Image:“ Chemistry “ od Quinn Dombrowski. Licence: CC BY-SA 2.0
Karbonylové Sloučeniny
V organické chemii, karbonylové sloučeniny jsou funkční skupina se skládá z atomu uhlíku s dvojnou vazbou k atomu kyslíku., V přírodě je přítomno mnoho různých druhů karbonylových sloučenin. Všechny obsahují acylovou skupinu (R-C=O) s dalším substituentem, který je k ní připojen. R část struktury může být jakýkoliv alkyl, alkenyl, nebo alkynyl, nebo mají jiné funkční skupiny připojené k němu.
vázaná na druhou stranu acylové skupiny je buď vodík, uhlík, kyslík, dusík, síra nebo halogen. V závislosti na různých substituentech připojených k acylové skupině mohou být vytvořeny různé typy sloučenin.,acid
(Table was prepared by Mark Xavier Bailon)
Carbonyl compounds are generally divided into 2 groups., Jedna kategorie se skládá z aldehydů a ketonů, druhá se skládá z karboxylových kyselin a jejich derivátů. Tyto dvě skupiny se obecně liší ve svých druzích chemie a reakcí.
aldehydy a ketony jsou funkce ve druhém stupni oxidace. Jsou považovány za deriváty uhlovodíku s náhradou 2 atomů vodíku ve stejném uhlíku za jeden z kyslíku, což vede k oxo skupině (=O). Pokud substituce probíhá na primárním uhlíku, výsledná sloučenina je aldehyd a je pojmenována koncovým-al., Pokud substituce probíhá na sekundárním uhlíku, jedná se o keton a je pojmenována příponou-jedna.
Aldehydy a ketony, s, H nebo C vázané na acyl skupiny, se nemůže účastnit nucleophilic substituční reakce, protože tyto dva atomy nemohou stabilizovat záporný náboj. Tito substituenti se nemohou účastnit jako odstupující skupina nukleofilních substitučních reakcí kvůli jejich neschopnosti stabilizovat negativní náboje.,
Pro karboxylové kyseliny a jejich deriváty, atom připojen přímo k acyl skupiny (kyslík, dusík, síru, halogeny) může stabilizovat záporný náboj, a proto se mohou účastnit nucleophilic substituční reakce.
karbonylová struktura
karbonylová skupina je funkční skupina složená z atomů uhlíku a kyslíku Spojených dvojnou vazbou. Hybridizace atomu uhlíku je sp2, a proto tvoří tři σ vazby a jednu π vazbu. Na druhé straně atom kyslíku tvoří jednu σ a π vazbu s karbonylovým uhlíkem a má 2 nespojné páry elektronů.,
rozdíl mezi hodnotami elektronegativity uhlíku a kyslíku vytváří silně polarizovanou dvojnou vazbu. Atom kyslíku je více elektronegativní, a proto má vyšší tendenci přitahovat elektrony, což vytváří částečně negativní konec. Na druhé straně se atom uhlíku stává částečně pozitivním z tahu elektronů směrem k atomu kyslíku.
nomenklatura aldehydů a ketonů
při pojmenování aldehydů a ketonů se terminál e odpovídajícího alkanu nahrazuje –al nebo-one. U aldehydů by mateřský řetězec měl obsahovat skupinu-CHO., Pokud je funkční skupina aldehydu funkční skupinou nejvyšší priority, karbonyl uhlík je přiřazen jako uhlík 1. Například, v případě, propanu, když se dva atomy vodíku na terminálu uhlíku je nahrazen atomem kyslíku double vázané na atom uhlíku, název aldehydu popsal, je propanal.
cyklický aldehyd je sloučenina, kde je aldehydová skupina přímo připojena k prstenci. Při pojmenování těchto typů sloučenin se k názvu cyklické sloučeniny přidá přípona –karbaldehyd., Například cyklopentan s aldehydovou skupinou, která je k němu připojena, bude pojmenován cyklopentanekarbaldehyd. Obrázek níže ukazuje různé aldehydové sloučeniny s jejich názvy:
„Struktury a názvů některých aldehydů.“Mark Xavier Bailon
ketony jsou pojmenovány nahrazením terminálu-e nadřazeného uhlovodíku s-one. U sloučenin obsahujících keton jako funkční skupinu nejvyšší priority je nadřazeným řetězcem nejdelší řetězec obsahující funkční skupinu ketonů., Přiřazení čísla uhlíku probíhá ve směru, který dává karbonyl uhlíku nejnižší možné číslo. V novém systému pojmenování Mezinárodní unie čisté a aplikované chemie (IUPAC) je lokalizační číslo umístěno před příponou.
základní sloučeninou je pentan, protože se jedná o 5-uhlíkový Alkan. Nejnižší možné číslo karbonylového uhlíku je 2, když je počítání zahájeno od pravého atomu uhlíku. V tomto případě bude název sloučeniny pent-2-one.,
Nucleophilic Toho
nukleofil je jakákoliv chemická látka, která má vysokou elektronovou hustotou, a je přitahován k elektrofilní atom v další molekuly, jako jsou nízká elektronová hustota na uhlíku karbonylové.
karbonylová skupina poskytuje místo pro nucleophilic navíc (také známý jako nucleophilic útok) a zvyšuje kyselost atomů vodíku připojen k alfa uhlíku. Tyto dva účinky jsou v souladu se strukturou karbonylových skupin a jsou způsobeny schopností kyslíku začlenit negativní náboj.,
reakce aldehydů a ketonů jsou omezeny pouze na nukleofilní adiční reakce. Útok nukleofilu je prostřednictvím elektrofilního atomu uhlíku cílové molekuly. Elektrofilní atom uhlíku se stává poněkud deficitem elektronů v důsledku tahu elektronů směrem k atomům kyslíku. Z tohoto důvodu se karbonyl uhlík stává vysoce náchylným k nukleofilnímu útoku. Pouze přidání nukleofilu se vyskytuje, protože atom H A C v substituentu není dobrou opouštěcí skupinou.,
v procesu připojení se odstraní dvojitá vazba mezi uhlíkem a kyslíkem a lokalizovaný záporný náboj se přenese do atomu kyslíku, který tvoří alkoxidový meziprodukt. Protonace meziproduktu vede k tvorbě neutrálního produktu s přídavkem alkoholu. Níže je mechanismus nucleophilic adiční reakce:
„Mechanismus Nucleophilic Kromě Reakce Aldehydu.“Mark Xavier Bailon
Sacharidy
Sacharidy jsou důležitou karbonylové sloučeniny nalezené v přírodě., Jsou složeny z dlouhého uhlíkového řetězce, stejně jako karbonylové skupiny nebo skupin a jsou syntetizovány hlavně procesem zvaným fotosyntéza. Při fotosyntéze rostliny usnadňují reakci mezi oxidem uhličitým a vodou v přítomnosti sluneční energie prostřednictvím enzymů přítomných v buňkách rostliny, které produkují sacharidy a molekuly kyslíku.
sacharidy jsou širokou třídou polyhydroxylovaných aldehydů a ketonů a obecně se nazývají cukry., Termín uhlohydrát byl odvozen z glukózy s molekulárním vzorcem C6H12O6 a původně byl považován za hydrát uhlíku.
přítomnost hydroxylové skupiny v glukóze jí umožňuje vytvořit kruh místo toho, aby byl aldehyd s otevřeným řetězcem. V případě glukózy hydroxylová skupina připojená k uhlíku 5 napadá karbonyl uhlík prostřednictvím mechanismu nukleofilního přidávání.
protože útok může nastat shora nebo zdola, cyklická forma glukózy může být buď ve formě alfa nebo beta., Když je skupina-OH v anomerickém uhlíku (původní karbonylový uhlík) dole, molekula je ve formě alfa, a když je skupina –OH nahoře, je ve své beta formě. Specifické formy (také známé jako konformace) těchto molekul cukru jsou důležité, protože ovlivňují jejich reaktivitu a schopnost metabolizovat tělem.
sacharidy poskytují více než 50% energie potřebné pro metabolismus, růst, opravu, sekreci, absorpci, vylučování a mechanickou práci., Metabolismus sacharidů zahrnuje reakce, které zažívají sacharidy z potravinových zdrojů nebo ty, které jsou tvořeny sloučeninami jiných sacharidů. Oxidace tohoto typu sacharidů umožňuje skladování energie ve formě glykogenu, syntézu neesenciálních aminokyselin a produkci mastných kyselin v přítomnosti přebytku sacharidů.
oxidační a redukční
oxidační a redukční reakce se vyskytují současně při přenosu elektronů., Když je molekula oxidována, dává elektron sousední molekule, která se po získání elektronu sníží.
obecně jsou aldehydy reaktivnější než ketony, protože jsou méně bráněny kvůli přítomnosti pouze atomu H namísto alkylové skupiny jako jejich substituentu. Aldehydy se proto mohou účastnit i jiných typů reakcí v závislosti na reakčních podmínkách.
v přítomnosti silných oxidantů, jako je manganistan draselný a dichroman draselný, může být aldehyd oxidován za vzniku karboxylových kyselin., Například, když je propanal oxidován dichromátem draselným, produkuje se kyselina propanová.
“ oxidace Propanalu.“Mark Xavier Bailon
na druhé straně mohou aldehydy i ketony podstoupit redukční reakce. Oba mohou reagovat s redukčními činidly, jako je borohydrid sodný nebo plynný vodík, za přítomnosti lindlarova katalyzátoru k výrobě alkoholu. Aldehydy produkují primární alkoholy redukcí, zatímco ketony produkují sekundární alkoholy.,
„Reduction Reactions of Aldehydes and Ketones.” by Mark Xavier Bailon