Substancje organiczne: przykłady. Przykłady powstawania substancji organicznych i nieorganicznych

W przeszłości naukowcy dzielili wszystkie substancje w przyrodzie na warunkowo nieożywione i żywe, w tym królestwo zwierząt i roślin wśród tych ostatnich. Substancje pierwszej grupy nazywane są minerałami. A te zawarte w drugim zaczęto nazywać substancjami organicznymi.

Co to znaczy? Klasa substancji organicznych jest najszersza spośród wszystkich związków chemicznych znanych współczesnym naukowcom. Na pytanie, jakie substancje są organiczne, można odpowiedzieć w ten sposób - są to związki chemiczne zawierające węgiel.

Należy pamiętać, że nie wszystkie związki zawierające węgiel są organiczne. Na przykład korbidy i węglany, kwas węglowy i cyjanki oraz tlenki węgla nie są uwzględnione.

Dlaczego jest tak dużo substancji organicznych?

Odpowiedź na to pytanie kryje się we właściwościach węgla. Pierwiastek ten jest ciekawy, ponieważ potrafi tworzyć łańcuchy ze swoich atomów. Jednocześnie wiązanie węglowe jest bardzo stabilne.

Ponadto w związkach organicznych wykazuje wysoką wartościowość (IV), tj. zdolność do tworzenia wiązań chemicznych z innymi substancjami. I to nie tylko pojedyncze, ale także podwójne, a nawet potrójne (inaczej zwane wielokrotnościami). Wraz ze wzrostem krotności wiązań łańcuch atomów staje się krótszy, a stabilność wiązania wzrasta.

Węgiel ma także zdolność tworzenia struktur liniowych, płaskich i trójwymiarowych.

Dlatego substancje organiczne w przyrodzie są tak różnorodne. Możesz to łatwo sprawdzić sam: stań przed lustrem i uważnie przyjrzyj się swojemu odbiciu. Każdy z nas jest chodzącym podręcznikiem chemii organicznej. Pomyśl o tym: co najmniej 30% masy każdej Twojej komórki to związki organiczne. Białka, które zbudowały Twoje ciało. Węglowodany, które służą jako „paliwo” i źródło energii. Tłuszcze magazynujące rezerwy energii. Hormony kontrolujące funkcjonowanie narządów, a nawet Twoje zachowanie. Enzymy, które rozpoczynają w Tobie reakcje chemiczne. Nawet „kod źródłowy”, czyli łańcuchy DNA, są w całości związkami organicznymi na bazie węgla.

Skład substancji organicznych

Jak powiedzieliśmy na samym początku, głównym materiałem budulcowym materii organicznej jest węgiel. I praktycznie każdy pierwiastek w połączeniu z węglem może tworzyć związki organiczne.

W naturze substancje organiczne zawierają najczęściej wodór, tlen, azot, siarkę i fosfor.

Struktura substancji organicznych

Różnorodność substancji organicznych na planecie i różnorodność ich struktury można wytłumaczyć charakterystycznymi cechami atomów węgla.

Pamiętasz, że atomy węgla potrafią tworzyć ze sobą bardzo silne wiązania, łącząc się w łańcuchy. Rezultatem są stabilne cząsteczki. Sposób połączenia atomów węgla w łańcuch (ułożony w zygzak) jest jedną z kluczowych cech jego budowy. Węgiel może łączyć się zarówno w łańcuchy otwarte, jak i łańcuchy zamknięte (cykliczne).

Ważne jest również to, że budowa substancji chemicznych wpływa bezpośrednio na ich właściwości chemiczne. Sposób, w jaki atomy i grupy atomów w cząsteczce wpływają na siebie, również odgrywa znaczącą rolę.

Ze względu na cechy strukturalne liczba związków węgla tego samego typu sięga dziesiątek i setek. Na przykład możemy rozważyć związki wodoru z węglem: metan, etan, propan, butan itp.

Na przykład metan - CH 4. W normalnych warunkach taki związek wodoru z węglem znajduje się w gazowym stanie skupienia. Kiedy w kompozycji pojawia się tlen, powstaje ciecz - alkohol metylowy CH 3 OH.

Odmienne właściwości wykazują nie tylko substancje o różnym składzie jakościowym (jak w powyższym przykładzie), ale potrafią to również substancje o tym samym składzie jakościowym. Przykładem jest różna zdolność metanu CH 4 i etylenu C 2 H 4 do reakcji z bromem i chlorem. Metan jest zdolny do takich reakcji tylko po podgrzaniu lub wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego. A etylen reaguje nawet bez oświetlenia i ogrzewania.

Rozważmy tę opcję: skład jakościowy związków chemicznych jest taki sam, ale skład ilościowy jest inny. Wtedy właściwości chemiczne związków są różne. Podobnie jak w przypadku acetylenu C 2 H 2 i benzenu C 6 H 6.

Niemniejszą rolę w tej różnorodności odgrywają takie właściwości substancji organicznych, „związane” z ich strukturą, jak izomeria i homologia.

Wyobraź sobie, że masz dwie pozornie identyczne substancje – ten sam skład i ten sam wzór cząsteczkowy, który je opisuje. Ale struktura tych substancji jest zasadniczo różna, co skutkuje różnicą we właściwościach chemicznych i fizycznych. Na przykład wzór cząsteczkowy C 4 H 10 można zapisać dla dwóch różnych substancji: butanu i izobutanu.

Rozmawiamy o izomery– związki o tym samym składzie i masie cząsteczkowej. Ale atomy w ich cząsteczkach są ułożone w różnej kolejności (struktura rozgałęziona i nierozgałęziona).

Dotyczący homologia- jest to cecha łańcucha węglowego, w którym każdy kolejny element można otrzymać poprzez dodanie jednej grupy CH2 do poprzedniej. Każdy szereg homologiczny można wyrazić za pomocą jednego wzoru ogólnego. A znając wzór, łatwo jest określić skład któregokolwiek z członków serii. Na przykład homologi metanu opisuje się wzorem C n H 2n+2.

W miarę wzrostu „różnicy homologicznej” CH 2 wiązanie między atomami substancji wzmacnia się. Weźmy szereg homologiczny metanu: jego pierwsze cztery człony to gazy (metan, etan, propan, butan), kolejnych sześć to ciecze (pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan), a następnie następują substancje w ciele stałym stan skupienia (pentadekan, eikosan itp.). Im silniejsze wiązanie między atomami węgla, tym wyższa masa cząsteczkowa, temperatura wrzenia i topnienia substancji.

Jakie klasy substancji organicznych istnieją?

Do substancji organicznych pochodzenia biologicznego zalicza się:

• białka;
• węglowodany;
• kwasy nukleinowe;
• lipidy.

Pierwsze trzy punkty można również nazwać polimerami biologicznymi.

Bardziej szczegółowa klasyfikacja substancji organicznych obejmuje nie tylko substancje pochodzenia biologicznego.

Węglowodory obejmują:

• związki acykliczne:
  • węglowodory nasycone (alkany);
  • węglowodory nienasycone:
    • alkeny;
    • alkiny;
    • alkadieny.
• połączenia cykliczne:
  • związki karbocykliczne:
    • alicykliczny;
    • aromatyczny.
  • związki heterocykliczne.

Istnieją również inne klasy związków organicznych, w których węgiel łączy się z substancjami innymi niż wodór:

• alkohole i fenole;
• aldehydy i ketony;
• kwasy karboksylowe;
• estry;
• lipidy;
• węglowodany:
  • monosacharydy;
  • oligosacharydy;
  • polisacharydy.
  • mukopolisacharydy.
• aminy;
• aminokwasy;
• białka;
• kwasy nukleinowe.

Wzory substancji organicznych według klas

Przykłady substancji organicznych

Jak pamiętacie, w organizmie człowieka podstawą są różnego rodzaju substancje organiczne. Są to nasze tkanki i płyny, hormony i pigmenty, enzymy i ATP i wiele więcej.

W ciałach ludzi i zwierząt pierwszeństwo mają białka i tłuszcze (połowa suchej masy komórki zwierzęcej to białka). W roślinach (około 80% suchej masy komórki) - węglowodany, głównie złożone - polisacharydy. Zawiera celulozę (bez której nie byłoby papieru), skrobię.

Porozmawiajmy o niektórych z nich bardziej szczegółowo.

Na przykład o węglowodany. Gdyby można było zmierzyć i zmierzyć masy wszystkich substancji organicznych na planecie, to węglowodany zwyciężyłyby w tej konkurencji.

Służą jako źródło energii w organizmie, są materiałem budulcowym komórek, a także magazynują substancje. Rośliny wykorzystują do tego celu skrobię, zwierzęta wykorzystują glikogen.

Ponadto węglowodany są bardzo zróżnicowane. Na przykład proste węglowodany. Najpopularniejszymi monosacharydami w przyrodzie są pentozy (w tym deoksyryboza, która jest częścią DNA) i heksozy (znana glukoza).

Podobnie jak cegły, na dużym placu budowy, polisacharydy zbudowane są z tysięcy monosacharydów. Bez nich, a dokładniej, bez celulozy i skrobi, nie byłoby roślin. A zwierzęta bez glikogenu, laktozy i chityny nie miałyby łatwo.

Przyjrzyjmy się uważnie wiewiórki. Natura jest największym mistrzem mozaik i puzzli: z zaledwie 20 aminokwasów w organizmie człowieka powstaje 5 milionów rodzajów białek. Białka pełnią także wiele ważnych funkcji. Na przykład budowa, regulacja procesów zachodzących w organizmie, krzepnięcie krwi (są do tego osobne białka), ruch, transport niektórych substancji w organizmie, są także źródłem energii, w postaci enzymów pełnią funkcję katalizator reakcji i zapewniają ochronę. Przeciwciała odgrywają ważną rolę w ochronie organizmu przed negatywnymi wpływami zewnętrznymi. A jeśli w precyzyjnym dostrojeniu organizmu wystąpią zaburzenia, przeciwciała zamiast niszczyć wrogów zewnętrznych, mogą działać jako agresorzy w stosunku do własnych narządów i tkanek organizmu.

Białka dzielą się również na proste (białka) i złożone (proteiny). A mają unikalne dla nich właściwości: denaturację (zniszczenie, które zauważyliście nie raz podczas gotowania jajka na twardo) i renaturację (właściwość ta znalazła szerokie zastosowanie przy produkcji antybiotyków, koncentratów spożywczych itp.).

Nie ignorujmy lipidy(tłuszcze). W naszym organizmie pełnią funkcję rezerwowego źródła energii. Jako rozpuszczalniki pomagają zachodzić reakcjom biochemicznym. Weź udział w budowie ciała - na przykład w tworzeniu błon komórkowych.

I jeszcze kilka słów o tak interesujących związkach organicznych jak hormony. Uczestniczą w reakcjach biochemicznych i metabolizmie. Tak małe, że hormony czynią mężczyzn mężczyznami (testosteron), a kobiety kobietami (estrogen). Sprawiają, że jesteśmy szczęśliwi lub smutni (hormony tarczycy odgrywają ważną rolę w wahaniach nastroju, a endorfiny dają poczucie szczęścia). I nawet określają, czy jesteśmy „nocnymi markami”, czy „skowronkami”. To, czy chcesz uczyć się do późna, czy wolisz wstawać wcześnie i odrabiać lekcje przed szkołą, zależy nie tylko od Twojego codziennego harmonogramu, ale także od niektórych hormonów nadnerczy.

Wniosek

Świat materii organicznej jest naprawdę niesamowity. Wystarczy choć trochę zagłębić się w jego badania, aby zaprzeć dech w piersiach od poczucia pokrewieństwa z całym życiem na Ziemi. Dwie nogi, cztery lub korzenie zamiast nóg – wszystkich łączy magia laboratorium chemicznego Matki Natury. Powoduje, że atomy węgla łączą się w łańcuchy, reagują i tworzą tysiące różnych związków chemicznych.

Teraz masz krótki przewodnik po chemii organicznej. Oczywiście nie wszystkie możliwe informacje są tutaj przedstawione. Być może będziesz musiał sam wyjaśnić niektóre kwestie. Ale zawsze możesz skorzystać z wyznaczonej przez nas trasy do własnych niezależnych badań.

Zawartą w artykule definicję materii organicznej, klasyfikację i wzory ogólne związków organicznych oraz ogólne informacje na ich temat możesz wykorzystać także do przygotowania się do lekcji chemii w szkole.

Napisz nam w komentarzach, który dział chemii (organicznej czy nieorganicznej) lubisz najbardziej i dlaczego. Nie zapomnij „udostępnić” artykułu w sieciach społecznościowych, aby Twoi koledzy z klasy również mogli z niego skorzystać.

Jeśli znajdziesz jakieś nieścisłości lub błędy w artykule, daj mi znać. Wszyscy jesteśmy ludźmi i wszyscy czasami popełniamy błędy.

stronie internetowej, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do źródła.

W przeszłości naukowcy dzielili wszystkie substancje w przyrodzie na warunkowo nieożywione i żywe, w tym królestwo zwierząt i roślin wśród tych ostatnich. Substancje pierwszej grupy nazywane są minerałami. A te zawarte w drugim zaczęto nazywać substancjami organicznymi.

Co to znaczy? Klasa substancji organicznych jest najszersza spośród wszystkich związków chemicznych znanych współczesnym naukowcom. Na pytanie, jakie substancje są organiczne, można odpowiedzieć w ten sposób - są to związki chemiczne zawierające węgiel.

Należy pamiętać, że nie wszystkie związki zawierające węgiel są organiczne. Na przykład korbidy i węglany, kwas węglowy i cyjanki oraz tlenki węgla nie są uwzględnione.

Dlaczego jest tak dużo substancji organicznych?

Odpowiedź na to pytanie kryje się we właściwościach węgla. Pierwiastek ten jest ciekawy, ponieważ potrafi tworzyć łańcuchy ze swoich atomów. Jednocześnie wiązanie węglowe jest bardzo stabilne.

Ponadto w związkach organicznych wykazuje wysoką wartościowość (IV), tj. zdolność do tworzenia wiązań chemicznych z innymi substancjami. I to nie tylko pojedyncze, ale także podwójne, a nawet potrójne (inaczej zwane wielokrotnościami). Wraz ze wzrostem krotności wiązań łańcuch atomów staje się krótszy, a stabilność wiązania wzrasta.

Węgiel ma także zdolność tworzenia struktur liniowych, płaskich i trójwymiarowych.

Dlatego substancje organiczne w przyrodzie są tak różnorodne. Możesz to łatwo sprawdzić sam: stań przed lustrem i uważnie przyjrzyj się swojemu odbiciu. Każdy z nas jest chodzącym podręcznikiem chemii organicznej. Pomyśl o tym: co najmniej 30% masy każdej Twojej komórki to związki organiczne. Białka, które zbudowały Twoje ciało. Węglowodany, które służą jako „paliwo” i źródło energii. Tłuszcze magazynujące rezerwy energii. Hormony kontrolujące funkcjonowanie narządów, a nawet Twoje zachowanie. Enzymy, które rozpoczynają w Tobie reakcje chemiczne. Nawet „kod źródłowy”, czyli łańcuchy DNA, są w całości związkami organicznymi na bazie węgla.

Skład substancji organicznych

Jak powiedzieliśmy na samym początku, głównym materiałem budulcowym materii organicznej jest węgiel. I praktycznie każdy pierwiastek w połączeniu z węglem może tworzyć związki organiczne.

W naturze substancje organiczne zawierają najczęściej wodór, tlen, azot, siarkę i fosfor.

Struktura substancji organicznych

Różnorodność substancji organicznych na planecie i różnorodność ich struktury można wytłumaczyć charakterystycznymi cechami atomów węgla.

Pamiętasz, że atomy węgla potrafią tworzyć ze sobą bardzo silne wiązania, łącząc się w łańcuchy. Rezultatem są stabilne cząsteczki. Sposób połączenia atomów węgla w łańcuch (ułożony w zygzak) jest jedną z kluczowych cech jego budowy. Węgiel może łączyć się zarówno w łańcuchy otwarte, jak i łańcuchy zamknięte (cykliczne).

Ważne jest również to, że budowa substancji chemicznych wpływa bezpośrednio na ich właściwości chemiczne. Sposób, w jaki atomy i grupy atomów w cząsteczce wpływają na siebie, również odgrywa znaczącą rolę.

Ze względu na cechy strukturalne liczba związków węgla tego samego typu sięga dziesiątek i setek. Na przykład możemy rozważyć związki wodoru z węglem: metan, etan, propan, butan itp.

Na przykład metan - CH 4. W normalnych warunkach taki związek wodoru z węglem znajduje się w gazowym stanie skupienia. Kiedy w kompozycji pojawia się tlen, powstaje ciecz - alkohol metylowy CH 3 OH.

Odmienne właściwości wykazują nie tylko substancje o różnym składzie jakościowym (jak w powyższym przykładzie), ale potrafią to również substancje o tym samym składzie jakościowym. Przykładem jest różna zdolność metanu CH 4 i etylenu C 2 H 4 do reakcji z bromem i chlorem. Metan jest zdolny do takich reakcji tylko po podgrzaniu lub wystawieniu na działanie światła ultrafioletowego. A etylen reaguje nawet bez oświetlenia i ogrzewania.

Rozważmy tę opcję: skład jakościowy związków chemicznych jest taki sam, ale skład ilościowy jest inny. Wtedy właściwości chemiczne związków są różne. Podobnie jak w przypadku acetylenu C 2 H 2 i benzenu C 6 H 6.

Niemniejszą rolę w tej różnorodności odgrywają takie właściwości substancji organicznych, „związane” z ich strukturą, jak izomeria i homologia.

Wyobraź sobie, że masz dwie pozornie identyczne substancje – ten sam skład i ten sam wzór cząsteczkowy, który je opisuje. Ale struktura tych substancji jest zasadniczo różna, co skutkuje różnicą we właściwościach chemicznych i fizycznych. Na przykład wzór cząsteczkowy C 4 H 10 można zapisać dla dwóch różnych substancji: butanu i izobutanu.

Rozmawiamy o izomery– związki o tym samym składzie i masie cząsteczkowej. Ale atomy w ich cząsteczkach są ułożone w różnej kolejności (struktura rozgałęziona i nierozgałęziona).

Dotyczący homologia- jest to cecha łańcucha węglowego, w którym każdy kolejny element można otrzymać poprzez dodanie jednej grupy CH2 do poprzedniej. Każdy szereg homologiczny można wyrazić za pomocą jednego wzoru ogólnego. A znając wzór, łatwo jest określić skład któregokolwiek z członków serii. Na przykład homologi metanu opisuje się wzorem C n H 2n+2.

W miarę wzrostu „różnicy homologicznej” CH 2 wiązanie między atomami substancji wzmacnia się. Weźmy szereg homologiczny metanu: jego pierwsze cztery człony to gazy (metan, etan, propan, butan), kolejnych sześć to ciecze (pentan, heksan, heptan, oktan, nonan, dekan), a następnie następują substancje w ciele stałym stan skupienia (pentadekan, eikosan itp.). Im silniejsze wiązanie między atomami węgla, tym wyższa masa cząsteczkowa, temperatura wrzenia i topnienia substancji.

Jakie klasy substancji organicznych istnieją?

Do substancji organicznych pochodzenia biologicznego zalicza się:

• białka;
• węglowodany;
• kwasy nukleinowe;
• lipidy.

Pierwsze trzy punkty można również nazwać polimerami biologicznymi.

Bardziej szczegółowa klasyfikacja substancji organicznych obejmuje nie tylko substancje pochodzenia biologicznego.

Węglowodory obejmują:

• związki acykliczne:
  • węglowodory nasycone (alkany);
  • węglowodory nienasycone:
    • alkeny;
    • alkiny;
    • alkadieny.
• połączenia cykliczne:
  • związki karbocykliczne:
    • alicykliczny;
    • aromatyczny.
  • związki heterocykliczne.

Istnieją również inne klasy związków organicznych, w których węgiel łączy się z substancjami innymi niż wodór:

• alkohole i fenole;
• aldehydy i ketony;
• kwasy karboksylowe;
• estry;
• lipidy;
• węglowodany:
  • monosacharydy;
  • oligosacharydy;
  • polisacharydy.
  • mukopolisacharydy.
• aminy;
• aminokwasy;
• białka;
• kwasy nukleinowe.

Wzory substancji organicznych według klas

Przykłady substancji organicznych

Jak pamiętacie, w organizmie człowieka podstawą są różnego rodzaju substancje organiczne. Są to nasze tkanki i płyny, hormony i pigmenty, enzymy i ATP i wiele więcej.

W ciałach ludzi i zwierząt pierwszeństwo mają białka i tłuszcze (połowa suchej masy komórki zwierzęcej to białka). W roślinach (około 80% suchej masy komórki) - węglowodany, głównie złożone - polisacharydy. Zawiera celulozę (bez której nie byłoby papieru), skrobię.

Porozmawiajmy o niektórych z nich bardziej szczegółowo.

Na przykład o węglowodany. Gdyby można było zmierzyć i zmierzyć masy wszystkich substancji organicznych na planecie, to węglowodany zwyciężyłyby w tej konkurencji.

Służą jako źródło energii w organizmie, są materiałem budulcowym komórek, a także magazynują substancje. Rośliny wykorzystują do tego celu skrobię, zwierzęta wykorzystują glikogen.

Ponadto węglowodany są bardzo zróżnicowane. Na przykład proste węglowodany. Najpopularniejszymi monosacharydami w przyrodzie są pentozy (w tym deoksyryboza, która jest częścią DNA) i heksozy (znana glukoza).

Podobnie jak cegły, na dużym placu budowy, polisacharydy zbudowane są z tysięcy monosacharydów. Bez nich, a dokładniej, bez celulozy i skrobi, nie byłoby roślin. A zwierzęta bez glikogenu, laktozy i chityny nie miałyby łatwo.

Przyjrzyjmy się uważnie wiewiórki. Natura jest największym mistrzem mozaik i puzzli: z zaledwie 20 aminokwasów w organizmie człowieka powstaje 5 milionów rodzajów białek. Białka pełnią także wiele ważnych funkcji. Na przykład budowa, regulacja procesów zachodzących w organizmie, krzepnięcie krwi (są do tego osobne białka), ruch, transport niektórych substancji w organizmie, są także źródłem energii, w postaci enzymów pełnią funkcję katalizator reakcji i zapewniają ochronę. Przeciwciała odgrywają ważną rolę w ochronie organizmu przed negatywnymi wpływami zewnętrznymi. A jeśli w precyzyjnym dostrojeniu organizmu wystąpią zaburzenia, przeciwciała zamiast niszczyć wrogów zewnętrznych, mogą działać jako agresorzy w stosunku do własnych narządów i tkanek organizmu.

Białka dzielą się również na proste (białka) i złożone (proteiny). A mają unikalne dla nich właściwości: denaturację (zniszczenie, które zauważyliście nie raz podczas gotowania jajka na twardo) i renaturację (właściwość ta znalazła szerokie zastosowanie przy produkcji antybiotyków, koncentratów spożywczych itp.).

Nie ignorujmy lipidy(tłuszcze). W naszym organizmie pełnią funkcję rezerwowego źródła energii. Jako rozpuszczalniki pomagają zachodzić reakcjom biochemicznym. Weź udział w budowie ciała - na przykład w tworzeniu błon komórkowych.

I jeszcze kilka słów o tak interesujących związkach organicznych jak hormony. Uczestniczą w reakcjach biochemicznych i metabolizmie. Tak małe, że hormony czynią mężczyzn mężczyznami (testosteron), a kobiety kobietami (estrogen). Sprawiają, że jesteśmy szczęśliwi lub smutni (hormony tarczycy odgrywają ważną rolę w wahaniach nastroju, a endorfiny dają poczucie szczęścia). I nawet określają, czy jesteśmy „nocnymi markami”, czy „skowronkami”. To, czy chcesz uczyć się do późna, czy wolisz wstawać wcześnie i odrabiać lekcje przed szkołą, zależy nie tylko od Twojego codziennego harmonogramu, ale także od niektórych hormonów nadnerczy.

Wniosek

Świat materii organicznej jest naprawdę niesamowity. Wystarczy choć trochę zagłębić się w jego badania, aby zaprzeć dech w piersiach od poczucia pokrewieństwa z całym życiem na Ziemi. Dwie nogi, cztery lub korzenie zamiast nóg – wszystkich łączy magia laboratorium chemicznego Matki Natury. Powoduje, że atomy węgla łączą się w łańcuchy, reagują i tworzą tysiące różnych związków chemicznych.

Teraz masz krótki przewodnik po chemii organicznej. Oczywiście nie wszystkie możliwe informacje są tutaj przedstawione. Być może będziesz musiał sam wyjaśnić niektóre kwestie. Ale zawsze możesz skorzystać z wyznaczonej przez nas trasy do własnych niezależnych badań.

Zawartą w artykule definicję materii organicznej, klasyfikację i wzory ogólne związków organicznych oraz ogólne informacje na ich temat możesz wykorzystać także do przygotowania się do lekcji chemii w szkole.

Napisz nam w komentarzach, który dział chemii (organicznej czy nieorganicznej) lubisz najbardziej i dlaczego. Nie zapomnij „udostępnić” artykułu w sieciach społecznościowych, aby Twoi koledzy z klasy również mogli z niego skorzystać.

Jeśli znajdziesz jakieś nieścisłości lub błędy w artykule, daj mi znać. Wszyscy jesteśmy ludźmi i wszyscy czasami popełniamy błędy.

blog.site, przy kopiowaniu materiału w całości lub w części wymagany jest link do oryginalnego źródła.

Substancje organiczne, w przeciwieństwie do nieorganicznych, tworzą tkanki i narządy organizmów żywych. Należą do nich białka, tłuszcze, węglowodany, kwasy nukleinowe i inne.

Skład materii organicznej w komórkach roślinnych

Substancje te to związki chemiczne zawierające węgiel. Rzadkimi wyjątkami od tej reguły są węgliki, kwas węglowy, cyjanki, tlenki węgla, węglany. Związki organiczne powstają, gdy węgiel wiąże się z dowolnym pierwiastkiem układu okresowego. Najczęściej substancje te zawierają tlen, fosfor, azot i wodór.

Każda komórka dowolnej rośliny na naszej planecie składa się z substancji organicznych, które można podzielić na cztery klasy. Są to węglowodany, tłuszcze (lipidy), białka (białka), kwasy nukleinowe. Związki te są polimerami biologicznymi. Biorą udział w procesach metabolicznych zachodzących w organizmie zarówno roślin, jak i zwierząt na poziomie komórkowym.

Cztery klasy substancji organicznych

1. to związki, których głównymi elementami strukturalnymi są aminokwasy. W ciele rośliny białka pełnią różne ważne funkcje, z których główna ma charakter strukturalny. Są częścią różnych formacji komórkowych, regulują procesy życiowe i są przechowywane w rezerwie.

2. są również częścią absolutnie wszystkich żywych komórek. Składają się z najprostszych cząsteczek biologicznych. Są to estry kwasów karboksylowych i alkoholi. Główną rolą tłuszczów w życiu komórek jest energia. Tłuszcze odkładają się w nasionach i innych częściach roślin. W wyniku ich rozkładu uwalniana jest energia niezbędna do życia organizmu. Zimą wiele krzewów i drzew żeruje, wykorzystując zapasy tłuszczów i olejów, które zgromadziły latem. Należy także zwrócić uwagę na ważną rolę lipidów w budowie błon komórkowych – zarówno roślinnych, jak i zwierzęcych.

3. Węglowodany to główna grupa substancji organicznych, poprzez rozkład których organizmy uzyskują niezbędną do życia energię. Ich nazwa mówi sama za siebie. W strukturze cząsteczek węglowodanów wraz z węglem występują tlen i wodór. Najczęstszym węglowodanem magazynującym, który powstaje w komórkach podczas fotosyntezy, jest skrobia. Duża ilość tej substancji odkłada się np. w komórkach bulw ziemniaka czy nasion zbóż. Inne węglowodany nadają słodki smak owocom roślinnym.

Klasyfikacja substancji organicznych

W zależności od rodzaju struktury łańcucha węglowego substancje organiczne dzielą się na:

• acykliczne i cykliczne.
• marginalny (nasycony) i nienasycony (nienasycony).
• karbocykliczne i heterocykliczne.
• alicykliczne i aromatyczne.

Związki acykliczne to związki organiczne, w których cząsteczkach nie ma cykli, a wszystkie atomy węgla są połączone ze sobą w proste lub rozgałęzione łańcuchy otwarte.

Z kolei wśród związków acyklicznych wyróżnia się związki nasycone (lub nasycone), które zawierają w szkielecie węglowym tylko pojedyncze wiązania węgiel-węgiel (C-C) oraz nienasycone (lub nienasycone), zawierające wielokrotności - podwójne (C=C) lub potrójne ( C≡ C) połączenia.

Związki cykliczne to związki chemiczne, w których trzy lub więcej związanych atomów tworzy pierścień.

W zależności od tego, które atomy tworzą pierścienie, rozróżnia się związki karbocykliczne i związki heterocykliczne.

Związki karbocykliczne (lub izocykliczne) zawierają w swoich pierścieniach tylko atomy węgla. Związki te dzielimy z kolei na związki alicykliczne (cykliczne alifatyczne) i związki aromatyczne.

Związki heterocykliczne zawierają jeden lub więcej heteroatomów w pierścieniu węglowodorowym, najczęściej atomy tlenu, azotu lub siarki.

Najprostszą klasą substancji organicznych są węglowodory - związki utworzone wyłącznie przez atomy węgla i wodoru, tj. formalnie nie mają grup funkcyjnych.

Ponieważ węglowodory nie mają grup funkcyjnych, można je klasyfikować jedynie według rodzaju szkieletu węglowego. Węglowodory, w zależności od rodzaju ich szkieletu węglowego, dzielą się na podklasy:

1) Nasycone węglowodory alifatyczne nazywane są alkanami. Ogólny wzór cząsteczkowy alkanów zapisuje się jako C n H 2n+2, gdzie n jest liczbą atomów węgla w cząsteczce węglowodoru. Związki te nie posiadają izomerów międzyklasowych.

2) Acykliczne węglowodory nienasycone dzielą się na:

a) alkeny - zawierają tylko jedną wielokrotność, czyli jedno wiązanie podwójne C=C, wzór ogólny alkenów to C n H 2n,

b) alkiny – cząsteczki alkinów zawierają także tylko jedno wiązanie wielokrotne, czyli potrójne wiązanie C≡C. Ogólny wzór cząsteczkowy alkinów to C n H 2n-2

c) alkadieny – cząsteczki alkadienów zawierają dwa podwójne wiązania C=C. Ogólny wzór cząsteczkowy alkadienów to C n H 2n-2

3) Cykliczne węglowodory nasycone nazywane są cykloalkanami i mają ogólny wzór cząsteczkowy C n H 2n.

Pozostałe substancje organiczne w chemii organicznej uważane są za pochodne węglowodorów, powstałe w wyniku wprowadzenia do cząsteczek węglowodorów tzw. grup funkcyjnych zawierających inne pierwiastki chemiczne.

Zatem wzór związków z jedną grupą funkcyjną można zapisać jako R-X, gdzie R oznacza rodnik węglowodorowy, a X oznacza grupę funkcyjną. Rodnik węglowodorowy to fragment cząsteczki węglowodoru niezawierający jednego lub więcej atomów wodoru.

W oparciu o obecność określonych grup funkcyjnych związki dzieli się na klasy. Główne grupy funkcyjne i klasy związków, do których należą, przedstawiono w tabeli:

Zatem różne kombinacje typów szkieletów węglowych z różnymi grupami funkcyjnymi dają szeroką gamę wariantów związków organicznych.

Węglowodory halogenowane

Halogenowe pochodne węglowodorów to związki otrzymywane przez zastąpienie jednego lub większej liczby atomów wodoru w cząsteczce macierzystego węglowodoru, odpowiednio jednym lub większą liczbą atomów halogenu.

Niech trochę węglowodoru będzie miało wzór C n H m, a następnie podczas zastępowania w swojej cząsteczce X atomy wodoru na X atomy halogenu, wzór pochodnej halogenu będzie następujący C n H m- X Hal X. Zatem monochlorowe pochodne alkanów mają wzór CnH2n+1Cl, pochodne dichlorowe CnH2nCl2 itp.

Alkohole i fenole

Alkohole to pochodne węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono grupą hydroksylową -OH. Nazywa się alkohole z jedną grupą hydroksylową jednoatomowy, z dwa - dwuatomowy, z trzema trójatomowy itp. Na przykład:

Nazywa się również alkohole z dwiema lub więcej grupami hydroksylowymi alkohole wielowodorotlenowe. Ogólny wzór na nasycone alkohole jednowodorotlenowe to CnH2n+1OH lub CnH2n+2O. Ogólny wzór na nasycone alkohole wielowodorotlenowe to CnH2n+2Ox, gdzie x to atomowość alkoholu.

Alkohole mogą być również aromatyczne. Na przykład:

Ogólny wzór takich jednowodorotlenowych alkoholi aromatycznych to CnH2n-6O.

Należy jednak jasno zrozumieć, że pochodne węglowodorów aromatycznych, w których jeden lub więcej atomów wodoru w pierścieniu aromatycznym zastąpiono grupami hydroksylowymi nie aplikuj do alkoholi. Należą do klasy fenole . Na przykład ten dany związek jest alkoholem:

A to reprezentuje fenol:

Powodem, dla którego fenole nie są klasyfikowane jako alkohole, są ich specyficzne właściwości chemiczne, które znacznie odróżniają je od alkoholi. Jak łatwo zauważyć, fenole jednowodorotlenowe są izomerami z jednowodorotlenowymi alkoholami aromatycznymi, tj. mają również ogólny wzór cząsteczkowy C n H 2n-6 O.

Aminy

Aminami nazywane są pochodnymi amoniaku, w których jeden, dwa lub wszystkie trzy atomy wodoru zastąpiono rodnikiem węglowodorowym.

Aminy, w których tylko jeden atom wodoru zastąpiono rodnikiem węglowodorowym, tj. o wzorze ogólnym R-NH2 aminy pierwszorzędowe.

Nazywa się aminy, w których dwa atomy wodoru zastąpiono rodnikami węglowodorowymi aminy drugorzędowe. Wzór aminy drugorzędowej można zapisać jako R-NH-R’. W tym przypadku rodniki R i R’ mogą być takie same lub różne. Na przykład:

Jeżeli aminom brakuje atomów wodoru przy atomie azotu, tj. Wszystkie trzy atomy wodoru w cząsteczce amoniaku zastępuje się rodnikiem węglowodorowym, wówczas nazywane są takimi aminami aminy trzeciorzędowe. Ogólnie wzór aminy trzeciorzędowej można zapisać jako:

W tym przypadku rodniki R, R’, R’’ mogą być całkowicie identyczne lub wszystkie trzy mogą być różne.

Ogólny wzór cząsteczkowy pierwszorzędowych, drugorzędowych i trzeciorzędowych amin nasyconych to C n H 2 n +3 N.

Aminy aromatyczne zawierające tylko jeden nienasycony podstawnik mają wzór ogólny C n H 2 n -5 N

Aldehydy i ketony

Aldehydy są pochodnymi węglowodorów, w których dwa atomy wodoru przy pierwszorzędowym atomie węgla zastąpiono jednym atomem tlenu, tj. pochodne węglowodorów, w strukturze których występuje grupa aldehydowa –CH=O. Ogólny wzór aldehydów można zapisać jako R-CH=O. Na przykład:

Ketony są pochodnymi węglowodorów, w których przy drugorzędowym atomie węgla dwa atomy wodoru zastąpiono atomem tlenu, tj. związki, których struktura zawiera grupę karbonylową –C(O)-.

Ogólny wzór ketonów można zapisać jako R-C(O)-R’. W tym przypadku rodniki R, R’ mogą być takie same lub różne.

Na przykład:

Jak widać, aldehydy i ketony mają bardzo podobną strukturę, ale nadal rozróżnia się je jako klasy, ponieważ mają znaczne różnice we właściwościach chemicznych.

Ogólny wzór cząsteczkowy nasyconych ketonów i aldehydów jest taki sam i ma postać C n H 2 n O

Kwasy karboksylowe

Kwasy karboksylowe są pochodnymi węglowodorów zawierających grupę karboksylową –COOH.

Jeśli kwas ma dwie grupy karboksylowe, nazywa się go kwasem kwas dikarboksylowy.

Nasycone kwasy monokarboksylowe (z jedną grupą -COOH) mają ogólny wzór cząsteczkowy w postaci C n H 2 n O 2

Aromatyczne kwasy monokarboksylowe mają ogólny wzór C n H 2 n -8 O 2

Etery

Etery – związki organiczne, w których dwa rodniki węglowodorowe są połączone pośrednio poprzez atom tlenu, tj. mają wzór w postaci R-O-R’. W tym przypadku rodniki R i R’ mogą być takie same lub różne.

Na przykład:

Ogólny wzór nasyconych eterów jest taki sam jak nasyconych alkoholi jednowodorotlenowych, tj. C n H 2 n +1 OH lub C n H 2 n +2 O.

Estry

Estry to klasa związków na bazie organicznych kwasów karboksylowych, w których atom wodoru w grupie hydroksylowej jest zastąpiony rodnikiem węglowodorowym R. Ogólnie wzór estrów można zapisać jako:

Na przykład:

Związki nitrowe

Związki nitrowe– pochodne węglowodorów, w których jeden lub więcej atomów wodoru zastąpiono grupą nitrową –NO2.

Nasycone związki nitrowe z jedną grupą nitrową mają ogólny wzór cząsteczkowy C n H 2 n +1 NO 2

Aminokwasy

Związki, które jednocześnie posiadają w swojej strukturze dwie grupy funkcyjne – amino NH2 i karboksyl – COOH. Na przykład,

NH2-CH2-COOH

Aminokwasy sodu z jedną grupą karboksylową i jedną grupą aminową są izomeryczne z odpowiednimi nasyconymi związkami nitrowymi, tj. tak jak mają ogólny wzór cząsteczkowy C n H 2 n +1 NO 2

W zadaniach USE dotyczących klasyfikacji substancji organicznych istotna jest umiejętność pisania ogólnych wzorów molekularnych szeregów homologicznych różnych typów związków, znając cechy strukturalne szkieletu węglowego i obecność określonych grup funkcyjnych. Aby dowiedzieć się, jak wyznaczać ogólne wzory cząsteczkowe związków organicznych różnych klas, przydatny będzie materiał na ten temat.

Nazewnictwo związków organicznych

Cechy strukturalne i właściwości chemiczne związków znajdują odzwierciedlenie w nomenklaturze. Rozważane są główne typy nomenklatury systematyczny I trywialny.

Nomenklatura systematyczna faktycznie zaleca algorytmy, zgodnie z którymi dana nazwa jest zestawiana ściśle według cech strukturalnych cząsteczki substancji organicznej lub, z grubsza, jej wzoru strukturalnego.

Rozważmy zasady zestawiania nazw związków organicznych zgodnie z systematyczną nomenklaturą.

Zestawiając nazwy substancji organicznych według systematycznej nomenklatury, najważniejsze jest prawidłowe określenie liczby atomów węgla w najdłuższym łańcuchu węglowym lub policzenie liczby atomów węgla w cyklu.

W zależności od liczby atomów węgla w głównym łańcuchu węglowym związki będą miały w nazwie inny rdzeń:

Drugim ważnym elementem branym pod uwagę przy tworzeniu nazw jest obecność/brak wiązań wielokrotnych lub grup funkcyjnych, które wymieniono w powyższej tabeli.

Spróbujmy nadać nazwę substancji, która ma wzór strukturalny:

1. Główny (i jedyny) łańcuch węglowy tej cząsteczki zawiera 4 atomy węgla, więc nazwa będzie zawierać rdzeń ale-;

2. W szkielecie węglowym nie ma wiązań wielokrotnych, dlatego przyrostkiem, który należy zastosować po rdzeniu słowa, będzie -an, podobnie jak w przypadku odpowiednich nasyconych węglowodorów acyklicznych (alkanów);

3. Po rdzeniu i przyrostku z ust. 2 dodaje się obecność grupy funkcyjnej –OH, o ile nie ma wyższych grup funkcyjnych. kolejny przyrostek – „ol”;

4. W cząsteczkach zawierających wiązania wielokrotne lub grupy funkcyjne numeracja atomów węgla w łańcuchu głównym rozpoczyna się od tej strony cząsteczki, do której są one najbliżej.

Spójrzmy na inny przykład:

Obecność czterech atomów węgla w głównym łańcuchu węglowym mówi nam, że podstawą nazwy jest rdzeń „ale-”, a brak wiązań wielokrotnych wskazuje na przyrostek „-an”, który nastąpi bezpośrednio po rdzeniu. Starszą grupą w tym związku jest karboksyl, co określa, czy substancja ta należy do klasy kwasów karboksylowych. Dlatego nazwa będzie miała końcówkę „-ic acid”. Przy drugim atomie węgla znajduje się grupa aminowa NH2—, dlatego ta substancja należy do aminokwasów. Również przy trzecim atomie węgla widzimy rodnik węglowodorowy metylowy ( CH 3—). Dlatego według systematycznej nomenklatury związek ten nazywany jest kwasem 2-amino-3-metylobutanowym.

Nomenklatura trywialna, w przeciwieństwie do nomenklatury systematycznej, z reguły nie ma związku ze strukturą substancji, ale w przeważającej mierze zależy od jej pochodzenia, a także właściwości chemicznych lub fizycznych.

Związki organiczne klasyfikuje się biorąc pod uwagę dwie główne cechy strukturalne:

Struktura łańcucha węglowego (szkielet węglowy);

Występowanie i struktura grup funkcyjnych.

Szkielet węglowy (łańcuch węglowy) to sekwencja atomów węgla połączonych ze sobą chemicznie.

Grupa funkcyjna to atom lub grupa atomów, która określa, czy związek należy do określonej klasy i odpowiada za jego właściwości chemiczne.

Klasyfikacja związków ze względu na budowę łańcucha węglowego

W zależności od budowy łańcucha węglowego związki organiczne dzielą się na acykliczne i cykliczne.

Związki acykliczne - związki z otwarty(niezamknięty) łańcuch węglowy. Połączenia te nazywane są również alifatyczny.

Wśród związków acyklicznych rozróżnia się związki nasycone (nasycone), zawierające w szkielecie tylko pojedyncze wiązania C-C oraz Nieograniczony(nienasycone), w tym wiązania wielokrotne C = C i C C.

Związki acykliczne

Limity:

Bez limitu:

Związki acykliczne dzielą się także na związki o łańcuchach nierozgałęzionych i rozgałęzionych. W tym przypadku brana jest pod uwagę liczba wiązań atomu węgla z innymi atomami węgla.

Łańcuch, który zawiera trzeciorzędowe lub czwartorzędowe atomy węgla, jest rozgałęziony (często oznaczony przedrostkiem „iso” w nazwie).

Na przykład:

Atomy węgla:

Podstawowy;

Wtórny;

Trzeciorzędowy.

Związki cykliczne to związki o zamkniętym łańcuchu węglowym.

W zależności od charakteru atomów tworzących cykl rozróżnia się związki karbocykliczne i heterocykliczne.

Związki karbocykliczne zawierają w pierścieniu tylko atomy węgla. Dzielą się na dwie grupy o znacząco odmiennych właściwościach chemicznych: związki alifatyczne cykliczne – w skrócie alicykliczne – oraz związki aromatyczne.

Związki karbocykliczne

Alicja:

Aromatyczny:

Związki heterocykliczne zawierają w pierścieniu oprócz atomów węgla jeden lub więcej atomów innych pierwiastków - heteroatomy(z greckiego hetero- inne, różne) - tlen, azot, siarka itp.

Związki heterocykliczne

Klasyfikacja związków według grup funkcyjnych

Związki zawierające tylko węgiel i wodór nazywane są węglowodorami.

Inne, liczniejsze związki organiczne można uznać za pochodne węglowodorów, które powstają w wyniku wprowadzenia do węglowodorów grup funkcyjnych zawierających inne pierwiastki.

W zależności od charakteru grup funkcyjnych związki organiczne dzieli się na klasy. Niektóre z najbardziej charakterystycznych grup funkcyjnych i odpowiadających im klas związków podano w tabeli:

Klasy związków organicznych

Uwaga: grupy funkcyjne czasami zawierają wiązania podwójne i potrójne.

Cząsteczki związków organicznych mogą zawierać dwie lub więcej identycznych lub różnych grup funkcyjnych.

Na przykład: HO-CH 2 - CH 2 -OH (glikol etylenowy); NH2-CH2-COOH (aminokwas glicyna).

Wszystkie klasy związków organicznych są ze sobą powiązane. Przejście z jednej klasy związków do drugiej odbywa się głównie poprzez przekształcenie grup funkcyjnych bez zmiany szkieletu węglowego. Związki każdej klasy tworzą serię homologiczną.