Związek karbonylowy

Związek karbonylowy to związek organiczny ma podwójne wiązanie pomiędzy węgla atomem i tlenu atom, atom węgla, które są często związane z wodorem węgla lub węgla. Rzeczywiście, organizacja IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) określa, że ​​funkcje estrowe lub kwasy karboksylowe i ich pochodne są również częścią związków karbonylowych, chociaż ich poziom utleniania węgla jest inny. W tym drugim przypadku mówimy o grupie karboksylowej .

Bez żadnych innych warunków, związki wyposażone w grupę karbonylową tworzą rodzinę ketonów , ale obejmują również rodzinę aldehydów, w których węgiel jest związany z atomem wodoru i z atomem węgla, a nie z dwoma atomami węgla. Obecność atomu wodoru na sąsiednim węglu tym razem plasuje związek w rodzinie zdolnych do enolizacji związków karbonylowych .

Nomenklatura

Jeśli grupa karbonylowa jest główną grupą funkcyjną, a zatem w aldehydach i ketonach , nazwa związku jest nazwą odpowiedniego alkanu z zastąpieniem przyrostka -e alkanu przez -al lub -on ( np .: Metanal i metanon). Gdy obecne są obie funkcje, grupa aldehydowa ma pierwszeństwo przed grupą ketonową i dlatego narzuca przyrostek -al , jeśli jest to grupa główna.

Gdy grupa karbonylowa nie jest grupą główną (jest więc traktowana jako podstawnik), narzuca przedrostek okso , zarówno w przypadku ketonów, jak i aldehydów.

Ewoluowała nomenklatura aldehydów i ketonów . W przeszłości atom węgla przyłączony bezpośrednio do grupy karbonylowej nazywał się alfa , następny jako beta i tak dalej, zgodnie z alfabetem greckim . Następnie pozycje są oznaczane liczbami, przy czym węgiel z grupy karbonylowej otrzymuje numer 1.

Charakterystyka

Fizyczny

• Zmiana temperatur stanu jest wyższa niż w równoważnych alkanach.
• W przeciwieństwie do wody lub alkoholi , atomy wodoru są na ogół związane z atomami węgla , o podobnej elektroujemności . Nie są więc naładowane dodatnio, co skutkuje brakiem tworzenia wiązań wodorowych . Wyjaśnia to temperatury na zmiany stanu niższa niż w odpowiadających im alkoholi (→ syntezy aldehydów ).

Energia wiązania

C = O energia wiązania jest bardzo wysoka (wiązanie zatem trudne do zerwania), średnio około 750  kJ / mol, to jest więcej niż podwójnie wiązanie CO (co odróżnia ją od wiązania C = c. , Którego energia jest mniejsza niż dwukrotna energia wiązania DC).

Geometria

• Długość: około 120 po południu. Chodzi o krótkie połączenie, a więc mocne.
• Geometria VSEPR: wiązanie C = O i dwa inne atomy związane z węglem mają płaską geometrię trygonalną (kąty około 120 ° ).

Biegunowość

Wiązanie C = O jest silnie spolaryzowane, a zawarte w nim cząsteczki (w szczególności aldehydy i ketony) wykazują zatem znaczące momenty dipolowe (uwydatnione przez wolne dublety tlenu). Są one generalnie zawarte w skali 1,5 - 4 Debye'a.

Spektroskopia

Wiązanie C = O związków karbonylowych wykazuje silne pasmo między 1690 a 1750  cm- 1 (drgania rozciągające wiązania C = O). Czasami może spaść poniżej 1700  cm- 1 w przypadku zjawisk koniugacji .

Dla aldehydów dwa średnie pasma wartościowości CH (w CHO) między 2750 a 2900  cm- 1 .

Protonowy NMR: tylko dla aldehydów, = 9,5 - 10 δ{\ displaystyle \ delta}

Proton ten jest silnie ekranowany ze względu na cyrkulację elektronów z podwójnego wiązania C = O. π{\ displaystyle \ pi}

Zastosowania chemiczne

Rozpuszczalniki

• Związki karbonylowe są związkami aprotonowymi i polarnymi . Aldehydy są zbyt reaktywne, aby można je było stosować jako rozpuszczalniki. Z drugiej strony, niektóre ketony, w szczególności aceton (propan-2-on) i butan-2-on (lub keton metylowo-etylowy, MEK) są powszechnie stosowane jako aprotonowy polarny rozpuszczalnik . Jeśli grupa karbonylowa ma wodór alfa węgla, wówczas istnieje możliwość równowagi z odpowiednim enolem ; rozpuszczalnik jest wtedy lekko protyczny, ponieważ wodór ma charakter kwasowy. Chociaż ta reakcja jest powolna, ta reakcja staje się problematyczna w obecności mocnej zasady , dlatego rozpuszczalniki te nie będą używane w tych warunkach i preferowane będą inne polarne rozpuszczalniki aprotonowe, takie jak dimetylosulfotlenek (DMSO), N, N-dimetyloformamid ( DMF) lub acetonitryl .
• Ponieważ tylko atom tlenu może uczestniczyć w wiązaniach wodorowych , rozpuszczalność tych związków w wodzie jest ograniczona. Tym bardziej, że łańcuch węglowy (hydrofobowy) jest długi. Zatem aceton jest mieszalny (rozpuszczalny we wszystkich proporcjach) z wodą, ale poza łańcuchem sześciu atomów węgla rozpuszczalność staje się minimalna.

Enolizowalne związki karbonylowe

Enolizowalne związki karbonylowe to związki karbonylowe mające co najmniej jeden atom wodoru przy atomie węgla α funkcji karbonylowej. W ten sposób można wytworzyć równowagę tautomeryczną między związkiem karbonylowym i odpowiednim enolem , to znaczy alkenem z alkoholową grupą funkcyjną w pozycji winylowej.

Równowaga keto-enolowa:

Uwagi i odniesienia

1. „  IUPAC Gold Book - związki karbonylowe  ” , na goldbook.iupac.org (dostęp: 4 maja 2016 )

Zobacz też