Karbonylforbindelse

Et karbonyl-forbindelse er en organisk forbindelse som har en dobbeltbinding mellom et karbonatom og et oksygenatom, idet det karbonatom som vanligvis er bundet til hydrogen eller karbonatomer. Faktisk, IUPAC organisasjon (International Union of Pure and Applied Chemistry) presisert at esterfunksjonene eller de karboksylsyrer og deres derivater er også en del av karbonylforbindelsene, selv om graden av karbon oksidasjon er forskjellig. I sistnevnte tilfelle snakker vi om en karboksylgruppe .

Uten noen annen tilstand danner forbindelsene med karbonylfunksjon familien av ketoner , men inkluderer også aldehyder der karbonet er bundet til et hydrogenatom og til et karbonatom og ikke til to karbonatomer. Tilstedeværelsen av et hydrogenatom på et nærliggende karbon rangerer denne gangen forbindelsen i familien av enoliserbare karbonylforbindelser .

Nomenklatur

Hvis karbonylgruppen er den viktigste funksjonelle gruppen, derfor i aldehyder og ketoner , er navnet på forbindelsen navnet på den tilsvarende alkanen med erstatning av suffikset -e av alkanen med -al eller med -one (for eksempel : metanal og metanon). Når begge funksjonene er til stede, anses aldehydgruppen å ha prioritet over ketongruppen og pålegger derfor suffikset -al , hvis det er hovedgruppen.

Når karbonylgruppen ikke er hovedgruppen (den betraktes derfor som en substituent), pålegger den prefikset okso- , både når det gjelder ketoner og aldehyder.

Nomenklaturen for aldehyder og ketoner har utviklet seg. Tidligere ble karbonatomet festet direkte til karbonylgruppen kalt alfa , det neste som beta og så videre i henhold til det greske alfabetet . Deretter blir posisjonene betegnet med tall, hvor karbonet i karbonylgruppen tildeles nummer 1.

Kjennetegn

Fysisk

• Endringen av tilstandstemperaturer er høyere enn i ekvivalente alkaner.
• I motsetning til vann eller alkoholer , er hydrogenatomer generelt bundet til karbonatomer , med lignende elektronegativitet . De er derfor ikke positivt ladede, noe som resulterer i fravær av dannelse av hydrogenbindinger . Dette forklarer temperaturendringene i tilstanden lavere enn i ekvivalente alkoholer (→ syntese av aldehyder ).

Bindende energi

Den C = O binding energi er meget høy (bond derfor vanskelig å bryte), i gjennomsnitt omkring 750  kJ / mol, det vil si mer enn det dobbelte av CO binding (som skiller den fra C = binding. C , hvis energi er mindre enn det dobbelte energien til en likestrømsbinding).

Geometri

• Lengde: ca 120 pm. Det handler om en kort forbindelse, derfor sterk.
• VSEPR-geometri: C = O-bindingen og de to andre atomene bundet til karbon har en plan trigonal geometri (vinkler på ca. 120 ° ).

Polaritet

C = O-bindingen er sterkt polarisert, og molekylene som inneholder den (spesielt aldehyder og ketoner) viser derfor betydelige dipolmomenter (forsterket av de frie oksygendoblene). Disse er vanligvis inkludert i 1,5 - 4 Debye-skalaen.

Spektroskopi

Infrarød

C = O-bindingen av karbonylforbindelser har et sterkt bånd mellom 1690 og 1750  cm -1 ( utvidelsesvibrasjon av C = O-bindingen). Noen ganger kan det falle under 1700  cm -1 i tilfelle konjugasjonsfenomener .

For aldehyder, to gjennomsnittlige bånd av CH-valens (i CHO) mellom 2750 og 2900  cm -1 .

Kjernemagnetisk resonans

Proton-NMR: bare for aldehyder, = 9,5 - 10 δ{\ displaystyle \ delta}

Denne protonen er sterkt skjermet på grunn av sirkulasjonen av elektroner fra C = O dobbeltbinding. π{\ displaystyle \ pi}

Kjemisk bruk

Løsningsmidler

• Karbonylforbindelser er aprotiske og polare forbindelser . Aldehyder er for reaktive til å kunne brukes som løsemidler. På den annen side er visse ketoner, spesielt aceton (propan-2-on) og butan-2-on (eller metyletylketon, MEK) i vanlig bruk som et aprotisk polært løsningsmiddel . Hvis karbonylfunksjonen har en hydrogen-alfa av karbonet, er det muligheten for en likevekt med den tilsvarende enol ; løsningsmidlet er da litt protisk på grunn av at dette hydrogen har en sur karakter. Selv om denne reaksjonen er langsom, blir denne reaksjonen problematisk i nærvær av en sterk base , disse løsningsmidlene vil derfor ikke bli brukt under disse betingelser, og andre polare aprotiske løsningsmidler vil være foretrukket, slik som dimetylsulfoksid (DMSO), N, N-dimetylformamid ( DMF) eller acetonitril .
• Siden bare oksygenatomet kan delta i hydrogenbindinger , er løseligheten av disse forbindelsene i vann begrenset. Desto mer som karbonkjeden (hydrofob) er lang. Dermed er aceton blandbart (løselig i alle proporsjoner) med vann, men utover en kjede på seks karbonatomer, blir løseligheten minimal.

Enoliserbare karbonylforbindelser

Enoliserbare karbonylforbindelser er karbonylforbindelser som har minst ett hydrogenatom på a-karbonet med karbonylfunksjonen. Dermed kan det dannes en tautomer likevekt mellom karbonylforbindelsen og den tilsvarende enol , det vil si et alken med en alkoholfunksjon i vinylposisjonen.

Keto-enolic balanse:

Merknader og referanser

1. "  IUPAC Gold Book - karbonylforbindelser  " , på goldbook.iupac.org (åpnet 4. mai 2016 )

Se også