepojené v presne definovanom poradí, ktoré závisí od valencie;
• chemická štruktúra je priame poradie, podľa ktorého sú atómy spojené v organických molekulách;
• chemická štruktúra určuje prítomnosť vlastností organickej zlúčeniny;
• v závislosti od štruktúry molekúl s rovnakým kvantitatívnym zložením sa môžu objaviť rôzne vlastnosti látky;
• všetky atómové skupiny podieľajúce sa na tvorbe chemickej zlúčeniny sa navzájom ovplyvňujú.

Všetky triedy organických zlúčenín sú postavené podľa princípov tejto teórie. Po položení základov dokázal A. M. Butlerov rozšíriť chémiu ako oblasť vedy. Vysvetlil, že vzhľadom na skutočnosť, že uhlík vykazuje v organických látkach štvornásobnú mocnosť, je určená rozmanitosť týchto zlúčenín. Prítomnosť mnohých aktívnych atómových skupín určuje, či látka patrí do určitej triedy. A práve vďaka prítomnosti špecifických atómových skupín (radikálov) sa objavujú fyzikálne a chemické vlastnosti.

Uhľovodíky a ich deriváty

Tieto organické zlúčeniny uhlíka a vodíka majú najjednoduchšie zloženie zo všetkých látok skupiny. Predstavuje ich podtrieda alkánov a cykloalkánov (nasýtené uhľovodíky), alkény, alkadiény a alkatriény, alkíny (nenasýtené uhľovodíky), ako aj podtrieda aromatických látok. V alkánoch sú všetky atómy uhlíka spojené iba jednou väzbou C-C, a preto nemôže byť do zloženia uhľovodíka zabudovaný ani jeden atóm H.

V nenasýtených uhľovodíkoch môže byť vodík zabudovaný v mieste dvojitej väzby C=C. C-C väzba môže byť tiež trojitá (alkíny). To umožňuje týmto látkam vstúpiť do mnohých reakcií spojených s redukciou alebo adíciou radikálov. Všetky ostatné látky sa pre uľahčenie štúdia ich schopnosti vstupovať do reakcií považujú za deriváty jednej z tried uhľovodíkov.

Alkoholy

Alkoholy sa nazývajú organické chemické zlúčeniny zložitejšie ako uhľovodíky. Sú syntetizované v dôsledku enzymatických reakcií v živých bunkách. Najtypickejším príkladom je syntéza etanolu z glukózy ako výsledok fermentácie.

V priemysle sa alkoholy získavajú z halogénových derivátov uhľovodíkov. V dôsledku substitúcie atómu halogénu za hydroxylovú skupinu vznikajú alkoholy. Jednosýtne alkoholy obsahujú iba jednu hydroxylovú skupinu, viacsýtne - dve alebo viac. Príkladom dvojsýtneho alkoholu je etylénglykol. Viacsýtnym alkoholom je glycerol. Všeobecný vzorec alkoholov je R-OH (R je uhlíkový reťazec).

Aldehydy a ketóny

Keď alkoholy vstúpia do reakcií organických zlúčenín spojených s elimináciou vodíka z alkoholovej (hydroxylovej) skupiny, dvojitá väzba medzi kyslíkom a uhlíkom sa uzavrie. Ak táto reakcia prebieha na alkoholovej skupine umiestnenej na koncovom atóme uhlíka, potom sa v dôsledku toho vytvorí aldehyd. Ak sa atóm uhlíka s alkoholom nenachádza na konci uhlíkového reťazca, výsledkom dehydratačnej reakcie je produkcia ketónu. Všeobecný vzorec ketónov je R-CO-R, aldehydov R-COH (R je uhľovodíkový zvyšok reťazca).

Estery (jednoduché a zložité)

Chemická štruktúra organických zlúčenín tejto triedy je komplikovaná. Étery sa považujú za reakčné produkty medzi dvoma molekulami alkoholu. Keď sa z nich odštiepi voda, vznikne zlúčenina vzorky R-O-R. Mechanizmus reakcie: eliminácia protónu vodíka z jedného alkoholu a hydroxylovej skupiny z iného alkoholu.

Estery sú reakčné produkty medzi alkoholom a organickou karboxylovou kyselinou. Mechanizmus reakcie: odstránenie vody z alkoholových a uhlíkových skupín oboch molekúl. Vodík sa odštiepi z kyseliny (pozdĺž hydroxylovej skupiny) a samotná OH skupina sa oddelí od alkoholu. Výsledná zlúčenina je označená ako R-CO-O-R, kde buk R znamená radikály - zvyšok uhlíkového reťazca.

Karboxylové kyseliny a amíny

Karboxylové kyseliny sa nazývajú špeciálne látky, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu vo fungovaní bunky. Chemická štruktúra organických zlúčenín je nasledovná: uhľovodíkový radikál (R) s pripojenou karboxylovou skupinou (-COOH). Karboxylová skupina môže byť umiestnená iba na extrémnom atóme uhlíka, pretože valencia C v (-COOH) skupine je 4.

Amíny sú jednoduchšie zlúčeniny, ktoré sú derivátmi uhľovodíkov. Tu má každý atóm uhlíka amínový radikál (-NH2). Existujú primárne amíny, v ktorých je (-NH2) skupina pripojená k jednému uhlíku (všeobecný vzorec R-NH2). V sekundárnych amínoch sa dusík spája s dvoma atómami uhlíka (vzorec R-NH-R). Terciárne amíny majú dusík viazaný na tri atómy uhlíka (R3N), kde p je radikál, uhlíkový reťazec.

Aminokyseliny

Aminokyseliny sú komplexné zlúčeniny, ktoré vykazujú vlastnosti amínov aj kyselín organického pôvodu. Existuje niekoľko typov v závislosti od umiestnenia amínovej skupiny vo vzťahu ku karboxylovej skupine. Najdôležitejšie sú alfa aminokyseliny. Tu je amínová skupina umiestnená na atóme uhlíka, ku ktorému je pripojená karboxylová skupina. To vám umožní vytvoriť peptidovú väzbu a syntetizovať proteíny.

Sacharidy a tuky

Sacharidy sú aldehydalkoholy alebo ketoalkoholy. Sú to zlúčeniny s lineárnou alebo cyklickou štruktúrou, ako aj polyméry (škrob, celulóza a iné). Ich najdôležitejšia úloha v bunke je štrukturálna a energetická. Tuky, alebo skôr lipidy, plnia rovnaké funkcie, len sa podieľajú na iných biochemických procesoch. Chemicky je tuk ester organických kyselín a glycerolu.