官能團(tuán)（functional group）又稱功能基，是指有機(jī)分子中賦予化合物特定化學(xué)性質(zhì)的一類原子或原子團(tuán)。它通常由特定的原子排列構(gòu)成，是決定化合物化學(xué)反應(yīng)活性和物理性質(zhì)的核心結(jié)構(gòu)單元。官能團(tuán)可以顯著影響分子的極性、酸堿性、溶解性、沸點(diǎn)、熔點(diǎn)及其他化學(xué)或物理特性。常見的官能團(tuán)包括：羥基（-OH）、羧基（-COOH）、醛基（-CHO）、酮基、氨基（-NH2）、硝基（-二氧化氮）、鹵素（-X，X代表氟、氯、溴、碘）等。每種官能團(tuán)都有其獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，例如，羥基賦予化合物較強(qiáng)的親水性，羧基具有酸性，碳碳雙鍵則表現(xiàn)出易發(fā)生加成反應(yīng)的特性。
在有機(jī)化學(xué)中，官能團(tuán)的存在與組合為化合物的分類和命名提供了基礎(chǔ)。研究官能團(tuán)的結(jié)構(gòu)和反應(yīng)特性對(duì)于理解化學(xué)反應(yīng)機(jī)制、開發(fā)新材料以及應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和工業(yè)領(lǐng)域具有重要意義。
含官能團(tuán)的有機(jī)物命名
對(duì)于復(fù)雜有機(jī)化合物來說，應(yīng)遵循IUPAC的系統(tǒng)命名法來命名，基本方法分四步：選擇主要官能團(tuán)；定主鏈位次；確定取代基并列出順序；寫出全稱。
選擇主要官能團(tuán)
通常按官能團(tuán)排列順序來選擇化合物中的主要官能團(tuán)。官能團(tuán)的順序按下列序號(hào)排列：1.酸；2.；3.酰胺；4.；5.醛；6.酮；7.醇酚；8.胺；9.亞胺；10.氮雜環(huán)化合物；11.磷雜環(huán)；12.氧雜環(huán)；13.硫雜環(huán)；14.碳環(huán)；15.烴；16.鹵代烴。習(xí)慣上把排在前面的官能團(tuán)選做主要官能團(tuán)，命名時(shí)稱為某某化合物，排在后面的官能團(tuán)看成取代基。例如：、和，主要官能團(tuán)分別是，分別稱為酸、酯和醇。
定主鏈位次
選擇含有主要官能團(tuán)、取代基多的最長(zhǎng)碳鏈為主鏈，從靠近官能團(tuán)的一端開始給主鏈編號(hào)，給定主鏈上取代基的位置。編號(hào)要遵循"最低系列原則”，即碳鏈以不同方向編號(hào)，得到兩種或兩種以上的不同編號(hào)系列，比較各系列不同位次，最先遇到的位次最小者，定為“最低系列”。例如：
確定取代基并列出順序
主鏈上有多個(gè)取代基或官能團(tuán)命名時(shí)，這些取代基或官能團(tuán)列出順序遵守“順序規(guī)則”（sequence rule），較優(yōu)基團(tuán)后列出。順序規(guī)則內(nèi)容（用“>”表示優(yōu)于）：
（1）各種取代基或官能團(tuán)按其第一個(gè)原子的原子序數(shù)大小排列，原子序數(shù)大者為“較優(yōu)”基團(tuán)。若為同位素，則質(zhì)量高的定為“較優(yōu)”基團(tuán)。例如：
I>Br>Cl>F>O>N>C>H
D>H
（2）如果兩個(gè)基團(tuán)的第一個(gè)原子相同，則比較與之相連的第二個(gè)原子，以此類推。比較時(shí)，按原子序數(shù)排列，先比較各組中原子序數(shù)最大者，若仍相同，再依次比較第二個(gè)、第三個(gè)。若仍然相同，則沿取代基鏈逐次比較。例如：
（3）含有雙鍵或三鍵，可以分解為連有兩個(gè)或三個(gè)相同原子，例如：
所以有三鍵優(yōu)于雙鍵
（4）寫出化合物全名
寫全名時(shí)，取代基的位次號(hào)寫在取代基名稱前面，用半字線“-”與取代基分開；相同取代基或官能團(tuán)合并寫，用二、三等表示相同取代基或官能團(tuán)數(shù)目，位號(hào)數(shù)字間用逗號(hào)“，”分開；前一取代基名稱與后一取代基位號(hào)間也用半字線“-”分開。在不會(huì)混淆時(shí)，可以省去位次號(hào)，多數(shù)情況下“1”可以省去，例如：
官能團(tuán)的確定
官能團(tuán)決定了有機(jī)化合物的主要性質(zhì)，包括化學(xué)性質(zhì)和一些物理性質(zhì)，例如官能團(tuán)的化學(xué)性質(zhì)主要體現(xiàn)在其反應(yīng)類型和反應(yīng)條件上，不同官能團(tuán)具有獨(dú)特的反應(yīng)行為，通常決定了化合物在化學(xué)反應(yīng)中的角色。例如，酸性官能團(tuán)（如羧基、酚羥基）可以釋放質(zhì)子（H+），表現(xiàn)出酸性；堿性官能團(tuán)（如氨基）可以接受質(zhì)子，表現(xiàn)出堿性。某些官能團(tuán)（如醇、醛、硝基）可以參與氧化還原反應(yīng)。例如，醇可以被氧化為醛或酮，而醛可以進(jìn)一步氧化為羧酸。親電官能團(tuán)（如羰基、羧基）容易吸引電子，參與親核加成或親核取代反應(yīng)；親核官能團(tuán)（如羥基、氨基）容易提供電子，參與親電加成或親電取代反應(yīng)。
化學(xué)方法
化學(xué)方法有時(shí)可以迅速達(dá)到鑒定官能團(tuán)的目的。例如，分子中的碳碳雙鍵可以和溴水反應(yīng)，迅速使溴水褪色，如不褪色，則分子不含碳碳雙鍵。又如，分子中的醛基和酮基可以和2,4二硝基苯反應(yīng)，迅速生成黃色沉淀，如無黃色沉淀生成，則分子不含醛基和酮基。常見官能團(tuán)的鑒定反應(yīng)見下表。
物理方法
化合物經(jīng)純度檢查和確定分子式后，需進(jìn)一步進(jìn)行官能團(tuán)和分子骨架的確定。首先計(jì)算該化合物的不飽和度，準(zhǔn)確計(jì)算出結(jié)構(gòu)中可能含有的雙鍵數(shù)或環(huán)數(shù)，再根據(jù)所測(cè)得的物理常數(shù)、化學(xué)定性試驗(yàn)、降解反應(yīng)及紫外光譜、紅外光譜、質(zhì)譜、核磁共振譜等綜合分析，以確定化合物所含官能團(tuán)、母核類型等。
在化合物結(jié)構(gòu)分析中，光譜技術(shù)具有用量少、可回收、省時(shí)省力等優(yōu)點(diǎn)，克服了經(jīng)典結(jié)構(gòu)研究中耗時(shí)長(zhǎng)、準(zhǔn)確性差、消耗樣品量大及不可回收等缺點(diǎn)。通過波譜解析，或與已知化合物的譜學(xué)數(shù)據(jù)對(duì)照，把各官能團(tuán)或結(jié)構(gòu)片段連接起來形成整體結(jié)構(gòu)，再進(jìn)一步通過X-Ray單晶衍射、旋光譜、圓二色譜或2D-NMR等方法進(jìn)一步確定其立體結(jié)構(gòu)。常用于結(jié)構(gòu)鑒定的光譜技術(shù)有紫外吸收光諧（ultraviolet absorption spectrum，UV）、紅外吸收光譜（infrared absorption spectrum，IR）、核磁共振譜（nuclear magnetic resonance，NMR）和質(zhì)譜（mass spectrum，MS）。
常見官能團(tuán)
烴基
烷烴分子的化學(xué)鍵均為σ鍵；碳碳雙鍵、碳碳三鍵均由σ鍵和π鍵組成，只是π鍵的數(shù)目不同；在苯的結(jié)構(gòu)中，存在一個(gè)閉合的π-π共輒體系，其中的π電子高度離域，π電子云密度完全平均化。
含鹵素的基團(tuán)
鹵代烷烴是一類由碳鹵素鍵定義的分子。一般來說，除化合物外，鹵代烷烴容易發(fā)生親核取代或消除反應(yīng)。
含氧官能團(tuán)
由于sp-雜化氧（羰基）的吸電子作用和sp2-雜化氧（醇基）的供體作用，含有C-O鍵的化合物各自具有不同的反應(yīng)性，具體取決于C-O鍵的位置和雜化。
含氮官能團(tuán)
該類別中含有氮的化合物可能含有C-O鍵。
含金屬元素的官能團(tuán)
含硫官能團(tuán)
含有硫的化合物表現(xiàn)出獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)榱蚰軌蛐纬杀妊醺嗟逆I。
含磷官能團(tuán)
含有磷的化合物表現(xiàn)出獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)榱啄軌虮鹊纬筛嗟逆I。
含硼官能團(tuán)
含有硼的化合物表現(xiàn)出獨(dú)特的化學(xué)性質(zhì)，因?yàn)樗鼈兙哂胁糠痔畛涞陌擞珞w，因此起到路易斯酸的作用。
官能團(tuán)的保護(hù)
在有機(jī)合成中，反應(yīng)物分子常常為多官能團(tuán)化合物，在某一反應(yīng)條件下，往往存在多個(gè)反應(yīng)部位，從而產(chǎn)物構(gòu)成復(fù)雜，甚至得不到目標(biāo)分子。為了使目標(biāo)反應(yīng)順利進(jìn)行，可利用一些特定反應(yīng)將分子中對(duì)反應(yīng)條件敏感的官能團(tuán)保護(hù)起來，當(dāng)目標(biāo)反應(yīng)完成后，再將保護(hù)基去除。顯然官能團(tuán)保護(hù)具有三個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①提高反應(yīng)區(qū)域選擇性；②提高反應(yīng)立體選擇性；③有利于反應(yīng)產(chǎn)物分離。
官能團(tuán)保護(hù)基應(yīng)具備的條件：官能團(tuán)保護(hù)的最主要的問題就是尋找合適保護(hù)基。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，一個(gè)理想的保護(hù)基應(yīng)具備下列四個(gè)條件：①保護(hù)基引入條件溫和；保護(hù)基在目標(biāo)分子形成過程中穩(wěn)定；③基團(tuán)在溫和條件下應(yīng)可以選擇性地除去；④去保護(hù)過程產(chǎn)生的副產(chǎn)物應(yīng)容易離去。
醇羥基保護(hù)
醇羥基易氧化（如伯醇和仲醇），易脫水（如叔醇），可分解各種試劑和其他有機(jī)金屬化合物。因此，在某些化合物的合成中，為阻止上述反應(yīng)的發(fā)生，就需要將羥基保護(hù)起來。醇羥基常用的保護(hù)方法為轉(zhuǎn)換為醚類、縮醛或縮酮類及其酯衍生物。
酚羥基保護(hù)
酚羥基的兩類常用保護(hù)方法是形成醚類和酯類。
羰基的保護(hù)
基是最容易發(fā)生反應(yīng)的活潑官能團(tuán)之一，可與多種親核試劑發(fā)生親核加成，因此在許多反應(yīng)中需要保護(hù)羰基。常用生成縮醛和縮酮來保護(hù)羰基。
氨基的保護(hù)
伯胺和仲胺很容易氧化，且易發(fā)生烴基化、?；?/a>化以及與醛、酮基的親核加成反應(yīng)。在合成中常采用氨基質(zhì)子化，轉(zhuǎn)變?yōu)轷；苌锖?a href="/hebeideji/2056353456404896638.html">烴基衍生物等方法保護(hù)氨基。
羧基的保護(hù)
羧基通常用形成酯的方法保護(hù)。常見的有轉(zhuǎn)變?yōu)榧柞ァ?a href="/hebeideji/4725003177256187602.html">乙酯、叔丁酯、酯等。
應(yīng)用
現(xiàn)在已經(jīng)廣泛用于防治疾病的藥物中，極大多數(shù)是有機(jī)化合物；而且目前大量涌現(xiàn)的新藥中，也幾乎全是有機(jī)化合物。對(duì)新藥的尋找、構(gòu)效關(guān)系的研究、合成藥物生產(chǎn)中的工藝改進(jìn)、質(zhì)量檢查、劑型加工以及使用、保管等，都需要借助官能團(tuán)。
藥物合成反應(yīng)，官能團(tuán)影響藥物的活性和作用機(jī)制。化學(xué)上存在大量的官能團(tuán)，僅有一部分在藥物結(jié)構(gòu)中更為常見，例如醇、酚、胺、酰胺和芳環(huán)較為常見。例如Morphine和茚地那韋的結(jié)構(gòu)中就出現(xiàn)了這樣的官能團(tuán)。不同的藥物所含的官能團(tuán)數(shù)目和種類不同，一般地，藥物中存在的官能團(tuán)越多，合成的挑戰(zhàn)可能越大。
參考資料 >
官能團(tuán).術(shù)語在線.2023-11-28
1.6: Functional Groups.libretexts.2023-12-05
有機(jī)化合物命名原則.chemsoc.2023-12-15