Billede: “Kemi” af Quinn Dombrowski. Licens: CC BY-SA 2.0
carbonylforbindelser
i organisk kemi er carbonylforbindelser en funktionel gruppe bestående af et carbonatom med en dobbeltbinding til et O .ygenatom., Mange forskellige slags carbonylforbindelser er til stede i naturen. De indeholder alle en acylgruppe (R-C=O) med et andet substituent fastgjort til det. R-delen af strukturen kan være enhver alkyl, alkenyl eller alkynyl eller have andre funktionelle grupper fastgjort til den.
bundet til den anden side af acylgruppen er enten hydrogen, carbon, o .ygen, nitrogen, svovl eller et halogen. Afhængig af de forskellige substituenter, der er knyttet til acylgruppen, kan forskellige typer forbindelser dannes.,acid
(Table was prepared by Mark Xavier Bailon)
Carbonyl compounds are generally divided into 2 groups., Den ene kategori består af aldehyder og ketoner, den anden består af Carbo .ylsyrerne og deres derivater. Disse to grupper adskiller sig generelt i deres slags kemi og reaktioner.
aldehyder og ketoner er funktioner i den anden grad af O .idation. De betragtes som derivater af et carbonhydrid med substitution af 2 hydrogenatomer i det samme kulstof til et af O .ygen, hvilket giver anledning til en O .ogruppe (=O). Hvis substitutionen finder sted på et primært kulstof, er den resulterende forbindelse et aldehyd og er navngivet med slutningen-al., Hvis substitutionen finder sted på et sekundært kulstof, er det en keton og hedder suffikset-en.
aldehyder og ketoner, der har en H eller en C bundet til acylgruppen, kan ikke deltage i nukleofile substitutionsreaktioner, fordi disse to atomer ikke kan stabilisere en negativ ladning. Disse substituenter kan ikke deltage som en afgående gruppe i nukleofile substitutionsreaktioner på grund af deres manglende evne til at stabilisere negative ladninger.,
For carboxylic acid og dets derivater, atom, som er knyttet direkte til acyl-gruppen (ilt, kvælstof, svovl, halogen) kan stabilisere negative ladninger, og derfor kan deltage i nucleophilic substitution reaktioner.
Carbonylstruktur
carbonylgruppen er en funktionel gruppe sammensat af carbon-og O oxygenygenatomer forbundet med en dobbeltbinding. Hybridiseringen af carbonatomet er sp2 og danner derfor tre bonds-bindinger og en bond-binding. O oxygenygenatomet danner på den anden side en bond og and-binding med carbonylcarbon og har 2 ikke-bindende par elektroner.,
forskellen mellem elektronegativitetsværdierne af kulstof og O .ygen frembringer en stærkt polariseret dobbeltbinding. O oxygenygenatomet er mere elektronegativt og har derfor en højere tendens til at tiltrække elektroner, hvilket skaber en delvist negativ ende. Til gengæld bliver carbonatomet delvist positivt fra pull af elektroner mod o .ygenatomet.
nomenklatur for aldehyder og ketoner
ved navngivning af aldehyder og ketoner erstattes terminal –E for den tilsvarende alkan med henholdsvis –Al eller –one. For aldehyder skal forældrekæden indeholde-CHO-gruppen., Hvis aldehydfunktions-gruppen er den funktionelle gruppe af højeste prioritet, tildeles carbonylcarbon som kulstof 1. For eksempel i tilfælde af propan, når to af hydrogenatomerne på det terminale kulstof erstattes af et O oxygenygenatom, der er dobbelt bundet til carbonatomet, er navnet på det beskrevne aldehyd propanal.
et cyklisk aldehyd er en forbindelse, hvor en aldehydgruppe er direkte fastgjort til en ring. Ved navngivning af disse typer forbindelser tilsættes suffikset-carbaldehyd til navnet på den cykliske forbindelse., For eksempel vil en cyclopentan med en aldehydgruppe knyttet til den blive navngivet cyclopentancarbaldehyd. Figuren nedenfor viser forskellige aldehyd forbindelser med deres navne:
“Strukturer og navne på nogle aldehyder.”af Mark Xavier Bailon
Ketoner er navngivet ved udskiftning af terminal –e for moderselskabet kulbrinte med en. For forbindelser, der indeholder keton som den funktionelle gruppe af højeste prioritet, er moderkæden den længste kæde, der indeholder ketonfunktions gruppen., Tildelingen af et kulstofnummer fortsætter i den retning, der giver carbonylcarbon det lavest mulige antal. I Det Nye Internationale Union of Pure and Applied Chemistry-system (IUPAC) for navngivning placeres locant-nummeret før suffikset.
moderforbindelsen er pentan, da det er en 5-carbon Alkan. Det lavest mulige antal for carbonylcarbon er 2, når tællingen startes fra det højeste carbonatom. I dette tilfælde vil navnet på forbindelsen være pent-2-en.,
nukleofil tilsætning
en nukleofil er enhver kemisk art, der har en høj elektrondensitet og tiltrækkes af et elektrofilt atom i et andet molekyle, såsom den lave elektrondensitet af carbonylcarbon.
carbonylgruppen tilvejebringer et sted for nukleofil tilsætning (også kendt som nukleofil angreb) og øger surhedsgraden af hydrogenatomer bundet til alfa carbon. Disse to virkninger er i overensstemmelse med strukturen af carbonylgrupperne og skyldes o .ygens evne til at inkorporere en negativ ladning.,reaktioner af aldehyder og ketoner er kun begrænset til nukleofile additionsreaktioner. Nukleofilens angreb er gennem det elektrofile carbonatom i målmolekylet. Det elektrofile carbonatom bliver noget elektronmangel på grund af trækningen af elektroner mod o .ygenatomerne. På grund af dette bliver carbonylcarbon meget modtageligt for et nukleofilt angreb. Kun tilsætning af nukleofilen forekommer, da H-og C-atomet i substituenten ikke er en god afgangsgruppe.,
under fastgørelsesprocessen fjernes dobbeltbindingen mellem kulstof og ilt, og en lokaliseret negativ ladning overføres til O .ygenatomet, der danner et Alko .id-mellemprodukt. Protonering af mellemresultaterne i dannelsen af et neutralt alkoholtilsætningsprodukt. Nedenfor er mekanismen for den nukleofile additionsreaktion:
“mekanisme for nukleofil additionsreaktion af aldehyd.”af Mark .avier Bailon
kulhydrater
kulhydrater er en vigtig carbonylforbindelse, der findes i naturen., De er sammensat af en lang carbonylkæde såvel som en carbonylgruppe eller-grupper og syntetiseres hovedsageligt ved en proces kaldet fotosyntese. Ved fotosyntese Letter planter reaktionen mellem kuldio .id og vand i nærværelse af solenergi gennem en .ymer, der er til stede i plantens celler, der producerer kulhydrater og iltmolekyler.
kulhydrater er en bred klasse af polyhydro .ylerede aldehyder og ketoner og kaldes generelt sukkerarter., Udtrykket kulhydrat blev afledt af glukose med molekylformlen C6H12O6 og blev oprindeligt antaget at være et hydrat af kulstof.
tilstedeværelsen af hydro .ylgruppen i glucose gør det muligt at danne en ring i stedet for at være et åbenkædet aldehyd. I tilfælde af glucose angriber hydro .ylgruppen bundet til carbon 5 carbonylcarbonet gennem den nukleofile additionsmekanisme.da angrebet kan forekomme fra toppen eller fra bunden, kan den cykliske form af glucose enten være i alfa-eller beta-form., Når-OH-gruppen i det anomeriske kulstof (originalt carbonylcarbon) er nede, er molekylet i alfa –form, og når-OH-gruppen er op, er den i sin beta-form. De specifikke former (også kendt som konformationer) af disse sukkermolekyler er vigtige, da de påvirker deres reaktivitet og evne til at blive metaboliseret af kroppen.
kulhydrater giver mere end 50% af den energi, der er nødvendig til metabolisme, vækst, reparation, sekretion, absorption, udskillelse og mekanisk arbejde., Metabolisme af kulhydrater omfatter reaktioner oplevet af kulhydrater fra fødekilder eller dem dannet af forbindelser af andre kulhydrater. O .idationen af denne type kulhydrat tillader energilagring i form af glykogen, syntese af ikke-essentielle aminosyrer og produktion af fedtsyrer i nærvær af et overskud af kulhydrater.
O .idation og reduktion
O .idations-og reduktionsreaktioner forekommer samtidigt, når elektroner overføres., Når et molekyle o .ideres, giver det op en elektron til et nærliggende molekyle, som bliver reduceret ved at få elektronen.
generelt er aldehyder mere reaktive end ketoner, fordi de er mindre hindrede på grund af tilstedeværelsen af kun et h-atom i stedet for en alkylgruppe som deres substituent. Derfor kan aldehyder også deltage i andre typer reaktioner afhængigt af reaktionsbetingelserne.
I tilstedeværelsen af stærke oxidanter som kaliumpermanganat og kaliumdichromat, aldehyd kan blive oxideret til at producere carboxylsyrer., For eksempel, når propanal o .ideres af kaliumdichromat, fremstilles propansyre.
“Oxidation af Propanal.”af Mark .avier Bailon
på den anden side kan både aldehyder og ketoner gennemgå reduktionsreaktioner. Begge kan reagere med reduktionsmidler, såsom natriumborhydrid eller hydrogengas, i nærvær af en Lindlars katalysator til fremstilling af alkohol. Aldehyder producerer primære alkoholer gennem reduktion, mens ketoner producerer sekundære alkoholer.,
“Reduction Reactions of Aldehydes and Ketones.” by Mark Xavier Bailon