Органична материя. Органични класове

Съществуват няколко определения за това, какви органични вещества са, как те се различават от друга група съединения - неорганични. Едно от най-често срещаните обяснения произтича от наименованието "въглеводороди". Всъщност, основата на всички органични молекули са вериги от въглеродни атоми, свързани с водород. Има и други елементи, които се наричат ​​органогенни.

Органична химия преди откриването на урея

Хората отдавна използват много естествени вещества и минерали: сяра, злато, желязо и медна руда, натриева сол. През цялото време на съществуването на науката - от древността до първата половина на XIX век - учените не можеха да докажат връзката между живата и неживата природа на ниво микроскопична структура (атоми, молекули). Смятало се, че органичните вещества дължат своята поява на митичната жизнена сила - витализъм. Имаше мит за възможността за отглеждане на „хомункулус“. За това е необходимо да се поставят различни отпадъчни продукти в барел, да се изчака известно време, докато настъпи жизнената сила.

Намаляващ удар върху витализма се занимава с работата на Уелър, който синтезира органична материя урея от неорганични компоненти. Така беше доказано, че няма жизненост, природата е една, организмите и неорганичните съединения са образувани от атоми от едни и същи елементи. Съставът на уреята е бил известен още преди работата на Weller, изследването на това съединение не е било трудно през тези години. Забележителен е фактът, че се получава вещество, характерно за метаболизма, извън тялото на животно или човек.

Теория А. М. Бутлеров

Ролята на руското училище за химици при формирането на науката за изучаване на органичната материя е голяма. Имената на Бутлеров, Марковников, Зелински, Лебедев са свързани с цели епохи в развитието на органичния синтез. Основател на теорията за структурата на съединенията е А. М. Бутлеров. Известният химик през 60-те години на XIX век обяснява състава на органичните вещества, причините за разнообразието на тяхната структура, разкрива връзката, която съществува между състава, структурата и свойствата на веществата.

Въз основа на констатациите на Бутлеров е възможно не само да се систематизират знания за вече съществуващи органични съединения. Сега е възможно да се предскажат свойствата на веществата, които все още не са известни на науката, да се създадат технологични схеми за тяхното производство в промишлени условия. Много идеи на водещи химици днес са напълно реализирани.

Въз основа на кокс, въглища, Природният газ и петролните суровини в индустрията получават много много видове продукти. Масово производство на изкуствени и синтетични материали, които се използват във всички сфери на живота. Филм, училищна писалка, подробности за колата - ако продължите списъка с всичко, което ви дава органичен синтез, се оказва, че е много дълъг.

Органична материя

Приликата на елементния състав е характерна за всички известни вещества, но все още съществуват отличителни знаци. Въпреки че не съществува нито един химически елемент в неживата природа, който не би бил в състава на организмите. Въпросът е броят на различните атоми. Органичните вещества се състоят основно от въглерод, водород, кислород, азот. Именно тези химични елементи са органогенни. Да сравним техния процент в живата клетка:

• кислород - около 70%;
• въглерод - до 18%;
• водородът е около 10%;
• азот - 2%.

Изброените елементи и органични вещества на клетката като цяло съставляват около 98% от общата маса на живия организъм. Атомите на фосфор, сяра, натрий, калий, желязо, хлор съдържат няколко десети от процента. Още по-малко хром, бор, литий, кобалт. Всички елементи по брой и стойност за живите същества бяха обединени в групи: макро- и микроелементи. Тяхното значение се определя не само от количеството, но и от влиянието върху функциите.

Забележимо е, че съдържанието на въглеродни атоми живите организми далеч надхвърлят околните тела на неживата природа, например почвата. Този факт е един от решаващите фактори при раждането на името на цялата група вещества. Но първо, много съединения, съдържащи въглерод, колективно се наричат ​​"органична материя". Клетките съдържат основните групи от такива съединения и производни. Няма ясна граница между неорганичната природа и органичните съединения. Учените са разработили критерии, въз основа на които веществата са разпределени в различни класове. Броят на новите синтезирани органични съединения нараства с безпрецедентна скорост през последните десетилетия. Общият им брой достига няколко милиона (според различни източници - от 7 до 10 милиона).

Водата + органичната материя е основата на живота на Земята.

Живите клетки съдържат най-често срещаната и загадъчна субстанция на нашата планета - вода. Той е неорганично съединение от един кислороден атом и два водородни атома (органогенни елементи). Съдържанието на вода в тялото на възрастен е около 65%, но с възрастта броят на прекрасните молекули H ₂ O в тъканите намалява. С това се свързват загуба на тургор на кожата и други свързани с възрастта промени.

Водата е средата, в която се случват всички най-сложни биохимични реакции в тялото. В сравнение с фабриките и растенията, процесите в човешките клетки протичат в “меки” условия: при температура само 36,6 ° C, въпреки че производството на същите вещества трябва да се загрее до 100 градуса или повече. Тайната на ефективността на тялото, като "жива машина" - наличието на биологични катализатори. Тази група включва ензими. Формулите на органични вещества от този клас са много сложни, съдържат витамини, метални атоми и други частици (коензими).

Водата участва в разграждането на клетъчните органични съединения. Този процес се нарича "хидролиза", което означава "разлагане на водата". Всички хранителни вещества, влизащи в живите организми, се разделят на съставните им части, от които, като тухлите, се изграждат собствени молекули от органични вещества.

въглеводороди

Налице е разделение на пределни и ненаситени класове органични вещества. Първите са образувани от вериги от въглеродни атоми, свързани с прости сигма връзки. В молекулите на втория има двойна връзка, състояща се от една “сигма” - и една “pi” -свързана. Има и тройна връзка (една "сигма" - и две "pi"). Граничните въглеводороди са наситени и ненаситени - ненаситени. Това означава, че в тях не-връзките на въглеродните атоми се изразходват или наситени с добавянето на водород.

Ограничените въглеводороди включват алкани; Най-важните представители от този клас са метан, етан, пропан и други газообразни и течни въглеводороди. Те са част от природния газ, петрола. По този начин някои находища на природен газ съдържат до 95% метан. Маслото се обработва чрез напукване (разцепване). Тази смес от въглеводороди се разделя на леки газови фракции, средни (течни), тежки (мазут, катран).

За различните класове въглеводородни съединения е характерна определена „скелетна” структура, съвкупност от свързани функционални групи. Затова е обичайно да се говори за хомоложността или сходството на веществата от един и същи клас помежду си.

Разгледайте някои формули на органични вещества - въглеводороди (НС).

• Първите трима представители на наситени въглеводороди: CH ₄ - метан, C ₂ H ₆ - етан, C ₃ H ₈ - пропан.
• Началото на хомоложните серии на ненаситени въглеводороди с една двойна връзка: С2Н4-етен, С3Н-пропен, С4Н8-бутен.
• Ненаситени въглеводороди с една тройна връзка: C ₂ H ₂ - етин (ацетилен), C3H6 - пропин, C4H8 - бутин.

Горене и окисление - свойства на въглеводородите

По време на горенето на органична материя, която принадлежи към класа на въглеводородите, сред реакционните продукти са въглероден диоксид и вода. Това произвежда топлина, съхранявана в химическите връзки на молекулите. Същият резултат може да се получи чрез изгаряне на дърва, растителни остатъци. Енергията на органични вещества - природен газ, торф, петрол, нефтени шисти - отдавна се използва за отопление на жилищни и промишлени помещения.

През последните години се счита за нецелесъобразно да се изразходват изчерпани запаси от нефт и газ за отопление. Много по-важно е да се използват като суровини за химическата промишленост. Разработени са алтернативни видове горива, енергийни източници - биогорива, вятърни двигатели, приливна сила.

При окислението на въглеводородите се получават нови органични вещества - представители на други класове (алдехиди, кетони, алкохоли, карбоксилни киселини). Например, големи количества ацетилен отиват за производството на оцетна киселина. Част от този реакционен продукт впоследствие се консумира за получаване на синтетични влакна. Киселинен разтвор (9% и 6%) е във всеки дом - това е обикновен оцет. Окислението на органични вещества е основа за получаване на много голям брой съединения с промишлено, селскостопанско, медицинско значение.

Ароматни въглеводороди

Ароматичността в органичните молекули е присъствието на едно или повече бензенови ядра. Верига от 6 въглеродни атома се затваря в пръстен, в нея се появява конюгирана връзка, следователно свойствата на такива въглеводороди не са подобни на другите въглеводороди.

Ароматни въглеводороди (или арени) са от голямо практическо значение. Много от тях са широко използвани: бензол, толуен, ксилен. Използват се като разтворители и суровини за производството на лекарства, багрила, каучук, каучук и други продукти на органичния синтез.

Кислородни съединения

Като част от голяма група органични вещества са атомите на кислорода. Те принадлежат към най-активната част на молекулата, нейната функционална група. Алкохолите съдържат един или повече хидроксилни частици -ОН. примери алкохоли: метанол, етанол, глицерин. В карбоксилните киселини има друга функционална частица - карбоксил (-СООН).

Други кислород-съдържащи органични съединения са алдехиди и кетони. Карбоксилни киселини, алкохоли и алдехиди в големи количества присъстват в състава на различните органи на растенията. Те могат да бъдат източници на природни продукти (оцетна киселина, етилов алкохол, ментол).

Мазнините са съединения на карбоксилни киселини и триатомен алкохол на глицерин. В допълнение към алкохолите и киселините с линейна структура, съществуват органични съединения с бензенов пръстен и функционална група. Примери за ароматни алкохоли: фенол, толуен.

въглехидрати

Най-важните органични вещества в организма, които образуват клетките, са протеини, ензими, нуклеинови киселини, въглехидрати и мазнини (липиди). Прости въглехидрати - монозахариди - се намират в клетките под формата на рибоза, дезоксирибоза, фруктоза и глюкоза. Последният въглехидрат в този кратък списък е основното вещество на метаболизма в клетките. Рибоза и дезоксирибоза са компоненти на рибонуклеиновите и дезоксирибонуклеиновите киселини (РНК и ДНК).

Разделянето на молекулите на глюкозата освобождава енергията, необходима за жизнената активност. Първо, тя се съхранява в образуването на един вид pereonschika енергия - аденозин трифосфат (АТФ). Това вещество се транспортира чрез кръв, доставя се в тъканите и клетките. С последователно разцепване на три остатъка от аденозин фосфорна киселина енергията се освобождава.

мазнини

Липидите са вещества от живи организми със специфични свойства. Те не се разтварят във вода, а са хидрофобни частици. Семената и плодовете на някои растения, нервна тъкан, черния дроб, бъбреците, кръвта на животните и хората са особено богати на вещества от този клас.

Кожата на хората и животните съдържа много малки мастни жлези. Излъчваното от тях се излага на повърхността на тялото, смазва го, предпазва от загуба на влага и проникване на микроби. Слоят от подкожна мастна тъкан предпазва вътрешните органи от увреждане, служи като резервно вещество.

протеини

Протеините съставляват повече от половината от всички органични вещества на клетката, в някои тъкани съдържанието им достига 80%. За всички видове протеини се характеризира с високо молекулно тегло, наличието на първични, вторични, третични и четвъртични структури. При нагряване те се унищожават - настъпва денатурация. Основната структура е огромна верига от аминокиселини за микросвета. Под действието на специални ензими в храносмилателната система на животните и хората, макромолекулата на протеина се разпада на съставните си части. Те влизат в клетки, където се извършва синтез на органични вещества, други протеини, специфични за всяко живо същество.

Ензими и тяхната роля

Реакциите в клетката се извършват със скорост, която е трудно да се постигне при производствени условия, благодарение на катализатори - ензими. Има ензими, които действат само върху протеини - липази. Хидролизата на нишестето се осъществява с участието на амилаза. Липазата е необходима за разлагане на мастни компоненти. Процесите с участието на ензими във всички живи организми. Ако човек няма някакъв ензим в клетките, това се отразява на обмяната на веществата като цяло върху здравето.

Нуклеинови киселини

Веществата, открити и изолирани от ядрата на клетките, изпълняват функцията на предаване на наследствени черти. Основното количество ДНК се съдържа в хромозомите, а молекулите на РНК се намират в цитоплазмата. Когато ДНК се дублира (дублира), става възможно предаването на наследствена информация на зародишните клетки - гаметите. Когато се сливат, нов организъм получава генетичен материал от родителите.