官能團
官能團
官能團,是決定有機化合物的化學性質的原子或原子團。常見官能團碳碳雙鍵、碳碳三鍵、羥基、羧基、醚鍵、醛基、羰基等。有機化學反應主要發生在官能團上,官能團對有機物的性質起決定作用,—X、OH、-CHO、-COOH、-NO2、-SO3H、-NH2、RCO-,這些官能團就決定了有機物中的鹵代烴、醇或酚、醛、羧酸、硝基化合物或亞硝酸酯、磺酸類有機物、胺類、醯胺類的化學性質。
有機物的分類依據有組成、碳鏈、官能團和同系物等。
有機物的同分異構種類有碳鏈異構、官能團位置異構和官能團的種類異構三種。對於同類有機物,由於官能團的位置不同而引起的同分異構是官能團的位置異構,如下面一氯乙烯的8種異構體就反映了碳碳雙鍵及氯原子的不同位置所引起的異構。
對於同一種原子組成,卻形成了不同的官能團,從而形成了不同的有機物類別,這就是官能團的種類異構。如:相同碳原子數的醛和酮,相同碳原子數的羧酸和酯,都是由於形成不同的官能團所造成的有機物種類不同的異構。
官能團對有機物的性質起決定作用,-X、-OH、-CHO、-COOH、-NO2、-SO3H、-NH2、RCO-,這些官能團就決定了有機物中的鹵代烴、醇或酚、醛、羧酸、硝基化合物或亞硝酸酯、磺酸類有機物、胺類、醯胺類的化學性質。因此,學習有機物的性質實際上是學習官能團的性質,含有什麼官能團的有機物就應該具備這種官能團的化學性質,不含有這種官能團的有機物就不具備這種官能團的化學性質,這是學習有機化學特別要認識到的一點。例如,醛類能發生銀鏡反應,或被新制的氫氧化銅懸濁液所氧化,可以認為這是醛類較特徵的反應;但這不是醛類物質所特有的,而是醛基所特有的,因此,凡是含有醛基的物質,如葡萄糖、甲酸及甲酸酯等都能發生銀鏡反應,或被新制的氫氧化銅懸濁液所氧化。
有機物分子中的基團之間存在著相互影響,這包括官能團對烴基的影響,烴基對官能團的影響,以及含有多官能團的物質中官能團之間的的相互影響。
R-COOH 弱酸性,具有酸的通性,能與NaOH、Na2CO3反應。
顯然,羧酸中,羧基中的羰基的影響使得羥基中的氫易於電離。
② 醛和酮都有羰基(>C=O),但醛中羰基碳原子連接一個氫原子,而酮中羰基碳原子上連接著烴基,故前者具有還原性,後者比較穩定,不為弱氧化劑所氧化。
③ 同一分子內的原子團也相互影響。如苯酚,-OH使苯環易於取代(致活),苯基使-OH顯示酸性(即電離出H)。果糖中,多羥基影響羰基,可發生銀鏡反應。
由上可知,我們不但可以由有機物中所含的官能團來決定有機物的化學性質,也可以由物質的化學性質來判斷它所含有的官能團。如葡萄糖能發生銀鏡反應,加氫還原成六元醇,可知具有醛基;能跟酸發生酯化生成葡萄糖五乙酸酯,說明它有五個羥基,故為多羥基醛。
有機化學反應主要發生在官能團上,因此,要注意反應發生在什麼鍵上,以便正確地書寫化學方程式。
如醛的加氫發生在醛基碳氧鍵上,氧化發生在醛基的碳氫鍵上;鹵代烴的取代發生在碳鹵鍵上,消去發生在碳鹵鍵和相鄰碳原子的碳氫鍵上;醇的酯化是羥基中的O—H鍵斷裂,取代則是C—O鍵斷裂;加聚反應是含碳碳雙鍵(>C=C<)(並不一定是烯烴)的化合物的特有反應,聚合時,將雙鍵碳上的基團上下甩,打開雙鍵中的一鍵後手拉手地連起來。
官能團
根據所含π鍵的不同,不同的烴基官能團具有不同的性質。注意徠:烷烴基(如甲基、亞甲基)不算官能團,而苯基是官能團。
分類 | 官能團名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 |
---|---|---|---|---|
烷烴 | 烷基 | RH | alkyl- | -ane |
烯烴 | 烯基 | R2C=CR2 | alkenyl- | -ene |
炔烴 | 炔基 | RC≡CR' | alkynyl- | -yne |
苯及衍生物 | 苯基 | RC6H5 RPh | phenyl- | -benzene |
甲苯及衍生物 | 苄基 | RCH2C6H5 RBn | benzyl- | 1-(substituent)toluene |
鹵代烴中含有碳-鹵素鍵,鍵能隨鹵素不同而有變化。一般除氟代烴外,鹵代烴都可發生親核取代反應和消去反應。
分類 | 取代基名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 |
---|---|---|---|---|
鹵代烷 | 鹵代 | RX | halo- | alkylhalide |
氟代烷 | 氟代 | RF | fluoro- | alkylfluoride |
氯代烷 | 氯代 | RCl | chloro- | alkylchloride |
溴代烷 | 溴代 | RBr | bromo- | alkylbromide |
碘代烷 | 碘代 | RI | iodo- | alkyliodide |
不同的碳氧鍵會因其中原子雜化程度的不同而有性質上的差異。sp雜化的氧原子有吸電子效應,而sp則有給電子效應。
分類 | 官能團名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 |
---|---|---|---|---|
醯鹵 | 鹵代甲醯基 | RCOX | haloformyl- | -oyl halide |
醇 | 羥基 | ROH | hydroxy- | -ol |
酮 | 羰基 | RCOR' | keto-, oxo- | -one |
醛 | 醛基 | RCHO | aldo- | -al |
碳酸酯 | 碳酸酯 | ROCOOR | alkylcarbonate | |
羧酸鹽 | 羧酸根 | RCOO | carboxy- | -oate |
羧酸 | 羧基 | RCOOH | carboxy- | -oic acid |
醚 | 醚 | ROR' | alkoxy- | alkyl alkylether |
酯 | 酯 | RCOOR' | alkyl alkanoate | |
氫過氧化物 | 氫過氧基 | ROOH | hydroperoxy- | alkylhydroperoxide |
過氧化物 | 過氧基 | ROOR | peroxy- | alkylperoxide |
分類 | 官能團名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 | |
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醯胺 | 醯胺 | RCONH2 | carboxamido- | -amide | |
胺 | 伯胺 | RNH2 | amino- | -amine | |
仲胺 | R2NH | amino- | -amine | ||
叔胺 | R3N | amino- | -amine | ||
季銨鹽 季銨陽離子 | R4N | ammonio- | -ammonium | ||
亞胺 | 一級酮亞胺 | RC(=NH)R' | imino- | -imine | |
二級酮亞胺 | RC(=NR)R' | imino- | -imine | ||
一級醛亞胺 | RC(=NH)H | imino- | -imine | ||
二級醛亞胺 | RC(=NR')H | imino- | -imine | ||
醯亞胺 | 醯亞胺 | RC(=O)NC(=O)R' | imido- | -imide | |
疊氮化物 | 疊氮根 | RN3 | azido- | alkylazide | 疊氮苯 |
偶氮化合物 | 偶氮基 | RN2R' | azo- | -diazene | 甲基黃 |
氰酸酯 | 氰酸酯 | ROCN | cyanato- | alkylcyanate | |
異腈 | RNC | isocyano- | alkylisocyanide | ||
異氰酸酯 | 異氰酸酯 | RNCO | isocyanato- | alkylisocyanate | 異氰酸甲酯 |
異硫氰酸酯 | RNCS | isothiocyanato- | alkylisothiocyanate | 異硫氰酸烯丙酯 | |
硝酸酯 | 硝酸酯 | RONO2 | nitrooxy-, nitroxy- | alkylnitrate | 硝酸正戊酯 |
腈 | 氰基 | RCN | cyano- | alkanenitrile alkylcyanide | 苯甲腈 |
亞硝酸酯 | 亞硝酸酯 | RONO | nitrosooxy- | alkylnitrite | 亞硝酸異戊酯 |
硝基化合物 | 硝基 | RNO2 | nitro- | 硝基甲烷 | |
亞硝基化合物 | 亞硝基 | RNO | nitroso- | 亞硝基苯 | |
吡啶及衍生物 | 吡啶基 | RC5H4N | 4-pyridyl (pyridin-4-yl) 3-pyridyl (pyridin-3-yl) 2-pyridyl (pyridin-2-yl) | -pyridine | 尼古丁 |
與同族的氮和氧相比,有機磷化合物和有機硫化合物中的雜原子傾向於成更多的鍵。
分類 | 官能團名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 |
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膦 | 膦 | R3P | phosphino- | -phosphane |
磷酸二酯 | 磷酸酯 | HOPO(OR)2 | phosphoric acid di(substituent) ester | di(substituent) hydrogenphosphate |
亞磷酸酯 | 亞磷酸酯 | RP(=O)(OH)2 | phosphono- | substituentphosphonic acid |
磷酸酯 | 磷酸酯 | ROP(=O)(OH)2 | phospho- | |
硫醚 | 硫醚 | RSR' | di(substituent) sulfide | |
碸 | 磺醯基 | RSO2R' | sulfonyl- | di(substituent) sulfone |
磺酸 | 磺酸基 | RSO3H | sulfo- | substituentsulfonic acid |
亞碸 | 亞磺醯基 | RSOR' | sulfinyl- | di(substituent)sulfoxide |
硫醇 | 巰基 | RSH | mercapto-, sulfanyl- | -thiol |
硫氰酸酯 | 硫氰酸酯 | RSCN | thiocyanato- | alkylthiocyanate |
二硫化物 | 二硫鍵 | RSSR' | alkyl alkyl disulfide |