Ανίχνευση Λειτουργικών Ομάδων

Στον κλάδο της οργανικής χημείας, οι λειτουργικές ομάδες είναι τα άτομα υποκαταστάτη ή ομάδες ατόμων υποκαταστατών που συνδέονται με συγκεκριμένα μόρια με τρόπο που τα καθιστά πιο σταθερά. Αυτά τα τμήματα (το τμήμα του μορίου που μπορεί να βρεθεί σε μια ποικιλία άλλων ενώσεων) είναι υπεύθυνα για τις χημικές αντιδράσεις στις οποίες εμπλέκεται το μόριο με το οποίο συνδέονται.

Στην οργανική χημεία, μια λειτουργική ομάδα είναι μια συλλογή ατόμων ή δεσμών μέσα σε μια ουσία που είναι υπεύθυνη για τις συγκεκριμένες χημικές αντιδράσεις της ουσίας. Μια λειτουργική ομάδα αποτελείται από άτομα ή δεσμούς που είναι υπεύθυνοι για τις μοναδικές χημικές αντιδράσεις της ουσίας. Δεν έχει σημασία σε ποια χημική ουσία υπάρχει. η ίδια λειτουργική ομάδα θα συμπεριφέρεται και θα αντιδρά με τον ίδιο τρόπο όπου κι αν βρίσκεται.

Είναι δυνατόν δύο μόρια διαφορετικών μεγεθών αλλά με τις ίδιες λειτουργικές ομάδες να συμμετέχουν σε χημικές διεργασίες που είναι παρόμοιες ή πανομοιότυπες. Η ύπαρξη μιας λειτουργικής ομάδας σε μια ένωση υποδηλώνει ότι η συμπεριφορά και οι χημικές αντιδράσεις της εν λόγω ένωσης μπορούν να προβλεφθούν με υψηλή ακρίβεια. Οι λειτουργικές ομάδες βρίσκονται σε πρωτεΐνες, υδατάνθρακες και λίπη.

Ανίχνευση λειτουργικών ομάδων σε οργανικές ενώσεις

Η φυσική οργανική χημεία είναι ένα υποπεδίο της χημείας που ασχολείται με τη δομή, τα χαρακτηριστικά και τις αλληλεπιδράσεις των οργανικών μορίων που περιλαμβάνουν άνθρακα. Η οργανική χημεία ασχολείται με τη μελέτη υδρογονανθράκων, ενώσεων που περιέχουν άνθρακα και υδρογόνο και συνθέσεων που βασίζονται στον άνθρακα αλλά περιλαμβάνουν άλλα στοιχεία, μεταξύ άλλων. Οι οργανομεταλλικές ενώσεις είναι τα δομικά στοιχεία όλης της ζωής στη Γη και η ποικιλία των εφαρμογών τους είναι τεράστια. Είναι τα κύρια συστατικά των φαρμακευτικών προϊόντων, των πετροχημικών, των χρωμάτων, των τροφίμων, των πλαστικών και των εκρηκτικών υλικών, μεταξύ άλλων.

Η ύπαρξη λειτουργικών ομάδων σε ένα μόριο έχει επίδραση στη διαλυτότητα του εν λόγω μορίου καθώς και στη δυνατότητά του να σχηματίζει σύμπλοκα με άλλα μόρια. Η διαλυτότητα ενός διαλύματος αυξάνεται όταν οι λειτουργικές ομάδες της διαλυμένης ουσίας και του διαλύτη αλληλεπιδρούν καλά. Για παράδειγμα, επειδή η ομάδα -OH (υδροξυλίου) υπάρχει τόσο στη ζάχαρη όσο και στο νερό, η ζάχαρη μπορεί εύκολα να διαλυθεί στο νερό όταν συνδυάζονται και τα δύο.

Δοκιμή ανίχνευσης λειτουργικής ομάδας

Ας ρίξουμε μια ματιά σε μερικές από τις πιο σημαντικές λειτουργικές ομαδοποιήσεις και τις δοκιμές που χρησιμοποιούνται για την αναγνώρισή τους.

Αντιδράσεις που διακρίνουν τους κορεσμένους αλειφατικούς υδρογονάνθρακες από τους ακόρεστους αλειφατικούς υδρογονάνθρακες 

• Η δοκιμή προσθήκης βρωμίου.

Ως αποτέλεσμα της διαδικασίας προσθήκης, οι ακόρεστοι υδρογονάνθρακες και άλλες χημικές ουσίες με ακόρεστους δεσμούς αποχρωματίζουν το διάλυμα βρωμίου, με αποτέλεσμα να εμφανίζεται κίτρινο.

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:Προσθέστε στάγδην 1 τοις εκατό διάλυμα οξικού οξέος βρωμίου σε περίπου 0,5 χιλιοστόλιτρα υλικού διαλυμένου σε οξικό οξύ ή άλλο οργανικό διαλύτη. Τα περιεχόμενα του δοκιμαστικού σωλήνα θα πρέπει να αναμειχθούν καλά. Το ροζ χρώμα του βρωμίου εξαφανίζεται γρήγορα μέχρι το σημείο στο οποίο ο συνολικός αριθμός πολλαπλών δεσμών είναι κορεσμένος.

• Η δοκιμή με υπερμαγγανικό κάλιο της Lehman

Έχει παρατηρηθεί ότι το διάλυμα του KMnO4 υφίσταται αποχρωματισμό παρουσία ακόρεστων χημικών δεσμών. Αυτό είναι το αποτέλεσμα της μείωσης της συγκέντρωσης μαγγανίου από +7 σε +2. Είναι πιθανό ότι το καφέ ίζημα του διοξειδίου του μαγγανίου θα εμφανιστεί στο μείγμα της αντίδρασης κατά τη διάρκεια της αντίδρασης επειδή το διάλυμα γίνεται αλκαλικό (παράγεται ΚΟΗ).

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:Σε περίπου 1 ml του υλικού που ερευνήθηκε, προσθέστε στάγδην ένα διάλυμα ακετόνης 0,1 τοις εκατό KMnO4 σε ακετόνη. Αφού προστεθεί κάθε σταγόνα KMnO4, αναμίξτε καλά το διάλυμα και περιμένετε να εξαφανιστεί τελείως η ροζ απόχρωση. Ο όγκος του αποχρωματισμένου διαλύματος που παράγεται και η ταχύτητα με την οποία αποχρωματίζεται εξαρτώνται από τον αριθμό των πολλαπλών δεσμών που υπάρχουν στο μόριο της υπό έρευνα ουσίας.

Χαρακτηριστικές αντιδράσεις αλκοολών

• Η δοκιμή Lucas 

Ανάλογα με τον τύπο της αλκοόλης που χρησιμοποιείται, οι πρωτοταγείς, οι δευτεροταγείς και οι τριτοταγείς αλκοόλες θα αντιδράσουν διαφορετικά με το αντιδραστήριο Lucas (το διάλυμα άνυδρου χλωριούχου ψευδαργύρου σε πυκνό υδροχλωρικό οξύ). Απουσία αντίδρασης, οι πρωτοταγείς αλκοόλες (αυτές που έχουν λιγότερα από έξι άτομα άνθρακα) λαμβάνονται ως διαυγές, κάπως σκούρο διάλυμα. Όταν χρησιμοποιούνται δευτεροταγείς αλκοόλες, εμφανίζεται θολότητα στο διάλυμα 2, με αποτέλεσμα το σχηματισμό ενός διαλύματος δύο φάσεων μετά από 1-1,5 ώρα. Παρουσία τριτοταγών αλκοολών, η θολότητα του διαλύματος και ο διαχωρισμός του διαλύματος σε δύο φάσεις συμβαίνουν σχετικά γρήγορα. Η αντίδραση τριτοταγών αλκοολών με πυκνό HCl συμβαίνει ακόμη και απουσία ZnCl2.

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:Γεμίστε τρεις ξηρούς δοκιμαστικούς σωλήνες με αλεσμένα πώματα, το καθένα από τα οποία περιέχει πρωτοταγείς, δευτεροταγείς και τριτοταγείς αλκοόλες, με 5 ml αντιδραστηρίου Lucas. Επαναλάβετε αυτή τη διαδικασία άλλες τρεις φορές (0,5 ml). Αφήστε λίγο χρόνο ανάμειξης πριν τα τοποθετήσετε στο εργαστηριακό ράφι και προσδιορίσετε τη διαφορά χρόνου που απαιτείται σε κάθε περίπτωση για τη θολότητα και την ανάπτυξη διαλυμάτων δύο φάσεων.

• Η δοκιμή εστεροποίησης για την ανίχνευση μεθανόλης.

Το σαλικυλικό οξύ είναι ένα είδος οξέος. Η ένωση μεθυλεστέρας (σαλικυλικός μεθυλεστέρας) δημιουργείται με θέρμανση μεθυλικής αλκοόλης με σαλικυλικό οξύ παρουσία πυκνού θειικού οξέος, το οποίο δρα ως καταλύτης καθώς και ως παράγοντας σύνδεσης νερού στη διαδικασία.

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:Σε 1 ml μεθανόλης, προσθέστε μια πρέζα σαλικυλικού οξέος και περίπου 1 ml πυκνού H2SO4 για να το αραιώσετε. Μετά την ανάμιξη, τοποθετήστε το δείγμα σε λουτρό ζεστού νερού για λίγα λεπτά. Μετά από λίγα λεπτά, θα αναδυθεί ένα ξεχωριστό ρητινώδες άρωμα που σχετίζεται με το σαλικυλικό μεθύλιο.

• Η δοκιμή ιωδοφορμίου για την ανίχνευση αιθανόλης

Μόνο η αιθανόλη υποβάλλεται σε αντίδραση ιωδίωσης όταν πρόκειται για πρωτογενείς αλκοόλες.

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:  Προσθέστε περίπου 1 mL ιωδίου σε διάλυμα ιωδιούχου καλίου (διάλυμα Lugol) σε 0,5 mL διαλύματος αιθανόλης (διάλυμα Lugol). Στη συνέχεια, στάγδην (2-4 σταγόνες τη φορά) προσθέστε 5 τοις εκατό υδατικό διάλυμα NaOH, ανακατεύοντας συνεχώς, μέχρι να φύγει η κίτρινη απόχρωση του ιωδίου. Θα είναι δυνατό να ανιχνευθεί ένα διακριτό άρωμα και κίτρινοι κρύσταλλοι ιωδοφόρμιου μετά την ανάμιξη και θέρμανση του περιεχομένου του σωλήνα στους 60o C.

Χαρακτηριστική αντίδραση αλειφατικών αμινών 

Μια αντίδραση μεταξύ της πρωτογενούς (1o) αμινομάδας, η οποία βρίσκεται στο άτομο άνθρακα άλφα κάθε αμινοξέος, και του νιτρώδους οξέος έχει ως αποτέλεσμα το σχηματισμό άλφα-υδροξυοξέος, αερίου αζώτου και νερού.

Θα πρέπει να ακολουθηθεί η ακόλουθη διαδικασία:  Διαλύστε λίγη ποσότητα νιτρώδους άλατος νατρίου (NaNO2) σε 1 ml διαλύματος θειικού οξέος 2 M και ανακατέψτε καλά. Παρατηρήστε τις σταθερές φυσαλίδες του αερίου νιτρικού οξειδίου που έχει παραχθεί. Στη συνέχεια, σε ένα διαμέρισμα κουκούλας, προσθέστε μερικές σταγόνες διαλύματος αμινοξέος (γλυκίνη) στο σωληνάριο και ανακινήστε καλά. Παρατηρήστε μια μεγάλη ποσότητα αερίου αζώτου να αναβλύζει και να δημιουργεί φυσαλίδες αερίου που προσγειώνονται στα τοιχώματα του σωλήνα.

Συμπέρασμα

Οι λειτουργικές ομάδες των οργανικών μορίων αποτελούνται από ομάδες ατόμων που συνδέονται με τη ραχοκοκαλιά άνθρακα του μορίου. Οι χημικές αντιδράσεις που διακρίνουν τις οργανικές ουσίες είναι υπεύθυνες για το σχηματισμό λειτουργικών ομάδων. Είναι λιγότερο σταθερά από τη ραχοκοκαλιά του άνθρακα και είναι πιο επιρρεπή να συμμετέχουν σε χημικές διεργασίες ως αποτέλεσμα.

Οι λειτουργικές ομάδες στην οργανική χημεία είναι συγκεκριμένες ομάδες ατόμων εντός μορίων που είναι υπεύθυνες για τις χημικές αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές αυτών των μορίων. Στην οργανική χημεία, οι λειτουργικές ομάδες είναι υπεύθυνες για τις χημικές αντιδράσεις που είναι χαρακτηριστικές αυτών των μορίων.