Back to chapter

2.2:

Functional Groups

JoVE Core
Cell Biology
This content is Free Access.
JoVE Core Cell Biology
Functional Groups

Languages

Share

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.

2.2:

Functional Groups

Functional groups are a group of atoms with characteristic properties, which when linked to the carbon skeleton of a molecule, alter the properties of that molecule. For example, the presence of certain functional groups on a molecule will make them hydrophilic, whereas others will make them hydrophobic. These functional groups are an indispensable part of organic chemistry and important components of biological molecules, such as carbohydrates, proteins, lipids, and nucleic acids. Each functional group is a unique arrangement of atoms and is assigned a name for the combination of atoms that make up the group.

Hydrocarbons
Strong, stable bonds between carbon atoms produce complex molecules containing chains, branches, and rings. The chemistry of these compounds is called organic chemistry. Hydrocarbons are organic compounds composed of only carbon and hydrogen. The alkanes are saturated hydrocarbons—that is, hydrocarbons that contain only single bonds. Alkenes contain one or more carbon-carbon double bonds. Alkynes contain one or more carbon-carbon triple bonds. Aromatic hydrocarbons contain ring structures. They are also known as aryl groups.

Alcohols and Ethers
Many organic compounds that are not hydrocarbons can be thought of as derivatives of hydrocarbons. A hydrocarbon derivative can be formed by replacing one or more hydrogen atoms of a hydrocarbon with a functional group, which contains at least one atom of an element other than carbon or hydrogen. The properties of hydrocarbon derivatives are determined largely by the functional group. The –OH group, known as a hydroxyl group, is the functional group of an alcohol. The –R–O–R– group is the functional group of an ether.

Aldehydes, Ketones, Carboxylic Acids, and Esters
Functional groups related to the carbonyl group include the –CHO group of an aldehyde, the –CO– group of a ketone, the –COOH group of a carboxylic acid, and the –COOR group of an ester. The carbonyl group, a carbon-oxygen double bond, is the key structure in these classes of organic molecules: Aldehydes contain at least one hydrogen atom attached to the carbonyl carbon atom, ketones contain two carbon groups attached to the carbonyl carbon atom, carboxylic acids contain a hydroxyl group attached to the carbonyl carbon atom, and esters contain an oxygen atom attached to another carbon group connected to the carbonyl carbon atom. All of these compounds contain oxidized carbon atoms relative to the carbon atom of an alcohol group.

Amines
The addition of nitrogen into an organic framework leads to two families of molecules. Compounds containing a nitrogen atom bonded in a hydrocarbon framework are classified as amines.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 20.1: Hydrocarbons, Openstax, Chemistry 2e, Section 20.2: Alcohols and Ethers, Openstax, Chemistry 2e, Section 20.3: Aldehydes, Ketones, Carboxylic Acids, and Esters, and Openstax, Chemistry 2e, Section 20.4: Amines and Amides.