عندما تستكشف علم الأحياء، ستجد أن العديد من العمليات تَحدُث باستمرار في الكائنات الحية. تُعتبَر دراسة الكيمياء العضوية أساسية لجميع تلك العمليات التي تَحدُث في الكائنات الحية، فهي دراسة التركيب والخصائص والتفاعلات وإعداد المركبات المحتوية على الكربون. فالقدرة على تحويل الوقود المُستهلَك إلى طاقة قابلة للاستخدام هي ما يُميِّز الكائن الحي عن كائن ميت.
في الكيمياء العضوية، يتم التركيز على عنصر الكربون وذلك لأن الكربون هو مَركَز لجميع الكائنات الحية. في البداية، كانت الكيمياء العضوية تشمل المواد الناتجة من الكائنات الحية فقط، لكن تم توسيعها لتشمل المواد التي صنعها الإنسان، مثل: البلاستيك، والمستحضرات الصيدلانية، والبتروكيماويات، والأغذية، والمتفجرات، والدهانات، ومستحضرات التجميل.
التركيب الكيميائي للمركبات العضوية: تتحد ذرة واحدة من الكربون مع ما يصل إلى أربع ذرات أخرى ولا تتركب الكيمياء العضوية من الهيدروكربونات (مركب كيميائي يتكون فقط من عناصر الكربون “C” والهيدروجين “H”) فقط، ولكن أيضًا تشمل مركبات مع عناصر أخرى، بما في ذلك الهيدروجين والنيتروجين والأكسجين والهالوجينات والفوسفور والسيليكون والكبريت. المركبات العضوية كبيرة ويكون لها عدة ذرات وجزيئات مرتبطة ببعضها البعض. يمكن أن تكون الجزيئات العضوية كبيرة، وتشمل المكونات الهيكلية للكائنات الحية: الكربوهيدرات والبروتينات والأحماض النووية والدهون.
تتكون الجزيئات الكبيرة عندما ترتبط ذرات الكربون مع بعضها البعض في خط مستقيم أو في حلقات. وكلما طالت سلسلة الكربون، كان المركب أقل تفاعلًا كيميائيًا، ويمكن قياس قدرة التفاعل من نقاط ذوبانه وغليانه المرتفعة. وللتوضيح، فإنه كلما انخفضت درجة انصهار ونقطة غليان المركب، كان أكثر تفاعلًا، ومثالًا على ذلك: “يحتوي الميثان الهيدروكربوني -وهو المُكوِّن الأساسي للغاز الطبيعي- على كربون واحد وأربع ذرات هيدروجين. ولأنه أقصر مركب كربون، فإنه يحتوي على أقل نقطة غليان (-162 درجة مئوية) وهو غاز عند درجة حرارة الغرفة”، أي مركب شديد التفاعل.
ومثال آخر: “مركب مصنوع من سلسلة كربون طويلة للغاية نقطة غليانه تبلغ 174 درجة مئوية، مقارنة بالماء الذي يحتوي على نقطة غليان تبلغ 100 درجة مئوية؛ لأنه يأخذ أكثر بكثير حتى يغلي، فهو مركب أقل في التفاعل بكثير وليس غازي في درجة حرارة الغرفة”.
في الكيمياء العضوية، تُوجَد مجموعة مماثلة من الذرات تمتلك خصائص مشابهة تُسمَّى بـ”المجموعة الوظيفية”، فيها تُجمَّع الجزيئات التي لها خصائص مشابهة -سواء كانت خصائص كيميائية أو فيزيائية- معًا.
تضمن الخصائص الكيميائية مادة تتحول إلى مادة أخرى عن طريق التفاعل، مثال: “قدرة غاز الكلور على التفاعل بشكل مُتفجِّر عند مزجه مع الصوديوم”، حيث يخلق التفاعل الكيميائي مادة جديدة، كلوريد الصوديوم (ملح الطعام). بينما تشير الخصائص الفيزيائية إلى أشكال مختلفة من المادة، لكن المادة تبقى كما هي.
ومن الخصائص التي توفرها المجموعات الوظيفية “القطبية والحموضة”، فعلى سبيل المثال: المجموعة الوظيفية “(carboxyl(-COOH” هي حمض ضعيف تشير القطبية إلى أحد أطراف جزيء له شحنة قطبية، والطرف الآخر ليس له شحنة “nonpolar”.
تُستخدَم الكيمياء العضوية لإنشاء جزيئات جديدة واستكشاف خصائص المركبات، ويتوقف بناء أسس الكيمياء الحيوية والتكنولوجيا الحيوية والطب على المركبات العضوية ودورها في العمليات الحيوية.
كتابة: منار إبراهيم
مراجعة: منة طارق
تصميم: محمد خالد
تحرير: إسلام حمدي
