안녕하세요. 송종민 과학전문가입니다.
탄소사슬과 고리는 모든 생물분자들의 근간이 된다.
생명현상에서 탄소의 주요한 역할은 결합특성에서 비롯되는데, 탄소는 모든 생물분자의 근간을 형성하는 놀라울 정도로 다양한 사슬과 고리구조를 만들어낸다 탄소를 기초로 하는 분자들은 총괄적으로 유기분자로 알려져 있다. 이들 이외의 분자들, 즉 탄소를 가지고 있지 않은 분자들은 무기분자가 된다.
환경에 존재하는 무기질이나 대기 중의 이산화탄소와 같은 가스에 존재한느 약간의 탄소를 포함하는 분자들도 무기분자로 간주된다.
유기분자에서 탄소원자들은 탄소 원자들끼리 또는 다른 분자, 주로 수소, 산소, 질소, 황과 같은 분자들과의 공유결합을 통하여 몇개, 수천 또는 수백만의 원자로 이루어지는 분자의 구조를 형성하고 있다. 오로지 수소 원자와 결합한 탄소로 이루어지는 분자를 탄화수소라고 부른다.
탄소는 짝을 이루지 않은 4개의 최외각 전자를 가지고 있고 이들은 최외각 에너지 수준을 완성하기 위하여 쉽게 4개의 공유결합을 만든다. 가장 간단한 탄화수소는 메탄으로 하나의 탄소원자가 4개의 수소원자와 결합하고 있다. 메탄에서 하나의 수소를 떼어내면 메틸기가 되는데 많은 생물분자에서 발견된다.
2개의 메틸기가 서로 결합한다고 생각해보자. 그렇게 해서 생긴 에탄에서 수소 원자 하나를 떼어내면 에틸기가 된다. 이 과정을 계속하면 기다란 탄화수소 사슬을 만들어낼 수 있다. 곁가지를 칠 수도 있어 가지 친 탄화수소 사슬을 형성할 수 있다.
이런 사슬은 스스로 둥글게 휘어져 고리를 형성할 수 있다. 예를 들어 시클로 헥산은 2개의 탄소원자들이 하나의 공유결합으로 연결되며 각각의 탄소 원자에는 2개의 수소 원자들이 붙어있다.
탄화수소는 이웃하는 탄소 원자끼리 2중 또는 3중 결합을 하게 되면 더욱 복잡한 구조를 가지게 된다. 탄소 원자 사이에는 최대 4개의 결합이 가능한데, 탄소 원자 사이의 결합수가 늘어나면 분자 내에서 수소 원자의 숫자는 감소하게 된다.