Karbonylová sloučenina

Karbonylovou sloučeninou je organická sloučenina , která má dvojnou vazbu mezi uhlíku atomu a kyslíku atom, atom uhlíku je obvykle vázán k vodíku nebo uhlíku. Organizace IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) ve skutečnosti specifikuje, že esterové funkce nebo karboxylové kyseliny a jejich deriváty jsou také součástí karbonylových sloučenin, i když jejich úroveň oxidace uhlíku je odlišná. V druhém případě mluvíme o karboxylové skupině .

Bez jakýchkoli dalších podmínek tvoří sloučeniny s karbonylovou funkcí rodinu ketonů , ale také zahrnují aldehydy, ve kterých je uhlík vázán na atom vodíku a na atom uhlíku a ne na dva atomy uhlíku. Přítomnost atomu vodíku na sousedním uhlíku tentokrát řadí sloučeninu do rodiny enolizovatelných karbonylových sloučenin .

Nomenklatura

Pokud je karbonylová skupina hlavní funkční skupinou, tedy v aldehydech a ketonech , název sloučeniny je název příslušného alkanu s nahrazením přípony -e alkanu za -al nebo za -on ( např .: Methanal a methanon). Pokud jsou přítomny obě funkce, má se za to , že aldehydová skupina má přednost před ketonovou skupinou, a proto ukládá příponu -al , pokud se jedná o hlavní skupinu.

Pokud karbonylová skupina není hlavní skupinou (je proto považována za substituent), ukládá předponu oxo- , a to jak v případě ketonů, tak aldehydů.

Vyvinula se nomenklatura aldehydů a ketonů . V minulosti se atom uhlíku navázaný přímo na karbonylovou skupinu nazýval alfa , další jako beta atd. Podle řecké abecedy . Pozice jsou následně označeny čísly, uhlíku karbonylové skupiny je přiřazeno číslo 1.

Vlastnosti

Fyzický

• Změna stavových teplot je vyšší než u ekvivalentních alkanů.
• Na rozdíl od vody nebo alkoholů , atomy vodíku se obecně vázané k uhlíku atomů , z podobného elektronegativita . Nejsou proto kladně nabité, což vede k absenci tvorby vodíkových vazeb . To vysvětluje teploty o změně stavu nižší než v odpovídajících alkoholů (→ syntézy aldehydů ).

Vazebná energie

C = O energie vazba je velmi vysoká (vazba proto obtížné rozbít), v průměru kolem 750  kJ / mol, to znamená více než dvojnásobek CO vazby (která ji vymezuje z C = vazba. C , jehož energie je menší než dvojnásobek energie DC vazby).

Geometrie

• Délka: asi 120 hodin. Jedná se o krátké spojení, tedy silné.
• Geometrie VSEPR: vazba C = O a další dva atomy vázané na uhlík mají rovinnou trigonální geometrii (úhly asi 120 ° ).

Polarita

Vazba C = O je silně polarizovaná a molekuly, které ji obsahují (zejména aldehydy a ketony), proto vykazují významné dipólové momenty (zvýrazněné volnými dublety kyslíku). Ty jsou obecně zahrnuty v měřítku 1,5 - 4 Debye.

Spektroskopie

Infračervený

Vazba C = O karbonylových sloučenin vykazuje silné pásmo mezi 1690 a 1750  cm -1 ( extenzivní vibrace vazby C = O). V případě konjugačních jevů může někdy klesnout pod 1700  cm −1 .

U aldehydů dvě průměrná pásma valence CH (v CHO) mezi 2750 a 2900  cm -1 .

Jaderná magnetická rezonance

Protonová NMR: pouze pro aldehydy, = 9,5 - 10 δ{\ displaystyle \ delta}

Tento proton je silně chráněn kvůli cirkulaci elektronů z dvojné vazby C = O. π{\ displaystyle \ pi}

Chemická použití

Rozpouštědla

• Karbonylové sloučeniny jsou aprotické a polární sloučeniny . Aldehydy jsou příliš reaktivní na to, aby mohly být použity jako rozpouštědla. Na druhé straně se jako aprotické polární rozpouštědlo běžně používají určité ketony, zejména aceton (propan-2-on) a butan-2-on (nebo methylethylketon, MEK) . Pokud má karbonylová funkce vodík alfa uhlíku, pak existuje možnost rovnováhy s odpovídajícím enolem ; rozpouštědlo je poté mírně protické kvůli tomuto vodíku, který má kyselý charakter. I když je tato reakce pomalá, stává se tato reakce v přítomnosti silné báze problematickou , proto se tato rozpouštědla za těchto podmínek nebudou používat a budou preferována jiná polární aprotická rozpouštědla, jako je dimethylsulfoxid (DMSO), N, N-dimethylformamid ( DMF) nebo acetonitril .
• Protože pouze atom kyslíku se může účastnit vodíkových vazeb , je rozpustnost těchto sloučenin ve vodě omezená. Je to tím spíše, že uhlíkový řetězec (hydrofobní) je dlouhý. Aceton je tedy mísitelný (rozpustný ve všech poměrech) s vodou, ale za řetězcem šesti atomů uhlíku se rozpustnost stává minimální.

Enolizovatelné karbonylové sloučeniny

Enolizovatelné karbonylové sloučeniny jsou karbonylové sloučeniny, které mají alespoň jeden atom vodíku na a uhlíku karbonylové funkce. Mezi karbonylovou sloučeninou a odpovídajícím enolem , tj. Alkenem s alkoholovou funkcí ve vinylové poloze, lze tedy vytvořit tautomerní rovnováhu .

Keto-enolická rovnováha:

Poznámky a odkazy

1. „  Zlatá kniha IUPAC - karbonylové sloučeniny  “ , na adrese goldbook.iupac.org (přístup 4. května 2016 )

Podívejte se také