Чем объясняется многообразие органических веществ живых организмов

Многообразие органических веществ объясняется

Многообразие органических соединений, их классификация

Органические вещества живой природы. Уровни организации органических веществ. Природный и сопутствующие нефтяные газы, нефть, каменный уголь.

Многообразие органических соединений определяется уникальной способностью атомовуглерода соединяться друг с другом простыми и кратными связями, образовывать соединения с практически неограниченным числом атомов, связанных в цепи, циклы, бициклы, трициклы, полициклы, каркасы и др., образовывать прочные связи почти со всеми элементами периодической системы (формирование как функциональных групп, так и различного рода соединений иного порядка), а также явлением изомерии и гомологии — существованием разных по свойствам веществ, обладающих одним и тем же составом и молекулярной массой.

Органические вещества можно разделить на две основные группы – циклические и ациклические.

Ациклические также называют алифатическими. Ациклические разделяют на прямые и разветвлённые. Циклические на карбоциклические и ароматические. Особое значение имеет при этом наличие и характер функциональной группы.

Разнообразие органических соединений, усложнение их строения и функций – от метана да ДНК, связано преимущественно с неограниченными возможностями комбинирования структур, взаиморасположения атомов и фрагментов молекул при условии одного и того же состава.

Трудно вообразить себе число возможных органических соединений по этому поводу. Можно, конечно, попробовать, рассчитать (как звёзды на небе ) число возможных типов соединений, комбинаций и перекомбинаций. Это непосредственно будет связано с такой областью знаний как математика, а именно комбинаторика. (это Ваша вероятность выигрыша в азартной игре, лотерее и т.д.)

Формулы для вычисления:

Имеется n последовательно расположенных неодинаковых элементов. Требуется найти количество способов, которыми их можно переставить (построение изомеров, например, из атомов углерода и атомов функциональных групп – теоретический расчёт построения и возможности существования аминокислот, например – при этом, в результате невозможно будет осуществить синтез некоторых аминокислот ввиду термодинамических и стереохимических проблем и т.д.):

(восклицательным знаком обозначается факториал), где n – количество неодинаковых элементов.

Это относительно расположения элементов

Имеется n различных (неодинаковых, неповторяющихся) элементов. Требуется выбрать из них m элементов, безразлично, в каком порядке (построение первичной структуры – белковых цепочек из суммы возможных аминокислот, при этом часть структур в реальности существовать не будет, иные не будут иметь структур последующих порядков, а ещё часть будет нефункциональна – «теория отбора в биологии» )

имеется n различных элементов. Нужно выбрать из них m элементов, причем порядок расположения элементов важен! (к примеру, синтез белка, или синтез нуклеиновой кислоты осуществляется с выбором определённой аминокислоты или нуклеотида соответственно)

Стоит также отметить, что органические вещества способны к взаимопревращениям, что является основой искусственных синтезов веществ. При этом можно синтезировать вещества с заранее заданными свойствами. При этом стоит отметить, что строение, в особенности пространственное будет определять специфические функции белков, в особенности полимеров, действие лекарственных веществ.

Молекулярный уровень является продолжением атомарного и в то же время предшественником полимерного уровня.

Для многих органических веществ, составляющих организмы, присущ не только молекулярный, но и полимерный уровень организации.

Молекулярный уровень организации имеет ряд особенностей:

— ковалентная связь между атомами в молекулах

— постоянный состав молекул

— постоянная молекулярная масса

Стоит отметить два понятия

Изменение конфигурации жиров при жарке приводит к такому изменению конфигурации ненасыщенных карбоновых кислот, что образуются транс-жиры, которые содержат остатки элаидиновой кислоты, вредной при встраивании её в состав плазматической оболочки клеток. (деструктуризация, нарушение обменных процессов, запуск свободнорадикальных процессов) Изменение пространственной конфигурации приводит к тому, что белки утрачивают свою активность, изменяется состав клеточных мембран, нарушаются их функции.

Конформация — (от лат. conformatio — форма, построение, расположение) молекул, геометрические формы, которые могут принимать молекулы органических соединений при вращении атомов или групп атомов (заместителей) вокруг простых связей при сохранении неизменными порядка химической связи атомов (химического строения), длины связей и валентных углов. Внутримолекулярное движение обуславливает изменение конформаций.

Крахмал. Полимер. Степени полимеризации. Характер Связей. ( водородные, гидрофильные и т.д.)

Природный газ. Нефть. Каменный уголь.

Нефть — маслянистая жидкость темного (от бурого до черного) цвета с характерным запахом, нерастворимая в воде. Ее плотность меньше, чем у воды, поэтому, попадая в нее, нефть растекается по поверхности, препятствуя растворению кислорода и других газов воздуха в воде. Очевидно, что, попадая в природные водоемы, нефть вызывает гибель микроорганизмов и животных, приводя к экологическим бедствиям и даже катастрофам. Существуют бактерии, способные использовать компоненты нефти в качестве пищи, преобразуя ее в безвредные продукты своей жизнедеятельности.

Как и попутный нефтяной, природный газ используется и как топливо, и в качестве сырья для получения разнообразных органических и неорганических веществ. В качестве топлива природный газ используют на электростанциях, в котельных системах водяного отопления жилых домов и промышленных зданий, в доменном и мартеновском производствах.

Чиркая спичкой и зажигая газ в кухонной газовой плите городского дома, вы «запускаете» цепную реакцию окисления алканов, входящих в состав природного газа., Кроме нефти, природного и попутного нефтяного газов, природным источником углеводородов является каменный уголь.

0н образует мощные пласты в земных недрах, его разведанные запасы значительно превышают запасы нефти. Как и нефть, каменный уголь содержит большое количество различных органических веществ. Кроме органических, в его состав входят и неорганические вещества, такие, например, как вода, аммиак, сероводород и конечно же сам углерод — уголь. Одним из основных способов переработки каменного угля является коксование — прокаливание без доступа воздуха.

Число: известное органическое соединение

Число известных органических соединений ( около 3 миллионов) значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы Менделеева.

В настоящее время известно несколько более ста пятидесяти тысяч неорганических соединений, примерно такое же число новых органических соединений получают сейчас в один год. Это происходит не только потому, что химики особенно интенсивно занимаются получением и исследованием органических веществ, но и вследствие особой способности элемента углерода давать соединения, содержащие практически неограниченное число атомов углерода, связанных в цепи и циклы.

Число известных органических соединений ( около 6 млн) значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы Менделеева.

Число известных органических соединений ( более 3 миллионов) значительно превышает число соединений всех остальных элементов периодической системы Менделеева.

В настоящее время число известных органических соединений уже перевалило за 4 миллиона, и буквально день за днем химики синтезируют или выделяют все новые и новые вещества.

В основе классификации органических соединений лежит их структура. За основу наиболее рационального описания структуры до сих, пор берется структурная формула или формула строения, В пей все ковалеитиые связи чисто формально изображаются валентной чертой с учетом того, что каждому элементу присуща определенная валентность.

Органические вещества почти всегда наряду с углеродом содержат атомы водорода, за исключением таких, например, соединений, как четыреххлористый углерод и тетранитрометан. Углеводороды составляют первый основной класс органических соединений.

Если в настоящее время известно несколько более пятидесяти тысяч неорганических соединений, то число известных органических соединений превышает миллион. Это произошло не только потому, что химики особенно интенсивно занимались получением и исследованием органических веществ, но и вследствие особой способности элемента углерода давать соединения, содержащие практически неограниченное число атомов углерода в молекуле.

Органические соединения значительно более многочисленны, чем неорганические вещества. Число известных органических соединений уже превышает два миллиона.

Количество соединений углерода столь велико, что для их описания потребовалось выделить самостоятельное направление в химии — органическую химию. Число известных органических соединений углерода превышает 10 миллионов, тогда как число соединений всех остальных элементов составляет примерно 120 тысяч.

Велер писал, что органическая химия представляется ему огромной чащей без выхода, без конца, куда не осмеливаешься проникнуть…

Что же сказать сегодня, когда число известных органических соединений приближается к пяти миллионам. Прежде всего то, что, несмотря на свой огромный объем, органическая химия уже не кажется огромной чащей без выхода, без конца: она представляется, скорее, величественным зданием со строгой, ясной планировкой.

Органическая химия изучает соединения, которые содержат углерод и водород и могут также содержать другие элементы, такие, как кислород, азот, галогены, сера, фосфор и некоторые металлы. Замечательная особенность органической химии состоит в том, что число известных органических соединений огромно и неограниченно число таких, которые могут существовать.

В настоящее время известно свыше одного миллиона различных органических соединений.

Многообразие органических веществ

Ежегодно тысячи новых соединений либо открываются в природе, либо синтезируются в лаборатории. Показателем развития данной области может служить количество соединений, которые были известны на различных этапах времени.

Свинец в большинстве его органических соединений проявляет валентность, равную четырем. Однако в некоторых свинецорганических соединениях он остается двухвалентным. Число известных органических соединений с двухвалентным свинцом невелико [158], и оно включает главным образом диарпльные производные этого металла.

Органических соединений насчитывается ныне около 5 млн., и каждое из них имеет свое название.

Непрерывно синтезируются или открываются в природе новые вещества. Считают, что ежегодно число известных органических соединений увеличивается примерно на 200 тыс.; следовательно, каждый год появляется такое же число новых названий. Химики давно уже поняли, что научное название должно быть построено по определенным правилам.

Женевская — из 62 правил на 10 страницах. Большой объем правил ШРАС частично связан с ростом разнообразия и числа известных органических соединений, однако прежде всего он вызван упоминавшимся уже желанием составителей кодифицировать существующую практику во всем ее многообразии.

Теоретические основы органической химии

Кроме углерода, они почти всегда содержат водород, довольно часто – кислород, азот и галогены, реже – фосфор, серу и другие элементы.

Однако сам углерод и некоторые простейшие его соединения, такие как оксид углерода(II), оксид углерода (IV), угольная кислота, карбонаты, карбиды и т.п., по характеру свойств относятся к неорганическим соединениям.

Поэтому часто используется другое определение:

Благодаря особым свойствам углерода, органические соединения очень многочисленны. Сейчас они составляют подавляющее большинство из 136 миллионов соединений, зарегистрированных к началу 2018 года, и их число постоянно возрастает

10 млн. за 2017 год. (см. динамический счётчик «ORGANIC AND INORGANIC SUBSTANCES TO DATE» на сайте CAS – Chemical Abstracts Service).

Динамика роста числа новых соединений

Сырьевые источники органических веществ: нефть, природный газ, попутные нефтяные газы, каменный и бурый угли, горючие сланцы, сланцевый газ, торф, древесина и сельскохозяйственные растения.Видео (из фонда советских научно-популярных фильмов)

К органическим веществам относят углеродсодержащие вещества, преимущественно образующиеся в живых организмах. На сегодня, многие органические вещества могут быть получены искусственно в лаборатории. Синтезировано большое количество органических соединений, не встречающихся в природе.

Общее число известных органических веществ превышает 10 миллионов, в то время как неорганических — около 100 тысяч.

Такое многообразие органических соединений связано со способностью атомов углерода соединяться в цепи различной длины.

Связи между атомами углерода могут быть одинарными и кратными: двойными, тройными. При этом вещества могут иметь одинаковую молекулярную формулу, но разное строение и свойства (это явление получило название изомери́и).

В состав органических веществ входят углерод, водород, кислород, а также азот, фосфор, сера.

Кроме того, могут входить практически любые элементы.

Углеводороды — вещества, состоящие из двух элементов: углерода и водорода.

Метан (его также называют болотный, рудничный газ, т. к. он образуется при разложении органических остатков на дне болот, а также выделяется из пластов каменного угля в рудниках). Состоит из одного атома углерода, соединенного ковалентными связями с четырьмя атомами водорода.

Молекулярная формула CH4. Структурная формула показывает порядок связи атомов в молекуле:
H
l
H – C – H
l
H

Чтобы правильно составлять структурные формулы органических веществ, нужно помнить, что атомы углерода образуют по 4 связи, изображаемые черточками (т.е. валентность углерода по числу связей равна четырем. В органической химии преимущественно используется именно валентность по числу связей).

В 10–11 классах изучается, что молекула метана имеет форму треугольной пирамиды — тетраэдра, подобно знаменитым египетским пирамидам.

Этилен C2H4 состоит из двух атомов углерода, соединенных двойной связью:

Угол между связями составляет 120º (электронные пары,образующие связь отталкиваются и располагаются на максимальном расстоянии друг от друга).

Ацетилен C2H2 содержит тройную связь:
H – C ≡ C – H

В качестве примера кислородсодержащих органических веществ можно назвать метиловый (древесный) спирт CH3OH (систематическое название метанол),

этиловый спирт C2H5OH (этанол),

уксусную кислоту CH3COOH

(кислотный остаток уксусной кислоты CH3COO− обычно находится в нижней строчке таблицы растворимости, поэтому если забудете формулу, возьмите таблицу растворимости — она должна быть на экзамене — и добавьте к кислотному остатку водород)

Источник

Тема 4.урок №1. Особенности и многообразие органических соединений. 9 класс

Онлайн-конференция

«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Тема 4.урок №1. Особенности и многообразие органических соединений

Не позволяй душе лениться,
Чтоб воду в ступе не толочь.
Душа обязана трудиться
И день, и ночь, и день, и ночь.

Цель : сформирование представлений о составе и строении органических соединений, их отличительных признаках; выявить причины многообразия органических веществ; продолжить формирование умения составлять структурные формулы на примере органических веществ.

Образовательные: сформировать понятие о предмете органической химии, рассмотреть особенности органических веществ; ознакомить с понятием валентности; начать формировать навыки составления структурных формул; раскрыть значение органических веществ.

Воспитательные: продолжить формирование познавательного интереса к предмету через использование нестандартных форм обучения и создание ситуации успеха.

Развивающие: развивать учебно-интеллектуальные умения выделять главное и существенное, устанавливать причинно-следственные связи (развивать логическое мышление); продолжить развитие учебно-организационных умений, направленных на выполнение поставленной задачи, осуществление самоконтроля и самоанализа учебной деятельности, развитие критического мышления.

оборудование. учебник химии Н.Е. Кузнецовой.

коллекция образцов органических и неорганических веществ (сахар, жидкость для снятия лака, духи, мыло, крахмал, вата, нитроглицерин (лекарство), парафиновая свеча, полиэтилен, уксусная кислота, вода, песок, железо, соль, стекло и др.),

I .Актуализация знаний

Вопросы классу. Что изучает химия? Что такое вещество?

Задание классу. Посмотрите на коллекцию предложенных веществ и разделите их на две группы .( коллекции органических и неорганических веществ )

По какому принципу разделили вещества?

химия тоже делится на два раздела: органическую и неорганическую.

Подберите родственные слова к слову «Органический» (орган, организм, органика)

Получены из продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов (сахар, жиры, масла, красители и др.), а также синтетические вещества (полиэтилен, капрон и др.).

Известно около 27млн.

Минеральные (вещества неживой природы: глина, песок, металлы и др.).

Таких веществ около 0,5 млн.

II . Изучение нового материала

1. история открытия органических соединений

Органическая химия как наука оформилась в начале XIX в., однако знакомство человека с органическими веществами и применение их для практических целей началось еще в глубокой древности.

Все органические вещества получали исключительно из продуктов жизнедеятельности растительных и животных организмов или в результате их переработки. Отсюда и произошло название «органические вещества».

Первой известной кислотой был уксус, или водный раствор уксусной кислоты. Древним народам было известно брожение виноградного сока, они знали примитивный способ перегонки и применяли его для получения скипидара; галлы и германцы знали способы варки мыла; в Египте, Галлии и Германии умели варить пиво.

В Индии, Финикии и Египте было весьма развито искусство крашения при помощи органических веществ. Кроме того, древние народы пользовались такими органическими веществами, как масла, жиры, сахар, крахмал, камедь, смолы, индиго и т. д.

Еще в IX-X вв. были первые попытки деления веществ ( арабский ученый Абу Бакр инб Закарийа-ар-Рази). Ученые разделили все вещества на минеральные, растительные и животные. Помочь разгадать тайну органических веществ удалось Антуану Лаувазье.

Вопрос классу: в какой теме (уроке) 8 класса мы говорили про ученого Антуана Лавуазье?

В 1772—1777 рядом точных опытов показал сложность состава атмосферного воздуха и впервые правильно истолковал явления горения и обжигания как процессы соединения веществ с кислородом. Этого вывода не смогли сделать английский учёный Дж. Пристли и швед. химик К. Шееле, несмотря на то, что они открыли кислород раньше (1771-1774), чем Лавуазье.

Лавуазье обнаружил, что при прокаливании «минеральных веществ» образуются соединения разнообразного состава, а при сжигании «растительных и животных» веществ- оксид углерода(IV) и вода.

Вывод: основные элемены, входящие в состав органических соединений – это C и H, кроме них еще входят следующие элементы: O , N , S , P и т. д .

2. характеристика органических и неорганических веществ ( раздаю карточки, учащиеся заполняют таблицу самостоятельно, а затем проверяем вместе)

Таблица. Различие между органическими и неорганическими веществами

В состав входят- углерод, водород, кислород, реже азот.

Большинство веществ с ковалентной связью

Неустойчивы к нагреванию (свыше 400 0 С)

Наряду с некоторыми нерг. веществами образуют живую часть Земли (бисферу)

Большинство хим. элементов ПСХЭ входит с состав веществ

Большинство хим. связей имеет ионный характер

Многие устойчивы к сильному нагреванию

Образуют неживую часть Земли (лито, гидро, атмосфера)

Вывод: Кроме С, небольшое число элементов ( H , O , N , S , P ,галогены), ковалентная слабополярная или неполярная, решетка молекулярная, имеют низкие t пл., нерастворимы или плохо растворимы в Н ₂ О, неэлектролиты, в результате горения образуют СО ₂ и Н ₂ О

3. органические соединения – соединения углерода

Задание классу: записать строение атома углерода, какие электроны называем валентные.

Атом углерода как элемент главной подгруппы IV группы имеет четыре валентных электрона, что отражает электронная формула 1s2 2 s 2 2 р2 или графическая формула:

Очевидно, что атом углерода может быть двухвалентным, образуя две ковалентные связи за счет двух неспаренных электронов по механизму обобществления (спаривания) электронов.

Известно, что атом углерода может проявлять валентность II (например, в CO ) и IV (CO ₂ ). И в подавляющем большинстве соединений атом углерода четырех валентный. Это объясняется тем, что в таких соединениях, в том числе во всех органических, атом углерода находится в возбужденном состоянии

4.особенности атома углерода

1)валентность углерода в органических соединениях равна 4.

2)между двумя атомами возникают кратные связи, которые могут быть двойными и тройными (С=С, С = С, С=О, C = N ).

3)атомы углерода способны соединяться друг с другом;

4) образуют цепи и кольца, что не так типично для неорганических соединений. Это одна из причин многообразия органических соединений.

5) малая токсичность

6) в состав углеродных цепочек может входить разное число атомов углерода: от одного до нескольких тысяч. Кроме того, цепочки могут иметь разное строение

А теперь решим проблему многообразия органических веществ!

ИЗОМЕРЫ — это соединения, которые имеют одинаковый состав, но разное химическое строение, а значит, и разные свойства.

Состав один, а свойства разные. А где это встречается в неорганике?

Да! Аллотропия для простых веществ. А для сложных?

Составить новые слова:

Изомеры – вещества одинакового химического состава, но разного строения.

Изомерия – явление существования веществ с различным строением, с разными свойствами, но с одинаковым химическим составом.

Источник

2.1. Органические соединения в составе живых организмов

2.1. Органические соединения в составе живых организмов

Органические соединения характерны только для живых организмов. Можно сказать, что жизнь на Земле построена на основе углерода, который обладает рядом уникальных свойств. Основное значение для выполнения роли «кирпичиков» жизни имеет способность атомов углерода соединяться друг с другом, образуя цепи и кольца. Именно этой способностью и объясняется чрезвычайное разнообразие органических соединений.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ТЕСТЫ ДЛЯ ИТОГОВОЙ ПРОВЕРКИ ПО КУРСУ «МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ»

ТЕСТЫ ДЛЯ ИТОГОВОЙ ПРОВЕРКИ ПО КУРСУ «МНОГООБРАЗИЕ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ» Систематика 1. Выберите правильную последовательность систематических категорий.A. Вид, семейство, род, отряд, класс, тип, подтип, царствоБ. Вид, род, семейство, отряд, класс, подтип, тип, подцарство,

СЛОВАРЬ НАЗВАНИЙ ЖИВЫХ И ИСКОПАЕМЫХ ОРГАНИЗМОВ

СЛОВАРЬ НАЗВАНИЙ ЖИВЫХ И ИСКОПАЕМЫХ ОРГАНИЗМОВ Значком (†) отмечены вымершие группы.АВСТРАЛИ?ЙСКИЕ СТРАУ?СЫ, казуарообр?зные (Casuariformes) — отряд нелетающих бескилевых птиц, ограниченный Австралийской зоогеографической областью. Миоцен — ныне.АВСТРАЛОПИТ?К (Australopithecus)

О природе родства, связывающего органические существа.

О природе родства, связывающего органические существа. Так как модифицированные потомки доминирующих видов, принадлежащих к обширным родам, склонны унаследовать преимущества, делавшие группы, к которым они принадлежат, обширными и их прародителей доминирующими, то тем

Место человека в системе живых организмов

Место человека в системе живых организмов Любое из живых существ, обитающих на нашей планете, может быть отнесено к тому или иному таксону. Этим термином именуют значимые для биологической систематики группы организмов. Таксоны высшего ранга, несводимые в более крупные

Азбука общения живых организмов

Азбука общения живых организмов Многообразен мир животных, и каждый существующий вид в своей жизни пользуется довольно сложной и своеобразной сигнализацией. Среди различных способов передачи информации в животном мире значительная роль отводится запахам. Животные и

3.4. Основные пути приспособления живых организмов к условиям среды

3.4. Основные пути приспособления живых организмов к условиям среды Во всем разнообразии приспособлений живых организмов к неблагоприятным условиям среды можно выделить три основных пути.Активный путь – это усиление сопротивляемости, развитие регуляторных процессов,

3.1. Органические поражения ЦНС

3.1. Органические поражения ЦНС В рамках онтогенетического подхода к причинам возникновения поведенческих расстройств следует отметить, что органические поражения ЦНС могут быть вызваны неправильно протекавшей беременностью, сложными родами, осложненным послеродовым

29. Роль живых организмов в биосфере

29. Роль живых организмов в биосфере Вспомните!Какое вещество В. И. Вернадский называл живым; косным?Что называют круговоротом веществ в природе?Роль живого вещества в биосфере. Основное внимание в учении о биосфере В. И. Вернадский уделял роли живого вещества. Учёный

3.2. Комплексные соединения и живое вещество

3.2. Комплексные соединения и живое вещество Известно, что для нормального функционирования живого необходимо было распределить выполнение реакций в клетке таким образом, чтобы они совершались в определенной последовательности и в пространственно разделенных областях.

7. Органические вещества. Общая характеристика. Липиды

7. Органические вещества. Общая характеристика. Липиды Вспомните!В чём особенность строения атома углерода?Какую связь называют ковалентной?Какие вещества называют органическими?Какие продукты питания содержат большое количество жира?Общая характеристика

8. Органические вещества. Углеводы. Белки

8. Органические вещества. Углеводы. Белки Вспомните!Какие вещества называют биологическими полимерами?Каково значение углеводов в природе?Назовите известные вам белки. Какие функции они выполняют?Углеводы (сахара). Это обширная группа природных органических

9. Органические вещества. Нуклеиновые кислоты

9. Органические вещества. Нуклеиновые кислоты Вспомните!Почему нуклеиновые кислоты относят к гетерополимерам?Что является мономером нуклеиновых кислот?Какие функции нуклеиновых кислот вам известны?Какие свойства живого определяются непосредственно строением и

Источник