Grupari functionale in biomolecule

Grupari functionale in biomolecule

Marea diversitate a compusilor organici se datoreste prezentei in molecula acestora a diferite grupari functionale, care le confera proprietati caracteristice.

Gruparile functionale sunt atomi sau grupe de atomi grefati pe un schelet de hidrocarbura. In exemplele de mai jos, astfel de grupari functionale sunt: - Cl, - OH, - NH₂.

hidrocarbura radical clorderivat alcool amina

CH₄ - CH₃ CH₃ - Cl CH₃OH CH₃NH₂

metan metil clorura de metanol metilamina

metil

C₂H₆ - C₂H₅ C₂H_{5 ­}- Cl C₂H₅OH C₂H₅-NH₂

etan etil clorura de etanol etilamina

etil

Proprietatile acestor compusi sunt imprimate de gruparile functionale. Astfel, compusii care au radicali diferiti, dar aceleasi grupari functionale, au proprietati asemanatoare (CH₃-OH are proprietati asemanatoare cu C₂H₅-OH iar proprietatile metil aminei sunt asemanatoare cu ale etilaminei, etc).

In functie de numarul de atomi de hidrogen substituiti la atomul de carbon, distingem:

- grupari functionale monovalente:

OH gruparea hidroxil (alcooli, fenoli, enoli);

SH gruparea tiol (tioli);

NH₂ gruparea amino (amine).

- grupari functionale bivalente:

- grupari functionale trivalente:

Reactiile chimice ale diferitelor clase de substante sunt de fapt reactiile gruparilor functionale.

In continuare se vor prezenta principalele caracteristici ale celor mai importante grupari functionale, strict necesare pentru intelegerea proprietatilor compusilor organici naturali.

1. Gruparea hidroxil - OH

Este prezenta in alcooli, fenoli si enoli.

Alcooli. Alcoolii sunt cei mai importanti compusi cu grupare hidroxil. In alcooli, gruparea - OH se leaga de o catena saturata, care poate fi catena unui alcan, cicloalcan, partea saturata din catena unei alchene sau catena laterala a unei hidrocarburi aromatice.

CH₃ - CH₂ - OH CH₂ = CH - CH₂ - OH C₆H₅ - CH₂ - OH

(alcool etilic -     (alcool acrilic - (alcool benzilic-

alcool saturat)    alcool nesaturat) aromatic)

Dupa felul atomilor de carbon de care este legata gruparea hidroxil, alcoolii sunt de trei feluri:

Dupa numarul gruparilor hidroxil din molecula, distingem:

monoalcooli dialcooli polialcooli

C₂H₅ - OH CH₂ - OH H₂C - OH

CH₂ - OH HC - OH

etandiol H₂C - OH

propantriol

Alcoolii sunt substante reactive, care formeaza o serie de derivati:

a) Alcoolii au un caracter slab acid. Ei reactioneaza cu metale, formind alcoxizi.

R - CH₂ - OH + Na R - CH₂O^-Na⁺ + ½ H₂

alcoxid de Na

b) Prin eliminarea unei molecule de apa intre doua molecule de alcool se formeaza un eter:

c) Alcoolii reactioneaza cu acizii organici si anorganici, formand esteri:

d) Prin dehidrogenarea alcoolilor (oxidare) se obtin compusi carbonilici:

Fenoli. Fenolii contin gruparea hidroxil legata direct de un nucleu aromatic.

Fenolii au caracter acid mai pronuntat, decat alcoolii. Ei reactioneaza cu hidroxizi alcalini rezultind fenoxizi.

Gruparea OH din fenoli formeaza eteri si esteri, ca si alcoolii.

Enoli. Enolii contin gruparea hidroxil legata de un atom de C apartinand unei legaturi duble. Au formula generala R - CH = CH - OH.

Exemplu: CH₂=CH-OH (alcool vinilic, instabil).

2. Gruparea amino - NH₂

Este caracteristica aminelor, dar aceasta grupare functionala mai este prezenta in aminoacizi, aminoalcooli, etc. Teoretic aminele deriva de la amoniac (NH₃) prin inlocuirea hidrogenului cu radicali de hidrocarbura (R).

Amine. In functie de numarul de atomi de H din amoniac inlocuiti cu radicali de hidrocarbura, acestea pot fi:

Aminele au caracter bazic, datorita prezentei in molecula a unei perechi de electroni neparticipanti. Ca si amoniacul, vor reactiona cu acizii, respectiv cu apa.

Aminele reactioneaza cu apa:

Aminele primare se pot dehidrogena cu formare de imine:

Iminele sunt instabile si hidrolizeaza formind aldehide sau cetone si pun in libertate amoniac. Aceasta reactie este importanta pentru metabolismul aminoacizilor.

O proprietate importanta a aminelor este metilarea acestora cu iodura de metil, pana la obtinerea unei sari cuaternare:

Aminele se condenseaza cu aldehidele, formand baze Schiff:

Aminele se pot acila:

3. Gruparea carbonil

Aceasta grupare functionala este caracteristica aldehidelor si cetonelor.

Aldehide si cetone. Aldehidele si cetonele se pot hidrogena, deci pot sa aditioneze hidrogen la dubla legatura C =O. Gruparea carbonil fiind foarte reactiva, aldehidele si cetonele participa intr-o serie de reactii chimice. Acestea sunt:

1. Reactii de aditie si condensare (comune aldehidelor si cetonelor).

a) Reactii de aditie

b) Reactii de condensare cu aminele ( vezi reactiile aminelor)

Aldehidele si cetonele pot sa se transforme in formele lor enolice prin transferul unor atomi si a unor perechi de electroni in molecula.

Fenomenul poarta numele de tautomerie ceto - enolica.

2. Reactii de oxidare (specifice aldehidelor). Aldehidele se transforma usor prin oxidare in acizi organici:

Reactia are loc fie in prezenta unor agenti oxidanti, fie a oxigenului din aer (autooxidare).

4. Gruparea carboxil

Este caracteristica acizilor organici.

Acizii organici (carboxilici) au formula generala:

Clasificare

In functie de numarul gruparilor carboxil - COOH, acizii organici pot fi:

- monocarboxilici:

- di si policarboxilici

Dupa natura radicalului R, acizii organici sunt de trei feluri:

- saturati: CH₃-CH₂-COOH Acid propionic

- nesaturati:

- aromatici:

Proprietatile acizilor carboxilici

Acizii organici sunt acizi slabi, in solutie apoasa disociaza, echilibrul reactiei fiind deci deplasat spre stanga:

ion carboxilat ion hidroniu

Acizii reactioneaza cu metale, oxizii metalelor si hidroxizii, formand saruri:

Acizii reactioneaza cu alcoolii formand esteri (vezi reactiile alcoolilor). Acestia fac parte din clasa derivatilor functionali ai acizilor carboxilici, intrucat esterii reactioneaza cu apa, refacand acidul:

R - COOR₁ + HOH RCOOH + R₁ - OH

Acizii reactioneaza de asemenea cu NH₃, formand saruri de amoniu, prin deshidratarea acestora formandu-se amide; de asemenea derivati functionali ai acizilor carboxilici.

R - COOH + NH₃ R - COO NH₄

sare de amoniu

R - COONH₄ R - CO - NH₂ + H₂O

amida

R - CO - NH₂ + HOH R - COOH + NH₃

5. Derivati functionali

Sunt acele combinatii, care se formeaza prin eliminarea unei molecule de apa intre gruparile functionale diferite apartinind unor molecule. Prin hidroliza, derivatii functionali regenereaza substanta initiala.

Astfel, eterii sunt derivati functionali, care rezulta prin eliminarea apei din doua grupari OH apartinind la doua molecule de alcooli, iar esterii sunt derivati functionali ai acizilor carboxilici rezultati prin reactia dintre gruparea functionala OH dintr-un alcool si gruparea functionala - COOH a unui acid organic.

Legaturile eterice si esterice sunt caracteristice unor substante naturale din clasa glucidelor si a lipidelor. Aceste legaturi se desfac in urma hidrolizei: