개요

탄소 골격(carbon skeleton)은 모든 유기 화합물의 중추입니다. 탄소 원자는 4개의 결합을 만들 수 있으며, 탄소 골격의 길이가 증가함에 따라 고리 구조, 이중 결합 및 갈라진 사슬과 같은 구조적 변화가 발생할 수 있습니다.

탄소는 유기 분자의 기초입니다

지구상의 생명체는 탄소를 기반으로 합니다. 살아있는 유기체를 구성하는 모든 거대분자(macromolecule)들은 탄소 원자에 의존하기 때문입니다. 각 유기 분자의 중심에는 다른 원자들이 결합하는 탄소 골격이 있습니다 그리고 결합하는 다양한 원자들이 각각의 분자에 고유한 특성을 부여합니다 탄소는 4개의 결합을 형성할 수 있고 드물게 이온이 되기 때문에 매우 유연한 분자의 구성 요소가 됩니다. 이러한 특성들은 탄소를 지구상의 모든 생명체의 필수적인 요소로 만들고, 이 행성뿐만 아니라 우주 전역에서 풍부하게 발견됩니다.

탄소-탄소 결합(carbon-caron bond)은 탄소 골격의 기초를 형성합니다. 수소 원자는 탄소 원자에 쉽게 결합합니다. 수소와 탄소만 가진 분자를 탄화수소(hydrocarbon)라고 합니다. 탄화수소는 일반적으로 긴 사슬을 형성하거나 다양한 지점에서 돌출된 가지를 형성합니다. 결합의 갯수를 바꾸면 분자의 특성이 변합니다: 예를 들어 하나 이상의 이중 결합이 있는 긴 탄화수소 꼬리를 가진 지방산은 이중 결합이 없는 지방산과 다른 특성을 나타냅니다.

이성질체는 동일한 수의 원자를 정렬하는 다양한 방법입니다

화학식은 같지만 구조가 다른 분자를 이성질체(isomer)라고 부릅니다. 이성질체의 예로는 화학식 C₆H₁₄을 공유하는 두 개의 다른 분자에서 찾아볼 수 있습니다. 헥산(hexane)은 탄소 원자가 직선으로 된 단일 사슬을 가지고 있는 반면, 이소헥산(isohexane)은 두 번째 탄소 원자에 분기점이 있습니다. 어떤 이성질체들은 탄소-탄소 이중 결합의 양쪽에 각기 다른 배열을 가져 두 가지 다른 구조를 생성할 수 있습니다. 또 거울상이성질체(enantiomer)라 불리는 이성질체들은 거울에 보이는 것 같은 상호대칭적인 구조를 가지고 있습니다. 왼손과 오른손이 거울에 비친 모습 같이 상호대칭적이지만 한 손을 다른 손 위에 포개면 딱 들어맞는 모습으로 포개어지지 않듯, 거울상이성질체는 구성하는 화합물은 모두 동일하지만 구조를 포개어보면 온전히 들어맞게 포개어지지 않습니다.

탄소 골격을 기반으로 하는 작용기

생물학적 분자의 독특한 특성은 탄소 골격에 결합된 작용기(functional groups; 예: 아미노기(–NH₂)또는 메틸기(–CH₃))에 의해 부여됩니다. 작용기는 탄소가 아닌 다른 원자로 구성될 수 있으며 분자의 구조 및 화학적 특성을 변화시킬 수 있습니다. 작용기의 상호작용은 생물학적 시스템에서 발생하는 거의 모든 것에 매우 중요하며, 작용기의 특성에 대한 지식은 약물 설계와 같은 많은 연구 분야에 영향을 미칩니다.