Λειτουργικές Ομάδες στην Οργανική Χημεία

Βασικές έννοιες

Σε αυτό το σεμινάριο, θα μάθετε ποιες ακριβώς λειτουργικές ομάδες είναι και γιατί είναι σημαντικά στην οργανική χημεία. Θα μάθετε επίσης πώς να αναγνωρίζετε εύκολα τις διάφορες κατηγορίες ομάδων σε οργανικές ενώσεις, προκειμένου να βοηθήσετε στην επίλυση του προβλήματός σας.

Θέματα που καλύπτονται σε άλλα άρθρα

• Οξέα και βάσεις
• Τυπική χρέωση
• Συντονισμός
• Κυκλοαλκάνια
• Ιδιότητες οξέος βάσης

Τι είναι οι Λειτουργικές Ομάδες;

Μια λειτουργική ομάδα είναι μια συγκεκριμένη ομάδα ατόμων με διακριτές ιδιότητες και δραστικότητα. Ανεξάρτητα από τα άλλα άτομα που υπάρχουν, αυτές οι ομάδες θα δανείσουν πανομοιότυπα ιδιότητες στα μητρικά τους μόρια. Για παράδειγμα, αυτό σημαίνει ότι μια αλκοόλη θα ενεργεί με τον ίδιο τρόπο ανεξάρτητα από το αν είναι μέρος της μεθυλικής αλκοόλης, της αιθυλικής αλκοόλης ή της ισοπροπυλικής αλκοόλης.

Επιπλέον, αυτές οι λειτουργικές ομάδες θα χρησιμεύουν συχνά ως οι πρωτεύουσες όξινες ή βασικές θέσεις σε μια ένωση. Αυτό τα καθιστά πιο επιρρεπή στο να είναι τόπος αντίδρασης για διαφορετικές οργανικές αντιδράσεις.

Ενώ τα άγνωστα οργανικά μόρια μπορεί να φαίνονται τρομακτικά, η εκμάθηση της αναγνώρισης αυτών των ομάδων θα βοηθήσει σημαντικά στη διάσπαση οποιασδήποτε ένωσης στις βασικές ιδιότητες και τις πιθανές αντιδράσεις της. Ας τις δούμε παρακάτω!

Κατηγορίες λειτουργικών ομάδων

Προκειμένου να γίνει πιο εύκολη η αναγνώριση και η απομνημόνευση τους, μπορούμε να κατηγοριοποιήσουμε διαφορετικές ομάδες μαζί με βάση τις δομικές τους ιδιότητες.

* Σε κάθε διάγραμμα παρακάτω, το "R" αναφέρεται στο υπόλοιπο οργανικό μόριο. Εάν μια μεμονωμένη ένωση έχει διαφορετικές πλευρικές αλυσίδες, θα δηλώνεται με R, R', R* κ.λπ.

Υδρογονάνθρακες

Οι υδρογονάνθρακες αποτελούνται αποκλειστικά από άτομα άνθρακα και υδρογόνου. Οι λειτουργικές ομάδες υδρογονανθράκων είναι αλκάνια, αλκένια, αλκίνια και αρωματικοί υδρογονάνθρακες (αρένια).

Λειτουργικές ομάδες που περιέχουν οξυγόνο

Οι ομάδες που περιέχουν οξυγόνο μπορεί να έχουν καρβονύλιο (διπλός δεσμός άνθρακα-οξυγόνου) ή όχι. Οι λειτουργικές ομάδες χωρίς καρβονύλια είναι οι αιθέρες, οι αλκοόλες και τα εποξείδια. Αυτές οι ομάδες με καρβονύλια είναι αλδεΰδες, κετόνες, καρβοξυλικά οξέα και παράγωγα καρβοξυλικού οξέος.

Τα παράγωγα καρβοξυλικού οξέος είναι διακριτές ομάδες που περιέχουν τόσο μια καρβονυλική όσο και μια επιπλέον ακυλ ομάδα. Οι εστέρες, οι ανυδρίτες, τα ακυλαλογονίδια (τα οποία επίσης περιέχουν αλογόνα) και τα αμίδια (τα οποία περιέχουν επίσης άζωτο) είναι όλα παράγωγα καρβοξυλικού οξέος. Οι εστέρες μπορούν να σχηματιστούν μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται εστεροποίηση.

Λειτουργικές ομάδες που περιέχουν άζωτο

Οι κύριες ομάδες που περιέχουν άζωτο είναι αμινοξέα, αμίνες, αμίδια και νιτρίλια. Άλλες ομάδες, όπως οι ιμίνες, οι άζες και οι αζίδες είναι σημαντικές, αν και εμφανίζονται λιγότερο συχνά.

Λειτουργικές ομάδες που περιέχουν θείο

Οι θειόλες, οι θειοαιθέρες και τα δισουλφίδια είναι οι πιο κοινές λειτουργικές ομάδες με θείο. Ένας εύκολος τρόπος για να θυμάστε τις ομάδες με θείο είναι να παρατηρήσετε τις ομοιότητες μεταξύ των ομάδων θείου και οξυγόνου. Για παράδειγμα, αντικαταστήστε το οξυγόνο σε μια αλκοόλη για να πάρετε μια θειόλη. ή, αντικαταστήστε το οξυγόνο σε έναν αιθέρα για να πάρετε ένα θειικό.

Λειτουργικές ομάδες που περιέχουν αλογόνο

Τα αλκυλαλογονίδια και τα ακυλαλογονίδια είναι οι μόνες αληθινές λειτουργικές ομάδες με αλογόνα. Είναι εύκολα αναγνωρίσιμα επειδή θα περιέχουν ένα άτομο F, Cl, Br ή I συνδεδεμένο με έναν άνθρακα

Λειτουργικές ομάδες σε μεγαλύτερη ένωση

Τώρα που έχουμε δημιουργήσει τις κύριες λειτουργικές ομάδες που είναι πιθανό να συναντήσετε στην οργανική χημεία, ήρθε η ώρα να το χρησιμοποιήσετε προς όφελός σας. Δεδομένου ότι τα περισσότερα οργανικά μόρια κατασκευάζονται από άνθρακα και υδρογόνο, ο ευκολότερος τρόπος για να εντοπίσετε μια ομάδα είναι να αναζητήσετε οποιοδήποτε ξεχωριστό άτομο (δηλαδή οξυγόνο, άζωτο, θείο ή αλογόνα). Από εκεί, συμβουλευτείτε την αντίστοιχη κατηγορία από την παραπάνω λίστα. Ας ρίξουμε μια ματιά στο παρακάτω παράδειγμα:

Το πρώτο πράγμα που πρέπει να κάνετε είναι να παρατηρήσετε και τα δύο άτομα οξυγόνου. Το ένα από αυτά είναι μέρος ενός καρβονυλίου και το άλλο μέρος της ακυλικής ομάδας.

Κοιτάξτε προς την κατηγορία των ομάδων που περιέχουν οξυγόνο για να αρχίσετε να περιορίζετε τις επιλογές. Οι μόνες ομάδες που ταιριάζουν στις αρχικές παραμέτρους είναι τα καρβοξυλικά οξέα και οι εστέρες.

Αυτό το μόριο δεν μπορεί να περιέχει καρβοξυλικό οξύ επειδή δεν υπάρχει ομάδα οξυγόνου-υδρογόνου αλκοόλης συνδεδεμένη με το καρβονύλιο. Αλλά αν κοιτάξετε την ομάδα εστέρα, θα δείτε ότι αυτό το μόριο ταιριάζει τέλεια.Υπάρχει ένα καρβονύλιο, με μια ομάδα ακυλίου οξυγόνου-άνθρακα.

Εξετάζοντας τις ιδιότητες ενός εστέρα θα σας πει πώς θα συμπεριφέρεται η ένωση. Το μόνο που έπρεπε να κάνετε είναι να βρείτε τη λειτουργική ομάδα!

Περαιτέρω ανάγνωση

Δείτε τα παρακάτω θέματα για να διαβάσετε σε βάθος τις συγκεκριμένες ιδιότητες των μεμονωμένων λειτουργικών ομάδων:

• Αλκένια, Αλκάνια, Αλκίνια και Αρένια
• Αλδεΰδες, κετόνες, καρβοξυλικά οξέα και παράγωγα καρβοξυλικού οξέος
• Αλκοόλες, εποξείδια και αιθέρες
• Θειόλες και θειοαιθέρες
• Αλκυλ αλογονίδια και ακυλ αλογονίδια

Αφού κατακτήσετε τις λειτουργικές ομάδες, μπορείτε να μάθετε περισσότερα για θέματα οργανικής χημείας ξεκινώντας με τα θέματα:

• Πυρηνόφιλο
• Ηλεκτρόφιλο
• Στερεοϊσομερή και Χειρικά Κέντρα
• Αποχώρηση από τις ομάδες
• Σταθερότητα ανθρακικού
• Τι είναι η δομική ισομέρεια;
• Φασματική Ανάλυση Οργανικών Ενώσεων