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

Grupy funkcyjne to kowalencyjnie związane zestawy atomów, które wpływają na właściwości cząsteczki.
Cząsteczki zawierające te same grupy funkcyjne często wykazują podobne właściwości i ulegają podobnym reakcjom.
Nazewnictwo grup funkcyjnych pozwala na szybką identyfikację atomów w cząsteczce, co jest przydatne w chemii organicznej i biochemii. 
Węglowodory są podstawą cząsteczek organicznych i zawierają różną liczbę atomów węgla i wodoru. Należą do nich alkany, alkeny i alkiny. Atomy węgla w alkanach są połączone ze sobą pojedynczymi wiązaniami, podczas gdy alkeny i alkiny zawierają odpowiednio wiązania podwójne lub potrójne.
Węglowodory mogą tworzyć zamknięte pierścienie. Jeśli pierścień zawiera tylko pojedyncze wiązania, nazywa się go cykloalkanem. Jeśli węgle są połączone ze sobą naprzemiennymi wiązaniami pojedynczymi i podwójnymi, nazywa się to pierścieniem aromatycznym lub grupą arylową.
Jedną z najprostszych grup niezawierających węgla jest grupa hydroksylowa, która zawiera atom tlenu i atom wodoru. Jest ważnym składnikiem kilku związków, takich jak metanol, woda i węglowodany.
Inną kategorią grup funkcyjnych są grupy karbonylowe, które zawierają węgiel i tlen połączone ze sobą podwójnym wiązaniem. Grupy zawierające karbonyl obejmują grupy funkcyjne, takie jak aldehydy, ketony, estry i grupy karboksylowe.
Aldehydy mają wodór i zmienną lub grupę R przyłączoną do karbonylu, podczas gdy ketony mają dwie grupy zmienne. Grupy R często reprezentują węglowodory, ale mogą to być inne grupy lub atomy. 
Aldehydy i ketony są kluczowymi grupami funkcyjnymi w węglowodanach
Estry składają się z grupy karbonylowej otoczonej grupą R i tlenem, podczas gdy kwasy karboksylowe lub grupy karboksylowe są otoczone grupą R i alkoholem. Lipidy zawierają estry, a aminokwasy zawierają kwasy karboksylowe.
Aminokwasy mają również inną wspólną grupę funkcyjną zwaną grupą aminową lub aminową. Amina ma azot z samotną parą połączoną z kombinacją wodorów i grup R. Aminokwasy są budulcem białek. 
Grupa fosforanowa to fosfor związany z czterema tlenami i powszechnie występuje w DNA, materiale genetycznym wszystkich żywych organizmów. Może być również przyłączony do białek, aby zmienić ich funkcję.

grupy funkcyjne

Grupy funkcyjne to grupy atomów o charakterystycznych właściwościach, które połączone ze szkieletem węglowym cząsteczki zmieniają właściwości tej cząsteczki. Na przykład obecność pewnych grup funkcyjnych w cząsteczce sprawia, że będą one hydrofilowe, podczas gdy pozostałe sprawią, że będą hydrofobowe. Te grupy funkcyjne są nieodzowną częścią chemii organicznej i ważnymi składnikami cząsteczek biologicznych, takich jak węglowodany, białka, lipidy i kwasy nukleinowe. Każda grupa funkcyjna jest unikalnym układem atomów i ma przypisaną nazwę kombinacji atomów tworzących grupę.

Węglowodory

Silne, stabilne wiązania między atomami węgla tworzą złożone cząsteczki zawierające łańcuchy, rozgałęzienia i pierścienie. Chemia tych związków nazywana jest chemią organiczną. Węglowodory to związki organiczne składające się wyłącznie z węgla i wodoru. Alkany to węglowodory nasycone, czyli zawierające tylko wiązania pojedyncze. Alkeny zawierają jedno lub więcej wiązań podwójnych węgiel-węgiel. Alkiny zawierają jedno lub więcej potrójnych wiązań węgiel-węgiel. Węglowodory aromatyczne zawierają struktury pierścieniowe. Są one również znane jako grupy arylowe.

Alkohole i etery

Wiele związków organicznych, które nie są węglowodorami, można uważać za pochodne węglowodorów. Pochodną węglowodorową można utworzyć poprzez zastąpienie jednego lub większej liczby atomów wodoru w węglowodorze grupą funkcyjną, która zawiera co najmniej jeden atom pierwiastka innego niż węgiel lub wodór. O właściwościach pochodnych węglowodorów decyduje w dużej mierze grupa funkcyjna. Grupa –OH, znana jako grupa hydroksylowa, jest grupą funkcyjną alkoholu. Grupa –R–O–R– to grupa funkcyjna eteru.

Aldehydy, ketony, kwasy karboksylowe i estry

Grupy funkcyjne związane z grupą karbonylową obejmują grupę –CHO aldehydu, grupę –CO– ketonu, grupę –COOH kwasu karboksylowego i grupę –COOR estru. Grupa karbonylowa, podwójne wiązanie węgiel-tlen, jest kluczową strukturą w tych klasach cząsteczek organicznych: aldehydy zawierają co najmniej jeden atom wodoru przyłączony do karbonylowego atomu węgla, ketony zawierają dwie grupy węglowe przyłączone do karbonylowego atomu węgla, kwasy karboksylowe zawierają grupę hydroksylową przyłączoną do karbonylowego atomu węgla, a estry zawierają atom tlenu przyłączony do innej grupy węglowej połączonej z karbonylowym atomem węgla. Wszystkie te związki zawierają utlenione atomy węgla w stosunku do atomu węgla grupy alkoholowej.

Aminy

Dodanie azotu do struktury organicznej prowadzi do dwóch rodzin cząsteczek. Związki zawierające atom azotu związany w strukturze węglowodorowej są klasyfikowane jako aminy.

Grupy funkcyjne

Grupy funkcyjne to grupa atomów o charakterystycznych właściwościach, które połączone ze szkieletem węglowym cząsteczki zmieniają właściwości ...

Education

JoVE Core

Chemistry

Chemia

Jeden

Biochemistry

Biochemia

KEY TERMS AND CONCEPTS

Kluczowe terminy i pojęcia

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