Усі вуглецевмісні речовини відносяться до органічних. Класифікація та номенклатура органічних речовин (тривіальна та міжнародна). Формули органічних речовин за класами

Органічна речовина - це хімічна сполука, у складі якої є вуглець. Винятки становлять лише вугільна кислота, карбіди, карбонати, ціаніди та оксиди вуглецю.

Історія

Сам термін «органічні речовини» виник у побуті вчених на етапі раннього розвитку хімії. На той час панували віталістичні світогляди. Це було продовження традицій Аристотеля та Плінія. У цей період вчені мужі були зайняті поділом світу на живе та неживе. При цьому всі без винятку речовини чітко поділялися на мінеральні та органічні. Вважалося, що з синтезу сполук «живих» речовин необхідна особлива «сила». Вона властива всім живим істотам, і її утворюватися органічні елементи що неспроможні.

Це смішне для сучасної науки твердження панувало дуже довго, поки в 1828 Фрідріх Велер досвідченим шляхом його не спростував. Він зміг із неорганічного ціанату амонію отримати органічну сечовину. Це спонукало хімію вперед. Проте розподіл речовин на органічні та неорганічні збереглося й у час. Воно є основою класифікації. Відомо майже 27 мільйонів органічних сполук.

Чому так багато органічних сполук?

Органічна речовина - це, за деяким винятком, вуглецева сполука. Насправді це дуже цікавий елемент. Вуглець здатний утворювати зі своїх атомів ланцюжки. При цьому дуже важливо, що зв'язок між ними стабільний.

Крім того, вуглець в органічних речовинах виявляє валентність – IV. З цього випливає, що цей елемент здатний утворювати з іншими речовинами зв'язку не тільки одинарні, а й подвійні та потрійні. У міру зростання їх кратності ланцюжок, що складається з атомів, стане коротшим. При цьому стабільність зв'язку лише зростає.

Також вуглець має здатність утворювати плоскі, лінійні та об'ємні структури. Саме тому у природі так багато різноманітних органічних речовин.

склад

Як було зазначено вище, органічна речовина - це сполуки вуглецю. І це дуже важливо. виникають за його зв'язку практично з будь-яким елементом періодичної таблиці. У природі найчастіше до їх складу (крім вуглецю) входять кисень, водень, сірка, азот та фосфор. Інші елементи зустрічаються набагато рідше.

Властивості

Отже, органічною речовиною є вуглецева сполука. При цьому є кілька важливих критеріїв, яким воно повинно відповідати. Всі речовини органічного походження мають спільні властивості:

1. Існуюча між атомами різна типологія зв'язків неодмінно призводить до появи ізомерів. Насамперед вони утворюються при з'єднанні молекул вуглецю. Ізомери - це різні речовини, що мають одну молекулярну масу та склад, але різні хіміко-фізичні властивості. Це називається ізомерією.

2. Ще один критерій – явище гомології. Це ряди органічних сполук, у яких формула сусідніх речовин відрізняється від попередніх однією групу СН 2 . Ця важлива властивість застосовується в матеріалознавстві.

Які класи органічних речовин?

До органічних сполук відносять кілька класів. Вони відомі всім. ліпіди та вуглеводи. Ці групи можна назвати біологічними полімерами. Вони беруть участь у метаболізмі на клітинному рівні у будь-якому організмі. Також до цієї групи включають нуклеїнові кислоти. Тож можна сказати, що органічна речовина – це те, що ми щодня споживаємо в їжу, те, з чого складаємося.

Білки

Білки складаються із структурних компонентів – амінокислот. Це їхні мономери. Білки також називають протеїнами. Відомо близько 200 видів амінокислот. Усі вони зустрічаються у живих організмах. Але лише двадцять із них є складовими білків. Їх називають основними. Але в літературі також можна зустріти і менш популярні терміни - протеїногенні та білоктворні амінокислоти. Формула органічної речовини цього класу містить амінні (-NH 2) та карбоксильні (-СООН) складові. Між собою вони пов'язані тими самими вуглецевими зв'язками.

Функції білків

Білки в організмі рослин та тварин виконують безліч важливих функцій. Але головна з них – структурна. Білки є основними компонентами клітинної мембрани та матриксу органел у клітинах. У нашому організмі всі стінки артерій, вен і капілярів, сухожиль і хрящів, нігтів та волосся складаються переважно з різних білків.

Наступна функція – ферментативна. Білки виступають як ферменти. Вони каталізують перебіг у організмі хімічних реакцій. Саме вони відповідають за розпад поживних компонентів у травному тракті. У рослин ферменти фіксують положення вуглецю під час фотосинтезу.

Деякі переносять в організмі різні речовини, наприклад, кисень. Органічна речовина також здатна приєднуватися до них. Так здійснюється транспортна функція. Білки розносять по кровоносних судинах іони металів, жирні кислоти, гормони і, звичайно, вуглекислий газ і гемоглобін. Транспорт відбувається і міжклітинному рівні.

Білкові сполуки – імуноглобуліни – відповідають за виконання захисної функції. Це антитіла крові. Наприклад, тромбін і фібриноген беруть активну участь у процесі згортання. Таким чином, вони запобігають великій крововтраті.

Білки відповідають за виконання скорочувальної функції. Завдяки тому, що міозинові та актинові протофібрили постійно виконують ковзні рухи щодо один одного, відбувається скорочення м'язових волокон. Але й у одноклітинних організмів відбуваються такі процеси. Рух джгутиків бактерій також пов'язаний зі ковзанням мікротрубочок, які мають білкову природу.

Окислення органічних речовин вивільняє велику кількість енергії. Але, як правило, білки витрачаються на енергетичні потреби вкрай рідко. Це відбувається, коли вичерпано всі запаси. Найкраще для цього підходять ліпіди та вуглеводи. Тому білки можуть виконувати енергетичну функцію, але лише за певних умов.

Ліпіди

Органічною речовиною є і жироподібна сполука. Ліпіди належать до найпростіших біологічних молекул. Вони нерозчинні у воді, але при цьому розпадаються у неполярних розчинах, таких як бензин, ефір та хлороформ. Вони входять до складу всіх живих клітин. У хімічному відношенні ліпіди – це спиртів та карбонових кислот. Найвідоміші з них – жири. В організмі тварин та рослин ці речовини виконують безліч важливих функцій. Багато ліпіди використовуються в медицині та промисловості.

Функції ліпідів

Ці органічні хімічні речовини разом із білками у клітинах утворюють біологічні мембрани. Але головна їхня функція - енергетична. При окисленні молекул жирів вивільняється дуже багато енергії. Вона йде на освіту у клітинах АТФ. У формі ліпідів в організмі може накопичуватись значна кількість енергетичних запасів. Часом їх навіть більше, ніж потрібно для здійснення нормальної життєдіяльності. При патологічних змінах метаболізму жирних клітин стає більше. Хоча заради справедливості слід зауважити, що такі надмірні запаси просто необхідні тваринам, що впадають у сплячку, і рослинам. Багато хто вважає, що дерева та чагарники в холодний період харчуються за рахунок ґрунтів. Насправді ж вони витрачають запаси олій та жирів, які зробили за літній період.

В організмі людини та тварин жири можуть виконувати і захисну функцію. Вони відкладаються в підшкірній клітковині та навколо таких органів, як нирки та кишечник. Таким чином, вони є хорошим захистом від механічних пошкоджень, тобто ударів.

Крім цього, жири мають низький рівень теплопровідності, що допомагає зберегти тепло. Це дуже важливо, особливо за умов холодного клімату. У морських тварин підшкірний жировий шар ще й сприяє добрій плавучості. А ось у птахів ліпіди виконують ще й водовідштовхувальну та змащувальну функції. Віск покриває їхнє пір'я і робить їх більш еластичним. Такий самий наліт мають на листі деякі види рослин.

Вуглеводи

Формула органічної речовини C n (H 2 O) m вказує на належність сполуки класу вуглеводів. Назва цих молекул свідчить про те, що у них присутній кисень і водень у тому кількості, як і вода. Крім цих хімічних елементів, у сполуках може бути присутнім, наприклад, азот.

Вуглеводи у клітині є основною групою органічних сполук. Це первинні продукти Вони є і вихідні продукти синтезу в рослинах інших речовин, наприклад, спиртів, органічних кислот та амінокислот. Також вуглеводи входять до складу клітин тварин та грибів. Виявляються вони і серед основних компонентів бактерій та найпростіших. Так, у тваринній клітині їх від 1 до 2 %, а в рослинній їхня кількість може досягати 90 %.

На сьогоднішній день виділяють лише три групи вуглеводів:

Прості цукри (моносахариди);

Олігосахариди, що складаються з кількох молекул послідовно з'єднаних простих цукрів;

Полісахариди, до їх складу входить понад 10 молекул моносахаридів та їх похідних.

Функції вуглеводів

Усі органічні речовини у клітині виконують певні функції. Так, наприклад, глюкоза – це основне енергетичне джерело. Вона розщеплюється у клітинах всіх відбувається під час клітинного дихання. Глікоген та крохмаль складають основний запас енергії, причому перша речовина у тварин, а друга – у рослин.

Вуглеводи виконують і структурну функцію. Целюлоза є основним компонентом клітинної стінки рослин. А у членистоногих цю функцію виконує хітин. Також він виявляється у клітинах вищих грибів. Якщо брати приклад олігосахариди, то вони входять до складу цитоплазматичної мембрани - у вигляді гліколіпідів і глікопротеїнів. Також у клітинах нерідко виявляється глікоколікс. У синтезі нуклеїнових кислот беруть участь пентози. При включені до складу ДНК, а рибоза - в РНК. Також ці компоненти виявляються і в коферментах, наприклад, ФАД, НАДФ і НАД.

Вуглеводи також здатні виконувати в організмі та захисну функцію. У тварин речовина гепарин активно перешкоджає швидкому згортанню крові. Він утворюється під час пошкодження тканини та блокує утворення тромбів у судинах. Гепарин у великій кількості виявляється в опасистих клітинах у гранулах.

Нуклеїнові кислоти

Білки, вуглеводи та ліпіди – це не всі відомі класи органічних речовин. Хімія відносить сюди ще й нуклеїнові кислоти. Це біополімери, що містять фосфор. Вони, перебуваючи у клітинному ядрі та цитоплазмі всіх живих істот, забезпечують передачу та зберігання генетичних даних. Ці речовини відкрили завдяки біохіміку Ф. Мішеру, який займався вивченням сперматозоїдів лосося. Це було «випадкове» відкриття. Трохи пізніше РНК та ДНК були виявлені і у всіх рослинних та тваринних організмах. Також були виділені нуклеїнові кислоти у клітинах грибів та бактерій, а також вірусів.

Загалом у природі виявлено два види нуклеокислот - рибонуклеїнові (РНК) та дезоксирибонуклеїнові (ДНК). Відмінність зрозуміла з назви. дезоксирибоза – п'ятивуглецевий цукор. На молекулі РНК виявляється рибоза.

Вивченням нуклеїнових кислот займається органічна хімія. Теми дослідження диктує також медицина. У кодах ДНК ховається безліч генетичних хвороб, виявити які вченим ще тільки належить.

Відомо, що властивості органічних речовин визначаються їх складом та хімічною будовою. Тому не дивно, що в основі класифікації органічних сполук лежить саме теорія будови – теорія Л. М. Бутлерова. Класифікують органічні речовини за наявністю та порядком з'єднання атомів у їх молекулах. Найбільш міцною та малозмінною частиною молекули органічної речовини є її скелет – ланцюг атомів вуглецю. Залежно від порядку з'єднання атомів вуглецю в цьому ланцюгу речовини поділяються на ациклічні, які не містять замкнутих ланцюгів атомів вуглецю в молекулах, і карбоциклічні, такі, що містять ціні (цикли) в молекулах.
Крім атомів вуглецю та водню молекули органічних речовин можуть містити атоми та інші хімічні елементи. Речовини, в молекулах яких ці так звані гетероатоми включені до замкнутого ланцюга, відносять до гетероциклічних сполук.
Гетероатоми (кисень, азот та ін) можуть входити до складу молекул та ациклічних сполук, утворюючи в них функціональні групи, наприклад, гідроксильну - ВІН, карбонільну, карбоксильну, аміногрупу -NН2.
Функціональна група- Група атомів, яка визначає найбільш характерні хімічні властивості речовини та її приналежність до певного класу сполук.

Вуглеводні- це сполуки, що складаються лише з атомів водню та вуглецю.

Залежно від будови вуглецевого ланцюга органічні сполуки поділяють на з'єднання з відкритим ланцюгом - ациклічні (аліфатичні) та циклічні- із замкнутим ланцюгом атомів.

Циклічні поділяються на дві групи: карбоциклічні сполуки(цикли утворені тільки атомами вуглецю) та гетероциклічні(в цикли входять інші атоми, такі як кисень, азот, сірка).

Карбоциклічні сполуки, у свою чергу, включають два ряди сполук: аліциклічні та ароматичні.

Ароматичні сполуки в основі будови молекул мають плоскі вуглецевмісні цикли з особливою замкнутою системою р-електронів, що утворюють загальну π-систему (єдина π-електронна хмара). Ароматичність характерна і для багатьох гетероциклічних сполук.

Решта всіх карбоциклічних сполук відносяться до аліциклічного ряду.

Як ациклічні (аліфатичні), і циклічні вуглеводні можуть містити кратні (подвійні чи потрійні) зв'язку. Такі вуглеводні називають ненасиченими (насиченими) на відміну від граничних (насичених), що містять тільки одинарні зв'язки.

Граничні аліфатичні вуглеводніназивають алканами, вони мають загальну формулу З n Н 2 n +2 де n - число атомів вуглецю. Стара їхня назва часто вживається і в даний час - парафіни.

Містять один подвійний зв'язок, отримали назву алкени. Вони мають загальну формулу З n Н 2 n .

Ненасичені аліфатичні вуглеводніз двома подвійними зв'язкаминазивають алкадієнами

Ненасичені аліфатичні вуглеводніз одним потрійним зв'язкомназивають алкінами. Їхня загальна формула З n Н 2 n — 2 .

Граничні аліциклічні вуглеводні - циклоалканиїх загальна формула З n Н 2 n .

Особлива група вуглеводнів, ароматичних, або аренів(із замкнутою загальною π-електронною системою), відома з прикладу вуглеводнів із загальною формулою З n Н 2 n -6.

Таким чином, якщо в їх молекулах один або більше атомів водню замінити на інші атоми або групи атомів (галогени, гідроксильні групи, аміногрупи та ін), утворюються похідні вуглеводнів: галогенопохідні, кисневмісні, азотовмісні та інші органічні сполуки.

ГалогенопохідніВуглеводнів можна розглядати як продукти заміщення у вуглеводнях одного або декількох атомів водню атомами галогенів. Відповідно до цього можуть існувати граничні та ненасичені моно-, ді-, три- (у загальному випадку полі-) галогенопроизводные.

Загальна формула моногалогенопохідних граничних вуглеводнів:

а склад виражається формулою

C n H 2 n +1 Г,

де R - залишок від граничного вуглеводню (алкану), вуглеводневий радикал (це позначення використовується і далі при розгляді інших класів органічних речовин); Г - атом галогену (F, Сl, Вг, I).

Спирти- похідні вуглеводнів, у яких один або кілька атомів водню заміщені на гідроксильні групи.

Спирти називають одноатомнимиякщо вони мають одну гідроксильну групу, і граничними, якщо вони є похідними алканів.

Загальна формула граничних одноатомних спиртів:

а їх склад виражається загальною формулою:
З n Н 2 n +1 ВІН або З n Н 2 n +2

Відомі приклади багатоатомних спиртів, тобто мають кілька гндроксильних груп.

Феноли- похідні ароматичних вуглеводнів (ряду бензолу), у яких один або кілька атомів водню в бензольному кільці заміщені на гідроксильні групи.

Найпростіший представник із формулою З 6 Н 5 ВІН називається фенолом.

Альдегіди та кетони- похідні вуглеводнів, що містять карбонільну групу атомів (карбоніл).

У молекулах альдегідів один зв'язок карбонілу йде на з'єднання з атомом водню, інший - з вуглеводневим радикалом.

У разі кетонів карбонільна група пов'язана з двома (загалом різними) радикалами.

Склад граничних альдегідів та кетонів виражається формулою З n Н 2л Про.

Карбонові кислоти- похідні вуглеводнів, що містять карбоксильні групи (СООН).

Якщо молекулі кислоти одна карбоксильная група, то карбонова кислота є одноосновной. Загальна формула граничних одноосновних кислот (R-СООН). Їх склад виражається формулою З n Н 2 n O 2 .

Прості ефіриявляють собою органічні речовини, що містять два вуглеводневі радикали, з'єднаних атомом кисню: R-О-R або R 1 -O-R 2 .

Радикали можуть бути однаковими чи різними. Склад простих ефірів виражається формулою З n Н 2 n +2 O

Складні ефіри- сполуки, утворені заміщенням атома водню карбоксильної групи у карбонових кислотах на вуглеводневий радикал.

Нітросполуки- похідні вуглеводнів, у яких один або кілька атомів водню заміщені на нітрогрупу -NO2.

Загальна формула граничних мононітросполук:

а склад виражається загальною формулою

З n Н 2 n +1 NO 2 .

Аміни- сполуки, які розглядають як похідні аміаку (NН 3), де атоми водню заміщені на вуглеводневі радикали.

Залежно від природи радикалу аміни можуть бути аліфатичнимита ароматичними.

Залежно від кількості заміщених на радикали атомів водню розрізняють:

Первинні аміни із загальною формулою: R-NН 2

Вторинні - із загальною формулою: R 1 -NН-R 2

Третинні - із загальною формулою:

В окремому випадку у вторинних, а також третинних амінів радикали можуть бути однаковими.

Первинні аміни можна розглядати як похідні вуглеводнів (алканів), у яких один атом водню заміщений на аміногрупу -NН 2 . Склад граничних первинних амінів виражається формулою З n Н 2 n +3 N.

Амінокислотимістять дві функціональні групи, з'єднані з вуглеводневим радикалом: аміногрупу -NН 2 і карбоксил-СООН.

Склад граничних амінокислот, що містять одну аміногрупу та один карбоксил, виражається формулою С n Н 2 n +1 NO 2 .

Відомі й інші важливі органічні сполуки, які мають кілька різних або однакових функціональних груп, довгі лінійні ланцюги, пов'язані з кільцями бензольними. У разі суворе визначення приналежності речовини до якогось певному класу неможливо. Ці сполуки часто виділяють у специфічні групи речовин: вуглеводи, білки, нуклеїнові кислоти, антибіотики, алкалоїди та ін.

Для назви органічних сполук використовують 2 номенклатури – раціональну та систематичну (ІЮПАК) та тривіальні назви.

Складання назв за номенклатурою ІЮПАК

1) Основу назви сполуки становить корінь слова, що позначає граничний вуглеводень з тим самим числом атомів, як і головний ланцюг.

2) До кореня додають суфікс, що характеризує ступінь насиченості:

Ан (граничний, немає кратних зв'язків);
-єн (за наявності подвійного зв'язку);
-ін (за наявності потрійного зв'язку).

Якщо кратних зв'язків кілька, то суфіксі вказується число таких зв'язків (-дієн, -трієн і т.д.), а після суфікса обов'язково вказується цифрами положення кратного зв'язку, наприклад:
СН 3 -СН 2 -СН = СН 2 СН 3 -СН = СН-СН 3
бутен-1 бутен-2

СН 2 = СН-СН = СН 2
бутадієн-1,3

Такі групи як нітро-, галогени, вуглеводневі радикали, що не входять до головного ланцюга, виносяться в приставку. При цьому вони перераховуються за абеткою. Положення заступника вказується цифрою перед приставкою.

Порядок складання назви наступний:

1. Знайти найдовший ланцюг атомів С.

2. Послідовно пронумерувати атоми вуглецю головного ланцюга, починаючи з найближчого до розгалуження кінця.

3. Назва алкану складається з назв бічних радикалів, перерахованих в алфавітному порядку із зазначенням положення в головному ланцюгу, та назви головного ланцюга.

Номенклатура деяких органічних речовин (тривіальна та міжнародна)

У минулому вчені розділяли всі речовини в природі на умовно неживі та живі, включаючи до останніх царство тварин і рослин. Речовини першої групи отримали назву мінеральних. А ті, що увійшли до другої, почали називати органічними речовинами.

Що під цим мається на увазі? Клас органічних речовин найбільший серед усіх хімічних сполук, відомих сучасним ученим. На питання, які органічні речовини, можна відповісти так – це хімічні сполуки, до складу яких входить вуглець.

Зверніть увагу, що не всі вуглецевмісні сполуки відносяться до органічних. Наприклад, корбіди та карбонати, вугільна кислота та ціаніди, оксиди вуглецю не входять до їх числа.

Чому так багато органічних речовин?

Відповідь це питання у властивостях вуглецю. Цей елемент цікавий тим, що здатний утворювати ланцюжки зі своїх атомів. І при цьому вуглецевий зв'язок дуже стабільний.

З іншого боку, в органічних сполуках він виявляє високу валентність (IV), тобто. здатність утворювати хімічні зв'язки з іншими речовинами І не тільки одинарні, а й подвійні і навіть потрійні (інакше – кратні). У міру зростання кратності зв'язку ланцюжок атомів стає коротшим, а стабільність зв'язку підвищується.

А ще вуглець наділений здатністю утворювати лінійні, плоскі та об'ємні структури.

Саме тому органічні речовини у природі такі різноманітні. Ви легко перевірите це самі: встаньте перед дзеркалом та уважно подивіться на своє відображення. Кожен із нас – ходячий посібник з органічної хімії. Вдумайтеся: щонайменше 30% маси кожної вашої клітини – це органічні сполуки. Білки, які збудували ваше тіло. Вуглеводи, які є «паливом» і джерелом енергії. Жири, що зберігають запаси енергії. Гормони, які управляють роботою органів та навіть вашою поведінкою. Ферменти, що запускають хімічні реакції всередині вас. І навіть «вихідний код», ланцюжки ДНК – це органічні сполуки з урахуванням вуглецю.

Склад органічних речовин

Як ми вже говорили на початку, основний будівельний матеріал для органічних речовин - це вуглець. І будь-які практичні елементи, з'єднуючись з вуглецем, можуть утворювати органічні сполуки.

У природі найчастіше у складі органічних речовин присутні водень, кисень, азот, сірка та фосфор.

Будова органічних речовин

Різноманітність органічних речовин на планеті та різноманітність їх будови можна пояснити характерними рисами атомів вуглецю.

Ви пам'ятаєте, що атоми вуглецю здатні утворювати дуже міцні зв'язки один з одним, з'єднуючись у ланцюжки. В результаті виходять стійкі молекули. Те, як саме атоми вуглецю з'єднуються в ланцюг (розташовуються зигзагом), є однією з ключових особливостей її будови. Вуглець може поєднуватися як у відкриті ланцюги, так і в замкнуті (циклічні) ланцюжки.

Важливо й те, що будова хімічних речовин впливає на їх хімічні властивості. Значну роль грає і те, як атоми та групи атомів у молекулі впливають один на одного.

Завдяки особливостям будови рахунок однотипним сполукам вуглецю йде на десятки і сотні. Наприклад, можна розглянути водневі сполуки вуглецю: метан, етан, пропан, бутан і т.п.

Наприклад, метан - СН 4 . Така сполука водню з вуглецем у нормальних умовах перебуває у газоподібному агрегатному стані. Коли ж у складі утворюється кисень, утворюється рідина – метиловий спирт СН 3 ОН.

Не тільки речовини з різним якісним складом (як у прикладі вище) виявляють різні властивості, а й речовини однакового якісного складу теж здатні на таке. Прикладом можуть бути різна здатність метану СН 4 і етилену С 2 Н 4 реагувати з бромом і хлором. Метан здатний на такі реакції тільки при нагріванні або ультрафіолетом. А етилен реагує навіть без освітлення та нагрівання.

Розглянемо такий варіант: якісний склад хімічних сполук однаковий, кількісний – відрізняється. Тоді й хімічні властивості сполук різні. Як у випадку з ацетиленом 2 Н 2 і бензолом 6 Н 6 .

Не останню роль цьому різноманітті грають такі властивості органічних речовин, «зав'язані» з їхньої будові, як ізомерія і гомологія.

Уявіть, що у вас є дві на перший погляд ідентичні речовини – однаковий склад і та сама молекулярна формула, щоб описати їх. Але будова цих речовин дуже по-різному, звідки випливає і відмінність хімічних і фізичних якостей. Наприклад, молекулярною формулою З 4 Н 10 можна записати дві різні речовини: бутан та ізобутан.

Йдеться про ізомерах– сполуки, які мають однаковий склад та молекулярну масу. Але атоми в їх молекулах розташовані в різному порядку (розгалужена та нерозгалужена будова).

Що стосується гомології– це характеристика такого вуглецевого ланцюга, в якому кожен наступний член може бути отриманий додаванням до попередньої групи СН 2 . Кожен гомологічний ряд можна виразити однією загальною формулою. А знаючи формулу, нескладно визначити склад будь-якого члена низки. Наприклад, гомологи метану описуються формулою C n H 2n+2 .

У міру збільшення «гомологічної різниці» СН 2 посилюється зв'язок між атомами речовини. Візьмемо гомологічний ряд метану: чотири перші його члени - гази (метан, етан, пропан, бутан), наступні шість - рідини (пентан, гексан, гептан, октан, нонан, декан), а далі йдуть речовини в твердому агрегатному стані (пентадекан, ейкозан і т.д.). І чим міцніший зв'язок між атомами вуглецю, тим вище молекулярна вага, температури кипіння та плавлення речовин.

Які існують класи органічних речовин?

До органічних речовин біологічного походження належать:

• білки;
• вуглеводи;
• нуклеїнові кислоти;
• ліпіди.

Три перші пункти можна назвати біологічними полімерами.

Докладніша класифікація органічних хімічних речовин охоплює речовини як біологічного походження.

До вуглеводнів відносяться:

• ациклічні сполуки:
  • граничні вуглеводні (алкани);
  • ненасичені вуглеводні:
    • алкени;
    • алкіни;
    • алкадієни.
• циклічні сполуки:
  • сполуки карбоциклічні:
    • аліциклічні;
    • ароматичні.
  • з'єднання гетероциклічні.

Є також інші класи органічних сполук, у складі яких вуглець з'єднується з іншими речовинами, крім водню:

• спирти та феноли;
• альдегіди та кетони;
• карбонові кислоти;
• складні ефіри;
• ліпіди;
• вуглеводи:
  • моносахариди;
  • олігосахариди;
  • полісахариди.
  • мукополісахариди.
• аміни;
• амінокислоти;
• білки;
• нуклеїнові кислоти.

Формули органічних речовин за класами

Приклади органічних речовин

Як пам'ятаєте, у людському організмі різноманітних органічні речовини – основа основ. Це наші тканини та рідини, гормони та пігменти, ферменти та АТФ, а також багато іншого.

У тілах людей та тварин пріоритет за білками та жирами (половина сухої маси клітини тварин – це білки). У рослин (приблизно 80% сухої маси клітини) – за вуглеводами, насамперед складними – полісахаридами. У тому числі за целюлозою (без якої не було б паперу), крохмалем.

Давайте поговоримо про деякі з них докладніше.

Наприклад, про вуглеводи. Якби можна було взяти та виміряти маси всіх органічних речовин на планеті, саме вуглеводи перемогли б у цьому змаганні.

Вони є в організмі джерелом енергії, є будівельними матеріалами для клітин, а також здійснюють запас речовин. Рослинам цієї мети служить крохмаль, тваринам – глікоген.

Крім того, вуглеводи дуже різноманітні. Наприклад, прості вуглеводи. Найпоширеніші в природі моносахариди – це пентози (у тому числі дезоксирибоза, що входить до складу ДНК) і гексози (добре знайома вам глюкоза).

Як із цеглинок, на великому будівництві природи вишиковуються з тисяч і тисяч моносахаридів полісахариди. Без них, точніше, без целюлози, крохмалю, не було б рослин. Та й тваринам без глікогену, лактози та хітину довелося б важко.

Подивимося уважно і на білки. Природа – найбільший майстер мозаїк і пазлів: всього з 20 амінокислот у людському організмі утворюється 5 мільйонів типів білків. На білках також лежить чимало життєво важливих функцій. Наприклад, будівництво, регуляція процесів в організмі, зсідання крові (для цього існують окремі білки), рух, транспорт деяких речовин в організмі, вони також є джерелом енергії, у вигляді ферментів виступають каталізатором реакцій, забезпечують захист. У справі захисту організму від негативних зовнішніх впливів важливу роль відіграють антитіла. І якщо в тонкому настроюванні організму відбувається розлад, антитіла замість знищення зовнішніх ворогів можуть виступати агресорами до власних органів та тканин організму.

Білки також поділяються на прості (протеїни) та складні (протеїди). І мають властиві тільки їм властивості: денатурацію (руйнування, яке ви не раз помічали, коли варили яйце круто) і ренатурацію (ця властивість знайшла широке застосування у виготовленні антибіотиків, харчових концентратів та ін.).

Не обійдемо увагою і ліпіди(жири). У нашому організмі вони є запасним джерелом енергії. Як розчинники допомагають протіканню біохімічних реакцій. Беруть участь у будівництві організму – наприклад, у формуванні клітинних мембран.

І ще кілька слів про такі цікаві органічні сполуки, як гормони. Вони беруть участь у біохімічних реакціях та обміні речовин. Такі маленькі, гормони роблять чоловіків чоловіками (тестостерон) та жінок (естроген). Примушують нас радіти чи засмучуватися (не останню роль у перепадах настрою грають гормони щитовидної залози, а ендорфін дарує відчуття щастя). І навіть визначають, «сови» ми чи «жайворонки». Готові ви вчитися допізна або вважаєте за краще встати раніше і зробити домашню роботу перед школою, вирішує не тільки ваш розпорядок дня, але й деякі гормони надниркових залоз.

Висновок

Світ органічних речовин по-справжньому дивовижний. Достатньо заглибитись у його вивчення лише небагато, щоб у вас захопило дух від відчуття спорідненості з усім живим на Землі. Дві ноги, чотири чи коріння замість ніг – усіх нас поєднує чари хімічної лабораторії матінки-природи. Воно змушує атоми вуглецю об'єднуватись у ланцюжки, вступати в реакції та створювати тисячі таких різноманітних хімічних сполук.

Тепер у вас є короткий путівник з органічної хімії. Звичайно, тут представлена ​​далеко не вся можлива інформація. Якісь моменти вам, можливо, доведеться уточнити самостійно. Але ви завжди можете використовувати намічений маршрут для своїх самостійних пошуків.

Ви також можете використовувати наведене у статті визначення органічної речовини, класифікацію та загальні формули органічних сполук та загальні відомості про них, щоб підготуватися до уроків хімії у школі.

Розкажіть нам у коментарях, який розділ хімії (органічна чи неорганічна) подобається вам більше та чому. Не забудьте розшарити статтю в соціальних мережах, щоб ваші однокласники теж змогли нею скористатися.

Будь ласка, повідомте, якщо виявите у статті якусь неточність чи помилку. Усі ми люди і всі ми іноді помиляємось.

blog.сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.

Існує кілька визначень, що таке органічні речовини, чим вони відрізняються від іншої групи сполук – неорганічних. Одне з найпоширеніших пояснень випливає із назви «вуглеводні». Справді, основу всіх органічних молекул знаходяться ланцюжка атомів вуглецю, пов'язані з воднем. Є й інші елементи, які отримали назву «органогенні».

Органічна хімія до відкриття сечовини

Здавна люди користуються багатьма природними речовинами та мінералами: сірою, золотом, залізною та мідною рудою, кухонною сіллю.За весь час існування науки - з найдавніших часів і до першої половини XIX століття - вчені не могли довести зв'язок живої та неживої природи на рівні мікроскопічної будови (атомів, молекул). Вважалося, що своєю появою органічні речовини завдячують міфічній життєвій силі – віталізму. Існував міф про можливість виростити чоловічка «гомункулуса». Для цього треба було скласти в барило різні продукти життєдіяльності, почекати певний час, поки зародиться життєва сила.

Нищівний удар по віталізму завдали роботи Веллера, який синтезував органічну речовину сечовину з неорганічних компонентів. Так було доведено, що жодної життєвої сили немає, природа єдина, організми та неорганічні сполуки утворені атомами тих самих елементів. Склад сечовини був відомий і до робіт Веллер, вивчення цього з'єднання не становило в ті роки великої праці. Чудовим був сам факт отримання речовини, характерної для обміну речовин, поза тілом тварини чи людини.

Теорія А. М. Бутлерова

Велика роль російської школи хіміків у становленні науки, що вивчає органічні речовини. З іменами Бутлерова, Марковникова, Зелінського, Лебедєва пов'язані цілі епохи у розвитку органічного синтезу. Основоположником теорії будови сполук є А. М. Бутлеров. Знаменитий учений-хімік у 60-х роках XIX століття пояснив склад органічних речовин, причини різноманіття їх будови, розкрив взаємозв'язок, що існує між складом, будовою та властивостями речовин.

На основі висновків Бутлерова вдалося не тільки систематизувати знання про вже існуючі органічні сполуки. З'явилася можливість передбачити властивості ще відомих науці речовин, створити технологічні схеми їхнього отримання у промислових умовах. Повною мірою втілюється в життя багато ідей провідних хіміків-органіків у наші дні.

При окисленні вуглеводнів виходять нові органічні речовини - представники інших класів (альдегідів, кетонів, спиртів, карбонових кислот). Наприклад, великі обсяги ацетилену йдуть виробництва оцтової кислоти. Частина цього продукту реакції надалі витрачається отримання синтетичних волокон. Розчин кислоти (9% і 6%) є у кожному будинку – це звичайний оцет. Окислення органічних речовин служить основою отримання дуже великої кількості сполук, мають промислове, сільськогосподарське, медичне значення.

Ароматичні вуглеводні

Ароматичність у молекулах органічних речовин – це присутність одного або кількох бензольних ядер. Ланцюжок з 6 атомів вуглецю замикається в кільце, в ньому виникає зв'язок, тому властивості таких вуглеводнів не схожі на інші УВ.

Ароматичні вуглеводні (або арени) мають велике практичне значення. Широко застосовуються багато з них: бензол, толуол, ксилол. Вони використовуються як розчинники та сировина для виробництва ліків, барвників, каучуку, гуми та інших продуктів органічного синтезу.

Кисневмісні сполуки

У складі великої групи органічних речовин є атоми кисню. Вони входять до найактивнішої частини молекули, її функціональної групи. Спирти містять одну або кілька гідроксильних частинок-ОН. Приклади спиртів: метанол,етанол, гліцерин. У карбонових кислотах є інша функціональна частка - карбоксил (-СОООН).

Інші кисневмісні органічні сполуки - альдегіди і кетони. Карбонові кислоти, спирти та альдегіди у великих кількостях присутні у складі різних органів рослин. Вони можуть бути джерелами для одержання натуральних продуктів (оцтової кислоти, етилового спирту, ментолу).

Жири є сполуками карбонових кислот та триатомного спирту гліцерину. Крім спиртів та кислот лінійної будови, є органічні сполуки з бензольним кільцем та функціональною групою. Приклад ароматичних спиртів: фенол, толуол.

Вуглеводи

Найважливіші органічні речовини організму, що входять до складу клітин, – білки, ферменти, нуклеїнові кислоти, вуглеводи та жири (ліпіди). Прості вуглеводи – моносахариди – зустрічаються у клітинах у вигляді рибози, дезоксирибози, фруктози та глюкози. Останній у цьому короткому списку вуглевод – основна речовина обміну речовин у клітинах. Рибоза та дезоксирибоза — складові рибонуклеїнової та дезоксирибонуклеїнової кислот (РНК і ДНК).

При розщепленні молекул глюкози виділяється енергія, необхідна життєдіяльності. Спочатку вона запасається при утворенні своєрідного переончика енергії - аденозинтрифосфорної кислоти (АТФ). Ця речовина переноситься кров'ю, доставляється в тканини та клітини. При послідовному відщепленні від аденозину трьох залишків фосфорної кислотиенергія звільняєтесь.

Жири

Ліпіди - речовини живих організмів, що мають специфічні властивості. Вони не розчиняються у воді, є гідрофобними частинками. Особливо багаті на речовини цього класу насіння і плоди деяких рослин, нервова тканина, печінка, нирки, кров тварин і людини.

Шкіра людини та тварин містить безліч дрібних сальних залоз. Секрет, що виділяється ними, виводиться на поверхню тіла, змащує її, захищає від втрати вологи і проникнення мікробів. Шар підшкірної жирової клітковини оберігає від пошкоджень внутрішні органи, що служить запасною речовиною.

Білки

Протеїни становлять більше половини всіх органічних речовин клітини, у деяких тканинах їх вміст сягає 80%. Для всіх видів білків характерні високі молекулярні маси, наявність первинної, вторинної, третинної та четвертинної структур. При нагріванні вони руйнуються – відбувається денатурація. Первинна структура - це величезний для мікросвіту ланцюжок амінокислот. Під впливом спеціальних ферментів у травній системі тварин і людини протеїнова макромолекула розпадеться на складові. Вони потрапляють у клітини, де відбувається синтез органічних речовин – інших білків, специфічних для кожної живої істоти.

Ферменти та їх роль

Реакції у клітині протікають зі швидкістю, що у виробничих умовах важко досяжна, завдяки каталізаторам — ферментам. Розрізняють ферменти, що діють лише на білки, - ліпази. Гідроліз крохмалю відбувається за участю амілази. Для розкладання на складові жирів необхідні ліпази. Процеси за участю ферментів йдуть у всіх живих організмах. Якщо людина немає у клітинах будь-якого ферменту, це позначається обміні речовин, загалом здоров'я.

Нуклеїнові кислоти

Речовини, вперше виявлені та виділені з ядер клітин, виконують функцію передачі спадкових ознак. Основна кількість ДНК міститься у хромосомах, а молекули РНК розташовані у цитоплазмі. При редуплікації (подвоєння) ДНК з'являється можливість передати спадкову інформацію статевим клітинам – гаметам. За їх злиття новий організм отримує генетичний матеріал від батьків.