有机化合物

化合物可以是任何由两种或两种以上元素组成的物质。这些元素在化合物中通过化学键结合在一起。化合物可以分为两种类型：有机化合物和无机化合物。

什么是化合物？

一般来说，含有碳和氢原子的化合物称为有机化合物。**它们由含有碳-碳共价键（c-c、c=c、c---c）或碳-氢（c-h）共价键或两种键的分子组成**。例如，C₂H₆（CH₃-CH₃）是一种有机化合物，因为它同时含有碳-碳键和碳-氢键。同样，CH₄（甲烷）也是一种有机化合物。

二氧化碳不是有机化合物，因为它不含碳-碳键或碳-氢键。同样，硫酸也不是有机化合物。

有机化合物是大的分子，因为它们由连接到各种其他原子的碳和氢原子链组成。例如，CH₃-OH（甲醇）和CH₃-NH₂（甲胺）。

有机化合物之所以被称为有机，是因为过去认为它们来源于生物体，或者**与生物体有关**。大量有机化合物在自然界中存在，但也可以人工合成。一些常见的有机化合物例子包括脂肪、碳水化合物、蛋白质、核酸、石油、天然气等。这些分子在生物化学或有机化学领域中有详细研究。

**生物体中存在的有机化合物的主要类型**是碳水化合物、脂类、蛋白质和核酸。下面将逐一描述；

1. 碳水化合物

这些有机化合物由碳、氢和氧元素组成。碳水化合物中氢和氧原子的比例为 2:1。它们作为生物体的能量来源和结构单元。它们是生物体中最丰富的有机化合物。一些常见的碳水化合物例子包括葡萄糖、果糖、蔗糖、几丁质和纤维素。

根据碳水化合物的一个或多个单元结构（单糖）的不同，它们可以分为以下几种类型；

**单糖**：这类碳水化合物由单个单元结构或仅一个糖单元组成。它们是碳水化合物的单体，因为碳水化合物是由单糖组成的。它们不能水解成更简单的形式。常见的例子有葡萄糖、果糖和半乳糖。它们味道甜，可溶于水，是人体能量的来源。

**二糖**：它由两个单元结构或两个单糖连接而成。它们可以水解成更简单的形式。例如，蔗糖是一种二糖，由葡萄糖和果糖组成。同样，乳糖（二糖）由葡萄糖和半乳糖组成。

**寡糖**：它们由两个以上的糖单元或单糖组成。

**多糖**：它们由许多（十个以上）碳水化合物的单元结构（单糖）组成。它们味道不甜，不溶于水，并作为储存或结构分子。

2. 脂类

脂类也是有机化合物，由碳、氢和氧原子组成。脂类中氢和氧原子的比例高于碳水化合物。脂类主要分为三类，如下；

**甘油三酯**：这是我们从食物中获得的并在血液中运输的脂肪。我们摄入的大部分脂肪是甘油三酯。我们体内多余的卡路里也会转化为甘油三酯。它们由三个脂肪酸与一个甘油分子结合而成。常见例子包括脂肪、油和蜡。

**类固醇**：这种有机化合物含有四个相互连接的碳环，并以特定的分子构型排列。这种分子构型或稠环结构包含 17 个碳原子。**最常见的类固醇例子是胆固醇**，它作为维生素 D、睾酮、雌激素、皮质醇、胆汁盐等的前体。

**磷脂**：这类脂类由含有磷酸基团的亲水“头”和由脂肪酸组成的两个疏水链的分子组成，因此也称为脂肪酸链。磷脂类似于甘油三酯，唯一的区别在于甘油三酯中一个脂肪酸链被磷酸基团取代。

3. 蛋白质

蛋白质也是有机化合物。它们由称为肽的氨基酸组成。它们可以由单个多肽链或多个多肽链组成，这些多肽链被打包在一起形成一个单元。蛋白质通常由氢、碳、氧和氮原子组成。然而，它们可能含有其他元素的原子，如铁、铜、硫、镁、磷等。

这些有机分子在细胞中起着至关重要的作用，例如它们是结构的构建块，在生化反应中充当催化剂，需要用于免疫反应，需要用于包装和运输材料，并协助 DNA 的复制。一些常见的蛋白质例子包括酶、角蛋白、血红蛋白、纤维蛋白、白蛋白等。

4. 核酸

这些有机化合物由核苷酸单体链组成。一个核苷酸由一个含氮碱基、一个糖分子和一个磷酸基团组成。核酸负责将遗传信息从一代传递到另一代。核酸的常见例子包括 DNA（脱氧核糖核酸）和 RNA（核糖核酸）。

除了上述四种存在于生物体中的有机分子外，还有其他类型的有机分子，如药物、维生素、染料、毒素等。

有机化合物的分类

有机化合物可以根据结构和官能团进行两种不同的分类；

**根据结构**，有机化合物可以分为以下两种类型

• 无环或开链化合物
• 环状或闭链化合物

1. 无环或开链化合物

顾名思义，它们具有线性结构，不形成任何环。它们的分子中可能含有支链或直链的碳原子。因此，它们的末端碳原子完全自由，或者不相互连接。它们**也称为脂肪族化合物**。

例如：

丙烷 (C₃H₈) 或 CH₃-CH₂-CH₃

在上面丙烷中碳和氢原子的排列中，我们可以看到末端碳原子不相互连接，但与氢原子连接。同样，在戊烷（C₅H₁₂）中，末端碳原子不相互连接，而是与氢原子连接。同样，乙酸（CH₃-COOH）是开链化合物。

2. 环状或闭链化合物

在这种类型中，碳原子相互连接形成闭合的环状结构。因此，这些化合物的分子中包含一个或多个闭合的原子链或环。这是因为末端碳原子相互连接，形成了闭合的环状结构。

化合物中的环不一定是相同大小的。**环状有机化合物进一步分为两种类型：杂环和同环。**

i）杂环

在这类环状有机化合物中，环结构由两种或两种以上不同元素的原子组成。一类原子是碳，但另一类原子总是不同元素的，例如氮、氧、硫等。例如，合成染料、核酸、药物等。

它们也进一步分为两种类型：脂环杂环化合物和芳香杂环化合物。

a）脂环杂环化合物

这些是其环中含有杂原子（非碳或氢的原子）的化合物。例如，四氢呋喃、四氢噻吩、四氢吡咯等。

在上面的图片中，我们可以看到四氢呋喃中的杂原子氧。

b）芳香杂环化合物

它们在其分子中含有一个或多个杂原子，并且具有芳香性。例如，呋喃、吡咯、噻吩等。

ii）同环

在这类环状化合物中，环由相同类型的原子或仅一种元素的原子组成，而这种元素总是碳。因此，它们也称为**碳环化合物**，因为没有其他元素可以形成这种类型的化合物。例如，四苯并苝、苯、萘等。然而，在无机化学中，存在由不同元素原子（如硫、硼、磷等）组成的环状结构的同环化合物。

同环或碳环化合物进一步分为以下两种类型；

**a）脂环化合物**：这类同环化合物既是脂肪族又是环状的。它有一个或多个由碳原子组成的环。这些碳环可以是饱和的或不饱和的，这意味着原子之间的键可以是单键、双键或三键共价键。

这些化合物在大多数性质上都类似于脂肪族（闭环）化合物。因此，它们被称为脂环，意思是**类似于脂肪族化合物的环状化合物。**

例如；环丙烷 (C₃H₆)

同样，环丁烷和环己烷是脂环化合物。

**b）芳香族化合物**：这类同环或碳环化合物在其碳原子之间包含交替的单键和双键。例如，如下所示的苯；

在上面的苯结构中，我们可以看到碳原子之间交替的单键和双键。

芳香族碳环化合物**进一步分为苯系芳香族化合物和非苯系芳香族化合物。**

i）苯系芳香族化合物

顾名思义，这些芳香族碳环化合物包含一个或多个稠合的苯环。例如，苯有一个如上所示的环，萘有两个稠合的苯环，蒽由三个稠合的苯环组成，如下所示；

ii）非苯系芳香族化合物

这些芳香族碳环化合物不含苯环。例如，薁（C₁₀H₈），如下所示；

基于官能团的有机化合物分类

官能团可以是原子或一组原子，它们取代有机化合物中的氢原子。官能团的添加会改变其取代氢原子的化合物的化学性质。官能团赋予化合物其特有的化学性质。具有相同官能团的有机化合物属于同一类有机化合物。

例如，甲烷的氢原子被羟基（-OH）取代时，会转化为甲醇，这是一种属于醇类有机化合物的醇。

根据官能团，有机化合物可分为以下几类