afbeelding: “Chemistry” door Quinn Dombrowski. CC BY-SA 2.0
carbonylverbindingen
in de organische chemie zijn carbonylverbindingen een functionele groep bestaande uit een koolstofatoom met een dubbele binding aan een zuurstofatoom., Veel verschillende soorten carbonylverbindingen zijn aanwezig in de natuur. Ze bevatten allemaal een acylgroep (R-C = O)met een andere substituent eraan. Het R-deel van de structuur kan om het even welke alkyl, alkenyl, of alkynyl zijn, of andere functionele groepen eraan verbonden hebben.
gebonden aan de andere zijde van de acylgroep is ofwel waterstof, koolstof, zuurstof, stikstof, zwavel, of een halogeen. Afhankelijk van de verschillende substituenten in bijlage aan de acylgroep, kunnen verschillende soorten samenstellingen worden gevormd.,acid
(Table was prepared by Mark Xavier Bailon)
Carbonyl compounds are generally divided into 2 groups., De ene categorie bestaat uit aldehyden en ketonen, de andere uit carbonzuren en derivaten daarvan. Deze twee groepen verschillen over het algemeen in hun soorten chemie en reacties.
Aldehyden en ketonen zijn functies in de tweede graad van oxidatie. Ze worden beschouwd als derivaten van een koolwaterstof met substitutie van 2 waterstofatomen in dezelfde koolstof voor een van zuurstof, waardoor een oxogroep ontstaat (=O). Als de substitutie plaatsvindt op een primaire koolstof, de resulterende verbinding is een aldehyde en wordt genoemd met de uitgang-al., Als de substitutie plaatsvindt op een secundaire koolstof, is het een keton en wordt genoemd met het achtervoegsel-één.
Aldehyden en ketonen, met een H of een C gebonden aan de acylgroep, kunnen niet deelnemen aan nucleofiele substitutiereacties omdat deze twee atomen een negatieve lading niet kunnen stabiliseren. Deze substituenten kunnen als leaving group niet deelnemen aan nucleofiele substitutiereacties vanwege hun onvermogen om negatieve ladingen te stabiliseren.,
voor carbonzuur en derivaten daarvan kan het atoom dat direct aan de acylgroep is gebonden (zuurstof, stikstof, zwavel, halogeen) negatieve ladingen stabiliseren en kan het daarom deelnemen aan nucleofiele substitutiereacties.
Carbonylstructuur
de carbonylgroep is een functionele groep die bestaat uit koolstof-en zuurstofatomen die met elkaar verbonden zijn door een dubbele binding. De hybridisatie van het koolstofatoom is sp2 en vormt daarom drie σ-bindingen en één π-binding. Het zuurstofatoom vormt daarentegen één σ-En π-binding met de carbonylkoolstof en heeft 2 niet-bindingsparen elektronen.,
het verschil tussen de elektronegativiteits waarden van koolstof en zuurstof produceert een sterk Gepolariseerde dubbele binding. Het zuurstofatoom is meer elektronegatief en heeft daarom een hogere neiging om elektronen aan te trekken, waardoor een gedeeltelijk negatief einde ontstaat. Op zijn beurt wordt het koolstofatoom gedeeltelijk positief van de trek van elektronen naar het zuurstofatoom.
nomenclatuur van aldehyden en ketonen
bij de naamgeving van aldehyden en ketonen wordt de terminal –e van het overeenkomstige alkaan vervangen door respectievelijk –al of –one. Voor aldehyden moet de ouderketen de –CHO-groep bevatten., Als de functionele aldehydegroep de functionele groep met de hoogste prioriteit is, wordt de carbonylkoolstof toegewezen als koolstof 1. Bijvoorbeeld, in het geval van propaan, wanneer twee van de waterstofatomen op de eindkoolstof worden vervangen door een zuurstofatoom dubbel gebonden aan het koolstofatoom, de naam van het beschreven aldehyde is propanal.
een cyclisch aldehyde is een verbinding waarbij een aldehydegroep direct aan een ring is bevestigd. Bij het benoemen van deze soorten verbindingen wordt het achtervoegsel –carbaldehyde toegevoegd aan de naam van de cyclische verbinding., Bijvoorbeeld, een cyclopentaan met een aldehydegroep verbonden aan het zal worden genoemd cyclopentanecarbaldehyde. De onderstaande afbeelding toont verschillende aldehydeverbindingen met hun namen:
“structuren en namen van sommige aldehyden.”door Mark Xavier Bailon
ketonen worden benoemd door de terminal –e van de oorspronkelijke koolwaterstof te vervangen door –one. Voor verbindingen die keton als functionele groep met de hoogste prioriteit bevatten, is de ouderketen de langste keten die de keton functionele groep bevat., De toewijzing van een koolstofgetal gaat in de richting die de carbonylkoolstof het laagst mogelijke getal geeft. In het nieuwe systeem van naamgeving van de International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) wordt het locantnummer vóór het achtervoegsel geplaatst.
de moederverbinding is pentaan aangezien het een 5-koolstofalkaan is. Het laagst mogelijke getal voor de carbonylkoolstof is 2 wanneer het tellen wordt gestart vanuit het meest rechtse koolstofatoom. In dit geval zal de naam van de verbinding pent-2-one zijn.,
nucleofiele additie
een nucleofiel is een chemische stof met een hoge elektronendichtheid die wordt aangetrokken door een elektrofiel atoom in een ander molecuul, zoals de lage elektronendichtheid van de carbonylkoolstof.
de carbonylgroep biedt een plaats voor nucleofiele additie (ook bekend als nucleofiele aanval) en verhoogt de zuurgraad van de waterstofatomen die aan alfa-koolstof zijn gebonden. Deze twee effecten zijn consistent met de structuur van de carbonylgroepen en zijn te wijten aan het vermogen van zuurstof om een negatieve lading op te nemen.,
reacties van aldehyden en ketonen zijn beperkt tot nucleofiele additie reacties. De aanval van het nucleofiel is door het elektrofiele koolstofatoom van de doelmolecule. Het elektrofiele koolstofatoom wordt enigszins elektron-deficiënt toe te schrijven aan de trek van elektronen naar de zuurstofatomen. Hierdoor wordt de carbonylkoolstof zeer gevoelig voor een nucleofiele aanval. Alleen de toevoeging van het nucleofiel komt voor omdat het H-en C-atoom in de substituent geen goede vertrekgroep is.,
tijdens het aanhechtingsproces wordt de dubbele binding tussen koolstof en zuurstof verwijderd en wordt een gelokaliseerde negatieve lading overgebracht naar het zuurstofatoom dat een alkoxide-tussenproduct vormt. Protonatie van het tussenproduct resulteert in de vorming van een neutraal alcohol toegevoegd product. Hieronder volgt het mechanisme van de nucleofiele additie:
“mechanisme van de nucleofiele additie van Aldehyde.”door Mark Xavier Bailon
koolhydraten
koolhydraten zijn een belangrijke carbonylverbinding die in de natuur voorkomt., Ze zijn samengesteld uit een lange koolstofketen en een carbonylgroep of-groepen en worden voornamelijk gesynthetiseerd door een proces dat fotosynthese wordt genoemd. Bij fotosynthese vergemakkelijken planten de reactie tussen kooldioxide en water, in aanwezigheid van zonne-energie, door enzymen die aanwezig zijn in de cellen van de plant, waardoor koolhydraten en zuurstofmoleculen worden geproduceerd.
koolhydraten vormen een brede groep van polyhydroxyleerde aldehyden en ketonen en worden in het algemeen suikers genoemd., De term koolhydraten werd afgeleid van glucose met de moleculaire formule van C6H12O6 en werd oorspronkelijk gedacht om een hydraat van koolstof te zijn.
de aanwezigheid van de hydroxylgroep in glucose maakt het mogelijk om een ring te vormen in plaats van een open-keten aldehyde. In het geval van glucose valt de hydroxylgroep in bijlage aan koolstof 5 de carbonylkoolstof aan via het nucleofiele additie mechanisme.
aangezien de aanval van boven of Van Beneden kan plaatsvinden, kan de cyclische vorm van glucose in alfa-of bètavorm zijn., Wanneer de-OH-groep in de anomerische koolstof (originele carbonylkoolstof) down is, is het molecuul in alfa –vorm, en wanneer de-OH-groep omhoog is, is het in zijn bèta-vorm. De specifieke vormen (ook genoemd geworden conformations) van deze suikermolecules zijn belangrijk aangezien zij hun reactiviteit en capaciteit beà nvloeden om door het lichaam worden gemetaboliseerd.
Koolhydraten leveren meer dan 50% van de energie die nodig is voor metabolisme, groei, herstel, secretie, absorptie, excretie en mechanische werkzaamheden., Het metabolisme van koolhydraten omvat reacties die door koolhydraten uit voedselbronnen worden ervaren of die worden gevormd uit verbindingen van andere koolhydraten. De oxidatie van dit type koolhydraten maakt energieopslag mogelijk in de vorm van glycogeen, synthese van niet-essentiële aminozuren en productie van vetzuren in aanwezigheid van een overmaat aan koolhydraten.
oxidatie en reductie
oxidatie-en reductiereacties komen gelijktijdig voor wanneer elektronen worden overgedragen., Wanneer een molecuul wordt geoxideerd, geeft het een elektron aan een naburige molecule die wordt verminderd bij het verkrijgen van het elektron.
in het algemeen zijn Aldehyden meer reactief dan ketonen omdat ze minder gehinderd worden door de aanwezigheid van slechts EEN h-atoom in plaats van een alkylgroep als substituent. Daarom kunnen aldehyden ook deelnemen aan andere soorten reacties afhankelijk van de reactievoorwaarden.
in aanwezigheid van sterke oxidanten zoals kaliumpermanganaat en kaliumdichromaat kan aldehyde worden geoxideerd tot carbonzuren., Bijvoorbeeld, wanneer propanal door kaliumdichromaat wordt geoxideerd, wordt propaanzuur geproduceerd.
” oxidatie van Propanal.”door Mark Xavier Bailon
anderzijds kunnen zowel aldehyden als ketonen reductiereacties ondergaan. Beide kunnen reageren met reducerende stoffen, zoals natriumborohydride of waterstofgas, in aanwezigheid van een Lindlar-katalysator om alcohol te produceren. Aldehyden produceren primaire alcoholen door reductie, terwijl ketonen secundaire alcoholen produceren.,
“Reduction Reactions of Aldehydes and Ketones.” by Mark Xavier Bailon