อินทรีย์วัตถุเป็นสารประกอบเคมีที่มีคาร์บอน ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือกรดคาร์บอนิก คาร์ไบด์ คาร์บอเนต ไซยาไนด์ และออกไซด์ของคาร์บอน
ประวัติศาสตร์
คำว่า "สารอินทรีย์" ปรากฏอยู่ในชีวิตประจำวันของนักวิทยาศาสตร์ในช่วงแรกของการพัฒนาเคมี ในเวลานั้น โลกทัศน์ที่มีชีวิตชีวาครอบงำ มันเป็นความต่อเนื่องของประเพณีของอริสโตเติลและพลินี ในช่วงเวลานี้ เหล่าเกจิต่างยุ่งกับการแบ่งโลกออกเป็นสิ่งมีชีวิตและไม่มีชีวิต ในเวลาเดียวกัน สารทั้งหมดโดยไม่มีข้อยกเว้น ถูกแบ่งออกเป็นแร่ธาตุและอินทรีย์อย่างชัดเจน เชื่อกันว่าในการสังเคราะห์สารประกอบของสาร "ที่มีชีวิต" จำเป็นต้องมี "ความแข็งแกร่ง" เป็นพิเศษ มันมีอยู่ในสิ่งมีชีวิตทั้งหมด และองค์ประกอบอินทรีย์ไม่สามารถเกิดขึ้นได้หากไม่มีมัน
คำกล่าวนี้ไร้สาระสำหรับวิทยาศาสตร์สมัยใหม่ ครอบงำมาเป็นเวลานานมาก จนกระทั่งในปี พ.ศ. 2371 ฟรีดริช วอห์เลอร์ได้ทดลองหักล้างมัน เขาสามารถรับยูเรียอินทรีย์จากแอมโมเนียมไซยาเนตอนินทรีย์ได้ สิ่งนี้ผลักดันเคมีไปข้างหน้า อย่างไรก็ตาม ในปัจจุบันการแบ่งสารอินทรีย์และอนินทรีย์ยังคงไว้ซึ่งการจำแนกสารอินทรีย์มันรองรับการจำแนกประเภท รู้จักสารประกอบอินทรีย์เกือบ 27 ล้านชนิด
ทำไมสารประกอบอินทรีย์จึงมีมากมาย
อินทรีย์วัตถุคือสารประกอบคาร์บอน อันที่จริงนี่เป็นองค์ประกอบที่แปลกมาก คาร์บอนสามารถสร้างโซ่จากอะตอมได้ มันสำคัญมากที่การเชื่อมต่อระหว่างกันจะมีเสถียรภาพ
นอกจากนี้ คาร์บอนในสารอินทรีย์ยังมีวาเลนซี - IV. จากนี้ไปองค์ประกอบนี้สามารถสร้างพันธะกับสารอื่น ๆ ได้ไม่เพียงแค่ตัวเดียว แต่ยังรวมถึงสองเท่าและสามเท่า เมื่อทวีคูณมากขึ้น สายของอะตอมจะสั้นลง ในขณะเดียวกันความเสถียรของการเชื่อมต่อก็เพิ่มขึ้นเท่านั้น
นอกจากนี้ คาร์บอนยังมีความสามารถในการสร้างโครงสร้างที่แบนราบ เชิงเส้น และสามมิติ นั่นคือเหตุผลที่ธรรมชาติมีสารอินทรีย์ที่แตกต่างกันมากมาย
องค์ประกอบ
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น สารอินทรีย์คือสารประกอบคาร์บอน และนี่เป็นสิ่งสำคัญมาก สารประกอบอินทรีย์เกิดขึ้นเมื่อมีความสัมพันธ์กับธาตุแทบทุกธาตุในตารางธาตุ โดยธรรมชาติแล้ว องค์ประกอบส่วนใหญ่ (นอกเหนือจากคาร์บอน) ประกอบด้วยออกซิเจน ไฮโดรเจน ซัลเฟอร์ ไนโตรเจนและฟอสฟอรัส องค์ประกอบที่เหลือนั้นหายากกว่ามาก
คุณสมบัติ
ดังนั้น อินทรียวัตถุก็คือสารประกอบคาร์บอน อย่างไรก็ตาม มีเกณฑ์สำคัญหลายประการที่ต้องปฏิบัติตาม สารอินทรีย์ทั้งหมดมีคุณสมบัติทั่วไป:
1. ที่มีอยู่ระหว่างอะตอมประเภทของพันธะย่อมนำไปสู่การปรากฏตัวของไอโซเมอร์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ ประการแรก พวกมันเกิดจากการรวมตัวของโมเลกุลคาร์บอน ไอโซเมอร์เป็นสารที่แตกต่างกันซึ่งมีน้ำหนักโมเลกุลและองค์ประกอบเท่ากัน แต่มีคุณสมบัติทางเคมีและทางกายภาพต่างกัน ปรากฏการณ์นี้เรียกว่า isomerism
2. เกณฑ์อีกประการหนึ่งคือปรากฏการณ์ของความคล้ายคลึงกัน เหล่านี้เป็นชุดของสารประกอบอินทรีย์ ซึ่งสูตรของสารข้างเคียงแตกต่างจากสูตรก่อนหน้าโดยกลุ่มหนึ่ง CH2 คุณสมบัติที่สำคัญนี้นำไปใช้ในวัสดุศาสตร์
สารอินทรีย์มีกี่ประเภท
สารประกอบอินทรีย์มีหลายประเภท พวกเขาเป็นที่รู้จักของทุกคน เหล่านี้คือโปรตีนไขมันและคาร์โบไฮเดรต กลุ่มเหล่านี้สามารถเรียกได้ว่าเป็นโพลิเมอร์ชีวภาพ พวกเขามีส่วนร่วมในการเผาผลาญในระดับเซลล์ในสิ่งมีชีวิตใด ๆ กรดนิวคลีอิกรวมอยู่ในกลุ่มนี้ด้วย ดังนั้นเราสามารถพูดได้ว่าอินทรียวัตถุคือสิ่งที่เรากินทุกวัน สิ่งที่เราสร้างขึ้น
โปรตีน
โปรตีนประกอบด้วยส่วนประกอบโครงสร้าง - กรดอะมิโน เหล่านี้เป็นโมโนเมอร์ของพวกมัน โปรตีนเรียกอีกอย่างว่าโปรตีน รู้จักกรดอะมิโนประมาณ 200 ชนิด ทั้งหมดนี้พบได้ในสิ่งมีชีวิต แต่มีเพียงยี่สิบเท่านั้นที่เป็นส่วนประกอบของโปรตีน พวกเขาเรียกว่าพื้นฐาน แต่ในวรรณคดี คุณยังอาจพบคำศัพท์ที่ไม่ค่อยเป็นที่นิยม เช่น กรดอะมิโนที่สร้างโปรตีนและโปรตีน สูตรของสารอินทรีย์ในกลุ่มนี้ประกอบด้วยเอมีน (-NH2) และส่วนประกอบคาร์บอกซิล (-COOH) พวกมันเชื่อมต่อกันด้วยพันธะคาร์บอนเดียวกัน
ฟังก์ชั่นโปรตีน
โปรตีนในร่างกายของพืชและสัตว์ทำหน้าที่สำคัญหลายอย่าง แต่สิ่งสำคัญคือโครงสร้าง โปรตีนเป็นส่วนประกอบหลักของเยื่อหุ้มเซลล์และเมทริกซ์ของออร์แกเนลล์ในเซลล์ ในร่างกายของเรา ผนังหลอดเลือดแดง เส้นเลือดฝอย และเส้นเลือดฝอย เอ็นและกระดูกอ่อน เล็บและผมทั้งหมดประกอบด้วยโปรตีนที่แตกต่างกันเป็นหลัก
หน้าที่ต่อไปคือเอนไซม์ โปรตีนทำหน้าที่เป็นเอนไซม์ พวกมันกระตุ้นปฏิกิริยาเคมีในร่างกาย พวกเขามีหน้าที่ในการสลายสารอาหารในทางเดินอาหาร ในพืช เอ็นไซม์แก้ไขตำแหน่งของคาร์บอนระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง
โปรตีนบางชนิดมีสารต่างๆในร่างกาย เช่น ออกซิเจน อินทรียวัตถุก็สามารถเข้าร่วมได้ นี่คือการทำงานของฟังก์ชันการขนส่ง โปรตีนมีไอออนของโลหะ กรดไขมัน ฮอร์โมน และคาร์บอนไดออกไซด์และเฮโมโกลบินผ่านหลอดเลือด การขนส่งยังเกิดขึ้นที่ระดับระหว่างเซลล์
โปรตีน - อิมมูโนโกลบูลิน - มีหน้าที่ในการป้องกัน เหล่านี้เป็นแอนติบอดีในเลือด ตัวอย่างเช่น thrombin และ fibrinogen มีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในกระบวนการแข็งตัว จึงป้องกันการสูญเสียเลือดได้มากขึ้น
โปรตีนมีหน้าที่ในการทำหน้าที่หดตัว เนื่องจาก myosin และ actin protofibrils ทำการเคลื่อนไหวแบบเลื่อนอย่างต่อเนื่องเมื่อเทียบกับแต่ละอื่น ๆ เส้นใยกล้ามเนื้อจึงหดตัว แต่ถึงแม้จะอยู่ในสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวก็คล้ายคลึงกันกระบวนการ การเคลื่อนที่ของแฟลกเจลลาของแบคทีเรียยังเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเลื่อนของไมโครทูบูลซึ่งมีลักษณะเป็นโปรตีน
ออกซิเดชันของสารอินทรีย์ปล่อยพลังงานจำนวนมาก แต่ตามกฎแล้วโปรตีนจะถูกบริโภคเพื่อต้องการพลังงานน้อยมาก สิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อสินค้าหมดสต็อก ไขมันและคาร์โบไฮเดรตเหมาะสมที่สุดสำหรับสิ่งนี้ ดังนั้นโปรตีนสามารถทำหน้าที่ด้านพลังงานได้ แต่ภายใต้เงื่อนไขบางประการเท่านั้น
ไขมัน
สารประกอบคล้ายไขมันก็เป็นสารอินทรีย์เช่นกัน ลิปิดเป็นโมเลกุลทางชีววิทยาที่ง่ายที่สุด พวกมันไม่ละลายในน้ำ แต่จะสลายตัวในสารละลายที่ไม่มีขั้ว เช่น น้ำมันเบนซิน อีเธอร์ และคลอโรฟอร์ม พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ที่มีชีวิตทั้งหมด ในทางเคมี ลิพิดเป็นเอสเทอร์ของแอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิก ที่มีชื่อเสียงที่สุดของพวกเขาคือไขมัน ในร่างกายของสัตว์และพืช สารเหล่านี้ทำหน้าที่สำคัญหลายอย่าง ไขมันหลายชนิดถูกใช้ในการแพทย์และอุตสาหกรรม
หน้าที่ของไขมัน
สารเคมีอินทรีย์เหล่านี้ร่วมกับโปรตีนในเซลล์ ก่อตัวเป็นเยื่อหุ้มชีวภาพ แต่หน้าที่หลักคือพลังงาน เมื่อโมเลกุลของไขมันถูกออกซิไดซ์ พลังงานจำนวนมหาศาลจะถูกปล่อยออกมา ไปสู่การก่อตัวของ ATP ในเซลล์ ในรูปของไขมัน พลังงานสำรองจำนวนมากสามารถสะสมในร่างกายได้ บางครั้งก็เกินความจำเป็นสำหรับการใช้ชีวิตปกติ ด้วยการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิสภาพในการเผาผลาญของเซลล์ "ไขมัน" ก็จะมีมากขึ้น แม้ว่าในความเป็นธรรมควรสังเกตว่าเงินสำรองที่มากเกินไปนั้นจำเป็นสำหรับสัตว์และพืชที่จำศีล หลายคนเชื่อว่าต้นไม้และไม้พุ่มกินดินในช่วงอากาศหนาว ในความเป็นจริง พวกเขากำลังใช้น้ำมันและไขมันสำรองที่พวกเขาทำขึ้นในช่วงฤดูร้อนจนหมด
ในร่างกายมนุษย์และสัตว์ ไขมันสามารถทำหน้าที่ป้องกันได้เช่นกัน จะสะสมอยู่ในเนื้อเยื่อใต้ผิวหนังและรอบอวัยวะ เช่น ไตและลำไส้ ดังนั้นจึงใช้ป้องกันความเสียหายทางกลได้ดี กล่าวคือ แรงกระแทก
นอกจากนี้ ไขมันยังมีค่าการนำความร้อนต่ำ ซึ่งช่วยให้ร่างกายอบอุ่น สิ่งนี้สำคัญมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพอากาศหนาวเย็น ในสัตว์ทะเล ชั้นไขมันใต้ผิวหนังยังมีส่วนช่วยในการลอยตัวได้ดี แต่สำหรับนก ไขมันยังทำหน้าที่กันน้ำและหล่อลื่น แว็กซ์เคลือบขนและทำให้ขนมีความยืดหยุ่นมากขึ้น พืชบางชนิดมีการเคลือบเหมือนกันบนใบ
คาร์โบไฮเดรต
สูตรอินทรีย์ C (H2O)m ระบุว่าสารประกอบนั้นเป็นของ คาร์โบไฮเดรตระดับ ชื่อของโมเลกุลเหล่านี้หมายถึงความจริงที่ว่าพวกมันประกอบด้วยออกซิเจนและไฮโดรเจนในปริมาณที่เท่ากันกับน้ำ นอกจากองค์ประกอบทางเคมีเหล่านี้แล้ว สารประกอบอาจมีไนโตรเจนอยู่ด้วย
คาร์โบไฮเดรตในเซลล์คือสารประกอบอินทรีย์กลุ่มหลัก เหล่านี้เป็นผลิตภัณฑ์หลักของกระบวนการสังเคราะห์ด้วยแสง พวกเขายังเป็นผลิตภัณฑ์เริ่มต้นของการสังเคราะห์ในพืชอื่น ๆสารต่างๆ เช่น แอลกอฮอล์ กรดอินทรีย์ และกรดอะมิโน คาร์โบไฮเดรตยังเป็นส่วนหนึ่งของเซลล์ของสัตว์และเชื้อราอีกด้วย พวกเขายังพบในองค์ประกอบหลักของแบคทีเรียและโปรโตซัว ดังนั้น ในเซลล์สัตว์ พวกมันมีตั้งแต่ 1 ถึง 2% และในเซลล์พืช จำนวนของพวกมันสามารถสูงถึง 90%
วันนี้คาร์โบไฮเดรตมีเพียงสามกลุ่ม:
- น้ำตาลธรรมดา (โมโนแซ็กคาไรด์);
- โอลิโกแซ็กคาไรด์ซึ่งประกอบด้วยน้ำตาลหลาย ๆ โมเลกุลที่เชื่อมต่อกันอย่างต่อเนื่อง
- พอลิแซ็กคาไรด์ พวกมันประกอบด้วยโมโนแซ็กคาไรด์มากกว่า 10 โมเลกุลและอนุพันธ์ของพวกมัน
ฟังก์ชั่นคาร์โบไฮเดรต
สารอินทรีย์ทั้งหมดในเซลล์ทำหน้าที่บางอย่าง ตัวอย่างเช่น กลูโคสเป็นแหล่งพลังงานหลัก มันถูกทำลายลงในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด สิ่งนี้เกิดขึ้นระหว่างการหายใจระดับเซลล์ ไกลโคเจนและแป้งเป็นแหล่งพลังงานหลัก โดยแหล่งแรกอยู่ในสัตว์และอย่างหลังในพืช
คาร์โบไฮเดรตยังทำหน้าที่โครงสร้าง เซลลูโลสเป็นส่วนประกอบหลักของผนังเซลล์พืช และในสัตว์ขาปล้อง ไคตินก็ทำหน้าที่เดียวกัน นอกจากนี้ยังพบในเซลล์ของเชื้อราชั้นสูงอีกด้วย หากเราใช้โอลิโกแซ็กคาไรด์เป็นตัวอย่าง พวกมันเป็นส่วนหนึ่งของเยื่อหุ้มไซโตพลาสซึม - ในรูปของไกลโคลิปิดและไกลโคโปรตีน นอกจากนี้ มักตรวจพบไกลโคคาลิ็กซ์ในเซลล์ เพนโทสมีส่วนร่วมในการสังเคราะห์กรดนิวคลีอิก ในกรณีนี้ ดีออกซีไรโบสจะรวมอยู่ใน DNA และไรโบสจะรวมอยู่ใน RNA นอกจากนี้ ส่วนประกอบเหล่านี้ยังพบได้ในโคเอ็นไซม์ เช่น ใน FADNADP และ NAD.
คาร์โบไฮเดรตยังสามารถทำหน้าที่ป้องกันในร่างกาย ในสัตว์ต่างๆ สารเฮปารินจะป้องกันการแข็งตัวของเลือดอย่างรวดเร็ว มันเกิดขึ้นระหว่างความเสียหายของเนื้อเยื่อและบล็อกการก่อตัวของลิ่มเลือดในหลอดเลือด เฮปารินพบได้ในปริมาณมากในเซลล์แมสต์ในแกรนูล
กรดนิวคลีอิก
โปรตีน คาร์โบไฮเดรด และไขมันไม่ใช่สารอินทรีย์ที่รู้จักทั้งหมด เคมียังรวมถึงกรดนิวคลีอิก เหล่านี้เป็นพอลิเมอร์ชีวภาพที่มีฟอสฟอรัส พวกมันอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์และไซโตพลาสซึมของสิ่งมีชีวิตทั้งหมด ทำให้แน่ใจถึงการส่งและการจัดเก็บข้อมูลทางพันธุกรรม สารเหล่านี้ถูกค้นพบโดยนักชีวเคมี F. Miescher ผู้ศึกษาตัวอสุจิของปลาแซลมอน เป็นการค้นพบที่ "บังเอิญ" อีกไม่นาน RNA และ DNA ก็พบได้ในสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์ กรดนิวคลีอิกยังถูกแยกออกในเซลล์ของเชื้อราและแบคทีเรีย เช่นเดียวกับไวรัส
โดยรวมแล้ว กรดนิวคลีอิกพบได้ในธรรมชาติ 2 ชนิดคือ ไรโบนิวคลีอิก (RNA) และดีออกซีไรโบนิวคลีอิก (DNA) ความแตกต่างนั้นชัดเจนจากชื่อเรื่อง ดีเอ็นเอประกอบด้วยดีออกซีไรโบส ซึ่งเป็นน้ำตาลห้าคาร์บอน และพบไรโบสในโมเลกุลอาร์เอ็นเอ
กรดนิวคลีอิกศึกษาโดยเคมีอินทรีย์ หัวข้อสำหรับการวิจัยยังกำหนดโดยยา มีโรคทางพันธุกรรมมากมายที่ซ่อนอยู่ในรหัส DNA ที่นักวิทยาศาสตร์ยังไม่ได้ค้นพบ
