Die Chemie des Lebens

Einblick

Die organische Chemie begleitet uns jeden Tag. Sie ist in fast allen Produkten des täglichen Bedarfs zu finden. Nahrungsmittel, Kleidung, Möbel, Kunststoffe, Kosmetikprodukte, Farbstoffe, Reinigungsmittel, Duftstoffe … bestehen aus organischen Verbindungen. Auch in unserem Körper spielt die organische Chemie eine wichtige Rolle. Verbindungen wie Eiweiße, Fette, Kohlenhydrate, Vitamine und Nukleinsäuren (z. B. die DNS) sind organische Moleküle.

Ein großer Teil der organischen Stoffe, die uns im Alltag begegnen, werden synthetisch (künstlich) hergestellt. Das Wissen über die organischen Strukturen hat in den letzten 150 Jahren die Welt nachhaltig verändert und den Wohlstand der Gesellschaft verbessert. Beispiele für Anwendungsbereiche der organischen Chemie sind die Entwicklung von Medikamenten, die Erzeugung von vielfältigen Materialien (z. B. von Kunststoffen), die Produktion von Farbstoffen und die Herstellung von Kunstfasern für Kleidung.

Grundbausteine des Lebens

Wir kennen ungefähr 500 000 anorganische Verbindungen, aber mehrere Millionen organische Moleküle. Für diese Vielfalt ist das Element Kohlenstoff verantwortlich. Kohlenstoff steht in der 14. Gruppe des Periodensystems und hat 4 Außenelektronen. Zur Erfüllung der Edelgasregel braucht Kohlenstoff daher noch 4 Elektronen. Dadurch kann Kohlenstoff viele verschiedene Verbindungen mit anderen Kohlenstoff-Atomen oder von anderen Elementen eingehen.

Organische Verbindungen sind immer Kohlenstoff-Verbindungen. Aber natürlich sind auch noch andere Elemente nötig. Ein ständiger Begleiter von Kohlenstoff ist Wasserstoff. Andere häufige Bindungspartner sind Sauerstoff (O), Stickstoff (N), Phosphor (P), Schwefel (S) und die Halogene (F, Cl, Br, I). Die vielfältige Struktur von organischen Molekülen besteht aus (langen) Ketten, Verzweigungen und Ringen.

Aber nicht alle Strukturen aus und mit Kohlenstoff sind organisch. Zwei Erscheinungsformen (Modifikationen) von elementarem Kohlenstoff sind Diamant und Grafit. Lerne anorganische Kohlenstoff-Verbindungen kennen, indem du Gegenstände dazu findest!

Aus anorganisch wird organisch

Bis ins 19. Jahrhundert dachte man, dass organische Verbindungen nur durch Lebewesen mit vis vitalis (Lebenskraft) hergestellt werden könnten. Ein Meilenstein in der Forschung gelang Friedrich Wöhler 1828, als er aus einer anorganischen Verbindung organischen Harnstoff herstellte. Damit legte er den Grundstein für die Synthese organischer Moleküle.

Auch in der Natur werden aus anorganischen Substanzen organische Strukturen aufgebaut. Lange machte man sich Gedanken darüber, wie Pflanzen wachsen und überleben können. Mithilfe von Experimenten und Beobachtungen im 18. und 19. Jahrhundert konnte der Vorgang der Fotosynthese beschrieben werden. Dieser Prozess ist eine wichtige Lebensgrundlage für uns. Er liefert Sauerstoff und Nahrung. Bei der Fotosynthese entsteht Traubenzucker, der zu anderen Verbindungen wie Stärke, Fetten und Proteinen umgebaut wird. Außerdem wird bei der Fotosynthese das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO₂) in Biomasse gebunden. Daher spielt der Prozess auch eine wichtige Rolle im Klimageschehen.