專用術語
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。
英文:functional group
常見官能團
●烷烴:碳碳單鍵(C—C)(每個C各有三鍵) 【注】碳碳單鍵不是官能團,其異構是碳鏈異構。●烯烴:碳碳雙鍵(>C=C<)加成反應、氧化反應。 (具有面式結構,即雙鍵及其所連線的原子在同一平面內)。
●炔烴:碳碳叄鍵(-C≡C-) 加成反應。(具有線式結構,即三鍵及其所連線的原子在同一直線上)。
●鹵代烴:鹵素原子(-X),X代表鹵族元素(F,Cl,Br,I)。
●醇、酚:羥基(-OH);伯醇羥基可以消去生成碳碳雙鍵,酚羥基可以和NaOH反應生成水,與NaCO反應生成NaHCO,二者都可以和金屬鈉反應生成氫氣。
●醚:醚鍵(-C-O-C-) 可以由醇羥基脫水形成。最簡單的醚是甲醚(二甲醚DME)。
●硫醚:(-S-)由硫化鉀(或鈉)與鹵代烴或硫酸酯反應而得易氧化生成亞碸或碸,與鹵代烴作用生成鋶鹽(硫翁鹽)。分子中硫原子影響下,α-碳原子可形成碳正、負離子或碳自由基。
●醛:甲醯基(-CHO); 可以發生銀鏡反應,可以和斐林試劑反應氧化成羧基。與氫氣加成生成羥基。
●酮:羰基(>C=O);可以與氫氣加成生成羥基。由於氧的強吸電子性,碳原子上易發生親核加成反應。其它常見化學反應包括:親核還原反應,羥醛縮合反應。
●羧酸:羧基(-COOH);酸性,與NaOH反應生成水(中和反應),與NaHCO、NaCO反應生成二氧化碳,與醇發生酯化反應。
●酯: 酯 (-COO-) 在酸性條件下水解生成羧酸與醇(不完全反應),鹼性條件下生成鹽與醇(完全反應)。
●硝基化合物:硝基(-NO2);亞硝基(-NO)。
●胺:氨基(-NH). 弱鹼性。
●磺酸:磺基 或 磺酸( -SOH)酸性,可由濃硫酸取代生成。
●醯:(-CO-)有機化合物分子中的氮、氧、碳等原子上引入醯基的反應統稱為醯化。HO-NO硝酸 -NO 硝醯基 HO-SO-OH硫酸 R-SO-磺醯基。
●腈:氰基(-C≡N) 氰化物中鹼金屬氰化物易溶於水,水解呈鹼性。
●胩:異氰基(-NC)。
●腙:(=C=NNH)醛或酮的羰基與肼或取代肼縮合。
●巰基:(-SH)弱酸性,易被氧化。
●膦:(-PH)由磷化氫的氫原子部分或全部被烴基取代。
●肟:【(醛肟:RH>C=N-OH)(酮肟:RR’>C=N-OH)】醛或酮的羰基和烴胺中的氨基縮合。
●環氧基:-CH(O)CH-。
●偶氮基:(-N=N-)。
●芳香環(如苯環),其特徵是容易發生親電取代,難以發生加成反應,並且光譜上這種大共軛體系一般具有特徵吸收峰,對於核磁共振,芳香環對於連線其上的氫一般有很強的去禁止效應。
註:無論高中教材說的是什麼,但是事實上苯環是官能團,高中教材中沒有明確說苯環為官能團只是相對而言的,並非錯誤,因為官能團本身就是一個相對概念,在有機物中許多原子或原子團都可以決定其化學性質,而高中教材中則是學習一些具有特殊性的。
作用
種類
有機物的分類依據有組成、碳鏈、官能團和同系物等。烴及烴的衍生物的分類依據有所不同,可由下列兩表看出來。
烴的分類法:
烴的衍生物的分類法:
位置、種類異構
中學化學中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。
化學性質
官能團對有機物的性質起決定作用,-X、-OH、-CHO、-COOH、-NO、-SOH、-NH、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、苯酚和羧酸的分子裡都含有羥基,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、NaCO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。
CH-OH 極弱酸性,比碳酸弱,但比HCO-(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、NaCO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線一個氫原子,而酮中羰基碳原子上連線著烴基,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。
常見
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。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 |
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 | RX | halo- | alkyl halide |
氟代烷 | 氟代 | RF | fluoro- | alkyl fluoride |
氯代烷 | 氯代 | RCl | chloro- | alkyl chloride |
溴代烷 | 溴代 | RBr | bromo- | alkyl bromide |
碘代烷 | 碘代 | RI | iodo- | alkyl iodide |
含氧官能團
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 | | alkyl carbonate |
羧酸鹽 | 羧酸根 | RCOO | carboxy- | -oate |
羧酸 | 羧基 | RCOOH | carboxy- | -oic acid |
醚 | 醚 | ROR' | alkoxy- | alkyl alkyl ether |
酯 | 酯 | RCOOR' | | alkyl alkan oate |
氫過氧化物 | 氫過氧基 | ROOH | hydroperoxy- | alkyl hydroperoxide |
過氧化物 | 過氧基 | ROOR | peroxy- | alkyl peroxide |
含氮官能團
分類 | 官能團名稱 | 化學式 | 英文前綴 | 英文後綴 | |
---|---|---|---|---|---|
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- | alkyl azide | 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- | alkyl cyanate | |
異腈 | RNC | isocyano- | alkyl isocyanide | | |
異氰酸酯 | 異氰酸酯 | RNCO | isocyanato- | alkyl isocyanate | 異氰酸甲酯 |
異硫氰酸酯 | RNCS | isothiocyanato- | alkyl isothiocyanate | 異硫氰酸烯丙酯 | |
硝酸酯 | 硝酸酯 | RONO2 | nitrooxy-, nitroxy- | alkyl nitrate | 硝酸正戊酯 |
腈 | 氰基 | RCN | cyano- | alkane nitrile alkyl cyanide | 苯甲腈 |
亞硝酸酯 | 亞硝酸酯 | RONO | nitrosooxy- | alkyl nitrite | 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 |
含磷、硫官能團
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- | substituent phosphonic 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- | substituent sulfonic 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- | alkyl thiocyanate |
二硫化物 | 二硫鍵 | RSSR' | | alkyl alkyl disulfid |