Was ist eine organische Verbindung?

Organische Verbindungen enthalten immer Kohlenstoff zusammen mit anderen Elementen, die für das Funktionieren lebender Organismen benötigt werden. Kohlenstoff ist das Schlüsselelement, weil es vier Elektronen in einer äußeren Elektronenhülle hat, die acht Elektronen aufnehmen kann. Dadurch kann es viele Arten von Bindungen mit anderen Kohlenstoffatomen und Elementen wie Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff eingehen. Kohlenwasserstoffe und Proteine ​​sind gute Beispiele für organische Moleküle, die lange Ketten und komplexe Strukturen bilden können. Die organischen Verbindungen aus diesen Molekülen sind die Grundlage für chemische Reaktionen in den Zellen von Pflanzen und Tieren – Reaktionen, die die Energie für die Nahrungssuche, für die Fortpflanzung und für alle anderen notwendigen Prozesse liefern Leben.

TL; DR (zu lang; nicht gelesen)

Eine organische Verbindung gehört zu einer Klasse von Chemikalien, die Kohlenstoffatome enthalten, die durch kovalente Bindungen miteinander und mit anderen Atomen verbunden sind und in den Zellen lebender Organismen vorkommen. Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff sind typische Elemente, die neben Kohlenstoff organische Verbindungen bilden. Spuren anderer Elemente wie Schwefel, Phosphor, Eisen und Kupfer können ebenfalls vorhanden sein, wenn sie für bestimmte organisch-chemische Reaktionen benötigt werden. Die Hauptgruppen organischer Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe, Lipide, Proteine ​​und Nukleinsäuren.

Die vier Arten organischer Verbindungen sind Kohlenwasserstoffe, Lipide, Proteine ​​und Nukleinsäuren, und sie erfüllen unterschiedliche Funktionen in einer lebenden Zelle. Während viele organische Verbindungen keine polaren Moleküle sind und sich daher im Wasser einer Zelle nicht gut lösen, lösen sie sich oft in anderen organischen Verbindungen auf. Während beispielsweise Kohlenhydrate wie Zucker leicht polar sind und sich in Wasser auflösen, ist dies bei Fetten nicht der Fall. Aber Fette lösen sich in anderen organischen Lösungsmitteln wie Ethern auf. In Lösung interagieren die vier Arten organischer Moleküle und bilden neue Verbindungen, wenn sie in lebendem Gewebe in Kontakt kommen.

Organische Verbindungen reichen von einfachen Substanzen mit Molekülen aus wenigen Atomen von nur zwei Elementen bis hin zu langen, komplexen Polymeren, deren Moleküle viele Elemente enthalten. Kohlenwasserstoffe zum Beispiel bestehen nur aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Sie können einfache Moleküle oder lange Atomketten bilden und werden für den Zellaufbau und als Grundbausteine ​​für komplexere Moleküle verwendet.

Lipide sind Fette und ähnliche Stoffe, die aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Sie helfen beim Aufbau von Zellwänden und Membranen und sind ein wichtiger Bestandteil der Nahrung. Proteine ​​bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff und haben zwei Hauptfunktionen in Zellen. Sie bilden einen Teil der Zell- und Organstrukturen, sind aber auch Enzyme, Hormone und andere organische Chemikalien, die an chemischen Reaktionen teilnehmen, um lebensnotwendige Materialien herzustellen.

Nukleinsäuren bestehen aus Kohlenstoff, Wasserstoff, Sauerstoff, Stickstoff und Phosphor. Als RNA und DNA speichern sie die Anweisungen für chemische Prozesse, an denen andere Proteine ​​beteiligt sind. Sie sind die helixförmigen Moleküle des genetischen Codes. Die vier Arten organischer Moleküle basieren alle auf Kohlenstoff und einigen anderen Elementen, haben jedoch unterschiedliche Eigenschaften.

Kohlenwasserstoffe sind die einfachsten organischen Verbindungen, und der einfachste Kohlenwasserstoff ist CH₄ oder Methan. Das Kohlenstoffatom teilt Elektronen mit vier Wasserstoffatomen, um seine äußere Elektronenhülle zu vervollständigen.

Anstatt nur mit Wasserstoffatomen zu binden, kann ein Kohlenstoffatom ein oder zwei seiner äußeren Schalenelektronen mit einem anderen Kohlenstoffatom teilen, wodurch lange Ketten gebildet werden. Zum Beispiel Butan, C₄H₁₀, besteht aus einer Kette von vier Kohlenstoffatomen, die von 10 Wasserstoffatomen umgeben sind.

Eine kompliziertere Gruppe organischer Verbindungen sind die Lipide oder Fette. Sie enthalten eine Kohlenwasserstoffkette, haben aber auch einen Teil, an dem die Kette mit Sauerstoff bindet. Organische Verbindungen, die nur Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff enthalten, werden als Kohlenhydrate bezeichnet.

Glycerin ist ein Beispiel für ein einfaches Lipid. Seine chemische Formel ist C₃H₈Ö₃, und es hat eine Kette von drei Kohlenstoffatomen, an die jeweils ein Sauerstoffatom gebunden ist. Glycerin ist ein Baustein, der die Basis vieler komplexerer Lipide bildet.

Die meisten Proteine ​​sind sehr große Moleküle mit komplexen Strukturen, die es ihnen ermöglichen, wichtige Rollen in organisch-chemischen Reaktionen zu übernehmen. Bei solchen Reaktionen brechen Teile der Proteine ​​auf, werden neu angeordnet oder fügen sich zu neuen Ketten zusammen. Selbst die einfachsten Proteine ​​haben lange Ketten und viele Unterabschnitte.

3-Amino-2-butanol hat beispielsweise die chemische Formel C₄H₁₁NEIN, aber es ist wirklich eine Folge von Kohlenwasserstoffabschnitten mit einem Stickstoff- und einem Sauerstoffatom. Es wird deutlicher durch die Formel CH. gezeigt₃CH(NH₂)CH(OH)CH₃, und die Aminosäure wird in chemischen Reaktionen verwendet, um andere Proteine ​​​​zu produzieren.

Nukleinsäuren bilden die Grundlage des genetischen Codes lebender Zellen und sind lange Ketten sich wiederholender Untereinheiten. Bei Nukleinsäure-Desoxyribonukleinsäure oder DNA enthalten die Moleküle beispielsweise eine Phosphatgruppe, einen Zucker und die sich wiederholenden Untereinheiten Cytosin, Guanin, Thymin und Adenin. Der Teil eines DNA-Moleküls, der Cytosin enthält, hat die chemische Formel C₉H₁₂Ö₆Nein₃P, und die Abschnitte, die verschiedene Untereinheiten enthalten, bilden lange Polymermoleküle, die sich im Zellkern befinden.

Einige organische Verbindungen sind die komplexesten Moleküle, die es gibt, und sie spiegeln die Komplexität der chemischen Reaktionen wider, die das Leben ermöglichen. Trotz dieser Komplexität bestehen die Moleküle aus relativ wenigen Elementen und alle enthalten Kohlenstoff als Hauptbestandteil.