現在、化学者が知っている有機化合物の数は1,000万を超えています。 自然界にはもっと多くの化合物が存在しているはずで、有機化学者は絶えず新しい化合物を作り出しています。
炭素は、1つの原子が他の原子と4つの化学結合を作ることができ、また、非常に大きな分子の一部としてちょうどよい大きさであるため、これほど多くの化合物を作ることができる唯一の元素です。
炭素原子の4つの価電子は、共有できる電子を持つ他の原子と共有することで、共有結合を形成することができます。 炭素原子の4つの価電子は、共有できる電子を持つ他の原子と共有して共有電子結合を形成し、さらに他の炭素原子と電子を共有することで、鎖のように長い炭素原子の列を形成する。
炭素が炭素同士の長い鎖を作ることができるのは、さまざまな炭素化合物が存在する5つの理由のうちの1つ目である。 2つ目の理由は、炭素原子はまっすぐな鎖だけでなく、木の枝のように複雑に枝分かれして結合することができることだ。 さらには、炭素原子同士が「頭から尻尾まで」結合して、炭素原子のリングを作ることもできる。
3つ目の理由は、炭素原子が他の原子と電子を1つだけ共有して単結合を形成するだけでなく、2つまたは3つの電子を共有して二重結合や三重結合を形成することができることです。 これにより、結合の組み合わせが様々な場所で可能となり、膨大な数の異なる分子を作ることができるのです。
4つ目の理由は、同じ原子や結合の集まりであっても、分子内の幾何学的な配置が異なると、異なる形状、すなわち異なる性質を持つ分子ができるということです。
5つ目の理由は、炭素原子を鎖や環に結合させるのに使われていない電子は、いくつかの他の元素の原子と結合するのに使われるからです。 最も一般的な他の元素は水素で、炭化水素と呼ばれる一連の化合物を作っています。 また、窒素、酸素、リン、硫黄、ハロゲンなど、さまざまな種類の原子を有機分子の一部として結合させることもできる。 炭素原子の枝にくっつく方法は膨大な数にのぼり、そのバリエーションごとに異なる化合物の分子を作ることができる。 ちょうど、クリスマスツリーのオーナメントを枝から枝に移すと、まったく別のツリーになるようなものです。