Przeczytaj
Poszczególne rodzaje atomów pierwiastków chemicznych i cząsteczek substancji chemicznych łączą się ze sobą na różne sposoby: albo poprzez wiązania chemiczne (kowalencyjne, kowalencyjne spolaryzowane i jonowe), albo przez oddziaływania międzycząsteczkowe (wiązania wodorowe, siły van der Waalsa, oddziaływania hydrofobowe).
Każde połączenie między atomami ma określoną siłę, której miarą jest ilość energii potrzebna do jego zerwania. Oddziaływania silne to wiązania chemiczne, które łączą atomy w cząsteczki. Oddziaływania słabe polegają na przyciąganiu bądź odpychaniu atomów – wolnych lub w cząsteczkach.
Wiązania chemiczne
Jest to silne wiązanie, które powstaje przez uwspólnienie elektronów walencyjnych, czyli znajdujących się na najbardziej zewnętrznej powłoce elektronowej (elektrony są współdzielone przez atomy tworzące wiązanie). Rozmieszczenie wspólnych elektronów jest równomierne, ponieważ jądra atomów przyciągają je z równą siłą. Szkielet związków organicznych: cukrówcukrów, lipidówlipidów i białekbiałek tworzą łańcuchy węglowe, w których atomy węgla są połączone wiązaniami kowalencyjnymi. Połączone ze sobą cząsteczki organiczne tworzą kowalencyjne wiązania glikozydowe (między cząsteczkami cukrów), estrowe (w cząsteczkach lipidów) czy peptydowe (między aminokwasamiaminokwasami tworzącymi łańcuch peptydowy).
Między atomami, które różnią się elektroujemnością (zdolnością do przyciągania elektronów), może powstać wiązanie kowalencyjne spolaryzowane. W wiązaniu tym wspólna para elektronów jest przesunięta w stronę atomu o większej elektroujemności. Powstała cząsteczka jest dipolem, co oznacza, że ma dwa bieguny. Atom, który silniej przyciąga elektrony, stanowi biegun ujemny cząsteczki, a ten, który przyciąga słabiej – dodatni. Polarność lub jej brak warunkuje właściwości biologiczne związku. Przykładami cząsteczek polarnych zawierających wiązania kowalencyjne spolaryzowane są: HCl, NHIndeks dolny 33, HIndeks dolny 22O.
Wiązanie jonowe powstaje, gdy w celu osiągnięcia przez atomy odpowiedniej liczby elektronów na ostatniej powłoce przyciągają się jony o różnych ładunkach (plus i minus), a następnie oddają lub przyjmują elektrony. Jon o przewadze protonów nazywamy kationem, a o przewadze elektronów – anionem. Wiązania jonowe biorą udział m.in. w tworzeniu trzeciorzędowej struktury białek i formowaniu chromosomów, nadają kształt komórce oraz uczestniczą w przewodnictwie nerwowym i reakcjach katalitycznych.
Oddziaływania międzycząsteczkowe
Wiązanie wodorowe to rodzaj oddziaływania elektrostatycznego między atomem wodoru, mającym dodatni ładunek cząsteczkowy, i atomem elektroujemnym zawierającym wolne pary elektronowe, np. tlenem lub azotem. Przykładem są wiązania wodorowe między cząsteczkami wody. Pojedyncze wiązanie wodorowe jest oddziaływaniem słabym, ale duża ich liczba sprawia, że stają się one trudniejsze do zerwania (np. w cząsteczce celulozy) i stabilizują struktury wielu związków, np. kwasów nukleinowych czy drugo- i trzeciorzędową strukturę białek. Rozerwanie wiązań wodorowych w cząsteczce białka oznacza jego denaturację.
Siły van der Waalsa to bardzo słabe oddziaływania występujące między cząsteczkami pozbawionymi ładunku (obojętnymi). Ruch elektronów w atomach sprawia, że mogą się pojawić lokalne obszary z dodatnim i ujemnym ładunkiem (chwilowe dipole). Siły van der Waalsa polegają na przyciąganiu się chwilowych dipoli położonych blisko siebie. Mają znaczenie w dużych cząsteczkach, gdyż ich łączna siła wpływa na kształtowanie struktury np. białek.
Grupy funkcyjne związków organicznych i ich znaczenie
Grupa funkcyjna to część cząsteczki związku organicznego decydująca o jej właściwościach chemicznych, a tym samym funkcji biologicznej. W jednej cząsteczce mogą występować: jedna grupa funkcyjna, kilka takich samych grup lub kilka różnych.
Grupa funkcyjna | Wzór chemiczny | Wzór strukturalny | Przykładowe związki | Przykładowe znaczenie chemiczne | Przykładowe znaczenie biologiczne |
|---|---|---|---|---|---|
hydroksylowa | –OH |  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – alkohole, np. glicerol | - związana z metalami tworzy zasady – cząsteczki ją zawierające są dobrze rozpuszczalne w wodzie | – udział w przemianach metabolicznych |
sulfhydrylowa | –SH |  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – niektóre aminokwasy, | – pomiędzy resztami tiolowymi powstają wiązania dwusiarczkowe w | – stabilizacja struktury trzeciorzędowej białek |
ketonowa | =C=O |  Źródło: Alberrosidus, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – aceton | – odmiana grupy karbonylowej – ulega reakcjom redoks, mniej reaktywna od grupy aldehydowej – dobre rozpuszczalniki | – produkty pośrednie metabolizmu |
aldehydowa | –CHO |  Źródło: Ben Mills, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – aldozy, np. deoksyryboza – aldehydy, np. mrówkowy | – odmiana grupy karbonylowej – utlenia się do grupy karboksylowej, redukuje się do grupy hydroksylowej – właściwości bakteriobójcze | – występują w cząsteczkach rybozy i deoksyrybozy, które stanowią element strukturalny RNA i DNA – związki zapachowe |
karboksylowa | –COOH (niezjonizowana) –COOIndeks górny -- (zjonizowana) |  Źródło: De.Nobelium, Wikimedia Commons, domena publiczna.  Źródło: Hbf878, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – kwasy karboksylowe, – jedna z dwóch grup funkcyjnych wszystkich aminokwasów | – nadaje cząsteczce charakter kwasowy ze względu na łatwość oddzielania się jonu wodorowego (HIndeks górny ++) – reaguje z grupą aminową, tworząc wiązanie amidowe (w białkach nazywane peptydowym) | – budują białka |
aminowa | –NHIndeks dolny 22 (niezjonizowana) –NHIndeks dolny 33Indeks górny −− (zjonizowana) |  Źródło: Benjah-bmm27, Wikimedia Commons, domena publiczna. | – zasady azotowe, np. cytozyna | – nadaje właściwości zasadowe – reaguje z grupą –COOH, tworząc wiązanie amidowe (w białkach nazywane peptydowym) | – budują białka |
Przeczytaj więcej na temat klasyfikacji związków organicznych i grup funkcyjnych w e‑materiałach pt. Klasyfikujemy związki organiczneKlasyfikujemy związki organiczne oraz Jakie grupy funkcyjne występują w związkach organicznych i jak na tej podstawie sklasyfikować związki organiczne?Jakie grupy funkcyjne występują w związkach organicznych i jak na tej podstawie sklasyfikować związki organiczne?
Słownik
związki organiczne, które mają w cząsteczce co najmniej jedną grupę karboksylową i co najmniej jedną grupę aminową
związki wielkocząsteczkowe zbudowane z reszt aminokwasowych, połączonych wiązaniem peptydowym
węglowodany; polihydroksylowe aldehydy (aldozy) lub ketony (ketozy), o wzorze sumarycznym (CHIndeks dolny 22O)Indeks dolny nn, oraz ich pochodne
(gr. hydro – woda, lysa – rozpad na cząstki); rozkład substancji przy udziale wody jako substratu reakcji
(gr. ion – idący); atom lub grupa atomów obdarzonych ładunkiem elektrycznym; mających zdolność do wzajemnego przyciągania (ładunki różnoimienne) lub odpychania (ładunki jednoimienne) cząstek
tłuszczowce; liczna grupa związków organicznych o różnorodnym składzie i budowie, których cząsteczki zawierają długołańcuchowe kwasy tłuszczowe
(łac. mica – okruszyna); zorientowany zespół cząsteczek lub jonów w roztworze; najczęściej ma kulisty kształt