Chất hữu cơ là một hợp chất hóa học có chứa cacbon. Các trường hợp ngoại lệ duy nhất là axit cacbonic, cacbua, cacbonat, xyanua và oxit cacbon.
Lịch sử
Thuật ngữ "các chất hữu cơ" chính nó đã xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày của các nhà khoa học ở giai đoạn phát triển ban đầu của hóa học. Vào thời điểm đó, thế giới quan duy vật thống trị. Nó là sự tiếp nối truyền thống của Aristotle và Pliny. Trong thời kỳ này, các chuyên gia bận rộn phân chia thế giới thành sống và không sống. Đồng thời, tất cả các chất, không có ngoại lệ, được phân chia rõ ràng thành khoáng chất và hữu cơ. Người ta tin rằng để tổng hợp các hợp chất của các chất "sống", cần có một "sức mạnh" đặc biệt. Nó vốn có trong mọi sinh vật, và các yếu tố hữu cơ không thể hình thành nếu không có nó.
Tuyên bố này, thật nực cười đối với khoa học hiện đại, đã thống trị trong một thời gian rất dài, cho đến năm 1828 Friedrich Wöhler đã bác bỏ nó bằng thực nghiệm. Ông đã có thể thu được urê hữu cơ từ amoni cyanate vô cơ. Điều này đã thúc đẩy hóa học phát triển. Tuy nhiên, sự phân chia các chất thành hữu cơ và vô cơ vẫn được bảo tồn cho đến nay. Nó làm nền tảng cho sự phân loại. Gần 27 triệu hợp chất hữu cơ đã được biết đến.
Tại sao có nhiều hợp chất hữu cơ?
Chất hữu cơ, với một vài ngoại lệ, là một hợp chất cacbon. Trên thực tế, đây là một yếu tố rất gây tò mò. Carbon có thể tạo thành chuỗi từ các nguyên tử của nó. Điều rất quan trọng là kết nối giữa chúng phải ổn định.
Ngoài ra, cacbon trong chất hữu cơ thể hiện tính hoá trị - IV. Do đó, nguyên tố này có thể tạo liên kết với các chất khác không chỉ đơn, mà còn cả đôi và ba. Khi tính đa dạng của chúng tăng lên, chuỗi nguyên tử sẽ trở nên ngắn hơn. Đồng thời, độ ổn định của kết nối chỉ tăng lên.
Ngoài ra, carbon có khả năng hình thành cấu trúc phẳng, tuyến tính và ba chiều. Đó là lý do tại sao có rất nhiều chất hữu cơ khác nhau trong tự nhiên.
Thành phần
Như đã nói ở trên, chất hữu cơ là các hợp chất cacbon. Và điều này rất quan trọng. Các hợp chất hữu cơ phát sinh khi nó được liên kết với hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn. Trong tự nhiên, hầu hết thành phần của chúng (ngoài cacbon) bao gồm oxy, hydro, lưu huỳnh, nitơ và phốt pho. Các yếu tố còn lại hiếm hơn nhiều.
Thuộc tính
Vì vậy, chất hữu cơ là một hợp chất cacbon. Tuy nhiên, có một số tiêu chí quan trọng mà nó phải đáp ứng. Tất cả các chất có nguồn gốc hữu cơ đều có những đặc tính chung:
1. Tồn tại giữa các nguyên tửcác kiểu liên kết khác nhau chắc chắn dẫn đến sự xuất hiện của các đồng phân. Trước hết, chúng được hình thành do sự kết hợp của các phân tử cacbon. Đồng phân là những chất khác nhau có khối lượng và thành phần phân tử giống nhau, nhưng tính chất hóa học và vật lý khác nhau. Hiện tượng này được gọi là hiện tượng đồng phân.
2. Một tiêu chí khác là hiện tượng tương đồng. Đây là những dãy hợp chất hữu cơ, trong đó công thức của các chất lân cận khác với các chất trước đó bởi một nhóm CH2. Tính chất quan trọng này được áp dụng trong khoa học vật liệu.
Chất hữu cơ gồm những lớp nào?
Có một số lớp hợp chất hữu cơ. Họ được mọi người biết đến. Đây là protein, lipid và carbohydrate. Những nhóm này có thể được gọi là polyme sinh học. Chúng tham gia vào quá trình trao đổi chất ở cấp độ tế bào trong bất kỳ sinh vật nào. Cũng bao gồm trong nhóm này là các axit nucleic. Vì vậy, chúng ta có thể nói rằng chất hữu cơ là những gì chúng ta ăn hàng ngày, những gì chúng ta được tạo ra.
Protein
Protein bao gồm các thành phần cấu trúc - axit amin. Đây là các monome của chúng. Protein còn được gọi là protein. Khoảng 200 loại axit amin được biết đến. Tất cả chúng đều được tìm thấy trong các cơ thể sống. Nhưng chỉ có hai mươi trong số chúng là thành phần của protein. Chúng được gọi là cơ bản. Nhưng trong các tài liệu, bạn cũng có thể tìm thấy các thuật ngữ ít phổ biến hơn - các axit amin tạo protein và tạo protein. Công thức của loại chất hữu cơ này chứa thành phần amin (-NH2) và cacboxyl (-COOH). Chúng được kết nối với nhau bằng các liên kết cacbon giống nhau.
Chức năng của Protein
Protein trong cơ thể động thực vật thực hiện nhiều chức năng quan trọng. Nhưng cái chính là cấu trúc. Protein là thành phần chính của màng tế bào và chất nền của các bào quan trong tế bào. Trong cơ thể chúng ta, tất cả các thành động mạch, tĩnh mạch và mao mạch, gân và sụn, móng tay và tóc chủ yếu bao gồm các loại protein khác nhau.
Chức năng tiếp theo là enzym. Protein hoạt động như các enzym. Chúng xúc tác các phản ứng hóa học trong cơ thể. Chúng là nguyên nhân gây ra sự phân hủy các chất dinh dưỡng trong đường tiêu hóa. Ở thực vật, các enzym cố định vị trí của cacbon trong quá trình quang hợp.
Một số loại protein mang nhiều chất khác nhau trong cơ thể, chẳng hạn như oxy. Chất hữu cơ cũng có thể tham gia cùng chúng. Đây là cách hoạt động của chức năng vận tải. Protein mang các ion kim loại, axit béo, hormone và tất nhiên, carbon dioxide và hemoglobin qua các mạch máu. Vận chuyển cũng xảy ra ở cấp độ gian bào.
Hợp chất protein - globulin miễn dịch - chịu trách nhiệm về chức năng bảo vệ. Đây là những kháng thể trong máu. Ví dụ, thrombin và fibrinogen tham gia tích cực vào quá trình đông máu. Do đó, chúng ngăn ngừa mất máu nhiều hơn.
Protein cũng chịu trách nhiệm thực hiện chức năng co bóp. Do thực tế là các protofibrils myosin và actin liên tục thực hiện các chuyển động trượt tương đối với nhau, các sợi cơ co lại. Nhưng ngay cả trong các sinh vật đơn bào, tương tựcác quy trình. Sự di chuyển của trùng roi vi khuẩn cũng liên quan trực tiếp đến sự trượt của các vi ống có bản chất là protein.
Ôxy hoá chất hữu cơ giải phóng một lượng lớn năng lượng. Tuy nhiên, theo quy luật, protein rất hiếm khi được tiêu thụ cho nhu cầu năng lượng. Điều này xảy ra khi tất cả các kho dự trữ cạn kiệt. Lipid và carbohydrate là phù hợp nhất cho việc này. Do đó, protein có thể thực hiện một chức năng năng lượng, nhưng chỉ trong những điều kiện nhất định.
Lipit
Một hợp chất giống như chất béo cũng là một chất hữu cơ. Lipid thuộc loại phân tử sinh học đơn giản nhất. Chúng không hòa tan trong nước, nhưng phân hủy trong các dung dịch không phân cực như xăng, ete và cloroform. Chúng là một phần của tất cả các tế bào sống. Về mặt hóa học, lipit là este của rượu và axit cacboxylic. Nổi tiếng nhất trong số đó là chất béo. Trong cơ thể động vật và thực vật, các chất này thực hiện nhiều chức năng quan trọng. Nhiều chất béo được sử dụng trong y học và công nghiệp.
Chức năng của lipid
Các hóa chất hữu cơ này cùng với protein trong tế bào tạo thành màng sinh học. Nhưng chức năng chính của chúng là năng lượng. Khi các phân tử chất béo bị oxy hóa, một lượng năng lượng khổng lồ sẽ được giải phóng. Nó đi đến sự hình thành ATP trong tế bào. Ở dạng lipid, một lượng năng lượng dự trữ đáng kể có thể tích lũy trong cơ thể. Đôi khi chúng thậm chí còn nhiều hơn mức cần thiết để thực hiện cuộc sống bình thường. Với những thay đổi bệnh lý trong quá trình trao đổi chất của các tế bào "chất béo", nó trở nên nhiều hơn. Mặc ducông bằng mà nói, cần lưu ý rằng lượng dự trữ quá mức như vậy chỉ đơn giản là cần thiết cho động vật và thực vật ngủ đông. Nhiều người tin rằng cây cối và cây bụi ăn đất trong thời kỳ lạnh giá. Trên thực tế, họ đang sử dụng hết lượng dầu và chất béo dự trữ mà họ đã tạo ra trong mùa hè.
Trong cơ thể người và động vật, chất béo cũng có thể thực hiện chức năng bảo vệ. Chúng được lắng đọng trong mô dưới da và xung quanh các cơ quan như thận và ruột. Do đó, chúng đóng vai trò như một lớp bảo vệ tốt chống lại các hư hỏng cơ học, tức là va đập.
Ngoài ra, mỡ có độ dẫn nhiệt thấp, giúp giữ ấm tốt. Điều này rất quan trọng, đặc biệt là ở những vùng có khí hậu lạnh. Ở động vật biển, lớp mỡ dưới da cũng góp phần tạo nên khả năng nổi tốt. Nhưng ở chim, lipid còn thực hiện chức năng thấm nước và bôi trơn. Sáp sẽ bao phủ lông của chúng và giúp chúng đàn hồi hơn. Một số loài thực vật có lớp phủ tương tự trên lá.
Carbohydrate
Công thức hữu cơ C (H2O)mcho biết liệu hợp chất có thuộc lớp cacbohydrat. Tên của các phân tử này đề cập đến thực tế là chúng chứa oxy và hydro với lượng tương đương với nước. Ngoài các nguyên tố hóa học này, các hợp chất có thể chứa, ví dụ, nitơ.
Carbohydrate trong tế bào là nhóm hợp chất hữu cơ chính. Đây là những sản phẩm chính của quá trình quang hợp. Chúng cũng là sản phẩm ban đầu của quá trình tổng hợp ở các cây kháccác chất như rượu, axit hữu cơ và axit amin. Carbohydrate cũng là một phần của tế bào động vật và nấm. Chúng cũng được tìm thấy trong số các thành phần chính của vi khuẩn và động vật nguyên sinh. Vì vậy, trong tế bào động vật, chúng chiếm từ 1 đến 2%, và trong tế bào thực vật, số lượng của chúng có thể lên tới 90%.
Ngày nay, chỉ có ba nhóm carbohydrate:
- đường đơn (monosaccharide);
- oligosaccharides, bao gồm một số phân tử đường đơn được kết nối liên tiếp;
- polysaccharid, chúng chứa hơn 10 phân tử monosaccharid và các dẫn xuất của chúng.
Chức năngCarbohydrate
Tất cả các chất hữu cơ trong tế bào đều thực hiện một số chức năng nhất định. Vì vậy, ví dụ, glucose là nguồn năng lượng chính. Nó bị phân hủy trong tế bào của tất cả các sinh vật sống. Điều này xảy ra trong quá trình hô hấp tế bào. Glycogen và tinh bột là nguồn năng lượng chính, nguồn năng lượng trước ở động vật và nguồn năng lượng sau ở thực vật.
Carbohydrate cũng thực hiện một chức năng cấu trúc. Xenlulozơ là thành phần chính của thành tế bào thực vật. Và ở động vật chân đốt, kitin cũng thực hiện chức năng tương tự. Nó cũng được tìm thấy trong các tế bào của nấm bậc cao. Nếu chúng ta lấy oligosaccharid làm ví dụ, thì chúng là một phần của màng tế bào chất - ở dạng glycolipid và glycoprotein. Ngoài ra, glycocalyx thường được phát hiện trong tế bào. Pentoses tham gia vào quá trình tổng hợp axit nucleic. Trong trường hợp này, deoxyribose được bao gồm trong DNA và ribose được bao gồm trong RNA. Ngoài ra, các thành phần này được tìm thấy trong coenzyme, ví dụ, trong FAD,NADP và NAD.
Carbohydrate cũng có khả năng thực hiện chức năng bảo vệ cơ thể. Ở động vật, chất heparin tích cực ngăn chặn quá trình đông máu nhanh. Nó được hình thành trong quá trình tổn thương mô và ngăn chặn sự hình thành các cục máu đông trong mạch. Heparin được tìm thấy với số lượng lớn trong tế bào mast ở dạng hạt.
Axit nucleic
Protein, carbohydrate và lipid không phải là tất cả các nhóm chất hữu cơ được biết đến. Hóa học cũng bao gồm các axit nucleic. Đây là những chất tạo màng sinh học có chứa phốt pho. Chúng nằm trong nhân tế bào và tế bào chất của tất cả các sinh vật sống, đảm bảo việc truyền tải và lưu trữ dữ liệu di truyền. Những chất này được phát hiện nhờ nhà hóa sinh F. Miescher, người đã nghiên cứu về tinh trùng cá hồi. Đó là một khám phá "tình cờ". Một thời gian sau, RNA và DNA cũng được tìm thấy trong tất cả các sinh vật động thực vật. Axit nucleic cũng đã được phân lập trong tế bào của nấm và vi khuẩn, cũng như vi rút.
Tổng cộng, có hai loại axit nucleic được tìm thấy trong tự nhiên - ribonucleic (RNA) và deoxyribonucleic (DNA). Sự khác biệt rõ ràng từ tiêu đề. DNA chứa deoxyribose, một loại đường năm carbon. Và ribose được tìm thấy trong phân tử RNA.
Axit nucleic được nghiên cứu bằng hóa học hữu cơ. Các chủ đề nghiên cứu cũng do y học quy định. Có rất nhiều bệnh di truyền ẩn trong mã DNA mà các nhà khoa học vẫn chưa khám phá ra.
