- Karbonilo grupės charakteristikos ir savybės
- Rezonansinės struktūros
- Nomenklatūra
- Reaktyvumas
- Nukleofilinis išpuolis
- Dariniai
- Sumažinimas
- Acetalių ir ketalų susidarymas
- Tipai
- Kaip jį atpažinti aldehiduose ir ketonuose
- ID
- Pagrindiniai pavyzdžiai
- Nuorodos
Karbonilo grupė yra deguonies organinė funkcinė grupė, panašus į dujinio anglies monoksido molekulę. Jis pavaizduotas kaip C = O, ir nors jis laikomas organiniu, jis taip pat gali būti randamas neorganiniuose junginiuose; pavyzdžiui, karboninės rūgšties, H 2 CO 3 , arba organiniais metalo junginių, kurių CO kaip rišiklis.
Tačiau ši grupė išsiskiria nepaprastai svarbia anglies, gyvybės, biochemijos ir kitose analogiškose mokslo šakose. Jei ne jo, daugelis molekulių negalėtų sąveikauti su vandeniu; baltymai, cukrus, amino rūgštys, riebalai, nukleorūgštys ir kitos biomolekulės neegzistuotų, jei ne jis.
Karbonilo grupė. Šaltinis: Jü
Aukščiau pateiktas paveikslėlis parodo, kaip ši grupė atrodo bendrame junginio skelete. Atkreipkite dėmesį, kad jis paryškintas mėlyna spalva, ir jei mes pašalintume pakaitalus A ir B (R arba R ', vienodai galiojantys), susidarytų anglies monoksido molekulė. Šių pakaitalų buvimas apibūdina daugybę organinių molekulių.
Jei A ir B yra kiti nei anglis atomai, tokie kaip metalai ar nemetaliniai elementai, gali būti atitinkamai metalų organinių arba neorganinių junginių. Organinės chemijos atveju pakaitalai A ir B visada bus arba vandenilio atomai, anglies grandinės, linijos, su atšakomis arba be jų, cikliniai arba aromatiniai žiedai.
Taip pradedama suprasti, kodėl karbonilo grupė gana dažna tiems, kurie studijuoja gamtos ar sveikatos mokslus; jis yra visur, ir be jo mūsų ląstelėse atsirandantys molekuliniai mechanizmai neįvyktų.
Jei būtų galima apibendrinti jo svarbą, būtų sakoma, kad jis padidina molekulės poliškumą, rūgštingumą ir reaktyvumą. Kur yra karbonilo grupė, labiau tikėtina, kad būtent tada molekulė gali transformuotis. Todėl tai yra strateginė vieta organinės sintezės plėtrai per oksidaciją ar nukleofilinius išpuolius.
Karbonilo grupės charakteristikos ir savybės
Karbonilo grupės struktūrinės charakteristikos. Šaltinis: Azaline Gomberg.
Kokios yra karbonilo grupės struktūrinės ir elektroninės savybės? Virš jo galima matyti, dabar naudojant raidės R 1 ir R 2 , o ne A ir B, kad egzistuoja tarp pakaitų ir deguonies atomo apie 120 ° C kampu; tai yra, aplink šią grupę esanti geometrija yra trigonalinė plokštuma.
Tai turi būti geometriją, anglies dioksido ir deguonies atomai turi būtinai turi sp 2 cheminę hibridizacija ; tokiu būdu, anglies turės tris sp 2 orbitalės tam, kad susiformuotų vieną kovalentinę ryšius su R 1 ir R 2 , ir gryno p orbitos į dviguba jungtimi su deguonimi.
Tai paaiškina, kaip gali būti dviguba jungtis C = O.
Jei vaizdas bus stebimas, taip pat bus matyti, kad deguonis turi didesnį elektronų tankį, δ-, nei anglis, δ +. Taip yra dėl to, kad deguonis yra labiau elektronegatyvus nei anglis, todėl jį „apiplėšia“ elektronų tankis; ir ne tik jam, bet taip pat R 1 ir R 2 pakaitai .
Taigi susidaro nuolatinis dipolio momentas, kuris, atsižvelgiant į molekulinę struktūrą, gali būti didesnis ar mažesnis. Visur, kur yra karbonilo grupė, bus dipolio akimirkų.
Rezonansinės struktūros
Dvi šios organinės grupės rezonansinės struktūros. Šaltinis: Mfomich
Kita deguonies elektronegatyvumo pasekmė yra tai, kad karbonilo grupėje yra rezonansinės struktūros, apibrėžiančios hibridą (dviejų struktūrų derinys viršutiniame paveikslėlyje). Atkreipkite dėmesį, kad elektronų pora gali migruoti link deguonies orbitos, kuri palieka anglies atomą su teigiamu daliniu krūviu; carbocation.
Abi struktūros nuolat seka, todėl anglis palaiko nuolatinį elektronų trūkumą; T. y. katijonams, kurie yra labai artimi, jie patirs elektrostatinį atstumą. Bet jei tai anijonas ar rūšis, galinti paaukoti elektronų, pajusite stiprų šios anglies potraukį.
Tuomet įvyksta tai, kas vadinama nukleofiline ataka, kuri bus paaiškinta kitame skyriuje.
Nomenklatūra
Kai junginyje yra grupė C = O, sakoma, kad jis yra karbonilas. Taigi, atsižvelgiant į karbonilo junginio pobūdį, jis turi savo nomenklatūros taisykles.
Nors ir nesvarbu, kas tai yra, visi jie turi bendrą taisyklę: C = O anglies atomų grandinėje turi pirmenybę, kai išvardija anglies atomus.
Tai reiškia, kad jei yra šakų, halogeno atomų, azoto funkcinių grupių, dvigubų ar trigubų jungčių, nė viename iš jų negali būti lokatoriaus numeris, mažesnis už C = O; todėl ilgiausia grandinė pradedama išvardyti kuo arčiau karbonilo grupės.
Jei, kita vertus, grandinėje yra keli C = O, o vienas iš jų yra aukštesnės funkcinės grupės dalis, tada karbonilo grupė turės didesnį lokaatorių ir bus minima kaip okso pakaitalas.
O kokia ta hierarchija? Šie, nuo aukščiausio iki žemiausio:
-Karboksirūgštys, RCOOH
-Esteris, REKORAS
-Amidas, RCONH 2
-Aldehidas, RCOH (arba RCHO)
-Ketonas, RCOR
Pakeitus R ir R 'molekuliniams segmentams, gaunamas begalinis skaičius karbonilo junginių, pavaizduotų aukščiau pateiktose šeimose: karboksirūgštys, esteriai, amidai ir kt. Kiekvienas iš jų yra susijęs su tradicine arba IUPAC nomenklatūra.
Reaktyvumas
Nukleofilinis išpuolis
Nukleofilinis išpuolis prieš karbonilo grupę. Šaltinis: „Benjah-bmm27“
Viršutinis paveikslėlis rodo nukleofilinę ataką, kurią patyrė karbonilo grupė. Nukleofilas Nu - gali būti anijonas arba neutrali rūšis su turimomis elektronų poromis; kaip amoniako, NH 3 , pavyzdžiui. Jis atrodo išskirtinai anglis, nes pagal rezonansines struktūras jis turi teigiamą dalinį krūvį.
Teigiamas krūvis traukia „Nu -“ , kuris bandys apytiksliai nustatyti „briaunoje“ taip, kad R ir R ’pakaitalai būtų kuo mažiau steriliški. Priklausomai nuo to, kaip nepatogūs jie, ar Nu dydis - pati , ataka įvyks skirtingais kampais ψ; ji gali būti labai atvira ar uždara.
Kai priepuolis įvyksta, tarpinis junginys, "Nu-CRR'-O - bus suformuota ; tai yra, deguonies paliekamas su elektronų pora, kad būtų galima Nu - į pridėti prie karbonilo grupės.
Šis neigiamai įkrautas deguonis gali įsikišti į kitus reakcijos etapus; protonuotos kaip hidroksilo grupė, OH, arba išskiriamos kaip vandens molekulė.
Dalyvavimo mechanizmai, taip pat reakcijos produktai, gauti iš šios atakos, yra labai įvairūs.
Dariniai
Nukleofilinis agentas Nu - gali būti daugelio rūšių. Kiekvienam konkrečiai, reaguojant su karbonilo grupe, atsiranda skirtingi dariniai.
Pavyzdžiui, kai minėtas nukleofilinis agentas yra aminą, NH 2 R, iminai kyla, R 2 , C = NR; jei ji yra hidroksilaminas, NH 2 OH, sukelia oksimais, RR'C = NOH; jei tai yra cianido anijonas, susidaro CN - , cianohidrinai, RR'C (OH) CN ir pan. su kitomis rūšimis.
Sumažinimas
Iš pradžių buvo sakoma, kad ši grupė yra prisotinta deguonimi, todėl rūdoma. Tai reiškia, kad, atsižvelgiant į sąlygas, jis gali būti sumažintas arba prarasti ryšius su deguonies atomu, jį pakeisdamas vandeniliais. Pavyzdžiui:
C = O = & gt; CH 2
Ši transformacija rodo, kad karbonilo grupė buvo redukuota į metileno grupę; praradus deguonį, padidėjo vandenilis. Tinkamiau cheminiu požiūriu: karbonilo junginys redukuojamas į alkaną.
Jei ji yra ketonas, RCOR ", į hidrazinui, H 2 N-NH 2 , ir stipriai bazinėje terpėje gali būti sumažintas iki jo atitinkamos-alkano; Ši reakcija yra žinoma kaip Wolffo-Kishnerio redukcija:
Wolff-Kishner redukcija. Šaltinis: Jü
Kita vertus, jei reakcijos mišinį sudaro sujungtas cinkas ir druskos rūgštis, reakcija vadinama Clemmensen redukcija:
Clemmensen sumažinimas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.
Acetalių ir ketalų susidarymas
Karbonilo grupė gali ne tik pridėti nukleofilinių agentų Nu - , bet ir rūgščiomis sąlygomis ji taip pat gali reaguoti su alkoholiais panašiais mechanizmais.
Kai aldehidas arba ketonas iš dalies reaguoja su alkoholiu, susidaro atitinkamai pusacetaliai arba hemicetaliai. Jei reakcija baigta, produktai yra acetalai ir ketalai. Toliau pateiktos cheminės lygtys apibendrina ir geriau paaiškina tai, kas minėta:
RCHO + R 3 OH g RCHOH (ARBA 3 ) (Hemiacetal) + R 4 OH g RCH (ARBA 3 ) (ARBA 4 ) (Acetalis)
RCOR 2 + R 3 OH g RCOR 2 (OH) (OR 3 ) (Hemicetal) + R 4 OH g RCOR 2 (OR 3 ) (OR 4 ) (ketalis)
Pirmoji reakcija atitinka hemiacetalių ir acetalių susidarymą iš aldehido, o antroji - hemicetalų ir ketalų susidarymą iš ketono.
Šios lygtys gali būti nepakankamai paprastos, kad paaiškintų šių junginių susidarymą; Tačiau, pirmąjį požiūrį, iki objekto, jis yra pakankamai suprasti, kad yra pridedama alkoholiai, ir, kad jų R šoninės grandinės (R 3 ir R 4 ) tampa prijungtas prie karbonilo anglies. Štai kodėl OR 3 ir OR 4 pridedami prie pradinės molekulės.
Pagrindinis skirtumas tarp acetalio ir ketalo yra vandenilio atomo, sujungto su anglimi, buvimas. Atminkite, kad ketone nėra šio vandenilio.
Tipai
Labai panašus, kaip paaiškinta nomenklatūros skyriuje apie karbonilo grupę, jo tipai priklauso nuo funkcijos, susijusios su pakaitais A ir B arba R ir R ’. Todėl yra struktūros bruožų, kurie dalijasi karbonilo junginių sekomis, kurios nėra tik jungčių eiliškumas ar tipas.
Pavyzdžiui, pradžioje buvo paminėtas šios grupės ir anglies monoksido C≡O analogijos pradžioje. Jei molekulėje nėra vandenilio atomų ir jei taip pat yra du galiniai C = O, tai bus anglies oksidas, C n O 2 . Jei n lygus 3, mes turėsime:
O = C = C = C = O
Tarsi dvi C≡O molekulės yra sujungtos ir atskirtos anglimi.
Karbonilo junginiai gali būti gaunami ne tik iš CO dujų, bet taip pat iš karboninės rūgšties, H 2 CO 3 arba OH- (C = O) -OH. Čia du OH yra R ir R ’ir, pakeisdami vieną iš jų arba jų vandenilį, gaunami angliarūgštės dariniai.
Ir tada yra karboksirūgščių dariniai, RCOOH, gaunami keičiant R tapatumą arba pakeičiant H kitu atomu ar grandine R '(dėl kurio atsirastų esteris, RCOOR').
Kaip jį atpažinti aldehiduose ir ketonuose
Ketono ir aldehido diferenciacija iš struktūrinės formulės. Šaltinis: Gabrielis Bolívaras.
Aldehidai ir ketonai turi bendrą karbonilo grupės grupę. Dėl jo atsiranda cheminių ir fizinių savybių. Tačiau abiejų junginių molekulinė aplinka nėra vienoda; pirmajame jis yra galinėje padėtyje, o antrame - bet kurioje grandinės vietoje.
Pavyzdžiui, viršutiniame paveikslėlyje karbonilo grupė yra mėlynos spalvos dėžutėje. Ketonuose šalia šios dėžutės turi būti kitas anglies arba grandinės segmentas (viršuje); tuo tarpu aldehiduose gali būti tik vienas vandenilio atomas (dugnas).
Jei C = O yra viename grandinės gale, tai bus aldehidas; tai yra tiesiausias būdas atskirti jį nuo ketono.
ID
Bet kaip eksperimentiškai sužinoti, ar nežinomas junginys yra aldehidas ar ketonas? Yra daugybė metodų, pradedant spektroskopiniais (infraraudonųjų spindulių absorbcija, IR) arba kokybiniais organiniais tyrimais.
Kalbant apie kokybinius testus, jie grindžiami reakcijomis, kurių metu analitikas stebės fizinę reakciją; spalvos pasikeitimas, šilumos išsiskyrimas, burbulų susidarymas ir kt.
Pvz., Į mėginį įpylus rūgštinio K 2 Cr 2 O 7 tirpalo, aldehidas virsta karboksirūgštimi, dėl kurios tirpalo spalva pasikeis iš oranžinės į žalią (teigiamas testas). Tuo tarpu ketonai nereaguoja, todėl analitikas nepastebi jokio spalvos pokyčio (neigiamas testas).
Kitas bandymas susideda iš panaudojant Tolleno reagentą + , kad aldehidas sumažintų Ag + katijonus iki metalinio sidabro. Ir rezultatas: sidabro veidrodžio formavimas mėgintuvėlio, kuriame buvo įdėtas mėginys, apačioje.
Pagrindiniai pavyzdžiai
Galiausiai bus išvardyti keli karbonilo junginių pavyzdžiai:
-CH 3 COOH, acto rūgštis
-HCOOH, skruzdžių rūgštis
-CH 3 COCH_ 3 , propanono
-CH 3 COCH_ 2 CH 3 , 2-butanonas
-C 6 H 5 COCH_ 3 , acetofenonas
-CH 3 CHO, etanaliui
-CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CHO, pentanalio
-C 6 H 5 CHO, benzaldehidas
-CH 3 , CONH 2 , acetamido
-CH 3 CH 2 CH 2 Cooch 3 , propilo acetato
Jei būtų paminėti junginių, kurie tiesiog turi šią grupę, pavyzdžiai, sąrašas taptų beveik begalinis.
Nuorodos
- Morrison, RT ir Boyd, R, N. (1987). Organinė chemija. 5-asis leidimas. Redakcija Addison-Wesley Interamericana.
- Carey F. (2008). Organinė chemija. (Šeštas leidimas). Mc Graw Hill.
- Grahamas Solomonsas TW, Craigas B. Fryhle'as. (2011). Organinė chemija. Aminai. (10-asis leidimas.). „Wiley Plus“.
- Reidas Danielle'as. (2019 m.). Karbonilo grupė: savybės ir apžvalga. Tyrimas. Atgauta iš: study.com
- Sharleen Agvateesiri. (2019 m. Birželio 05 d.). Karbonilo grupė. Chemija „LibreTexts“. Atkurta iš: chem.libretexts.org
- „Wiki Kids Ltd.“ (2018). Karbonilo junginiai. Atgauta iš: tiesiog.sąmonės
- Toppr. (sf). Karbonilo grupės nomenklatūra ir struktūra. Atkurta iš: toppr.com
- Clarkas J. (2015). Aldehidų ir ketonų oksidacija. Atgauta iš: chemguide.co.uk