organische Substanzen. Alles über organische Stoffe

ORGANISCHE CHEMIE

Lehrbuch für Studierende der Fachrichtungen 271200 „Technik von Lebensmitteln für besondere Zwecke und Gemeinschaftsverpflegung“, 351100 „Warenkunde und Warenprüfung“

Einführung

Die Verwendung organischer Substanzen durch den Menschen und ihre Isolierung aus natürlichen Quellen wurde seit der Antike durch praktische Bedürfnisse diktiert.

Als besonderer Wissenschaftszweig ist die organische Chemie zu Beginn des 19. Jahrhunderts entstanden und hat sich inzwischen ausgebreitet hohes Level Entwicklung. Von der großen Anzahl chemischer Verbindungen enthalten die meisten (über 5 Millionen) Kohlenstoff in ihrer Zusammensetzung, und fast alle sind organische Substanzen. Die meisten organischen Verbindungen sind Substanzen, die mit neuen wissenschaftlichen Methoden gewonnen werden. Naturstoffe sind heute hinreichend untersuchte Substanzen und finden neue Anwendungsgebiete in der Lebenserhaltung des Menschen.

Derzeit gibt es praktisch keine Industrie nationale Wirtschaft ohne Bezug zur organischen Chemie: Medizin, Pharmakologie, Elektrotechnik, Luft- und Raumfahrt, Leicht- und Lebensmittelindustrie, Landwirtschaft usw.

Eine eingehende Beschäftigung mit natürlichen organischen Substanzen, wie Fetten, Kohlenhydraten, Proteinen, Vitaminen, Enzymen und anderen, hat die Möglichkeit eröffnet, in Stoffwechselvorgänge einzugreifen, eine ausgewogene Ernährung anzubieten und physiologische Prozesse zu regulieren. Die moderne organische Chemie ermöglichte dank der Einsicht in die Reaktionsmechanismen, die während der Lagerung und Verarbeitung von Lebensmitteln ablaufen, deren Kontrolle.

Organische Substanzen haben Anwendung in der Herstellung der meisten Konsumgüter, in der Technologie, bei der Herstellung von Farbstoffen, religiösen Gütern, Parfüms, der Textilindustrie usw. gefunden.

Die organische Chemie ist eine wichtige theoretische Grundlage für das Studium der Biochemie, Physiologie, Lebensmittelproduktionstechnologie, Rohstoffwissenschaft usw.

Klassifizierung organischer Verbindungen

Alle organischen Verbindungen werden nach der Struktur des Kohlenstoffgerüsts eingeteilt:

1. Acyclische (aliphatische) Verbindungen, mit einer offenen Kohlenstoffkette, sowohl gerade als auch verzweigt.

2-Methylbutan

Stearinsäure

2. Carbocyclische Verbindungen sind Verbindungen, die Zyklen von Kohlenstoffatomen enthalten. Sie werden in alicyclische und aromatische unterteilt.

Alizyklische Verbindungen sind zyklische Verbindungen, die keine aromatischen Eigenschaften haben.

Cyclopentan

Aromatische Stoffe sind Stoffe, die einen Benzolring im Molekül enthalten, zum Beispiel:
Toluol

3. Heterocyclische Verbindungen- Stoffe, die Kreisläufe enthalten, die aus Kohlenstoffatomen und Heteroatomen bestehen, zum Beispiel:

furan Pyridin

Die Verbindungen der einzelnen Abschnitte sind wiederum in Klassen unterteilt, die Derivate von Kohlenwasserstoffen sind, in deren Molekülen Wasserstoffatome durch verschiedene funktionelle Gruppen ersetzt werden:

Halogenderivate CH 3 -Cl; Alkohole CH 3 -OH; Nitroderivate CH 3 -CH 2 -NO 2; Amine CH 3 -CH 2 -NH 2; Sulfonsäuren CH 3 -CH 2 -SO 3 H; Aldehyde CH 3 -HC \u003d O; Carbonsäuren
und andere.

Funktionsgruppen definieren Chemische Eigenschaften organische Verbindungen.

Je nach Anzahl der mit einem bestimmten Kohlenstoffatom assoziierten Kohlenwasserstoffreste bezeichnet man dieses als primär, sekundär, tertiär und quartär.

Klassen organischer Verbindungen

Isomerie

Isomerie- Dies ist ein Phänomen, bei dem Substanzen mit gleichem Quantitäts- und qualitative Zusammensetzung, unterscheiden sich in Struktur, physikalischen und chemischen Eigenschaften.

Arten von Isomerie:

1. Strukturisomerie:

a) Isomerie des Kohlenstoffgerüsts.

2-Methylpropan (Isobutan)

b) Isomerie der Position der Doppel-(Dreifach-)Bindung.

1-Buten 2-Buten

c) Isomerie der Position der funktionellen Gruppe.

1-Propanol 2-Propanol

2. Stereoisomerie (räumlich):

a) Geometrisch: cis-, trans-Isomerie. Aufgrund der unterschiedlichen räumlichen Anordnung von Substituenten relativ zur Ebene der Doppelbindung; tritt aufgrund der fehlenden Rotation um die Doppelbindung auf.

Cisbuten-2 ​​Transbuten-2

b) Optische oder Spiegelisomerie ist eine Art räumliche Isomerie (Stereoisomerie), die von der Asymmetrie des Moleküls abhängt, d.h. aus der räumlichen Anordnung von vier verschiedenen Atomen oder Atomgruppen um ein asymmetrisches Kohlenstoffatom. Optische Isomere (Stereoisomere) verhalten sich zueinander wie ein Objekt zu seinem Spiegelbild. Solche optischen Isomere werden Antipoden genannt, und ihre Mischungen in gleichen Mengen von beiden werden racemische Mischungen genannt. In diesem Fall handelt es sich um optisch inaktive Substanzen, da jedes der Isomere die Polarisationsebene des Lichts in die entgegengesetzte Richtung dreht. Milchsäure hat 2 Antipoden, deren Anzahl durch die Formel 2 n bestimmt wird = Anzahl der Isomere, wobei n die Anzahl der asymmetrischen Kohlenstoffatome ist.

Viele organische Materie(Hydroxysäuren) sind optisch aktive Substanzen. Jede optisch aktive Substanz hat ihre eigene spezifische Drehung des polarisierten Lichts.

Die Tatsache der optischen Aktivität von Substanzen bezieht sich auf alle organischen Substanzen, die asymmetrische Kohlenstoffatome in ihrer Zusammensetzung haben (Hydroxysäuren, Kohlenhydrate, Aminosäuren usw.).

Videoanleitung:

Vorlesung: Einstufung organischer Stoffe. Nomenklatur organischer Stoffe (trivial und international)

Einstufung organischer Stoffe

Die Klassifizierung organischer Substanzen basiert auf der Theorie von A.M. Butlerow. Die Tabelle zeigt die Klassifizierung organischer Substanzen in Abhängigkeit von der Art der Struktur der Kohlenstoffkette, d.h. nach Art des Kohlenstoffskeletts:

Acyclische Verbindungen- Dies sind organische Substanzen, in deren Molekülen Kohlenstoffatome in geraden Linien sowie in verzweigten offenen Ketten miteinander verbunden sind.

Azyklisch umfasst zum Beispiel Ethan:

oder Acetylen:

Ansonsten werden solche Verbindungen Aliphaten oder Fettverbindungen genannt, weil die ersten Verbindungen dieser Reihe organischer Substanzen aus pflanzlichen oder tierischen Fetten gewonnen wurden. Von den acyclischen Verbindungen stechen hervor:

Grenze (oder gesättigt) - Diese Verbindungen enthalten im Kohlenstoffgerüst einzelne kovalente unpolare Kohlenstoff-Kohlenstoff-C-C- und schwach polare S-N-Verbindung, Das Alkane.

Die allgemeine Summenformel von Alkanen lautet C n H 2n+2, wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome in einem Kohlenwasserstoffmolekül ist. Dazu gehören offene Ketten sowie geschlossene (zyklische) Kohlenwasserstoffe. Alle Kohlenstoffatome in Alkanen haben sp 3 - Hybridisierung. Denken Sie an die folgenden Alkane:

Methan - CH 4

Ethan - C 2 H 6: CH 3 -CH 3

Propan - C 3 H 8: CH 3 -CH 2 -CH 3

Butan - C 4 H 10: CH 3 -(CH 2) 2 -CH 3

Pentan - C 5 H 12: CH 3 -(CH 2) 3 -CH 3

Hexan - C 6 H 14: CH 3 -(CH 2) 4 -CH 3

Heptan - C 7 H 16: CH 3 -(CH 2) 5 -CH 3

Oktan - C 8 H 18: CH 3 - (CH 2) 6 -CH 3

Nonan - C 9 H 20: CH 3 -(CH 2) 7 -CH 3

Dean - C 10 H 22: CH 3 -(CH 2) 8 -CH 3

Ungesättigt (oder ungesättigt) - enthalten mehrere Doppel- (C \u003d C) oder Dreifachbindungen (C \u003d C), dies sind Alkene, Alkine und Alkadiene:

1) SONDERNlkens- eine Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindung enthalten, die ein doppeltes C=C ist. Allgemeine Formel - C n H 2n .Die Kohlenstoffatome in diesen Verbindungen haben sp 2 - Hybridisierung. Die C=C-Bindung hat eine π-Bindung und eine σ-Bindung, also sind Alkene reaktiver als Alkane. Denken Sie an die folgenden Alkene:

Ethen (Ethylen) - C 2 H 4: CH 2 \u003d CH 2

Propen (Propylen) - C 3 H 6: CH 2 \u003d CH-CH 3

Buten - C 4 H 8: Buten-1 CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH, Buten-2 ​​CH 3 -CH \u003d CH-CH 3, Isobuten [CH 3] 2 C \u003d CH 2

Penten - C 5 H 10: 1-Penten CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d CH 2, 2-Penten C 2 H 5 CH \u003d CHCH 3

Hexen - C 6 H 12: 1-Hexen CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3, cis - Hexen-2 ​​CH 3 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 und andere Isomere.

Гептен - C 7 H 14: 1-гептен СН 2 =СН-СН 2 -СН-СН 2 -СН 2 -СН 3 , 2-гептен СН 3 -СН=СН-СН 2 -СН 2 -СН 2 -СН 3 usw.

Octen - C 8 H 16: 1-Octen CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3, 2-Octen CH 3 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3 usw.

Nonen - C 9 H 18: 3-Nonen CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH-CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 3, 5-Nonen CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH=CH-CH 2 -CH 2 -CH 3 usw.

Decen - C 10 H 20: 2-Decen CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d CH-CH 3 usw.

Wie Sie bemerkt haben, ähneln die Namen von Alkenen den Namen von Alkanen, mit einem Unterschied im Suffix. Alkane haben das Suffix -an und Alkene haben das Suffix -en. Außerdem fehlt Methen unter den aufgeführten Alkenen. Denken Sie daran, Methen existiert nicht, weil Methan nur einen Kohlenstoff hat. Und für die Bildung von Alkenen ist die Bildung von Doppelbindungen notwendig.

Die Position der Doppelbindung wird durch eine Zahl angegeben, zum Beispiel 1-Buten: CH 2 \u003d CH-CH 2 -CH 3 oder 1-Hexen: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d CH 2. Beachten Sie diese Regel: Die Nummerierung von Kohlenwasserstoffketten muss so erfolgen, dass die Doppelbindungen unter der niedrigsten Nummer liegen, z. B. 2-Hexen:

2) AVerwandte– Es gibt eine dreifache С≡С-Bindung in den Molekülen. Allgemeine Formel - C n H 2n-2 . BEIM Alkin Namen Suffix -an geändert in -in. Zum Beispiel 3-Heptin: CH 3 -CH 2 -CH 2 -C≡C -CH 2 -CH 3. Für Ethin HC≡CH ist auch der Trivialname Acetylen möglich. Die Position der Dreifachbindung ist wie im vorherigen Fall bei Alkenen angegeben. Wenn die Verbindung mehr als eine Dreifachbindung enthält, wird der Name mit dem Suffix -diin oder -triin ergänzt. Wenn die Verbindung sowohl Doppel- als auch Dreifachbindungen enthält, wird ihre Nummerierung durch die Doppelbindung bestimmt, daher wird zuerst die Doppelbindung genannt, dann die Dreifachbindung. Zum Beispiel Hexadien-1,3-in-5: CH 2 \u003d CH-CH 2 \u003d CH 2 -C≡CH.

3) SONDERNlCadiens – Es gibt zwei doppelte С=С-Bindungen in den Molekülen. Allgemeine Formel - C n H 2n-2,das gleiche wie für Alkine. Alkine und Alkadiene sind Interklassenisomere.Beispielsweise 1,3-Butadien oder Divinyl-C 4 H 6 : CH 2 =CH-CH=CH 2 .

Cyclische Verbindungen- Das organische Materie, deren Moleküle drei oder mehr Atome enthalten, die in einem geschlossenen Ring verbunden sind und Zyklen bilden.

Limitierende zyklische Kohlenwasserstoffe werden als Cycloalkane bezeichnet. Sie ungefähr allgemeine Formel - C n H 2n. Moleküle haben eine geschlossene Kette oder Ringe. Zum Beispiel Cyclopropan (C 3 H 6):

und Cyclobutan (C 4 H 8):

Je nachdem, welche Atome die Zyklen bildeten, diese Art Verbindungen werden in carbocyclische und heterocyclische unterteilt.

Carbocyclisch , die ansonsten als homocyclisch bezeichnet werden, enthalten nur Kohlenstoffatome in den Ringen. Sie werden wiederum in aliphatische und aromatische unterteilt.

Alicyclische (aliphatische) Verbindungen unterscheiden sich darin, dass Kohlenstoffatome in geraden, verzweigten Ketten oder Ringen durch Einfach-, Doppel- oder Dreifachbindungen miteinander verbunden sein können.

Eine typische aliphatische Verbindung ist Cyclohexen:

aromatische Verbindungen erhielt seinen Namen aufgrund des aromatischen Geruchs der Substanz. Auch bekannt als Arenen. Sie unterscheiden sich durch das Vorhandensein eines Benzolrings in der Verbindung:

Es können mehrere solcher Ringe in der Zusammensetzung vorhanden sein. Zum Beispiel Naphthalin:

Ebenfalls diese Gruppe Verbindungen hat ein aromatisches System, das die hohe Stabilität und Stabilität der Verbindung charakterisiert. Aromatisches System enthält 4n+2 Elektronen im Ring (wobei n = 0, 1, 2, …). Es ist üblich, dass diese Gruppe organischer Substanzen eher Substitutionsreaktionen als Additionen eingeht.

Aromatische Verbindungen können eine direkt an den Ring gebundene funktionelle Gruppe aufweisen. Zum Beispiel Toluol:

Heterocyclische Verbindungen enthalten im Kohlenwasserstoffzyklus immer ein oder mehrere Heteroatome, bei denen es sich um Sauerstoff-, Stickstoff- oder Schwefelatome handelt. Sind fünf Heteroatome vorhanden, so nennt man die Verbindungen fünfgliedrig, bei sechs bzw. sechsgliedrig. Ein Beispiel für eine heterocyclische Verbindung ist Pyridin:

Klassifizierung von Kohlenwasserstoffderivaten

Andere organische Substanzen werden ausschließlich als Derivate von Kohlenwasserstoffen angesehen, die entstehen, wenn funktionelle Gruppen in Kohlenwasserstoffmoleküle eingeführt werden, einschließlich anderer chemischer Elemente. Die Formel von Verbindungen mit einer funktionellen Gruppe kann geschrieben werden als R-X. Wobei R ein Kohlenwasserstoffrest ist (ein Fragment eines Kohlenwasserstoffmoleküls ohne ein oder mehrere Wasserstoffatome; X ist eine funktionelle Gruppe. Durch das Vorhandensein von funktionellen Gruppen werden Kohlenwasserstoffe unterteilt in:

Halogenderivate - Nach dem Namen zu urteilen, ist es klar, dass in diesen Verbindungen Wasserstoffatome durch Atome eines Halogens ersetzt werden.

Alkohole und Phenole. In Alkoholen sind Wasserstoffatome durch die Hydroxylgruppe -OH ersetzt. Entsprechend der Anzahl solcher Gruppen werden Alkohole in einwertige und mehrwertige Alkohole unterteilt, darunter zweiwertige, dreiwertige usw.

Formel einwertiger Alkohole: CnH2n+1OH oder C n H 2n +2O.

Formel mehrwertige Alkohole: C n H 2n +2O x; x ist die Atomizität des Alkohols.

Auch Alkohole können aromatisch sein. Formel einwertiger aromatischer Alkohole: CnH2n-60.

Es ist zu beachten, dass Derivate aromatischer Kohlenwasserstoffe, bei denen ein / mehrere Wasserstoffatome durch Hydroxylgruppen ersetzt sind, nicht zu Alkoholen gehören. Dieser Typ gehören zur Klasse der Phenole. Der Grund, warum Phenole nicht als Alkohole eingestuft werden, liegt in ihren spezifischen chemischen Eigenschaften. Einwertige Phenole sind isomer zu einwertigen aromatischen Alkoholen. Das heißt, sie haben auch eine gemeinsame Summenformel CnH2n-60.

Amine- Derivate von Ammoniak, bei denen ein, zwei oder drei Wasserstoffatome durch einen Kohlenwasserstoffrest ersetzt sind. Amine, bei denen nur ein Wasserstoffatom durch einen Kohlenwasserstoffrest ersetzt ist, also die allgemeine Formel aufweisen R-NH 2 werden als primäre Amine bezeichnet. Amine, bei denen zwei Wasserstoffatome durch Kohlenwasserstoffreste ersetzt sind, nennt man sekundär. Ihre Formel ist R-NH-R'. Es sei daran erinnert, dass die Reste R und R' entweder gleich oder verschieden sein können. Sind alle drei Wasserstoffatome des Ammoniakmoleküls durch einen Kohlenwasserstoffrest ersetzt, handelt es sich um tertiäre Amine. Dabei können R, R', R'' entweder völlig gleich oder verschieden sein. Die allgemeine Formel für primäre, sekundäre und tertiäre limitierende Amine lautet C n H 2n + 3N. Aromatische Amine mit einem ungesättigten Substituenten haben die Formel CnH2n-5N.

Aldehyde und Ketone. Bei Aldehyden sind am primären Kohlenstoffatom zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoffatom ersetzt. Das heißt, in ihrer Struktur gibt es eine Aldehydgruppe - CH=O. Allgemeine Formel - R-CH=O. Bei Ketonen sind am sekundären Kohlenstoffatom zwei Wasserstoffatome durch ein Sauerstoffatom ersetzt. Das heißt, dies sind Verbindungen, in deren Struktur sich eine Carbonylgruppe -C(O)- befindet. Allgemeine Formel von Ketonen: R-C(O)-R'. Dabei können die Reste R, R' sowohl gleich als auch verschieden sein. Aldehyde und Ketone haben eine ziemlich ähnliche Struktur, werden aber dennoch als Klassen unterschieden, da sie erhebliche Unterschiede in den chemischen Eigenschaften aufweisen. Die allgemeine Formel zur Begrenzung von Ketonen und Aldehyden lautet: CnH2nO.

Carbonsäuren enthalten eine Carboxylgruppe –COOH. Wenn eine Säure zwei Carboxylgruppen enthält, wird die Säure als Dicarbonsäure bezeichnet. Grenzmonocarbonsäuren (mit einer -COOH-Gruppe) haben die allgemeine Formel - CnH2nO 2 . Aromatische Monocarbonsäuren haben die allgemeine Formel CnH2n-8O 2 .

Äther- organische Verbindungen, in denen zwei Kohlenwasserstoffreste indirekt über ein Sauerstoffatom verbunden sind. Das heißt, sie haben eine Formel der Form: R-O-R'. Dabei können die Reste R und R' sowohl gleich als auch verschieden sein. Ätherformel begrenzen - CnH2n+1OH oder C n H 2n + 2O.

Ester- eine Verbindungsklasse auf Basis organischer Carbonsäuren, bei denen das Wasserstoffatom in der Hydroxylgruppe durch einen Kohlenwasserstoffrest R ersetzt ist.

Nitroverbindungen - Derivate von Kohlenwasserstoffen, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch eine Nitrogruppe -NO 2 ersetzt sind. Limitierende Nitroverbindungen mit einer Nitrogruppe haben die Formel C n H 2n + 1NO 2 .

Aminosäuren haben gleichzeitig zwei funktionelle Gruppen in der Struktur - Amino NH 2 und Carboxyl - COOH. Zum Beispiel: NH 2 -CH 2 -COOH. Limitierende Aminosäuren mit einer Carboxyl- und einer Aminogruppe sind isomer zu den entsprechenden limitierenden Nitroverbindungen, dh sie haben die allgemeine Formel C n H 2n + 1NO 2 .

Nomenklatur organischer Verbindungen

Die Nomenklatur der Verbindung ist in 2 Typen unterteilt:

trivial u

systematisch.

Trivial ist historisch gesehen die erste Nomenklatur, die ganz am Anfang der Entwicklung der organischen Chemie entstand. Die Namen der Substanzen waren assoziativer Natur, zB Oxalsäure, Harnstoff, Indigo.

Erstellung einer Systematik, d.h. Die internationale Nomenklatur begann 1892. Dann wurde mit der Genfer Nomenklatur begonnen, die von 1947 bis heute von der IUPAC (IUPAC ist die international vereinheitlichte Chemische Nomenklatur). Nach der systematischen Nomenklatur werden die Namen organischer Verbindungen aus der Wurzel gebildet, die die Länge der Hauptkette angibt, d.h. Kohlenstoffatome, die in einer unverzweigten Kette verbunden sind, sowie Präfixe und Suffixe, die das Vorhandensein und die Position von Substituenten, funktionellen Gruppen und Mehrfachbindungen bezeichnen.

Es ist bekannt, dass die Eigenschaften organischer Substanzen durch ihre Zusammensetzung und chemische Struktur bestimmt werden. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Klassifizierung organischer Verbindungen auf der Strukturtheorie basiert - der Theorie von L. M. Butlerov. Klassifizieren Sie organische Substanzen nach dem Vorhandensein und der Reihenfolge der Verbindungen von Atomen in ihren Molekülen. Der beständigste und am wenigsten veränderliche Teil des Moleküls organischer Materie ist sein Skelett - eine Kette von Kohlenstoffatomen. Abhängig von der Reihenfolge der Verbindung von Kohlenstoffatomen in dieser Kette werden Substanzen in azyklische, die keine geschlossenen Ketten von Kohlenstoffatomen in Molekülen enthalten, und carbozyklische, die solche Ketten (Zyklen) in Molekülen enthalten, unterteilt.
Neben Kohlenstoff- und Wasserstoffatomen können Moleküle organischer Substanzen Atome anderer enthalten chemische Elemente. Substanzen, in deren Molekülen diese sogenannten Heteroatome in einer geschlossenen Kette enthalten sind, werden als heterocyclische Verbindungen klassifiziert.
Heteroatome (Sauerstoff, Stickstoff usw.) können Teil von Molekülen und acyclischen Verbindungen sein und in ihnen funktionelle Gruppen bilden, z. B. Hydroxyl - OH, Carbonyl, Carboxyl, Aminogruppe -NH2.
Funktionelle Gruppe- eine Gruppe von Atomen, die die charakteristischsten chemischen Eigenschaften einer Substanz und ihre Zugehörigkeit zu einer bestimmten Klasse von Verbindungen bestimmt.

Kohlenwasserstoffe sind Verbindungen, die nur aus Wasserstoff- und Kohlenstoffatomen bestehen.

Abhängig von der Struktur der Kohlenstoffkette werden organische Verbindungen in Verbindungen mit offener Kette unterteilt - azyklisch (aliphatisch) und zyklisch- mit einer geschlossenen Atomkette.

Zyklen werden in zwei Gruppen unterteilt: carbocyclische Verbindungen(Zyklen werden nur von Kohlenstoffatomen gebildet) und heterozyklisch(die Zyklen umfassen auch andere Atome, wie Sauerstoff, Stickstoff, Schwefel).

Carbocyclische Verbindungen wiederum umfassen zwei Reihen von Verbindungen: alicyclisch und aromatisch.

Aromatische Verbindungen in der Basis der Struktur von Molekülen haben flache kohlenstoffhaltige Zyklen mit einem besonderen geschlossenes System p-Elektronen bilden ein gemeinsames π-System (eine einzelne π-Elektronenwolke). Aromatizität ist auch für viele heterocyclische Verbindungen charakteristisch.

Alle anderen carbocyclischen Verbindungen gehören zur alicyclischen Reihe.

Sowohl acyclische (aliphatische) als auch cyclische Kohlenwasserstoffe können Mehrfach- (Doppel- oder Dreifach-) Bindungen enthalten. Solche Kohlenwasserstoffe nennt man ungesättigt (ungesättigt) im Gegensatz zu den einschränkenden (gesättigt), die nur Einfachbindungen enthalten.

Aliphatische Kohlenwasserstoffe einschränken namens Alkane haben sie die allgemeine Formel C n H 2 n+2, wobei n die Anzahl der Kohlenstoffatome ist. Ihr alter Name wird oft verwendet und jetzt - Paraffine.

Enthält eine Doppelbindung, bekam den Namen Alkene. Sie haben die allgemeine Formel C n H 2 n .

Ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffemit zwei Doppelbindungen namens Alkadiene

Ungesättigte aliphatische Kohlenwasserstoffemit einer Dreifachbindung namens Alkine. Ihre allgemeine Formel ist C n H 2 n - 2.

Beschränken Sie alizyklische Kohlenwasserstoffe - Cycloalkane, ihre allgemeine Formel C n H 2 n .

Eine besondere Gruppe von Kohlenwasserstoffen, aromatisch, oder Arenen(mit einem geschlossenen gemeinsamen π-Elektronensystem) ist am Beispiel von Kohlenwasserstoffen mit der allgemeinen Formel C n H 2 n -6 bekannt.

Wenn also in ihren Molekülen ein bzw mehr Wasserstoffatome durch andere Atome oder Atomgruppen (Halogene, Hydroxylgruppen, Aminogruppen etc.) ersetzt werden, entstehen Kohlenwasserstoffderivate: Halogenderivate, sauerstoffhaltige, stickstoffhaltige und andere organische Verbindungen.

Halogenderivate Kohlenwasserstoffe können als Produkte der Substitution von einem oder mehreren Wasserstoffatomen durch Halogenatome in Kohlenwasserstoffen betrachtet werden. Dementsprechend kann es sich um limitierende und ungesättigte Mono-, Di-, Tri- (im Allgemeinen Poly-) Halogenderivate handeln.

Die allgemeine Formel von Monohalogenderivaten gesättigter Kohlenwasserstoffe:

und die Zusammensetzung wird durch die Formel ausgedrückt

C n H 2 n +1 Ã,

wobei R der Rest des gesättigten Kohlenwasserstoffs (Alkans), Kohlenwasserstoffrest (diese Bezeichnung wird weiter verwendet, wenn andere Klassen organischer Substanzen betrachtet werden), G ein Halogenatom (F, Cl, Br, I) ist.

Alkohole- Derivate von Kohlenwasserstoffen, bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch Hydroxylgruppen ersetzt sind.

Alkohole werden genannt einatomig, wenn sie eine Hydroxylgruppe aufweisen, und begrenzen, wenn sie Derivate von Alkanen sind.

Die allgemeine Formel gesättigter einwertiger Alkohole:

und ihre Zusammensetzung wird durch die allgemeine Formel ausgedrückt:
C n H 2 n +1 OH oder C n H 2 n +2 O

Beispiele für mehrwertige Alkohole sind bekannt, d. h. solche mit mehreren Hydroxylgruppen.

Phenole- Derivate aromatischer Kohlenwasserstoffe (Benzolreihe), bei denen ein oder mehrere Wasserstoffatome im Benzolring durch Hydroxylgruppen ersetzt sind.

Der einfachste Vertreter mit der Formel C 6 H 5 OH heißt Phenol.

Aldehyde und Ketone- Derivate von Kohlenwasserstoffen, die eine Carbonylgruppe von Atomen (Carbonyl) enthalten.

In Aldehydmolekülen geht eine Carbonylbindung zur Verbindung mit dem Wasserstoffatom, die andere - mit dem Kohlenwasserstoffrest.

Bei Ketonen ist die Carbonylgruppe mit zwei (in der Regel verschiedenen) Resten verknüpft.

Die Zusammensetzung der limitierenden Aldehyde und Ketone wird durch die Formel C n H 2l O ausgedrückt.

Carbonsäuren- Derivate von Kohlenwasserstoffen mit Carboxylgruppen (-COOH).

Befindet sich im Säuremolekül eine Carboxylgruppe, so ist die Carbonsäure einbasig. Allgemeine Formel gesättigter einbasiger Säuren (R-COOH). Ihre Zusammensetzung wird durch die Formel C n H 2 n O 2 ausgedrückt.

Äther sind organische Substanzen, die zwei durch ein Sauerstoffatom verbundene Kohlenwasserstoffreste enthalten: R-O-R oder R 1 -O-R 2 .

Die Reste können gleich oder verschieden sein. Die Zusammensetzung von Ethern wird durch die Formel C n H 2 n +2 O ausgedrückt

Ester- Verbindungen, die durch Ersetzen des Wasserstoffatoms der Carboxylgruppe in Carbonsäuren durch einen Kohlenwasserstoffrest entstehen.

Nitroverbindungen- Derivate von Kohlenwasserstoffen, in denen ein oder mehrere Wasserstoffatome durch eine Nitrogruppe -NO 2 ersetzt sind.

Allgemeine Formel limitierender Mononitroverbindungen:

und die Zusammensetzung wird durch die allgemeine Formel ausgedrückt

C n H 2 n +1 NO 2.

Amine- Verbindungen, die als Derivate von Ammoniak (NH 3) gelten, in denen Wasserstoffatome durch Kohlenwasserstoffreste ersetzt sind.

Je nach Art des Restes können Amine sein aliphatischund aromatisch.

Abhängig von der Anzahl der durch Radikale ersetzten Wasserstoffatome gibt es:

Primäre Amine mit der allgemeinen Formel: R-NH 2

Sekundär - mit der allgemeinen Formel: R 1 -NH-R 2

Tertiär - mit der allgemeinen Formel:

Im Einzelfall können sowohl sekundäre als auch tertiäre Amine die gleichen Reste aufweisen.

Primäre Amine können auch als Derivate von Kohlenwasserstoffen (Alkanen) angesehen werden, bei denen ein Wasserstoffatom durch eine Aminogruppe -NH 2 ersetzt ist. Die Zusammensetzung der limitierenden primären Amine wird durch die Formel C n H 2 n +3 N ausgedrückt.

Aminosäuren enthalten zwei funktionelle Gruppen, die mit einem Kohlenwasserstoffrest verbunden sind: eine Aminogruppe -NH 2 und eine Carboxylgruppe -COOH.

Die Zusammensetzung der limitierenden Aminosäuren, die eine Aminogruppe und ein Carboxyl enthalten, wird durch die Formel C n H 2 n + 1 NO 2 ausgedrückt.

Andere wichtige organische Verbindungen sind bekannt, die mehrere unterschiedliche oder identische funktionelle Gruppen aufweisen, lange lineare Ketten, die mit Benzolringen assoziiert sind. In solchen Fällen ist eine strenge Definition, ob ein Stoff zu einer bestimmten Klasse gehört, nicht möglich. Diese Verbindungen werden oft in bestimmte Stoffgruppen isoliert: Kohlenhydrate, Proteine, Nukleinsäuren, Antibiotika, Alkaloide usw.

Für den Namen organischer Verbindungen werden 2 Nomenklaturen verwendet - rationale und systematische (IUPAC) und Trivialnamen.

Zusammenstellung von Namen nach der IUPAC-Nomenklatur

1) Die Basis des Namens der Verbindung ist die Wortwurzel, die einen gesättigten Kohlenwasserstoff mit der gleichen Anzahl von Atomen wie die Hauptkette bezeichnet.

2) Der Wurzel wird ein Suffix hinzugefügt, das den Sättigungsgrad charakterisiert:

An (limitierend, keine Mehrfachbindungen);
-en (in Gegenwart einer Doppelbindung);
-in (in Gegenwart einer Dreifachbindung).

Bei mehreren Mehrfachbindungen ist im Suffix die Anzahl solcher Bindungen (-Dien, -Trien etc.) anzugeben und nach dem Suffix ist die Position der Mehrfachbindung in Zahlen anzugeben, z. B.:
CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 CH 3 -CH \u003d CH -CH 3
Buten-1 Buten-2

CH 2 \u003d CH - CH \u003d CH 2
Butadien-1,3

Gruppen wie Nitro-, Halogene, Kohlenwasserstoffreste, die nicht in der Hauptkette enthalten sind, sind dem Präfix vorangestellt. Sie sind in alphabetischer Reihenfolge aufgeführt. Die Position des Substituenten wird durch eine Zahl vor dem Präfix angegeben.

Die Titelreihenfolge ist wie folgt:

1. Finden Sie die längste Kette von C-Atomen.

2. Nummerieren Sie fortlaufend die Kohlenstoffatome der Hauptkette, beginnend mit dem Ende, das der Verzweigung am nächsten liegt.

3. Der Name des Alkans setzt sich zusammen aus den Namen der Seitenreste, aufgelistet in alphabetischer Reihenfolge, die die Position in der Hauptkette angeben, und dem Namen der Hauptkette.

Nomenklatur einiger organischer Substanzen (trivial und international)

Es gibt mehrere Definitionen dessen, was organische Substanzen sind, wie sie sich von einer anderen Gruppe von Verbindungen unterscheiden - anorganischen. Eine der häufigsten Erklärungen kommt vom Namen „Kohlenwasserstoffe“. Tatsächlich sind das Herzstück aller organischen Moleküle Ketten von Kohlenstoffatomen, die an Wasserstoff gebunden sind. Es gibt andere Elemente, die den Namen "organogen" erhalten haben.

Organische Chemie vor der Entdeckung des Harnstoffs

Seit der Antike nutzten die Menschen viele natürliche Substanzen und Mineralien: Schwefel, Gold, Eisen- und Kupfererz, Kochsalz. Während der gesamten Existenz der Wissenschaft - von der Antike bis zur ersten Hälfte XIX Jahrhunderts - Wissenschaftler konnten den Zusammenhang zwischen Leben und nicht nachweisen unbelebte Natur auf der Ebene der mikroskopischen Struktur (Atome, Moleküle). Es wurde angenommen, dass organische Substanzen ihr Aussehen der mythischen Lebenskraft verdanken - dem Vitalismus. Es gab einen Mythos über die Möglichkeit, einen kleinen Mann "Homunkulus" zu züchten. Dazu war es notwendig, verschiedene Abfallprodukte in ein Fass zu füllen und eine bestimmte Zeit zu warten, bis die Lebenskraft geboren wurde.

Einen vernichtenden Schlag versetzte dem Vitalismus die Arbeit von Weller, der aus anorganischen Bestandteilen die organische Substanz Harnstoff synthetisierte. So wurde bewiesen, dass es keine Lebenskraft gibt, die Natur ist eins, Organismen und anorganische Verbindungen werden aus Atomen derselben Elemente gebildet. Die Zusammensetzung von Harnstoff war schon vor Wellers Arbeiten bekannt, das Studium dieser Verbindung war in jenen Jahren nicht schwierig. Bemerkenswert war die Tatsache, dass eine für den Stoffwechsel charakteristische Substanz außerhalb des Körpers eines Tieres oder einer Person erhalten wurde.

Theorie von A. M. Butlerov

Die Rolle der russischen Schule der Chemiker bei der Entwicklung der Wissenschaft, die organische Substanzen untersucht, ist groß. Ganze Epochen in der Entwicklung der organischen Synthese sind mit den Namen Butlerov, Markovnikov, Zelinsky, Lebedev verbunden. Der Begründer der Theorie der Struktur von Verbindungen ist A. M. Butlerov. Der berühmte Chemiker erklärte in den 60er Jahren des 19. Jahrhunderts die Zusammensetzung organischer Substanzen, die Gründe für die Vielfalt ihrer Struktur und enthüllte die Beziehung, die zwischen Zusammensetzung, Struktur und Eigenschaften von Substanzen besteht.

Auf der Grundlage von Butlerovs Schlussfolgerungen war es nicht nur möglich, das Wissen über bereits vorhandene organische Verbindungen zu systematisieren. Es wurde möglich, Eigenschaften noch nicht vorherzusagen der Wissenschaft bekannt Substanzen, erstellen technologische Schemata für ihre Produktion unter industriellen Bedingungen. Viele der Ideen führender organischer Chemiker werden heute vollständig umgesetzt.

Bei der Oxidation von Kohlenwasserstoffen entstehen neue organische Substanzen - Vertreter anderer Klassen (Aldehyde, Ketone, Alkohole, Carbonsäuren). Beispielsweise werden große Mengen Acetylen zur Herstellung von Essigsäure verwendet. Ein Teil dieses Reaktionsprodukts wird anschließend verbraucht, um es zu erhalten synthetische Fasern. Eine Säurelösung (9% und 6%) ist in jedem Haushalt vorhanden - das ist gewöhnlicher Essig. Die Oxidation organischer Substanzen dient als Grundlage für die Gewinnung einer sehr großen Zahl von Verbindungen von industrieller, landwirtschaftlicher und medizinischer Bedeutung.

aromatische Kohlenwasserstoffe

Aromatizität in organischen Molekülen ist das Vorhandensein von einem oder mehreren Benzolkernen. Eine Kette von 6 Kohlenstoffatomen schließt sich zu einem Ring, darin tritt eine konjugierte Bindung auf, sodass die Eigenschaften solcher Kohlenwasserstoffe denen anderer Kohlenwasserstoffe nicht ähnlich sind.

Aromatische Kohlenwasserstoffe (oder Arene) sind von großer praktischer Bedeutung. Viele von ihnen sind weit verbreitet: Benzol, Toluol, Xylol. Sie werden als Lösungsmittel und Rohstoffe für die Herstellung von Arzneimitteln, Farbstoffen, Gummi, Kautschuk und anderen Produkten der organischen Synthese verwendet.

Sauerstoffverbindungen

Sauerstoffatome sind in einer großen Gruppe organischer Substanzen vorhanden. Sie sind Teil des aktivsten Teils des Moleküls, seiner funktionellen Gruppe. Alkohole enthalten eine oder mehrere Hydroxylspezies -OH. Beispiele für Alkohole: Methanol, Ethanol, Glycerin. In Carbonsäuren gibt es ein weiteres funktionelles Teilchen - Carboxyl (-COOOH).

Andere sauerstoffhaltige organische Verbindungen sind Aldehyde und Ketone. Carbonsäuren, Alkohole und Aldehyde große Mengen in verschiedenen Pflanzenorganen vorhanden. Sie können Quellen für die Gewinnung von Naturprodukten sein (Essigsäure, Ethylalkohol, Menthol).

Fette sind Verbindungen aus Carbonsäuren und dem dreiwertigen Alkohol Glycerin. Neben linearen Alkoholen und Säuren gibt es organische Verbindungen mit einem Benzolring und einer funktionellen Gruppe. Beispiele für aromatische Alkohole: Phenol, Toluol.

Kohlenhydrate

Die wichtigsten organischen Substanzen des Körpers, aus denen die Zellen bestehen, sind Proteine, Enzyme, Nukleinsäuren, Kohlenhydrate und Fette (Lipide). Einfache Kohlenhydrate – Monosaccharide – kommen in den Zellen in Form von Ribose, Desoxyribose, Fructose und Glucose vor. Das letzte Kohlenhydrat in dieser kurzen Liste ist der Hauptstoff des Stoffwechsels in den Zellen. Ribose und Desoxyribose sind Bestandteile von Ribonukleinsäuren und Desoxyribonukleinsäuren (RNA und DNA).

Beim Abbau von Glukosemolekülen wird die zum Leben notwendige Energie freigesetzt. Erstens wird es bei der Bildung einer Art Energieübertragung gespeichert - Adenosintriphosphorsäure (ATP). Diese Substanz wird vom Blut transportiert und an Gewebe und Zellen abgegeben. Bei der sukzessiven Abspaltung von drei Phosphorsäureresten von Adenosin wird Energie freigesetzt.

Fette

Lipide sind Substanzen lebender Organismen, die spezifische Eigenschaften haben. Sie lösen sich nicht in Wasser auf, sind hydrophobe Partikel. Besonders reich an Substanzen dieser Klasse sind Samen und Früchte einiger Pflanzen, Nervengewebe, Leber, Nieren, Blut von Tieren und Menschen.

Menschliche und tierische Haut enthält viele kleine Talgdrüsen. Das von ihnen abgesonderte Geheimnis zeigt sich auf der Körperoberfläche, schmiert sie, schützt sie vor Feuchtigkeitsverlust und dem Eindringen von Mikroben. Die Schicht aus subkutanem Fettgewebe schützt vor Schäden innere Organe dient als Reserve.

Eichhörnchen

Proteine ​​​​machen mehr als die Hälfte aller organischen Substanzen der Zelle aus, in einigen Geweben erreicht ihr Gehalt 80%. Alle Arten von Proteinen sind durch hohe Molekulargewichte und das Vorhandensein von Primär-, Sekundär-, Tertiär- und Quartärstrukturen gekennzeichnet. Beim Erhitzen werden sie zerstört - es kommt zur Denaturierung. Die Primärstruktur ist eine riesige Kette von Aminosäuren für den Mikrokosmos. Unter der Wirkung spezieller Enzyme im Verdauungssystem von Tieren und Menschen zerfällt das Protein-Makromolekül in seine Bestandteile. Sie gelangen in die Zellen, wo die Synthese organischer Substanzen stattfindet - andere Proteine, die für jedes Lebewesen spezifisch sind.

Enzyme und ihre Rolle

Reaktionen in der Zelle laufen dank Katalysatoren - Enzymen - mit einer Geschwindigkeit ab, die unter industriellen Bedingungen schwer zu erreichen ist. Es gibt Enzyme, die nur auf Proteine ​​wirken - Lipasen. Die Hydrolyse von Stärke erfolgt unter Beteiligung von Amylase. Lipasen werden benötigt, um Fette in ihre Bestandteile zu zerlegen. Prozesse, an denen Enzyme beteiligt sind, finden in allen lebenden Organismen statt. Wenn eine Person kein Enzym in den Zellen hat, wirkt sich dies auf den Stoffwechsel im Allgemeinen auf die Gesundheit aus.

Nukleinsäuren

Substanzen, die zuerst entdeckt und aus Zellkernen isoliert wurden, erfüllen die Funktion, Erbanlagen zu übertragen. Die Hauptmenge an DNA ist in Chromosomen enthalten, und RNA-Moleküle befinden sich im Zytoplasma. Mit der Reduplikation (Verdopplung) der DNA wird es möglich, Erbinformationen auf Keimzellen - Gameten - zu übertragen. Wenn sie verschmelzen, erhält der neue Organismus genetisches Material von den Eltern.

Organisches Material ist eine chemische Verbindung, die Kohlenstoff enthält. Die einzigen Ausnahmen sind Kohlensäure, Carbide, Carbonate, Cyanide und Kohlenstoffoxide.

Geschichte

Der Begriff "organische Substanzen" selbst tauchte im Alltag der Wissenschaftler auf der Bühne auf frühe Entwicklung Chemie. Damals dominierten vitalistische Weltbilder. Es war eine Fortsetzung der Traditionen von Aristoteles und Plinius. Während dieser Zeit waren Experten damit beschäftigt, die Welt in lebende und nicht lebende zu unterteilen. Gleichzeitig wurden ausnahmslos alle Stoffe klar in mineralisch und organisch unterteilt. Es wurde angenommen, dass für die Synthese von Verbindungen "lebender" Substanzen eine besondere "Stärke" benötigt wird. Es ist allen Lebewesen inhärent, und organische Elemente können ohne es nicht gebildet werden.

Es ist lustig für moderne Wissenschaft die Behauptung dominierte sehr lange, bis Friedrich Wöhler sie 1828 experimentell widerlegte. Aus anorganischem Ammoniumcyanat konnte er organischen Harnstoff gewinnen. Das brachte die Chemie voran. Die Einteilung der Stoffe in organisch und anorganisch hat sich jedoch bis in die Gegenwart erhalten. Sie liegt der Klassifizierung zugrunde. Fast 27 Millionen organische Verbindungen sind bekannt.

Warum gibt es so viele organische Verbindungen?

Organische Materie ist, bis auf wenige Ausnahmen, eine Kohlenstoffverbindung. Tatsächlich ist dies ein sehr merkwürdiges Element. Kohlenstoff ist in der Lage, aus seinen Atomen Ketten zu bilden. Es ist sehr wichtig, dass die Verbindung zwischen ihnen stabil ist.

Darüber hinaus weist Kohlenstoff in organischen Substanzen eine Wertigkeit - IV auf. Daraus folgt, dass dieses Element nicht nur einfache, sondern auch zwei- und dreifache Bindungen mit anderen Substanzen eingehen kann. Mit zunehmender Multiplizität wird die Kette der Atome kürzer. Gleichzeitig erhöht sich die Stabilität der Verbindung nur.

Außerdem hat Kohlenstoff die Fähigkeit, flache, lineare und dreidimensionale Strukturen zu bilden. Deshalb gibt es in der Natur so viele verschiedene organische Substanzen.

Verbindung

Wie oben erwähnt, handelt es sich bei organischen Stoffen um Kohlenstoffverbindungen. Und das ist sehr wichtig. entstehen, wenn es mit fast jedem Element des Periodensystems verbunden ist. In der Natur enthält ihre Zusammensetzung (neben Kohlenstoff) meistens Sauerstoff, Wasserstoff, Schwefel, Stickstoff und Phosphor. Die restlichen Elemente sind viel seltener.

Eigenschaften

Organisches Material ist also eine Kohlenstoffverbindung. Es gibt jedoch einige wichtige Kriterien, die es erfüllen muss. Alle Stoffe organischen Ursprungs haben gemeinsame Eigenschaften:

1. Die unterschiedliche Art von Bindungen zwischen Atomen führt zwangsläufig zum Auftreten von Isomeren. Zunächst einmal werden sie durch die Kombination von Kohlenstoffmolekülen gebildet. Isomere sind verschiedene Substanzen, die das gleiche haben Molekulargewicht und Zusammensetzung, aber unterschiedliche chemisch-physikalische Eigenschaften. Dieses Phänomen wird als Isomerie bezeichnet.

2. Ein weiteres Kriterium ist das Phänomen der Homologie. Das sind Reihen organischer Verbindungen, bei denen sich die Formel benachbarter Stoffe von den vorherigen um eine CH 2 -Gruppe unterscheidet. Diese wichtige Eigenschaft wird in der Materialwissenschaft angewendet.

Welche Klassen von organischen Stoffen gibt es?

Es gibt mehrere Klassen organischer Verbindungen. Sie sind jedem bekannt. Lipide und Kohlenhydrate. Diese Gruppen können als biologische Polymere bezeichnet werden. Sie sind am Stoffwechsel von beteiligt zelluläre Ebene in jedem Organismus. Ebenfalls in dieser Gruppe enthalten sind Nukleinsäuren. Wir können also sagen, dass organische Stoffe das sind, was wir jeden Tag essen, woraus wir gemacht sind.

Eichhörnchen

Proteine ​​bestehen aus Strukturkomponenten - Aminosäuren. Dies sind ihre Monomere. Proteine ​​werden auch Proteine ​​genannt. Etwa 200 Arten von Aminosäuren sind bekannt. Sie alle kommen in lebenden Organismen vor. Aber nur zwanzig von ihnen sind Bestandteile von Proteinen. Sie werden basisch genannt. Aber auch weniger populäre Begriffe finden sich in der Literatur – proteinogene und proteinbildende Aminosäuren. Die Formel dieser Klasse organischer Stoffe enthält Amin- (-NH 2) und Carboxyl- (-COOH) Komponenten. Sie sind durch die gleichen Kohlenstoffbindungen miteinander verbunden.

Funktionen von Proteinen

Proteine ​​im Körper von Pflanzen und Tieren leisten viele wichtige Funktionen. Aber die wichtigste ist struktureller Natur. Proteine ​​sind die Hauptbestandteile der Zellmembran und der Matrix von Organellen in Zellen. In unserem Körper bestehen alle Wände von Arterien, Venen und Kapillaren, Sehnen und Knorpel, Nägel und Haare hauptsächlich aus verschiedenen Proteinen.

Die nächste Funktion ist enzymatisch. Proteine ​​wirken als Enzyme. Sie katalysieren den Fluss im Körper chemische Reaktionen. Sie sind für den Abbau von Nährstoffen im Verdauungstrakt verantwortlich. In Pflanzen fixieren Enzyme während der Photosynthese die Position des Kohlenstoffs.

Einige tragen verschiedene Substanzen im Körper, wie z. B. Sauerstoff. Auch organische Materie kann sich ihnen anschließen. So funktioniert es Transportfunktion. Proteine ​​transportieren Metallionen, Fettsäuren, Hormone und natürlich Kohlendioxid und Hämoglobin. Transport findet auch auf interzellulärer Ebene statt.

Für die Schutzfunktion sind Eiweißverbindungen – Immunglobuline – verantwortlich. Dies sind Blutantikörper. Beispielsweise sind Thrombin und Fibrinogen aktiv am Gerinnungsprozess beteiligt. So verhindern sie einen großen Blutverlust.

Proteine ​​sind auch für die Kontraktionsfunktion verantwortlich. Dadurch, dass Myosin- und Aktin-Protofibrillen ständig Gleitbewegungen relativ zueinander ausführen, ziehen sich Muskelfasern zusammen. Aber ähnliche Prozesse laufen in einzelligen Organismen ab. Die Bewegung bakterieller Flagellen steht auch in direktem Zusammenhang mit dem Gleiten von Mikrotubuli, die proteinartiger Natur sind.

Die Oxidation organischer Substanzen setzt eine große Energiemenge frei. Aber in der Regel werden Proteine ​​sehr selten für den Energiebedarf verbraucht. Dies geschieht, wenn alle Bestände erschöpft sind. Am besten eignen sich dafür Lipide und Kohlenhydrate. Daher können Proteine ​​eine Energiefunktion erfüllen, aber nur unter bestimmten Bedingungen.

Lipide

Auch organische Substanz ist eine fettähnliche Verbindung. Lipide gehören zu den einfachsten biologischen Molekülen. Sie sind in Wasser unlöslich, zersetzen sich jedoch in unpolaren Lösungen wie Benzin, Äther und Chloroform. Sie sind Bestandteil aller lebenden Zellen. Chemisch gesehen sind Lipide Alkohole und Carbonsäuren. Die bekanntesten von ihnen sind Fette. Im Körper von Tieren und Pflanzen erfüllen diese Substanzen viele wichtige Funktionen. Viele Lipide werden in Medizin und Industrie verwendet.

Funktionen von Lipiden

Diese Bio Chemikalien bilden zusammen mit Proteinen in Zellen biologische Membranen. Aber ihre Hauptfunktion ist Energie. Wenn Fettmoleküle oxidiert werden, wird eine riesige Menge an Energie freigesetzt. Es geht um die Bildung von ATP in den Zellen. In Form von Lipiden kann sich eine erhebliche Menge an Energiereserven im Körper ansammeln. Manchmal sind sie sogar mehr als nötig für die Umsetzung des normalen Lebens. Bei pathologischen Veränderungen im Stoffwechsel von "Fett" -Zellen wird es mehr. Wobei der Fairness halber angemerkt werden sollte, dass solch überhöhte Reserven für die Überwinterung von Tieren und Pflanzen einfach notwendig sind. Viele Menschen glauben, dass sich Bäume und Sträucher in der kalten Jahreszeit von Erde ernähren. In Wirklichkeit verbrauchen sie die Reserven an Ölen und Fetten, die sie im Sommer gebildet haben.

Bei Menschen und Tieren können Fette auftreten und Schutzfunktion. Sie lagern sich im Unterhautgewebe und um Organe wie Nieren und Darm ab. Somit dienen sie als guter Schutz davor mechanischer Schaden, das heißt Streiks.

Außerdem haben Fette eine geringe Wärmeleitfähigkeit, was zum Warmhalten beiträgt. Dies ist besonders in kalten Klimazonen sehr wichtig. Bei Meerestieren trägt auch die subkutane Fettschicht zu einem guten Auftrieb bei. Bei Vögeln übernehmen Lipide aber auch wasserabweisende und schmierende Funktionen. Das Wachs umhüllt ihre Federn und macht sie elastischer. Einige Pflanzenarten haben die gleiche Plakette auf den Blättern.

Kohlenhydrate

Die Formel der organischen Substanz C n (H 2 O) m weist darauf hin, dass die Verbindung zur Klasse der Kohlenhydrate gehört. Der Name dieser Moleküle bezieht sich darauf, dass sie Sauerstoff und Wasserstoff in gleicher Menge wie Wasser enthalten. Neben diesen chemischen Elementen können Verbindungen beispielsweise Stickstoff enthalten.

Kohlenhydrate in der Zelle sind die Hauptgruppe der organischen Verbindungen. Diese stellen Primärprodukte dar. Sie sind auch die Ausgangsprodukte der pflanzlichen Synthese anderer Stoffe, beispielsweise Alkohole, organische Säuren und Aminosäuren. Kohlenhydrate sind auch Bestandteil der Zellen von Tieren und Pilzen. Sie gehören auch zu den Hauptbestandteilen von Bakterien und Protozoen. In einer Tierzelle machen sie also 1 bis 2% aus, und in einer Pflanzenzelle kann ihre Anzahl 90% erreichen.

Bis heute gibt es nur drei Gruppen von Kohlenhydraten:

Einfachzucker (Monosaccharide);

Oligosaccharide, bestehend aus mehreren Molekülen hintereinander geschalteter Einfachzucker;

Polysaccharide, sie umfassen mehr als 10 Moleküle Monosaccharide und deren Derivate.

Funktionen von Kohlenhydraten

Alle organischen Substanzen in der Zelle erfüllen bestimmte Funktionen. So ist zum Beispiel Glukose die Hauptenergiequelle. Es wird während der Zellatmung in allen Zellen abgebaut. Glykogen und Stärke stellen die wichtigsten Energiereserven dar, ersteres in Tieren und letzteres in Pflanzen.

Kohlenhydrate erfüllen auch eine strukturelle Funktion. Zellulose ist der Hauptbestandteil der pflanzlichen Zellwand. Und bei Arthropoden erfüllt Chitin die gleiche Funktion. Es kommt auch in den Zellen höherer Pilze vor. Nehmen wir als Beispiel Oligosaccharide, dann sind sie Bestandteil der Zytoplasmamembran – in Form von Glykolipiden und Glykoproteinen. Auch Glykokalyx wird häufig in Zellen nachgewiesen. In Synthese Nukleinsäuren Pentosen sind beteiligt. Wann ist in DNA enthalten und Ribose ist in RNA enthalten. Auch diese Komponenten finden sich in Coenzymen, beispielsweise in FAD, NADP und NAD.

Kohlenhydrate können auch eine Schutzfunktion im Körper übernehmen. Bei Tieren verhindert der Wirkstoff Heparin aktiv eine schnelle Blutgerinnung. Es wird bei Gewebeschäden gebildet und blockiert die Bildung von Blutgerinnseln in den Gefäßen. Heparin kommt in großen Mengen in Mastzellen in Granulat vor.

Nukleinsäuren

Proteine, Kohlenhydrate und Lipide sind nicht alle bekannten Klassen organischer Substanzen. Zur Chemie gehören auch Nukleinsäuren. Dies sind phosphorhaltige Biopolymere. Sie sorgen im Zellkern und Zytoplasma aller Lebewesen für die Übertragung und Speicherung genetischer Daten. Diese Substanzen wurden dank des Biochemikers F. Miescher entdeckt, der Lachsspermien untersuchte. Es war eine "zufällige" Entdeckung. Wenig später wurden RNA und DNA auch in allen pflanzlichen und tierischen Organismen gefunden. Nukleinsäuren wurden auch in den Zellen von Pilzen und Bakterien sowie Viren isoliert.

Insgesamt wurden zwei Arten von Nukleinsäuren in der Natur gefunden – Ribonukleinsäure (RNA) und Desoxyribonukleinsäure (DNA). Der Unterschied ist aus dem Namen ersichtlich. Desoxyribose ist ein Fünf-Kohlenstoff-Zucker. Ribose befindet sich im RNA-Molekül.

Das Studium der Nukleinsäuren organische Chemie. Themen für die Forschung werden auch von der Medizin vorgegeben. In den DNA-Codes sind viele genetische Krankheiten versteckt, die Wissenschaftler noch entdecken müssen.