المركبات العضوية
يشير مصطلح المركبات العضوية (بالإنجليزيّة: Organic compound) إلى المجموعة الكبيرة من المركبات الكيميائية التي تحتوي بصورة أساسية على ذرة أو أكثر من الكربون المُرتبط بروابط تساهمية مع ذرات عناصر مختلفة أخرى، والتي تكون في العادة عناصر الأكسجين، والهيدروجين ، والنيتروجين، وعلى الرغم من أنّ الكربون يعد أساس تصنيف المركبات العضوية، إلا أنه من الممكن أن تحتوي بعض المركبات عليه ولا تعد مركبات عضوية كمركبات السيانيد، والكربونات، والكربيدات.
تعتمد جميع الكائنات الحية بشكل أساسي على المركبات العضوية، وقد اعتُقد حتى القرن التاسع عشر أنه لا يمكن إنتاج هذه المركبات إلا من خلال القوة الحيوية التي لا توجد إلا في الكائنات الحية إلى أن غير الكيميائي الألماني فريدريك فولر هذا التفكير في العام 1828م عند إنتاجه لليوريا صدفةً في مختبره باستخدام مواد غير عضوية على عكس تكونها الطبيعي في أجسام الثدييات .
أهميّة المركبات العضوية
شكّل التركيب الذري الفريد للكربون، وطريقة ارتباطه مع العناصر الأخرى بحيث يكون قادراً على تكوين ما يصل إلى أربع روابط تساهمية معها، وتكوين سلاسل مستقرة طويلة سبباً في تكوين عدد هائل من المركبات العضوية التي تدخل بشكل واسع في العديد من النطاقات، ومنها ما يأتي:
- تعتمد كافة الكائنات الحية بشكل أساسي على المركبات العضوية في أنواع الأطعمة المختلفة.
- المواد الحيوية كالهرمونات والهيموجلين، والكلوروفيل.
- الألبسة المصنوعة من مواد مختلفة كالصوف ، والقطن، والحرير ، والألياف الصناعية.
- أنواع الوقود المختلفة كالفحم، والخشب ، والنفط، والغاز الطبيعي.
- مكونات الطلاء الواقي كالدهانات، والورنيش (بالإنجليزيّة: Varnish).
- المضادات الحيوية، والأدوية الصناعية، والأحماض النووية التي تتكون من وحدات صغيرة تسمى النيوكليوتيدات.
- الصناعات المختلفة كصناعة المطاط الطبيعي والصناعي، والبلاستيك، والأصباغ، والمبيدات الحشرية.
المركبات العضوية في الكائنات الحية
توجد أربعة أنواع رئيسية للمركبات العضوية التي تتواجد في كل الكائنات الحية، كما هناك عدد من الأنواع الإضافية التي تنتج أو توجد في بعض هذه الكائنات، وتشكل الأنواع الأربعة ما يأتي:
- الكربوهيدرات: تعدّ الكربوهيدرات أكثر أنواع المركبات العضوية الموجودة في أجسام الكائنات الحية، والتي تتكون من عناصر الكربون، والأكسجين، والهيدروجين بحيث تكون نسبة ذرات الهيدروجين إلى ذرات الأكسجين في جزيئاتها 2:1، وتشكل الكربوهيدرات وحدات هيكلية، ومصادر طاقة للكائنات الحية، بالإضافة إلى استخدامها في أغراض أخرى، ويمكن تصنيفها وفق عدد الوحدات الفرعية الموجودة فيها، ومن الأمثلة عليها الجلوكوز، والسليولوز، والكيتين، إضافةً إلى الفركتوز، والسكروز أو ما يُعرف بسكر المائدة.
- البروتينات: تعدّ سلاسل الأحماض الأمينية وحدة بناء البروتينات ، والتي تسمى ببتيدات، وقد تتكون البروتينات من سلسلة واحدة فقط من الببتيد، كما قد تتشكل من عدة ببتيدات والتي تشكّل وحدات بنائية لتكوين سلسلة معقدة، وتتكون البروتينات من عناصر الكربون، والأكسجين، والهيدروجين، كما قد يدخل في تركيب بعض البروتينات عناصر أخرى كالفوسفور، والكبريت، والنحاس، والمغنيسيوم، والحديد، وتقوم البروتينات بعدّة وظائف في الخلايا كتحفيز التفاعلات الكيميائية الحيوية، واستخدامها كوحدات بنائية، وفي الاستجابة المناعية، ونقل المواد، ومن الأمثلة عليها الكولاجين، والهيموغلوبين، والإنزيمات، والكيراتين، والليفين أو الفايبرين، والزلال.
- الدهون: تحتوي الدهون على عناصر الكربون، والأكسجين، والهيدروجين، وتكون نسبة الهيدروجين إلى الأكسجين فيها أعلى من النسبة في الكربوهيدرات، وتتفرع الدهون إلى ثلاث مجموعات أساسية، وهي الستيرويدات، والتي تتكون أساساً من أربع حلقات كربونية مرتبطة ببعضها البعض، والدهون الثلاثية التي تشمل الدهون، والشمع، والزيوت، وتتكون من ثلاث أنواع من الأحماض الدهنية المرتبطة بجزيء جليسرول، وأخيراً الفوسفوليبيد التي تتشابه مع الدهون الثلاثية باستثناء أنها تمتلك مجموعة فوسفات عوضاً عن إحدى سلاسل الأحماض الدهنية، وتشكل الدهون وحدات بنائية، ومصادر تخزين للطاقة، كما تساعد الخلايا على التواصل فيما بينها من خلال إعطائها إشارات، ومن الأمثلة على الدهون الكولسترول، وزيت الزيتون، والكورتيزول، وهرمون الأستروجين، والبارافين، والسمن.
- الأحماض النووية: تعدّ الأحماض النووية نوعاً من البوليمرات البيولوجية، والتي تتكون من سلاسل مونمرات النيوكليوتيدات المكوّنة من قاعدة نيتروجينية، ومجموعة فوسفات، وجزيء سكر ، وتشكل الأحماض النووية شفرة معلومات جينية لخلايا الكائنات الحية، ومن الأمثلة على الأحماض النووية الحمض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين DNA، والحمض النووي الريبوزي RNA.
المجموعات الوظيفية في المركبات العضوية
لاحظ الكيميائيون عند دراستهم للمركبات العضوية في وقت مبكر أنّ هناك مجموعات محددة من الذرات، وروابطها تشكل أنماطاً معينة من التفاعلات لجزيئاتها المكونة لها فيما يُعرف باسم المجموعات الوظيفية، والتي تُعتبر سمةً تنظيمية أساسية للكيمياء العضوية، فمن خلال دراستها والتركيز عليها يمكن فهم والتنبؤ بالعديد من التفاعلات التي ستمر بها الجزيئات المكونة منها، ويزداد تعقيد خصائص الجزيئات عندما تتكون من أكثر من نوع واحد من المجموعات الوظيفية، ومن الأمثلة على المجموعات الوظيفية الرئيسية ما يأتي:
- الألكانات: تعرف الألكانات بأنها المركبات التي تتكون بشكل كلي من ذرات الكربون، والهيدروجين التي ترتبط بروابط تساهمية قوية وغير قطبية تسمى روابط سيجما (بالإنجليزيّة: sigma bond)، ومن الأمثلة على الألكانات الميثان ، والإيثان، والبروبان، والبيوتان.
- الألكينات: تعد الألكينات مركبات عضوية تحتوي على رابطة مزدوجة بين ذرات الكربون إحداها رابطة سيجما، والأخرى رابطة باي (بالإنجليزيّة: pi bond)، وتعد هذه المجموعة الوظيفية واسعة الانتشار في الطبيعة، ومهمة في الكيمياء، ومن الأمثلة عليها الإيثيلين، وفيتامين أ الضروري للرؤية.
- الألكاينات: تعرف الألكاينات بأنها الجزيئات التي تحتوي على رابطة ثلاثية بين ذرات الكربون، رابطة سيجما واحدة، ورابطتي باي، ومن الأمثلة عليها الأسيتيلين.
- الكحولات والفينولات: تتكون الكحولات عند ارتباط مجموعة هيدروكسيل مع مجموعة ألكان، ومن الأمثلة عليها الإيثانول، بينما تتشكل الفينولات عند ارتباط مجموعة هيدروكسيل مع حلقة أريل (هيدروكربون عطري).
- الهاليدات: وهي المركبات العضوية التي تحتوي على الهالوجينات كالفلور، والكلور ، والبروم، ومن الأمثلة عليها كلوريد الفينيل.
- الهيدروكربونات العطرية: من الأمثلة عليها البنزالديهايد.
