De karbonylgrupp Det är en organisk och syresatt funktionell grupp som liknar den gasformiga kolmonoxidmolekylen. Det representeras som C = O, och även om det anses organiskt, kan det också hittas i oorganiska föreningar; som kolsyra, HtvåCO3, eller i organometalliska föreningar med CO som bindemedel.
Det är dock inom kemin för kol, liv, biokemi och andra liknande vetenskapliga grenar där denna grupp sticker ut för sin enorma betydelse. Om det inte vore för honom skulle många molekyler inte kunna interagera med vatten; proteiner, sockerarter, aminosyror, fetter, nukleinsyror och andra biomolekyler skulle inte existera om det inte var för honom.
Bilden ovan visar hur denna grupp ser ut i det allmänna skelettet för en förening. Observera att den är markerad med den blå färgen, och om vi tog bort substituenterna A och B (R eller R ', lika giltiga), skulle en kolmonoxidmolekyl förbli. Närvaron av dessa substituenter definierar ett stort antal organiska molekyler.
Om A och B är andra atomer än kol, såsom metaller eller icke-metalliska element, kan man ha organometalliska eller oorganiska föreningar. När det gäller organisk kemi kommer substituenterna A och B alltid att vara antingen väteatomer, kolkedjor, linjer, med eller utan grenar, cykliska eller aromatiska ringar..
Det är så det börjar förstå varför karbonylgruppen är ganska vanlig för dem som studerar naturvetenskap eller hälsovetenskap; den är överallt, och utan den skulle de molekylära mekanismer som händer i våra celler inte förekomma.
Om dess relevans kunde sammanfattas skulle det sägas att det bidrar till polaritet, surhet och reaktivitet till en molekyl. Där det finns en karbonylgrupp är det mer än troligt att molekylen just vid den tidpunkten kan genomgå en transformation. Därför är det en strategisk plats att utveckla organisk syntes genom oxidation eller nukleofila attacker..
Artikelindex
Vilka är karbonylgruppens strukturella och elektroniska egenskaper? Ovan kan ses, nu med bokstäverna R1 och Rtvå istället för A och B finns det en vinkel på 120 ° C mellan substituenterna och syreatomen; det vill säga geometrin runt denna grupp är ett trigonalplan.
För att en sådan geometri ska vara kol- och syreatomerna måste de ha kemisk hybridiseringtvå; sålunda kommer kol att ha tre sp-orbitalertvå för att bilda enkla kovalenta bindningar med R1 och Rtvå, och en orbital sid ren för att etablera dubbelbindningen med syre.
Detta förklarar hur det kan finnas en C = O dubbelbindning.
Om bilden observeras kommer det också att ses att syre har en högre elektrontäthet, δ-, än kol, δ +. Detta beror på att syre är mer elektronegativt än kol, och därför "berövar" det elektrontäthet; och inte bara honom utan även R-substituenterna1 och Rtvå.
Följaktligen genereras ett permanent dipolmoment, som kan vara av större eller mindre storlek beroende på molekylstrukturen. Varhelst det finns en karbonylgrupp kommer det att finnas dipolmoment.
En annan konsekvens av elektronegativiteten för syre är att i karbonylgruppen finns resonansstrukturer som definierar en hybrid (kombinationen av de två strukturerna i den övre bilden). Observera att elektronparet kan migrera mot banan sid syre, som lämnar kolatomen med en positiv partiell laddning; en carbocation.
Båda strukturerna följer ständigt varandra, så kol upprätthåller en konstant brist på elektroner; det vill säga för katjoner som är mycket nära det kommer de att uppleva elektrostatisk avstötning. Men om det är en anjon, eller en art som kan donera elektroner, kommer du att känna en stark attraktion för detta kol..
Då inträffar det som kallas nukleofilattack, vilket kommer att förklaras i ett framtida avsnitt.
När en förening har gruppen C = O sägs den vara karbonyl. Beroende på karbonylföreningens natur har den således sina egna nomenklaturregler.
Oavsett vad det är, delar de alla en gemensam regel: C = O har prioritet i kolkedjan när man listar kolatomer.
Detta betyder att om det finns grenar, halogenatomer, kvävehaltiga funktionella grupper, dubbel- eller trippelbindningar, kan ingen av dem ha ett lokaliseringsnummer mindre än C = O; därför börjar den längsta kedjan räknas upp så nära karbonylgruppen som möjligt.
Om det å andra sidan finns flera C = O i kedjan, och en av dem är en del av en högre funktionell grupp, kommer karbonylgruppen att ha en större lokaliserare och kommer att nämnas som en oxosubstituent..
Och vad är denna hierarki? Följande, från högsta till lägsta:
-Karboxylsyror, RCOOH
-Ester, RCOOR '
-Amida, RCONHtvå
-Aldehyd, RCOH (eller RCHO)
-Keton, RCOR
Genom att ersätta R och R 'för molekylära segment har en myriad av karbonylföreningar sitt ursprung representerat av familjerna ovan: karboxylsyror, estrar, amider, etc. Var och en har sin traditionella eller IUPAC-nomenklatur associerad med sig..
Den övre bilden visar den nukleofila attacken som karbonylgruppen drabbas av. Nukleofilen, Nu-, det kan vara en anjon eller en neutral art med tillgängliga elektronpar; som ammoniak, NH3, till exempel. Det ser uteslutande efter kol eftersom det enligt resonansstrukturer har en positiv partiell laddning.
Positiv laddning lockar Nu-, som kommer att försöka approximera med en "flank" så att det finns minst steriskt hinder från R- och R'-substituenterna. Beroende på hur omfattande de är eller storleken på Nu-, attacken kommer att ske i olika vinklar ψ; kan vara mycket öppen eller stängd.
När attacken inträffar kommer en mellanliggande förening att bildas, Nu-CRR'-O-; det vill säga syre lämnas med ett par elektroner så att Nu kan tillsättas- karbonylgrupp.
Detta negativt laddade syre kan ingripa i andra steg i reaktionen; protonerad som en hydroxylgrupp, OH, eller frisatt som en vattenmolekyl.
De mekanismer som är inblandade, liksom reaktionsprodukterna som erhålls genom denna attack, är mycket varierande..
Det nukleofila medlet Nu- det kan vara många arter. För varje specifikt härstammar olika derivat när de reagerar med karbonylgruppen.
Till exempel, när nämnda nukleofila medel är en amin, NHtvåR, imines härstammar, RtvåC = NR; om det är hydroxylamin, NHtvåOH, ger upphov till oximer, RR'C = NOH; om det är cyanidanjonen, CN-, cyanohydriner produceras, RR'C (OH) CN, och så vidare med andra arter.
Först sa man att denna grupp är syresatt och därför oxiderad. Detta innebär att det, med tanke på förhållandena, kan minskas eller förlora bindningar med syreatomen genom att ersätta den med väten. Till exempel:
C = O => CHtvå
Denna transformation indikerar att karbonylgruppen reducerades till en metylengrupp; det var en väteökning som ett resultat av syreförlusten. I mer lämpliga kemiska termer: karbonylföreningen reduceras till en alkan.
Om det är en keton, RCOR ', i närvaro av hydrazin, HtvåN-NHtvå, och ett starkt basiskt medium kan reduceras till dess respektive alkan; Denna reaktion är känd som Wolff-Kishner-reduktion:
Om å andra sidan reaktionsblandningen består av sammanslagen zink och saltsyra, är reaktionen känd som Clemmensen-reduktion:
Karbonylgruppen kan inte bara tillsätta nukleofila medel Nu-, men under sura förhållanden kan den också reagera med alkoholer genom liknande mekanismer.
När en aldehyd eller keton delvis reagerar med en alkohol, produceras hemiacetaler respektive hemicetaler. Om reaktionen är klar är produkterna acetaler och ketaler. Följande kemiska ekvationer sammanfattar och klargör vad som just nämnts:
RCHO + R3OH g RCHOH (OR3(Hemiacetal) + R4OH g RCH (ELLER3) (ELLER4) (Acetal)
RCORtvå + R3OH g RCORtvå(OH) (ELLER3) (Hemiketal) + R4OH g RCORtvå(ELLER3) (ELLER4) (ketal)
Den första reaktionen motsvarar bildandet av hemiacetaler och acetaler från en aldehyd och den andra av hemicetaler och ketaler från en keton.
Dessa ekvationer kanske inte är tillräckligt enkla för att förklara bildandet av dessa föreningar; För en första inställning till ämnet är det dock tillräckligt att förstå att alkoholer tillsätts och att deras sidokedjor R (R3 och R4) bindas till karbonylkol. Det är därför OR läggs till3 och ELLER4 till den ursprungliga molekylen.
Huvudskillnaden mellan en acetal och en ketal är närvaron av väteatomen bunden till kolet. Observera att ketonen saknar detta väte.
Mycket lika som förklaras i nomenklaturavsnittet för karbonylgruppen, dess typer är en funktion av vilka är substituenterna A och B, eller R och R '. Därför finns det strukturella egenskaper som delar en serie karbonylföreningar utöver bara ordningen eller typen av bindningar..
Till exempel nämndes i början av analogin mellan denna grupp och kolmonoxid, C20. Om molekylen saknar väteatomer och om det också finns två terminala C = O, blir det en koloxid, CnELLERtvå. För n lika med 3 kommer vi att ha:
O = C = C = C = O
Vilket är som om det fanns två C2O-molekyler förenade och åtskilda av ett kol.
Karbonylföreningar kan inte bara härledas från CO-gas utan också från kolsyra, HtvåCO3 eller OH- (C = O) -OH. Här representerar de två OH R och R 'och ersätter antingen en av dem eller deras väten erhålls derivat av kolsyra.
Och så finns det derivaten av karboxylsyror, RCOOH, erhållna genom att ändra identiteten för R eller ersätta H med en annan atom eller kedja R '(vilket skulle ge upphov till en ester, RCOOR').
Både aldehyder och ketoner har närvaron av karbonylgruppen gemensamt. Dess kemiska och fysiska egenskaper beror på det. Emellertid är deras molekylära miljöer inte desamma i båda föreningarna; i den förra är den i terminalposition och i den senare, var som helst i kedjan.
Till exempel, i bilden ovan är karbonylgruppen inuti en blå ruta. I ketoner måste bredvid denna ruta finnas ett annat kol- eller kedjesegment (överst); medan i aldehyder kan det bara finnas en väteatom (botten).
Om C = O är i ena änden av kedjan blir det en aldehyd; det är det mest direkta sättet att skilja det från en keton.
Men hur vet du experimentellt om en okänd förening är en aldehyd eller en keton? Det finns många metoder, från spektroskopiska (absorption av infraröd strålning, IR) eller kvalitativa organiska tester.
När det gäller kvalitativa tester baseras dessa på reaktioner som, när de är positiva, kommer analytikern att observera ett fysiskt svar; en färgförändring, frisättning av värme, bildande av bubblor etc..
Till exempel när man tillsätter en syralösning av KtvåCrtvåELLER7 aldehyden kommer att ändras till karboxylsyra, vilket får lösningen att ändra färg från orange till grön (positivt test). Under tiden reagerar ketonerna inte och därför observerar ingen analytiker någon färgförändring (negativt test).
Ett annat test består av att använda Tollens-reagenset, [Ag (NH3)två]+, för att aldehyden minskar Ag-katjoner+ till metalliskt silver. Och resultatet: bildandet av en silverspegel längst ner på provröret där provet placerades..
Slutligen kommer en serie exempel på karbonylföreningar att listas:
-CH3COOH, ättiksyra
-HCOOH, myrsyra
-CH3Bil3, propanon
-CH3BiltvåCH3, 2-butanon
-C6H5Bil3, acetofenon
-CH3CHO, etanol
-CH3CHtvåCHtvåCHtvåCHO, pentanal
-C6H5CHO, bensaldehyd
-CH3CONHtvå, acetamid
-CH3CHtvåCHtvåCOOCH3, propylacetat
Om exempel på föreningar som helt enkelt har denna grupp nämns skulle listan bli nästan oändlig.
Ingen har kommenterat den här artikeln än.