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

Functionele groepen zijn covalent gebonden sets atomen die de eigenschappen van een molecuul beïnvloeden. Moleculen die dezelfde functionele groepen bevatten, vertonen vaak vergelijkbare eigenschappen en ondergaan vergelijkbare reacties. Het benoemen van functionele groepen maakt snelle identificatie van de atomen in een molecuul mogelijk, wat nuttig is in de organische chemie en biochemie.Koolwaterstoffen vormen de basis van organische moleculen en bevatten verschillende aantallen koolstof-en waterstofatomen. Deze omvatten alkanen, alkenen en alkynen. Koolstofatomen in alkanen zijn met elkaar verbonden door enkele bindingen, terwijl alkenen en alkynen respectievelijk dubbele of drievoudige bindingen bevatten.Koolwaterstoffen kunnen gesloten ringen vormen. Als de ring alleen enkele bindingen bevat, wordt dit een cycloalkaan genoemd. Als de koolstofatomen met elkaar zijn verbonden door afwisselende enkele en dubbele bindingen, wordt dit een aromatische ring of een arylgroep genoemd.Een van de eenvoudigste groepen die geen koolstof bevatten, is de hydroxylgroep die een zuurstofatoom en een waterstofatoom bevat. Het is een belangrijk bestanddeel van verschillende verbindingen, zoals methanol, water en koolhydraten. Een andere categorie functionele groepen zijn de carbonylgroepen, die een koolstof en een zuurstof bevatten die met elkaar zijn verbonden door een dubbele binding.Carbonyl-bevattende groepen omvatten functionele groepen zoals aldehyden, ketonen, esters en carboxylgroepen. Aldehyden hebben waterstof en een variabele of R-groep gehecht aan een carbonylgroep, terwijl ketonen twee variabele groepen hebben. R-groepen stellen vaak koolwaterstoffen voor, maar kunnen ook andere groepen of atomen zijn.Aldehyden en ketonen zijn belangrijke functionele groepen in koolhydraten. Esters bestaan uit een carbonylgroep geflankeerd door een R-groep en een zuurstof, terwijl carbonzuren of carboxylgroepen worden geflankeerd door een R-groep en een alcohol. Lipiden bevatten esters en aminozuren bevatten carbonzuren.Aminozuren hebben ook een andere gemeenschappelijke functionele groep, een amine-of aminogroep. Een amine heeft een stikstof met een vrij paar gekoppeld aan een combinatie van waterstofatomen en R-groepen. Aminozuren zijn de bouwstenen van eiwitten.Een fosfaatgroep is een fosfor gebonden aan vier zuurstofatomen en wordt vaak aangetroffen in DNA, het genetisch materiaal van alle levende organismen. Het kan ook aan eiwitten worden gehecht om hun functie te veranderen.

functionele groepen

Functionele groepen zijn een groep atomen met karakteristieke eigenschappen, die, wanneer ze zijn gekoppeld aan het koolstofskelet van een molecuul, de eigenschappen van dat molecuul veranderen. De aanwezigheid van bepaalde functionele groepen op een molecuul zal ze bijvoorbeeld hydrofiel maken, terwijl andere ze hydrofoob maken. Deze functionele groepen zijn een onmisbaar onderdeel van de organische chemie en belangrijke componenten van biologische moleculen, zoals koolhydraten, eiwitten, lipiden en nucleïnezuren. Elke functionele groep is een unieke rangschikking van atomen en krijgt een naam toegewezen aan de combinatie van atomen waaruit de groep bestaat. Koolwaterstoffen Sterke, stabiele bindingen tussen koolstofatomen produceren complexe moleculen die ketens, vertakkingen en ringen bevatten. De chemie van deze verbindingen wordt organische chemie genoemd. Koolwaterstoffen zijn organische verbindingen die alleen uit koolstof en waterstof bestaan. De alkanen zijn verzadigde koolwaterstoffen, dat wil zeggen koolwaterstoffen die slechts enkele bindingen bevatten. Alkenen bevatten een of meer dubbele koolstof-koolstofbindingen. Alkynen bevatten een of meer drievoudige koolstof-koolstofbindingen. Aromatische koolwaterstoffen bevatten ringstructuren. Ze zijn ook bekend als arylgroepen. Alcoholen en ethers Veel organische verbindingen die geen koolwaterstoffen zijn, kunnen worden gezien als derivaten van koolwaterstoffen. Een koolwaterstofderivaat kan worden gevormd door het vervangen van één of meer waterstofatomen van een koolwaterstof door een functionele groep, die ten minste één atoom van een ander element dan koolstof of waterstof bevat. De eigenschappen van koolwaterstofderivaten worden grotendeels bepaald door de functionele groep. De –OH-groep, bekend als een hydroxylgroep, is de functionele groep van een alcohol. De –R–O–R– groep is de functionele groep van een ether. Aldehyden, ketonen, carbonzuren en esters Functionele groepen die verband houden met de carbonylgroep zijn onder meer de –CHO-groep van een aldehyde, de –CO–-groep van een keton, de –COOH-groep van een carbonzuur en de –COOR-groep van een ester. De carbonylgroep, een dubbele koolstof-zuurstofbinding, is de sleutelstructuur in deze klassen van organische moleculen: aldehyden bevatten ten minste één waterstofatoom bevestigd aan het carbonylkoolstofatoom, ketonen bevatten twee koolstofgroepen gehecht aan het carbonylkoolstofatoom, carbonzuren bevatten een hydroxylgroep bevestigd aan het carbonylkoolstofatoom, en esters bevatten een zuurstofatoom bevestigd aan een andere koolstofgroep verbonden aan het carbonylkoolstofatoom. Al deze verbindingen bevatten geoxideerde koolstofatomen ten opzichte van het koolstofatoom van een alcoholgroep. Aminen De toevoeging van stikstof aan een organisch raamwerk leidt tot twee families van moleculen. Verbindingen die een stikstofatoom bevatten gebonden in een koolwaterstofraamwerk worden geclassificeerd als aminen. Deze tekst is aangepast van <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-1-hydrocarbons">Openstax, Chemistry 2e, Sectie 20.1: Koolwaterstoffen</a>, <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-2-alcohols-and-ethers">Openstax, Chemistry 2e, Sectie 20.2: Alcoholen en ethers, </a><a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-2-alcohols-and-ethers">Openstax, Chemistry 2e, Sectie 20.3: Aldehyden, ketonen, carbonzuren en esters,</a> en <a href="https://openstax.org/books/chemistry-2e/pages/20-4-amines-and-amides">Openstax, Chemistry 2e, Sectie 20.4: Aminen en amiden.</a>

Functionele groepen

Functional groups are a group of atoms with characteristic properties, which when linked to the carbon skeleton of a molecule, alter the properties of ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Scheikunde

Eén

Biochemistry

Biochemie

KEY TERMS AND CONCEPTS

BELANGRIJKE TERMEN EN CONCEPTEN

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

Tags