고등학생을 위한 유기화학 지식, 작용기에 대해 알아보자

이 글은 유기화학에 대한 관심이 많고 이해를 높이려는 고등학생들을 위해 작용기(functional group)에 대해 설명하고자 합니다. 작용기는 모든 유기화학 결합에서 아주 중요한 역할을 합니다. 엄청나게 큰 분자에서 작용기 하나 차이로 반응이 크게 바뀌는 경우도 많습니다. 지금까지 알려진 작용기는 엄청나게 종류가 많지만 이 글에서 가장 많이 알려진 작용기에 대해 설명하겠습니다.

작용기를 잘 이해하고 있다는 것은 화학 반응을 잘 예측할 수 있다는 것과 비슷하므로 유기 합성에 대해 관심이 많으신 분들은 도움이 될 것입니다.

I. 알코올과 페놀

가장 많이 알려진 작용기 중 하나는 알코올 그룹(-OH)입니다. 알코올은 하이드록시기(-OH)가 탄소 원자에 부착된 화합물입니다.  그래서 화학물질의 이름을 명명할때 알케인(alkane)의 -ane을 -ol로 대체하여 이름을 지었습니다. 예를 들 메탄은 메탄올이 되고, 에탄은 에탄올이 됩니다. 알코올은 수소 결합을 형성하는 능력과 산화 반응에서의 반응성과 같은 다양한 물리적, 화학적 특성을 보입니다.

알코올은 일상 생활에서 널리 사용됩니다. 예를들면 제약, 페인트, 화장품을 포함한 많은 산업에서 용매 역할을 합니다. 또, 알코은 탄수화물과 지질과 같은 생체 분자의 구조적 구성 요소와 신호 분자로서 생물학적 시스템에서 중요한 역할을 합니다. 하이드록시기가 부착된 벤젠의 유도체인 페놀은 또 다른 중요한 종류의 화합물입니다. 그래서 페놀은 방부제 및 소독제와 같은 독특한 특성을 가지고 있어 의약품 및 개인 관리 제품에 가치가 있습니다.
 

II. 알데하이드와 케톤

다른 종류의 작용기로 넘어가면 알데히드와 케톤이 있습니다. 알데히드는 탄소 사슬의 끝에 카보닐기(-C=O)를 가지고 있고, 케톤은 탄소 사슬 내에 카보닐기를 가지고 있습니다. 알데하이드는 알칸 이름의 -e 끝을 -al로 대체하고, 케톤은 -e 끝을 -1로 대체함으로써 이름이 붙여집니다. 예를 들어, 알데히드의 경우 메탄은 메타날(포름알데히드)이 되고, 프로판은 케톤의 경우 프로파논(아세톤)이 됩니다.

알데하이드와  케톤은 다양한 특성과 용도를 보입니다. 그것들은 일반적으로 식품과 향수 산업에서 향료와 향료로 사용됩니다. 알데하이드인 포름알데히드는 수지와 플라스틱 생산에 사용됩니다. 케톤인 아세톤은 용제로 사용되며 매니큐어 제거제와 세정제에 널리 사용됩니다. 또한, 알데하이드와 케톤은 다양한 화학 반응에 참여하여 유기 합성에 필수적인 중간생성물이 됩니다.

III. 카르복실산과 에스터

알아볼 마지막 작용기는 카르복실산과 에스터입니다. 카르복실산은 카르복실기(-COOH)를 포함하고, 에스터는 카르보닐기(-COO-)의 산소 원자에 연결된 알킬기를 가지고 있습니다. 카복실산은 알케인 이름의 -끝을 -oic acid로 대체하여 이름이 지어지는 반면, 에스터는 카복실산 이름의 -끝을 -ate로 대체하여 이름이 지어집니다. 예를 들어, 메탄은 카르복실산의 경우 메탄올산이 되고, 에탄올산은 에스테르의 경우 메틸 에탄올산이 됩니다.

카복실산은 식품, 의약품 및 폴리머를 포함한 많은 산업에서 광범위한 응용 분야를 발견합니다. 그것들은 레몬과 식초와 같은 음식의 신맛에 기여합니다. 아세트산과 같은 일부 카복실산은 방부제 및 향미 증진제로 널리 사용됩니다. 반면에, 에스터는 기분 좋은 향기를 가지고 있고 향수, 로션, 그리고 양초에 향료로 사용됩니다. 그들은 또한 지방, 기름, 왁스의 합성에 중요한 역할을 합니다.

결론
결론적으로 작용기는 유기 화학의 기본 구성 요소입니다. 작용기는 유기 화합물의 특성과 행동을 정의하여 그들의 특성과 반응성을 형성합니다. 그래서 우리는 알코올과 페놀, 알데하이드와 케톤, 그리고 카르복실산과 에스테르의 세 가지 필수 기능 그룹을 탐구했습니다. 각 그룹은 고유한 특성을 제시하고 제약에서 향수에 이르기까지 다양한 산업 분야에서 응용 분야를 찾습니다.

고등학생분들은 작용기의 역할을 이해하면 화학 교과서에 나오는 화합물들을 더 잘 이해할 수 있을겁니다. 모든 화학반응에는 다 이유가 있습니다. 화학 반응에 더 많은 관심을 갖고 있다면 화학관련 학과로 진학하셔서 유기화학을 공부하신다면 큰 도움이 될 것입니다.