مواد آلی یک ترکیب شیمیایی حاوی کربن است. تنها استثناها اسید کربنیک، کاربیدها، کربنات ها، سیانیدها و اکسیدهای کربن هستند.
تاریخ
اصطلاح "مواد آلی" خود در زندگی روزمره دانشمندان در مرحله توسعه اولیه شیمی ظاهر شد. در آن زمان جهان بینی های حیات گرا حاکم بود. این ادامه سنت های ارسطو و پلینی بود. در این دوره، صاحب نظران مشغول تقسیم جهان به زنده و غیر زنده بودند. در همان زمان، تمام مواد، بدون استثنا، به وضوح به معدنی و آلی تقسیم شدند. اعتقاد بر این بود که برای سنتز ترکیبات مواد "زنده" به "قدرت" خاصی نیاز است. این در همه موجودات زنده ذاتی است و عناصر آلی نمی توانند بدون آن تشکیل شوند.
این گزاره که برای علم مدرن مضحک بود، برای مدت بسیار طولانی حاکم بود، تا اینکه در سال 1828 فردریش وولر به طور تجربی آن را رد کرد. او توانست اوره آلی را از سیانات آمونیوم معدنی بدست آورد. این امر شیمی را به جلو سوق داد. با این حال، تقسیم مواد به آلی و معدنی در حال حاضر حفظ شده است.زیربنای طبقه بندی است. تقریباً 27 میلیون ترکیب آلی شناخته شده است.
چرا این همه ترکیبات آلی وجود دارد؟
مواد آلی، به استثنای چند مورد، یک ترکیب کربنی است. در واقع، این یک عنصر بسیار کنجکاو است. کربن قادر به تشکیل زنجیره از اتم های خود است. بسیار مهم است که ارتباط بین آنها پایدار باشد.
علاوه بر این، کربن موجود در مواد آلی ظرفیتی را نشان می دهد - IV. از این نتیجه می شود که این عنصر قادر است با سایر مواد نه تنها تک، بلکه مضاعف و سه گانه پیوند ایجاد کند. با افزایش تعدد آنها، زنجیره اتم ها کوتاه تر می شود. در همان زمان، پایداری اتصال تنها افزایش می‌یابد.
همچنین کربن توانایی تشکیل ساختارهای مسطح، خطی و سه بعدی را دارد. به همین دلیل است که بسیاری از مواد آلی مختلف در طبیعت وجود دارد.
ترکیب
همانطور که در بالا ذکر شد، مواد آلی ترکیبات کربنی هستند. و این بسیار مهم است. ترکیبات آلی زمانی به وجود می آیند که تقریباً با هر عنصر جدول تناوبی مرتبط باشد. در طبیعت، اغلب ترکیب آنها (علاوه بر کربن) شامل اکسیژن، هیدروژن، گوگرد، نیتروژن و فسفر است. عناصر باقی مانده بسیار نادرتر هستند.
خواص
بنابراین، ماده آلی یک ترکیب کربنی است. با این حال، چندین معیار مهم وجود دارد که باید آنها را برآورده کند. همه مواد با منشاء آلی دارای خواص مشترک هستند:
1. موجود بین اتم هاگونه شناسی متفاوت پیوندها به ناچار منجر به ظهور ایزومرها می شود. اول از همه، آنها از ترکیب مولکول های کربن تشکیل می شوند. ایزومرها مواد مختلفی هستند که وزن مولکولی و ترکیب یکسانی دارند اما خواص شیمیایی و فیزیکی متفاوتی دارند. این پدیده ایزومریسم نامیده می شود.
2. معیار دیگر پدیده همسانی است. اینها مجموعه ای از ترکیبات آلی هستند که در آنها فرمول مواد همسایه با مواد قبلی با یک گروه متفاوت است CH2. این ویژگی مهم در علم مواد کاربرد دارد.
طبقه های مواد آلی کدامند؟
انواع مختلفی از ترکیبات آلی وجود دارد. آنها برای همه شناخته شده اند. اینها پروتئین ها، لیپیدها و کربوهیدرات ها هستند. این گروه ها را می توان پلیمرهای بیولوژیکی نامید. آنها در متابولیسم در سطح سلولی در هر ارگانیسمی نقش دارند. همچنین اسیدهای نوکلئیک در این گروه قرار دارند. بنابراین می توانیم بگوییم که مواد آلی چیزی است که هر روز می خوریم و از آن ساخته شده ایم.
پروتئین
پروتئین ها از اجزای ساختاری - اسیدهای آمینه تشکیل شده اند. اینها مونومرهای آنها هستند. به پروتئین ها پروتئین نیز گفته می شود. حدود 200 نوع اسید آمینه شناخته شده است. همه آنها در موجودات زنده یافت می شوند. اما تنها بیست مورد از آنها اجزای پروتئین هستند. به آنها پایه می گویند. اما در ادبیات همچنین می توانید اصطلاحات کمتر محبوب - اسیدهای آمینه پروتئین زا و تشکیل دهنده پروتئین را پیدا کنید. فرمول این دسته از مواد آلی حاوی ترکیبات آمین (-NH2) و کربوکسیل (-COOH) است. آنها توسط پیوندهای کربنی مشابهی به یکدیگر متصل می شوند.
عملکردهای پروتئین
پروتئین ها در بدن گیاهان و جانوران بسیاری از وظایف مهم را انجام می دهند. اما اصلی ترین آنها ساختاری است. پروتئین ها اجزای اصلی غشای سلولی و ماتریکس اندامک ها در سلول ها هستند. در بدن ما، تمام دیواره های سرخرگ ها، سیاهرگ ها و مویرگ ها، تاندون ها و غضروف ها، ناخن ها و موها عمدتاً از پروتئین های مختلف تشکیل شده است.
عملکرد بعدی آنزیمی است. پروتئین ها به عنوان آنزیم عمل می کنند. آنها واکنش های شیمیایی را در بدن کاتالیز می کنند. آنها مسئول تجزیه مواد مغذی در دستگاه گوارش هستند. در گیاهان، آنزیم‌ها موقعیت کربن را در طول فتوسنتز ثابت می‌کنند.
برخی از انواع پروتئین ها مواد مختلفی مانند اکسیژن را در بدن حمل می کنند. مواد آلی نیز می توانند به آنها بپیوندند. عملکرد حمل و نقل اینگونه است. پروتئین ها یون های فلزی، اسیدهای چرب، هورمون ها و البته دی اکسید کربن و هموگلوبین را از طریق رگ های خونی حمل می کنند. حمل و نقل همچنین در سطح بین سلولی رخ می دهد.
ترکیبات پروتئینی - ایمونوگلوبولین ها - مسئول عملکرد محافظتی هستند. اینها آنتی بادی های خونی هستند. به عنوان مثال، ترومبین و فیبرینوژن به طور فعال در فرآیند انعقاد نقش دارند. بنابراین، آنها از از دست دادن خون بیشتر جلوگیری می کنند.
پروتئین ها همچنین مسئول انجام عملکرد انقباضی هستند. با توجه به اینکه پروتوفیبریل های میوزین و اکتین دائماً حرکات لغزشی را نسبت به یکدیگر انجام می دهند، فیبرهای عضلانی منقبض می شوند. اما حتی در موجودات تک سلولی نیز مشابه استفرآیندها حرکت تاژک‌های باکتریایی نیز مستقیماً با لغزش میکروتوبول‌ها مرتبط است که ماهیتی پروتئینی دارند.
اکسیداسیون مواد آلی مقادیر زیادی انرژی آزاد می کند. اما، به عنوان یک قاعده، پروتئین ها برای نیازهای انرژی بسیار به ندرت مصرف می شوند. این زمانی اتفاق می افتد که تمام سهام تمام شود. لیپیدها و کربوهیدرات ها برای این کار مناسب هستند. بنابراین، پروتئین ها می توانند عملکرد انرژی را انجام دهند، اما فقط تحت شرایط خاصی.
لیپید
یک ترکیب چربی مانند نیز یک ماده آلی است. لیپیدها متعلق به ساده ترین مولکول های بیولوژیکی هستند. آنها در آب نامحلول هستند، اما در محلول های غیر قطبی مانند بنزین، اتر و کلروفرم تجزیه می شوند. آنها بخشی از تمام سلول های زنده هستند. از نظر شیمیایی، لیپیدها استرهای الکل ها و اسیدهای کربوکسیلیک هستند. معروف ترین آنها چربی ها هستند. در بدن جانوران و گیاهان، این مواد وظایف بسیار مهمی را انجام می دهند. بسیاری از لیپیدها در پزشکی و صنعت استفاده می شوند.
عملکرد لیپیدها
این مواد شیمیایی آلی، همراه با پروتئین های موجود در سلول ها، غشاهای بیولوژیکی را تشکیل می دهند. اما وظیفه اصلی آنها انرژی است. هنگامی که مولکول های چربی اکسید می شوند، مقدار زیادی انرژی آزاد می شود. این به تشکیل ATP در سلول ها می رود. به شکل لیپید، مقدار قابل توجهی از ذخایر انرژی می تواند در بدن انباشته شود. گاهی اوقات آنها حتی بیش از حد لازم برای اجرای زندگی عادی هستند. با تغییرات پاتولوژیک در متابولیسم سلول های "چربی"، بیشتر می شود. با اينكهانصافاً باید توجه داشت که چنین ذخایر بیش از حدی صرفاً برای خواب زمستانی حیوانات و گیاهان ضروری است. بسیاری از مردم بر این باورند که درختان و درختچه ها در طول دوره سرد از خاک تغذیه می کنند. در واقع، آنها ذخایر روغن‌ها و چربی‌هایی را که در تابستان ساخته‌اند مصرف می‌کنند.
در بدن انسان و حیوان، چربی ها می توانند یک عملکرد محافظتی نیز انجام دهند. آنها در بافت زیر جلدی و اطراف اندام هایی مانند کلیه ها و روده ها رسوب می کنند. بنابراین، آنها به عنوان یک محافظت خوب در برابر آسیب مکانیکی، یعنی ضربه عمل می کنند.
علاوه بر این، چربی ها رسانایی حرارتی پایینی دارند که به گرم نگه داشتن کمک می کند. این امر به ویژه در آب و هوای سرد بسیار مهم است. در حیوانات دریایی، لایه چربی زیر جلدی نیز به شناوری خوب کمک می کند. اما در پرندگان، لیپیدها عملکردهای دفع آب و روان کنندگی را نیز انجام می دهند. موم پرهای آنها را می پوشاند و آنها را انعطاف پذیرتر می کند. برخی از گونه های گیاهی پوشش یکسانی روی برگ ها دارند.
کربوهیدرات
فرمول آلی C (H2O)m نشان می دهد که آیا این ترکیب متعلق به کربوهیدرات های کلاس نام این مولکول ها به این موضوع اشاره دارد که به اندازه آب دارای اکسیژن و هیدروژن هستند. علاوه بر این عناصر شیمیایی، ترکیبات ممکن است حاوی نیتروژن باشند.
کربوهیدرات های موجود در سلول گروه اصلی ترکیبات آلی هستند. اینها محصولات اولیه فرآیند فتوسنتز هستند. آنها همچنین محصولات اولیه سنتز در گیاهان دیگر هستندموادی مانند الکل ها، اسیدهای آلی و اسیدهای آمینه. کربوهیدرات ها نیز بخشی از سلول های حیوانات و قارچ ها هستند. آنها همچنین در میان اجزای اصلی باکتری ها و تک یاخته ها یافت می شوند. بنابراین، در یک سلول حیوانی از 1 تا 2٪ است و در یک سلول گیاهی تعداد آنها می تواند به 90٪ برسد.
امروزه فقط سه گروه کربوهیدرات وجود دارد:
- قندهای ساده (مونوساکارید)؛
- الیگوساکاریدها، متشکل از چندین مولکول قندهای ساده به هم پیوسته؛
- پلی ساکاریدها، آنها حاوی بیش از 10 مولکول مونوساکارید و مشتقات آنها هستند.
عملکرد کربوهیدرات
همه مواد آلی در سلول عملکردهای خاصی را انجام می دهند. بنابراین، برای مثال، گلوکز منبع اصلی انرژی است. در سلول های همه موجودات زنده تجزیه می شود. این در طول تنفس سلولی اتفاق می افتد. گلیکوژن و نشاسته منبع اصلی انرژی هستند، اولی در حیوانات و دومی در گیاهان.
کربوهیدرات ها نیز عملکرد ساختاری دارند. سلولز جزء اصلی دیواره سلولی گیاه است. و در بندپایان، کیتین همین کار را انجام می دهد. همچنین در سلول های قارچ های بالاتر یافت می شود. اگر الیگوساکاریدها را به عنوان مثال در نظر بگیریم، آنها بخشی از غشای سیتوپلاسمی هستند - به شکل گلیکولیپیدها و گلیکوپروتئین ها. همچنین، گلیکوکالیکس اغلب در سلول ها شناسایی می شود. پنتوزها در سنتز اسیدهای نوکلئیک نقش دارند. در این حالت، دئوکسی ریبوز در DNA و ریبوز در RNA گنجانده می شود. همچنین، این اجزا در کوآنزیم ها، به عنوان مثال، در FAD، یافت می شوند. NADP و NAD.
کربوهیدرات ها همچنین قادر به انجام یک عملکرد محافظتی در بدن هستند. در حیوانات، ماده هپارین به طور فعال از لخته شدن سریع خون جلوگیری می کند. این در هنگام آسیب بافتی تشکیل می شود و از تشکیل لخته های خون در رگ ها جلوگیری می کند. هپارین به مقدار زیاد در ماست سل ها در گرانول یافت می شود.
اسیدهای نوکلئیک
پروتئین ها، کربوهیدرات ها و لیپیدها همه گروه های شناخته شده ای از مواد آلی نیستند. شیمی همچنین شامل اسیدهای نوکلئیک است. اینها بیوپلیمرهای حاوی فسفر هستند. آنها با قرار گرفتن در هسته سلولی و سیتوپلاسم همه موجودات زنده، انتقال و ذخیره داده های ژنتیکی را تضمین می کنند. این مواد به لطف بیوشیمیدان F. Miescher که اسپرم ماهی قزل آلا را مطالعه کرد، کشف شد. این یک کشف "تصادفی" بود. کمی بعد، RNA و DNA نیز در تمام موجودات گیاهی و جانوری یافت شد. اسیدهای نوکلئیک در سلول های قارچ ها و باکتری ها و همچنین ویروس ها نیز جدا شده اند.
در مجموع، دو نوع اسید نوکلئیک در طبیعت یافت می شود - ریبونوکلئیک (RNA) و دئوکسی ریبونوکلئیک (DNA). تفاوت از عنوان مشخص است. DNA حاوی دئوکسی ریبوز، یک قند پنج کربنه است. و ریبوز در مولکول RNA یافت می شود.
اسیدهای نوکلئیک توسط شیمی آلی مورد مطالعه قرار می گیرند. موضوعات برای تحقیق نیز توسط پزشکی دیکته می شود. بسیاری از بیماری های ژنتیکی در کدهای DNA پنهان هستند که دانشمندان هنوز آنها را کشف نکرده اند.
