Name: functional groups in organic chemistry
Uploaded: 2020-09-24T15:06:53.000Z
Duration: 2 min 45 s
Channel: JoVE

المجموعات الوظيفية مجموعات من الذرات مترابطة تساهميًا،تؤثر في خواصّجزيء معين. غالبًا ما تتشابه الجزيئات التي تحتوي على نفس المجموعات الوظيفية،في خواصّها وتمرّبتفاعلات متشابهة. تتيح تسمية المجموعات الوظيفية،تعريفًا سريعًا للذرات في جزيء معين،وهذا مفيد في الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية.تُشكل الهيدروكربونات الأساس للجزيئات العضوية وتحتوي على أعداد متفاوتة من ذرات الكربون والهيدروجين. من هذه الهيدروكربونات الألكانات،والألكينات،والألكاينات. ترتبط ذرات الكربون ببعضها البعض في الألكانات بروابط أحادية،بينما تحتوي الألكينات والألكاينات على روابط ثنائية وثلاثية على التوالي.تستطيع الهيدروكربونات تشكيل حلقات مغلقة. إذا كانت الحلقة تحتوي على روابط أحادية،تُسمى ألكان حلَقي. وإذا كانت ذرات الكربون مرتبطة بعضها ببعض بواسطة روابط أحادية وثنائية بالتناوب،تُسمى حلقة عطرية أو مجموعة أريل.من أبسط المجموعات،التي لا تحتوي على الكربون مجموعة الهيدروكسيل التي تحتوي على ذرة أكسجين وذرة هيدروجين. وهي من المكونات المهمة للعديد من المركبات،مثل الميثانول،والماء،والكربوهيدرات. من الفئات الأخرى للمجموعات الوظيفية،فئات الكربونيل،التي تحتوي على ذرة كربون وذرة أكسجين مرتبطتان برابطة ثنائية.من بين المجموعات التي تحتوي على الكربونيل،المجموعات الوظيفية مثل الألدهيدات،الكيتونات،الإسترات،والكربوكسيلات. تحتوي الألدهيدات على هيدروجين وعلى مجموعة متغيّرة أو R مرتبطة بكاربونيل،بينما تحتوي الكيتونات على مجموعتين متغيّرتين. مجموعة R غالبًا ما تمثل الهيدروكربونات لكنها قد تكون مجموعات أخرى أو ذرات أخرى.الألدهيدات والكيتونات مجموعتين وظيفيتين رئيسيتين في الكربوهيدرات. تتكوّن الإسترات من مجموعة كربونيل،تحيط بها مجموعة R وذرة أكسجين،بينما الأحماض الكربوكسيلية أو المجموعات الكربوكسيلية،تحيط بها مجموعة R وذرة كحول. تحتوي الليبيدات على إسترات،وتحتوي الأحماض الأمينية على أحماض كربوكسيلية.كما تحتوي الأحماض الأمينية على مجموعة وظيفية أخرى،تُسمى أمين أو مجموعة أمينية. يتكون الأمين من نيتروجين مع زوج وحيد متصلين بمزيج من الهيدروجين ومجموعات R.الأحماض الأمينية هي لبنات بناء البروتينات. مجموعة الفوسفات هي ذرة فوسفات مرتبطة بأربع ذرات أكسجين،وتوجد عادة في الحمض النووي الصبغي DNA للكائنات الحية.كما يمكنها أن ترتبط بالبروتينات لتغيير وظيفتها.

المجموعات الوظيفية

المجموعات الوظيفية هي مجموعة من الذرات ذات الخصائص المميزة، والتي عند ربطها بالهيكل الكربوني لجزيء ما، تغير خصائص ذلك الجزيء. على سبيل المثال، فإن وجود مجموعات وظيفية معينة على الجزيء سيجعلها محبة للماء، في حين أن البعض الآخر سيجعلها كارهة للماء. هذه المجموعات الوظيفية هي جزء لا غنى عنه من الكيمياء العضوية ومكونات مهمة للجزيئات البيولوجية، مثل الكربوهيدرات والبروتينات والدهون والأحماض النووية. كل مجموعة وظيفية هي ترتيب فريد للذرات ويتم تعيين اسم لها لتوليف الذرات التي تتكون منها المجموعة. الهيدروكربونات تنتج الروابط القوية والمستقرة بين ذرات الكربون جزيئات معقدة تحتوي على سلاسل وفروع وحلقات. تسمى كيمياء هذه المركبات بالكيمياء العضوية. الهيدروكربونات مركبات عضوية تتكون من الكربون والهيدروجين فقط. الألكانات عبارة عن هيدروكربونات— مشبعة أي هيدروكربونات تحتوي على روابط مفردة فقط. تحتوي الألكينات على رابطة أو أكثر من الرابطة المزدوجة للكربون والكربون. تحتوي الألكينات على رابطة ثلاثية أو أكثر من الكربون والكربون. تحتوي الهيدروكربونات العطرية على هياكل حلقية. تُعرف أيضاً باسم مجموعات الأريل. الكحوليات والإيثرات يمكن اعتبار العديد من المركبات العضوية غير الهيدروكربونية مشتقات الهيدروكربونات. يمكن تكوين مشتق هيدروكربوني عن طريق استبدال ذرة هيدروجين واحدة أو أكثر من الهيدروكربون بمجموعة وظيفية، والتي تحتوي على ذرة واحدة على الأقل من عنصر آخر غير الكربون أو الهيدروجين. يتم تحديد خصائص مشتقات الهيدروكربون إلى حد كبير من قبل المجموعة الوظيفية. مجموعة –OH، المعروفة باسم مجموعة الهيدروكسيل، هي المجموعة الوظيفية للكحول. مجموعة –R–O–R– هي المجموعة الوظيفية للأثير. الألدهيدات، والكيتونات، والأحماض الكربوكسيلية، والإسترات تشمل المجموعات الوظيفية المتعلقة بمجموعة الكاربونيل مجموعة –CHO للألدهيد، ومجموعة –CO– للكيتون، ومجموعة –COOH لحمض الكربوكسيل، ومجموعة–COOR للإستر. مجموعة الكاربونيل، رابطة كربون-أكسجين مزدوجة، هي الهيكل الأساسي في هذه الفئات من الجزيئات العضوية: تحتوي الألدهيدات على ذرة هيدروجين واحدة على الأقل متصلة بذرة كربونيل، وتحتوي الكيتونات على مجموعتين من الكربون مرتبطة بذرة كربونيل، والأحماض الكربوكسيلية تحتوي على مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بذرة كربونيل، وتحتوي الإسترات على ذرة أكسجين مرتبطة بمجموعة كربون أخرى متصلة بذرة كربونيل كربون. تحتوي كل هذه المركبات على ذرات كربون مؤكسدة نسبة إلى ذرة الكربون لمجموعة كحول. الأمينات تؤدي إضافة النيتروجين إلى إطار عضوي إلى مجموعتين من الجزيئات. يتم تصنيف المركبات التي تحتوي على ذرة نيتروجين مرتبطة في إطار هيدروكربوني على أنها أمينات. هذا النص مقتبس من <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-1-hydrocarbons">Openstax, Chemistry 2e, Section 20.1: Hydrocarbons</a>, <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-2-alcohols-and-ethers">Openstax, Chemistry 2e, Section 20.2: Alcohols and Ethers, </a><a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-2-alcohols-and-ethers">Openstax, Chemistry 2e, Section 20.3: Aldehydes, Ketones, Carboxylic Acids, and Esters,</a> and <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-4-amines-and-amides">Openstax, Chemistry 2e, Section 20.4: Amines and Amides.</a>

المجموعات الوظيفية هي مجموعة من الذرات ذات الخصائص المميزة ، والتي عند ربطها بالهيكل العظمي الكربوني للجزيء ، تغير خصائص ...

Education

JoVE Core

Chemistry

الكيمياء

واحد

Biochemistry

الكيمياء الحيوية

KEY TERMS AND CONCEPTS

المصطلحات والمفاهيم الأساسية

Functional Groups

functional groups in organic chemistry

Functional groups in organic chemistry are groups of atoms that give molecules specific properties. When these groups attach to a carbon skeleton, they can change how the molecule behaves. Some functional groups make a molecule hydrophilic, or water-attracting. Others make it hydrophobic, or water-repelling.

Functional groups are a key part of organic chemistry and are also found in major biological molecules. They appear in carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Each functional group has a unique arrangement of atoms and a name based on that arrangement.

Hydrocarbons are organic compounds made of only carbon and hydrogen. Strong carbon-carbon bonds can build long chains, branches, and rings. Saturated hydrocarbons are called alkanes because they contain only single bonds. Alkenes contain one or more carbon-carbon double bonds, while alkynes contain one or more carbon-carbon triple bonds. Aromatic hydrocarbons contain ring structures and are also known as aryl groups.

Many organic compounds are not hydrocarbons, but they can be formed from hydrocarbons. In a hydrocarbon derivative, one or more hydrogen atoms are replaced by a functional group that contains at least one atom other than carbon or hydrogen. The functional group usually determines the properties of the derivative. The hydroxyl group, written as –OH, is the functional group of an alcohol. The –R–O–R– group is the functional group of an ether.

Other important functional groups are related to the carbonyl group. The carbonyl group is a carbon-oxygen double bond. Aldehydes contain the –CHO group, ketones contain the –CO– group, carboxylic acids contain the –COOH group, and esters contain the –COOR group. In aldehydes, at least one hydrogen is attached to the carbonyl carbon. In ketones, two carbon groups are attached to that carbon. Carboxylic acids have a hydroxyl group attached to the carbonyl carbon, and esters have an oxygen atom linked to another carbon group at that position.

These carbonyl-based compounds contain oxidized carbon atoms compared with the carbon atom in an alcohol group. Adding nitrogen to an organic framework forms another important family of molecules. Compounds with a nitrogen atom bonded within a hydrocarbon framework are called amines.

Functional Groups in Organic Chemistry

functional groups

Functional groups in organic chemistry are groups of atoms that give molecules specific properties. When these groups attach to a carbon skeleton, they can change how the molecule behaves. Some functional groups make a molecule hydrophilic, or water-attracting. Others make it hydrophobic, or water-repelling. Functional groups are a key part of organic chemistry and are also found in major biological molecules. They appear in carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Each functional...

structure of lipids

Lipids, Fats, and Cell Membranes

Lipids are nonpolar molecules that do not mix well with water. They are hydrophobic, which means “water fearing,” because they contain mostly nonpolar carbon-carbon and carbon-hydrogen bonds. In cells, lipids store long-term energy as fats, help insulate plants and animals, and form protective water-repellent layers on feathers and fur. They are also part of cell membranes and serve as building blocks for many hormones. Common lipids include fats, oils, waxes, phospholipids, and steroids. A...

chemistry of the cell

Cell Chemistry: Water and Macromolecules

Cell chemistry includes water, organic molecules, and inorganic ions. These materials shape how cells store energy, build structures, and carry out life processes. Most cellular chemistry and metabolism happen in the watery cytoplasm. Water is a key part of the cell because it has special properties tied to its polarity. In a water molecule, hydrogen and oxygen form polar covalent bonds, so the molecule has no net charge but does have a slightly positive end and a slightly negative end. Oxygen...

dna base pairing

Chargaff’s Rules and DNA Pairing

Chargaff’s rules and DNA base pairing explain how DNA strands match up. In double-stranded DNA, adenine (A) pairs with thymine (T), and guanine (G) pairs with cytosine (C). Chargaff also found that A equals T, G equals C, and the total amount of purines (A and G) equals the total amount of pyrimidines (C and T). Watson and Crick later showed why these matches matter. A forms two hydrogen bonds with T, while G forms three hydrogen bonds with C. These pairings keep the DNA double helix a...

chemistry of carbohydrates

Carbohydrates as Energy and Storage Molecules

Carbohydrates are important energy sources in human and animal diets. Grains, fruits, and vegetables are natural sources of carbohydrates. They help provide energy to the body, especially through glucose, a simple sugar found in starch and many staple foods. Carbohydrates are identified by the stoichiometric formula (CH2O)n, where n is the number of carbons in the molecule. This means the ratio of carbon to hydrogen to oxygen is usually 1:2:1. The name carbohydrate comes from this pattern,...

protein and protein structure

How Protein Shape Controls Function

Proteins are a major class of organic molecules in living systems, and their shape helps determine what they do. They can act as structural, regulatory, contractile, or protective molecules. They also take part in transport, storage, membranes, toxins, and enzymes. All proteins are polymers of amino acids arranged in a linear sequence. A protein’s function depends on its three-dimensional form. For example, an enzyme works when its active site can bind a specific substrate. If local changes or...

amino acids

Amino Acids and Protein Building

Amino acids are the building blocks of proteins. Each amino acid has the same basic structure. A central carbon atom, called the alpha carbon, is bonded to an amino group, a carboxyl group, and a hydrogen atom. Each amino acid also has an R group, or side chain, attached to the central carbon. The R group is different for every amino acid. It helps determine whether an amino acid is acidic, basic, polar, or nonpolar. Scientists call these molecules amino acids because they contain both amino...

peptide bonds

Peptide Bond Formation and Shape

Peptide bonds join amino acids into peptides and polypeptides. They form when the carboxyl group of one amino acid reacts with the amino group of another. This dehydration reaction releases a water molecule and creates a covalent link. As more amino acids are added, the chain becomes a polypeptide. Each polypeptide has a free amino group at one end. This end is the N-terminal, or amino-terminal. The other end has a free carboxyl group. This end is the C-terminal, or carboxyl-terminal. The...

nucleic acids

DNA and RNA: Genetic Instructions

DNA and RNA are the nucleic acids that store genetic information and help direct cell activity. These macromolecules carry the cell’s genetic blueprint and the instructions it uses to function. DNA is the genetic material in all living organisms, from single-celled bacteria to multicellular mammals. In eukaryotic cells, DNA is found in the nucleus and also in organelles such as chloroplasts and mitochondria. In prokaryotes, DNA is not enclosed in a membrane. The full genetic content of a cell...

dna replication

DNA Copying: Leading and Lagging Strands

DNA replication copies genetic material before a cell divides. Each original DNA strand serves as a template for a new complementary strand. The result is semiconservative replication, which means each new DNA molecule contains one old strand and one new strand. The two daughter cells then receive DNA with the same sequence. Replication starts when helicase separates the two strands of the double helix. This creates a Y-shaped replication fork. Primase then adds short RNA primers that give DNA...

from dna to protein

The Genetic Code and Codons

The genetic code and codons explain how cells turn DNA information into proteins. Genes first direct the sequence of mRNA, and mRNA then directs the sequence of amino acids that make up proteins. Specific proteins and RNAs carry out this decoding. Cells copy DNA into mRNA so the original DNA stays protected while the cell uses the message for protein synthesis. Copying DNA to RNA is relatively simple. One nucleotide is added to the mRNA strand for every nucleotide read on the DNA strand.

polymers

Polymer Chains and How They Form

Polymers are long chains of molecules made from repeating units called monomers. The word polymer comes from the Greek words "poly," meaning many, and "mer," meaning parts. Polymers can be found in nature, such as DNA and proteins, or made synthetically, such as plastics. A polymer’s shape helps define its properties. Some polymers form linear chains, while others are branched or arranged in complex networks. Functional groups on a polymer also affect how it behaves. The repeating units in a...

key terms and concepts

Learn how functional groups change the properties of organic molecules, from hydrocarbons and alcohols to carbonyl compounds and amines.

Functional Groups in Organic Chemistry | JoVE K12

chemistry

JoVE Core Chemistry brings general chemistry concepts to life using concise and easy-to-understand animated video lessons. Plus, in the scientist-in-action videos, we demonstrate classical and original research experiments performed in today's laboratories worldwide.

Functional Groups in Organic Chemistry

Description

Transcript