Materia organica Classi organiche

Ci sono diverse definizioni di cosa sono le sostanze organiche, come differiscono da un altro gruppo di composti: inorganico. Una delle spiegazioni più comuni deriva dal nome "idrocarburi". Infatti, la base di tutte le molecole organiche sono catene di atomi di carbonio associati all'idrogeno. Ci sono altri elementi che sono chiamati organogenici.

Chimica organica prima della scoperta dell'urea

Le persone hanno a lungo usato molte sostanze naturali e minerali: zolfo, oro, ferro e rame, sale sodico. Per tutto il tempo dell'esistenza della scienza - dall'antichità alla prima metà del XIX secolo - gli scienziati non sono riusciti a dimostrare la connessione tra la natura viva e inanimata a livello della struttura microscopica (atomi, molecole). Si credeva che le sostanze organiche dovessero il loro aspetto alla mitica forza vitale: il vitalismo. C'era un mito sulla possibilità di allevare un omuncolo. Per questo, è stato necessario mettere diversi prodotti di scarto in un barile, attendere un certo periodo di tempo prima che la forza vitale abbia avuto origine.

Un colpo schiacciante al vitalismo affrontò il lavoro di Weller, che sintetizzò l'urea della materia organica da componenti inorganici. Quindi è stato dimostrato che non c'è vitalità, la natura è una, organismi e composti inorganici sono formati da atomi degli stessi elementi. La composizione dell'urea era nota anche prima del lavoro di Weller, lo studio di questo composto non era difficile in quegli anni. Notevole era il fatto di ottenere una sostanza caratteristica del metabolismo, al di fuori del corpo di un animale o di una persona.

Teoria A. M. Butlerov

Il ruolo della scuola russa di chimici nella formazione della scienza dello studio della materia organica è grande. I nomi di Butlerov, Markovnikov, Zelinsky, Lebedev sono legati a intere epoche nello sviluppo della sintesi organica. Il fondatore della teoria della struttura dei composti è A. M. Butlerov. Il famoso chimico negli anni '60 del XIX secolo ha spiegato la composizione delle sostanze organiche, le cause della diversità della loro struttura, ha rivelato la relazione che esiste tra composizione, struttura e proprietà delle sostanze.

Sulla base delle scoperte di Butlerov, è stato possibile non solo sistematizzare le conoscenze sui composti organici già esistenti. Ora è possibile prevedere le proprietà di sostanze non ancora note alla scienza, per creare schemi tecnologici per la loro produzione in condizioni industriali. Molte idee di importanti chimici organici oggi sono pienamente realizzate.

A base di coca carbone, Le materie prime di gas naturale e petrolio nell'industria ricevono molti tipi di prodotti. La produzione di massa di materiali artificiali e sintetici, che sono usati in tutte le sfere della vita, è stata messa in funzione. Film, penna scolastica, dettagli dell'auto: se continui a elencare tutto ciò che la sintesi organica ti dà, si rivela essere molto lungo.

Materia organica

La somiglianza della composizione elementare è caratteristica di tutte le sostanze conosciute, ma i segni distintivi sono ancora presenti. Sebbene non ci sia un singolo elemento chimico nella natura inanimata, che non sarebbe nella composizione degli organismi. Il punto è il numero di diversi atomi. Le sostanze organiche consistono principalmente di carbonio, idrogeno, ossigeno, azoto. Sono questi elementi chimici che sono organogenici. Confrontiamo la loro percentuale nella cellula vivente:

• ossigeno - circa il 70%;
• carbonio - fino al 18%;
• l'idrogeno è circa il 10%;
• azoto - 2%.

Gli elementi elencati e le sostanze organiche della cellula nel suo insieme costituiscono circa il 98% della massa totale dell'organismo vivente. Gli atomi di fosforo, zolfo, sodio, potassio, ferro, cloro contengono pochi decimi di punto percentuale. Ancora meno cromo, boro, litio, cobalto. Tutti gli elementi in base al numero e al valore per gli esseri viventi sono stati raggruppati in gruppi: macro e microelementi. La loro importanza è determinata non solo dalla quantità, ma anche dall'influenza sulle funzioni.

È evidente che il contenuto di atomi di carbonio che vivono organismi supera di gran lunga i corpi circostanti di natura inanimata, per esempio il suolo. Questo fatto è stato uno dei fattori decisivi in ​​cui è nato il nome dell'intero gruppo di sostanze. Ma in primo luogo, moltissimi composti contenenti carbonio furono chiamati collettivamente "materia organica". Le cellule contengono i gruppi principali di tali composti e derivati. Non esiste un chiaro confine tra natura inorganica e composti organici. Gli scienziati hanno sviluppato criteri in base ai quali le sostanze vengono assegnate a classi diverse. Il numero di composti organici di nuova sintesi è cresciuto ad un ritmo senza precedenti negli ultimi decenni. Il loro numero totale raggiunge diversi milioni (secondo varie fonti, da 7 a 10 milioni).

L'acqua + materia organica è la base della vita sulla Terra.

Le cellule viventi contengono la sostanza più comune e misteriosa sul nostro pianeta: l'acqua. È un composto inorganico di un atomo di ossigeno e due atomi di idrogeno (elementi organogenici). Il contenuto di acqua nel corpo di un adulto è di circa il 65%, ma con l'età, il numero di meravigliose molecole di H ₂ O nei tessuti diminuisce. La perdita di turgore della pelle e altri cambiamenti legati all'età sono associati a questo.

L'acqua è il mezzo in cui avvengono tutte le reazioni biochimiche più complesse nel corpo. Rispetto alle fabbriche e alle piante, i processi nelle cellule umane avvengono in condizioni "miti": ad una temperatura di soli 36,6 ° C, anche se la produzione delle stesse sostanze dovrebbe essere riscaldata a 100 gradi o più. Il segreto dell'efficacia del corpo, come "macchina vivente" - la presenza di catalizzatori biologici. Questo gruppo include enzimi. Le formule di sostanze organiche di questa classe sono molto complesse, contengono vitamine, atomi di metallo e altre particelle (coenzimi).

L'acqua partecipa alla scomposizione dei composti organici delle cellule. Questo processo è chiamato "idrolisi", che significa "decomposizione dell'acqua". Tutte le sostanze alimentari che entrano negli organismi viventi sono suddivise nelle loro parti costitutive, delle quali, come i mattoni, vengono costruite le proprie molecole di sostanze organiche.

idrocarburi

C'è una divisione in classi limite e insature di sostanze organiche. I primi sono formati da catene di atomi di carbonio collegati da semplici legami sigma. Nelle molecole del secondo c'è un doppio legame costituito da un "sigma" - e un "pi" -link. C'è anche un triplo legame (un "sigma" - e due "pi" -collegamenti). Gli idrocarburi limite sono saturi e insaturi - insaturi. Ciò significa che in essi i non-legami degli atomi di carbonio sono esauriti o saturati dall'aggiunta di idrogeno.

Gli idrocarburi limite comprendono alcani; I rappresentanti più importanti di questa classe sono metano, etano, propano e altri idrocarburi gassosi e liquidi. Fanno parte del gas naturale, olio. Pertanto, alcuni giacimenti di gas naturale contengono fino al 95% di metano. L'olio viene lavorato per cracking (splitting). Questa miscela di idrocarburi è suddivisa in frazioni di gas leggeri, medie (liquide), pesanti (olio combustibile, catrame).

Per diverse classi di composti idrocarburici, è caratteristica una certa struttura a "scheletro", un insieme di gruppi funzionali correlati. Pertanto, è consuetudine parlare dell'omologia o della similarità di sostanze della stessa classe tra di loro.

Considerare alcune formule di sostanze organiche - idrocarburi (HC).

• I primi tre rappresentanti di idrocarburi saturi: CH ₄ - metano, C ₂ H ₆ - etano, C ₃ H ₈ - propano.
• L'inizio della serie omologa di idrocarburi insaturi con un doppio legame: C ₂ H ₄ - etene, C ₃ H - propene, C ₄ H ₈ - butene.
• Idrocarburi insaturi con un triplo legame: C ₂ H ₂ - etina (acetilene), C ₃ H ₆ - propile, C ₄ H ₈ - butina.

Combustione e ossidazione - proprietà degli idrocarburi

Durante la combustione di materia organica, che appartiene alla classe degli idrocarburi, tra i prodotti di reazione sono l'anidride carbonica e l'acqua. Questo produce calore immagazzinato nei legami chimici delle molecole. Lo stesso risultato può essere ottenuto bruciando legno, residui vegetali. L'energia delle sostanze organiche - gas naturale, torba, olio, scisto bituminoso - è stata a lungo utilizzata per il riscaldamento di locali residenziali e industriali.

Negli ultimi anni, è stato riconosciuto come inopportuno spendere le riserve di petrolio e gas esaurite per il riscaldamento. È molto più importante usarli come materie prime per l'industria chimica. Sono stati sviluppati tipi alternativi di carburante, fonti di energia: biocarburanti, motori a propulsione a energia eolica, potere di marea.

L'ossidazione degli idrocarburi produce nuove sostanze organiche - rappresentanti di altre classi (aldeidi, chetoni, alcoli, acidi carbossilici). Ad esempio, grandi quantità di acetilene vanno alla produzione di acido acetico. Una parte di questo prodotto di reazione viene successivamente consumata per produrre fibre sintetiche. La soluzione acida (9% e 6%) è in ogni casa - questo è aceto ordinario. L'ossidazione delle sostanze organiche è la base per ottenere un numero molto elevato di composti di importanza industriale, agricola, medica.

Idrocarburi aromatici

L'aromatizzazione nelle molecole organiche è la presenza di uno o più nuclei di benzene. Una catena di 6 atomi di carbonio si chiude in un anello, appare un legame coniugato, quindi le proprietà di tali idrocarburi non sono simili ad altri idrocarburi.

Gli idrocarburi aromatici (o le arene) sono di grande importanza pratica. Molti di loro sono ampiamente utilizzati: benzene, toluene, xilene. Sono usati come solventi e materie prime per la produzione di droghe, coloranti, gomma, gomma e altri prodotti di sintesi organica.

Composti ossigenati

Come parte di un grande gruppo di sostanze organiche sono gli atomi di ossigeno. Appartengono alla parte più attiva della molecola, il suo gruppo funzionale. Gli alcoli contengono una o più particelle di ossidrile -OH. esempi alcoli: metanolo, etanolo, glicerina. Negli acidi carbossilici esiste un'altra particella funzionale - carbossile (-COOH).

Altri composti organici contenenti ossigeno sono aldeidi e chetoni. Acidi carbossilici, alcoli e aldeidi in grandi quantità sono presenti nella composizione dei vari organi delle piante. Possono essere fonti di prodotti naturali (acido acetico, alcol etilico, mentolo).

I grassi sono composti di acidi carbossilici e alcool triatomico di glicerina. Oltre agli alcoli e agli acidi di una struttura lineare, ci sono composti organici con un anello benzenico e un gruppo funzionale. Esempi di alcoli aromatici: fenolo, toluene.

carboidrati

Le più importanti sostanze organiche del corpo che compongono le cellule sono proteine, enzimi, acidi nucleici, carboidrati e grassi (lipidi). I carboidrati semplici - i monosaccaridi - si trovano nelle cellule sotto forma di ribosio, desossiribosio, fruttosio e glucosio. L'ultimo carboidrato in questa breve lista è la sostanza principale del metabolismo delle cellule. Il ribosio e il desossiribosio sono componenti di acido ribonucleico e desossiribonucleico (RNA e DNA).

La scissione delle molecole di glucosio rilascia l'energia necessaria per l'attività vitale. Innanzitutto, è immagazzinato nella formazione di una specie di energia pereonschika - adenosina trifosfato (ATP). Questa sostanza viene trasportata dal sangue, consegnata a tessuti e cellule. Con scissione sequenziale di tre residui di adenosina acido fosforico l'energia viene rilasciata.

grassi

I lipidi sono sostanze di organismi viventi con proprietà specifiche. Non si dissolvono in acqua, sono particelle idrofobiche. I semi e i frutti di alcune piante, il tessuto nervoso, il fegato, i reni, il sangue degli animali e l'uomo sono particolarmente ricchi di sostanze di questa classe.

La pelle di uomini e animali contiene molte piccole ghiandole sebacee. Il segreto da loro viene visualizzato sulla superficie del corpo, lo lubrifica, protegge dalla perdita di umidità e dalla penetrazione dei microbi. Uno strato di tessuto adiposo sottocutaneo protegge gli organi interni dai danni, serve come sostanza di riserva.

proteine

Le proteine ​​costituiscono più della metà di tutte le sostanze organiche della cellula, in alcuni tessuti il ​​loro contenuto raggiunge l'80%. Per tutti i tipi di proteine ​​caratterizzate da un alto peso molecolare, la presenza di strutture primarie, secondarie, terziarie e quaternarie. Quando vengono riscaldati, vengono distrutti - si verifica la denaturazione. La struttura primaria è un'enorme catena di aminoacidi per il micromondo. Sotto l'azione di speciali enzimi nel sistema digestivo di animali e umani, la macromolecola proteica si scompone nelle sue parti costituenti. Entrano nelle cellule, dove avviene la sintesi di sostanze organiche, altre proteine ​​specifiche per ogni creatura vivente.

Enzimi e il loro ruolo

Le reazioni nella cellula avvengono a un ritmo difficile da raggiungere in condizioni di produzione, grazie ai catalizzatori - enzimi. Esistono enzimi che agiscono solo sulle proteine ​​- le lipasi. L'idrolisi dell'amido si verifica con la partecipazione dell'amilasi. La lipasi è necessaria per la decomposizione in componenti grasse. I processi con la partecipazione di enzimi in tutti gli organismi viventi. Se una persona non ha alcun enzima nelle cellule, allora questo influenza il metabolismo, in generale, sulla salute.

Acidi nucleici

Le sostanze scoperte per la prima volta e isolate dai nuclei delle cellule svolgono la funzione di trasmettere tratti ereditari. La quantità principale di DNA è contenuta nei cromosomi e le molecole di RNA si trovano nel citoplasma. Quando il DNA viene duplicato (duplicato), diventa possibile trasmettere informazioni ereditarie alle cellule germinali - i gameti. Quando si uniscono, un nuovo organismo riceve materiale genetico dai genitori.