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。

導致的異構


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。

決定性質


化學性質

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。

其它性質

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。
① 醇、苯酚和羧酸的分子里都含有羥基,故皆可與鈉作用放出氫氣,但由於所連的基團不同,在酸性上存在差異。
R-OH 中性,不能與NaOH、Na2CO3反應;與苯環直接相連的羥基成為酚羥基,不與苯環直接相連的羥基成為醇羥基
C6H5-OH 極弱酸性,比碳酸弱,但比HCO3-(碳酸氫根)要強。不能使指示劑變色,能與NaOH反應。苯酚還可以和碳酸鈉反應,生成苯酚鈉與碳酸氫鈉;
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
官能團

常見官能團


烴基

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RHalkyl--ane
烯烴烯基R2C=CR2alkenyl--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

含鹵素取代基

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RXhalo-alkylhalide
氟代烷氟代RFfluoro-alkylfluoride
氯代烷氯代RClchloro-alkylchloride
溴代烷溴代RBrbromo-alkylbromide
碘代烷碘代RIiodo-alkyliodide

含氧

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RCOXhaloformyl--oyl halide
羥基ROHhydroxy--ol
羰基RCOR'keto-, oxo--one
醛基RCHOaldo--al
碳酸酯碳酸酯ROCOORalkylcarbonate
羧酸鹽羧酸根RCOOcarboxy--oate
羧酸羧基RCOOHcarboxy--oic acid
ROR'alkoxy-alkyl alkylether
RCOOR'alkyl alkanoate
氫過氧化物氫過氧基ROOHhydroperoxy-alkylhydroperoxide
過氧化物過氧基ROORperoxy-alkylperoxide

含氮

分類官能團名稱化學式英文前綴英文後綴
醯胺醯胺RCONH2carboxamido--amide
伯胺RNH2amino--amine
仲胺R2NHamino--amine
叔胺R3Namino--amine
季銨鹽
季銨陽離子
R4Nammonio--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)Himino--imine
二級醛亞胺RC(=NR')Himino--imine
醯亞胺醯亞胺RC(=O)NC(=O)R'imido--imide
疊氮化物疊氮根RN3azido-alkylazide疊氮苯
偶氮化合物偶氮基RN2R'azo--diazene甲基黃
氰酸酯氰酸酯ROCNcyanato-alkylcyanate
異腈RNCisocyano-alkylisocyanide
異氰酸酯異氰酸酯RNCOisocyanato-alkylisocyanate異氰酸甲酯
異硫氰酸酯RNCSisothiocyanato-alkylisothiocyanate異硫氰酸烯丙酯
硝酸酯硝酸酯RONO2nitrooxy-, nitroxy-alkylnitrate硝酸正戊酯
氰基RCNcyano-
alkanenitrile
alkylcyanide
苯甲腈
亞硝酸酯亞硝酸酯RONOnitrosooxy-alkylnitrite亞硝酸異戊酯
硝基化合物硝基RNO2nitro-硝基甲烷
亞硝基化合物亞硝基RNOnitroso-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

含磷、硫

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
R3Pphosphino--phosphane
磷酸二酯磷酸酯HOPO(OR)2phosphoric acid di(substituent) esterdi(substituent) hydrogenphosphate
亞磷酸酯亞磷酸酯RP(=O)(OH)2phosphono-substituentphosphonic acid
磷酸酯磷酸酯ROP(=O)(OH)2phospho-
硫醚硫醚RSR'di(substituent) sulfide
磺醯基RSO2R'sulfonyl-di(substituent) sulfone
磺酸磺酸基RSO3Hsulfo-substituentsulfonic acid
亞碸亞磺醯基RSOR'sulfinyl-di(substituent)sulfoxide
硫醇巰基RSHmercapto-, sulfanyl--thiol
硫氰酸酯硫氰酸酯RSCNthiocyanato-alkylthiocyanate
二硫化物二硫鍵RSSR'alkyl alkyl disulfide