KARBONIL GRUBU: ÖZELLIKLER, ÖZELLIKLER, ISIMLENDIRME, REAKTIVITE - KIMYA - 2025

Karbonil grubu Gaz formunda karbonmonoksit molekülü benzer bir oksijenli organik işlevsel gruptur. C = O olarak temsil edilir ve organik kabul edilmesine rağmen inorganik bileşiklerde de bulunabilir; örneğin karbonik asit, H olarak ₂ CO ₃ ya da bir bağlayıcı olarak CO ile organometalik bileşikler.

Bununla birlikte, bu grubun muazzam önemi ile öne çıktığı yer karbon, yaşam, biyokimya ve diğer benzer bilim dallarının kimyasındadır. O olmasaydı birçok molekül suyla etkileşime giremezdi; proteinler, şekerler, amino asitler, yağlar, nükleik asitler ve diğer biyomoleküller, kendisi olmasaydı var olmazdı.

Karbonil grubu. Kaynak: Jü

Yukarıdaki görüntü, bir bileşiğin genel iskeletinde bu grubun nasıl göründüğünü göstermektedir. Mavi renkle vurgulandığına dikkat edin ve eğer A ve B ikame edicilerini (R veya R 'eşit derecede geçerli) çıkarırsak, bir karbon monoksit molekülü olacaktır. Bu ikame edicilerin varlığı, çok sayıda organik molekülü tanımlar.

A ve B, karbondan başka atomlar, örneğin metaller veya metalik olmayan elementler ise, sırasıyla organometalik veya inorganik bileşiklere sahip olabilir. Organik kimya durumunda, A ve B ikame edicileri her zaman ya hidrojen atomları, karbon zincirleri, dallı ya da dalsız, siklik ya da aromatik halkalar olacaktır.

Karbonil grubunun doğa veya sağlık bilimleri okuyanlar için neden oldukça yaygın olduğunu anlamaya bu şekilde başlar; her yerdedir ve onsuz hücrelerimizde meydana gelen moleküler mekanizmalar gerçekleşmez.

Alaka düzeyi özetlenebilirse, bir moleküle polarite, asitlik ve reaktiviteye katkıda bulunduğu söylenebilir. Bir karbonil grubunun olduğu yerde, molekülün tam bu noktada bir dönüşüme uğraması olasıdır. Bu nedenle, oksidasyon veya nükleofilik saldırılar yoluyla organik sentez geliştirmek stratejik bir bölgedir.

Karbonil grubunun özellikleri ve özellikleri

Karbonil grubunun yapısal özellikleri. Kaynak: Azaline Gomberg.

Karbonil grubunun yapısal ve elektronik özellikleri nelerdir? Görüldüğü üzerinde, hemen kullanarak harf R ¹ ve R ² yerine A ve B, ikame ve bir oksijen atomu, 120 ° C 'lik bir açı arasında var olduğu; yani, bu grubun etrafındaki geometri bir üçgen düzlemdir.

Bu geometri, karbon olduğu ve için oksijen atomu mutlaka sp olmalıdır ² kimyasal melezleme ; Bu şekilde, üç karbon SP olacaktır ² orbitalleri R tek kovalent bağlar oluşturmak üzere ¹ ve R ² , ve oksijen ile çift bağ yörünge saf p.

Bu, C = O çift bağının nasıl olabileceğini açıklar.

Görüntü gözlemlenirse, oksijenin karbondan δ + daha yüksek bir elektron yoğunluğuna (δ-) sahip olduğu da görülecektir. Bunun nedeni, oksijenin karbondan daha elektronegatif olması ve bu nedenle onu elektron yoğunluğundan "çalıyor" olmasıdır; ve sadece onu değil, aynı zamanda R ' ¹ ve R ² ikame .

Sonuç olarak, moleküler yapıya bağlı olarak daha büyük veya daha az büyüklükte olabilen kalıcı bir dipol momenti üretilir. Bir karbonil grubunun olduğu her yerde, dipol momentleri olacaktır.

Rezonans yapıları

Bu organik grup için iki rezonans yapısı. Kaynak: Mfomich

Oksijenin elektronegatifliğinin bir başka sonucu da, karbonil grubunda bir hibrid (üst görüntüdeki iki yapının kombinasyonu) tanımlayan rezonans yapılarının olmasıdır. Elektron çiftinin, karbon atomunu pozitif bir kısmi yükle terk eden p yörünge oksijenine doğru göç edebileceğini unutmayın; bir karbokatyon.

Her iki yapı da sürekli olarak başarılıdır, bu nedenle karbon sürekli bir elektron eksikliğini korur; yani, ona çok yakın olan katyonlar için elektrostatik itme yaşarlar. Ancak, eğer bir anyon veya elektron bağışlayabilen bir tür ise, bu karbon için güçlü bir çekim hissedeceksiniz.

Daha sonra nükleofilik saldırı olarak bilinen şey meydana gelir ve bu ilerideki bir bölümde açıklanacaktır.

terminoloji

Bir bileşik C = O grubuna sahip olduğunda, karbonil olduğu söylenir. Bu nedenle, karbonil bileşiğinin doğasına bağlı olarak kendi isimlendirme kurallarına sahiptir.

Ne olursa olsun, hepsi ortak bir kuralı paylaşsa da: C = O, karbon atomlarını sıralarken karbon zincirinde önceliğe sahiptir.

Bu, eğer dallar, halojen atomları, azotlu fonksiyonel gruplar, çift veya üçlü bağlar varsa, hiçbirinin C = O'dan daha düşük bir yer belirleyici numarası taşımayacağı anlamına gelir; bu nedenle, en uzun zincir karbonil grubuna mümkün olduğu kadar yakın listelenmeye başlar.

Öte yandan, zincirde birkaç C = O varsa ve bunlardan biri daha yüksek bir fonksiyonel grubun parçasıysa, o zaman karbonil grubu daha büyük bir konumlandırıcı taşıyacak ve bir okso ikame edicisi olarak bahsedilecektir.

Ve bu hiyerarşi nedir? Aşağıdakiler, en yüksekten en düşüğe:

-Karboksilik asitler, RCOOH

-Ester, RCOOR '

-Amide, RCONH ₂

-Aldehit, RCOH (veya RCHO)

-Ketone, RCOR

Moleküler segmentler için R ve R 'ikame edildiğinde, yukarıdaki ailelerle temsil edilen sonsuz sayıda karbonil bileşiği ortaya çıkar: karboksilik asitler, esterler, amitler, vb. Her biri kendi geleneksel veya IUPAC terminolojisiyle ilişkilendirilmiştir.

Reaktivite

Nükleofilik saldırı

Karbonil grubuna nükleofilik saldırı. Kaynak: Benjah-bmm27

Üstteki resim, karbonil grubunun maruz kaldığı nükleofilik saldırıyı göstermektedir. Nükleofil, Nu ^- bir anyon veya mevcut elektron çiftlerine sahip nötr bir tür olabilir; Amonyak, NH gibi ₃ , örneğin. Rezonans yapılarına göre pozitif bir kısmi yüke sahip olduğu için yalnızca karbonu arar.

Pozitif yük , R ve R 'ikame edicilerinden en az sterik engel olacak şekilde bir "kanat" ile yaklaşmaya çalışacak olan Nu ^-' yu çeker . Olduklarını veya Nu boyutu hantal şekline bağlı olarak ^{- kendisi} , saldırı farklı açılar ψ de meydana gelecektir; çok açık veya kapalı olabilir.

Saldırı gerçekleştiğinde, bir ara bileşik, Nu-CRR'-O ^{- oluşacaktır} ; bu, oksijen Nu izin vermek için bir elektron çifti ile bırakılır olduğu ^- için eklemek karbonil grubuna.

Bu negatif yüklü oksijen, reaksiyonun diğer aşamalarına müdahale edebilir; bir hidroksil grubu, OH olarak protonlanır veya bir su molekülü olarak salınır.

İlgili mekanizmalar ve bu saldırı ile elde edilen reaksiyon ürünleri çok çeşitlidir.

Türevler

Nükleofilik ajan Nu ^- birçok türde olabilir. Her biri için spesifik olarak, karbonil grubu ile reaksiyona girdiğinde, farklı türevler ortaya çıkar.

Örneğin, nükleofilik madde bir amin, NH, bahsedilen ₂ R, iminler, ortaya R ₂ C = N; Bu hidroksilamin ise, NH ₂ , OH, oksimler, RR'C = NOH yol açar; Siyanür anyon ise, CN ^- , siyanohidrinler RR'C (OH) CN üretilebilir ve böylece diğer türleri ile ilgili olan.

indirgeme

İlk başta bu grubun oksijenli ve dolayısıyla paslı olduğu söylendi. Bu, koşullar göz önüne alındığında, oksijen atomunu hidrojenlerle değiştirerek azaltılabileceği veya oksijen atomuyla bağlarını kaybedebileceği anlamına gelir. Örneğin:

C = O => CH ₂

Bu dönüşüm, karbonil grubunun bir metilen grubuna indirgendiğini gösterir; oksijen kaybının bir sonucu olarak bir hidrojen kazancı vardı. Daha uygun kimyasal terimlerle: karbonil bileşiği bir alkan'a indirgenir.

Bu hidrazin varlığında, lH içinde bir keton, RCOR' ise ₂ , N-NH- ₂ ve bir güçlü bazik ortam, ilgili alkana indirgenebilir; Bu reaksiyon Wolff-Kishner indirgemesi olarak bilinir:

Wolff-Kishner indirgeme. Kaynak: Jü

Öte yandan reaksiyon karışımı, amalgamatlı çinko ve hidroklorik asitten oluşuyorsa, reaksiyon Clemmensen indirgemesi olarak bilinir:

Clemmensen azaltma. Kaynak: Wikimedia Commons.

Asetal ve ketal oluşumu

Karbonil grubu sadece nükleofilik ajanları Nu ^- ekleyemez , aynı zamanda asidik koşullar altında alkollerle benzer mekanizmalarla reaksiyona girebilir.

Bir aldehit veya keton kısmen bir alkolle reaksiyona girdiğinde, sırasıyla hemiasetaller veya hemisetaller üretilir. Reaksiyon tamamlandığında ürünler asetal ve ketaldir. Aşağıdaki kimyasal denklemler, yukarıda belirtilenleri özetler ve daha iyi açıklar:

RCHO + R ³ OH g RCHOH (OR ³ ) (Hemiasetal) + R ⁴ OH g RCH (OR ³ ) (OR ⁴ ) (Asetal)

RCOR ² + R ³ OH g RCOR ² (OH) (OR ³ ) (Hemicetal) + R ⁴ OH g RCOR ² (OR ³ ) (OR ⁴ ) (ketal)

İlk reaksiyon, bir aldehitten hemiasetallerin ve asetallerin ve ikincisi bir ketondan hemisetallerin ve ketallerin oluşumuna karşılık gelir.

Bu denklemler, bu bileşiklerin oluşumunu açıklayacak kadar basit olmayabilir; Bununla birlikte, hastaya bir ilk yaklaşım için, bu alkol eklenir anlamak için yeterlidir ve bu da yan zincirler (burada R ³ ve R ⁴ ) karbonil karbonuna bağlı hale gelir. OR ³ ve OR ^4'ün ilk moleküle ^eklenmesinin nedeni budur .

Asetal ve ketal arasındaki temel fark, karbona bağlı hidrojen atomunun varlığıdır. Ketonun bu hidrojenden yoksun olduğuna dikkat edin.

Türleri

Karbonil grubu için terminoloji bölümünde açıklandığı gibi çok benzer, türleri bir işlevi ikame maddeleri A ve B veya R ve R 'dir. Bu nedenle, bir dizi karbonil bileşiğini yalnızca bağların sırasının veya türünün ötesinde paylaşan yapısal özellikler vardır.

Örneğin, bu grup ile karbon monoksit, C≡O arasındaki analojinin başında bahsedildi. Molekül hidrojen atomlarının yoksun olan ve aynı zamanda iki terminal, C = O varsa, o zaman, bir karbon oksit olacaksa, Cı- _n- O ₂ . 3'e eşit n için, sahip olacağız:

O = C = C = C = O

Sanki bir karbonla birleştirilmiş ve ayrılmış iki C≡O molekülü varmış gibi.

Karbonil bileşikleri yalnızca CO gazından değil, aynı zamanda karbonik asit, H ₂ CO ₃ veya OH- (C = O) -OH'den de türetilebilir . Burada iki OH, R ve R 'yi temsil eder ve bunlardan birinin veya hidrojenlerinin yerine karbonik asit türevleri elde edilir.

Ve sonra, R'nin kimliklerini değiştirerek veya H'yi başka bir atom veya zincir R 'ile ikame ederek elde edilen karboksilik asitlerin, RCOOH türevleri vardır (bu, bir ester, RCOOR'a neden olur).

Aldehitlerde ve ketonlarda nasıl tanımlanır

Keton ve aldehitin yapısal bir formülden farklılaşması. Kaynak: Gabriel Bolívar.

Hem aldehitler hem de ketonlar ortak olarak karbonil grubunun varlığına sahiptir. Kimyasal ve fiziksel özellikleri bundan kaynaklanmaktadır. Bununla birlikte, moleküler ortamları her iki bileşikte aynı değildir; birincisinde, bir terminal konumundadır ve ikincisinde, zincirin herhangi bir yerinde bulunur.

Örneğin, üstteki resimde karbonil grubu mavi bir kutunun içindedir. Ketonlarda, bu kutunun yanında başka bir karbon veya zincir segmenti (üstte) olmalıdır; aldehitlerde ise sadece bir hidrojen atomu (altta) olabilir.

C = O zincirin bir ucundaysa, bu bir aldehit olacaktır; onu bir ketondan ayırmanın en doğrudan yolu budur.

İD

Fakat bilinmeyen bir bileşiğin bir aldehit mi yoksa bir keton mu olduğunu deneysel olarak nasıl anlarsınız? Spektroskopik (kızılötesi radyasyon absorpsiyonu, IR) veya kalitatif organik testlerden çok sayıda yöntem vardır.

Niteliksel testlerle ilgili olarak, bunlar pozitif olduğunda analistin fiziksel bir tepki gözlemleyeceği tepkilere dayanmaktadır; renk değişikliği, ısı salınımı, kabarcık oluşumu vb.

K, bir asit çözeltisi ilave Örneğin, ₂ Cr ₂ O ₇ numuneye, aldehid yeşil (pozitif test) turuncudan değişikliği, çözeltinin rengi neden karboksilik asit içerisine dönüştürecektir. Bu arada ketonlar tepki vermez ve bu nedenle analist herhangi bir renk değişikliği (negatif test) gözlemlemez.

Diğer bir test , aldehitin Ag ⁺ katyonlarını metalik gümüşe indirgemesi için Tollens reaktifi ⁺ kullanmaktan oluşur . Ve sonuç: numunenin yerleştirildiği test tüpünün dibinde gümüş bir aynanın oluşması.

Ana örnekler

Son olarak, bir dizi karbonil bileşik örneği listelenecektir:

-CH ₃ COOH, asetik asit

-HCOOH, formik asit

-CH ₃ COCH ₃ , propanon

-CH ₃ COCH ₂ CH ₃ , 2-butanon

-C ₆ H ₅ COCH ₃ , asetofenon

-CH ₃ CHO, etanal

-CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ , CHO, pentanal

-C ₆ H ₅ , CHO, benzaldehit

-CH ₃ CONH ₂ , asetamid

-CH ₃ CH ₂ CH ₂ COOCH ₃ , propil asetat

Şimdi, sadece bu gruba sahip olan bileşiklerin örneklerinden bahsedilirse, liste neredeyse sonsuz olacaktır.

Referanslar

1. Morrison, RT ve Boyd, R, N. (1987). Organik Kimya. 5. Baskı. Editör Addison-Wesley Interamericana.
2. Carey F. (2008). Organik Kimya. (Altıncı baskı). Mc Graw Hill.
3. Graham Solomons TW, Craig B. Fryhle. (2011). Organik Kimya. Aminler. (10. baskı.). Wiley Plus.
4. Reid Danielle. (2019). Carbonyl Group: Özellikler ve Genel Bakış. Ders çalışma. Study.com'dan kurtarıldı
5. Sharleen Agvateesiri. (5 Haziran 2019). Carbonyl Grubu. Kimya LibreTexts. Chem.libretexts.org adresinden kurtarıldı
6. Wiki Kids Ltd. (2018). Karbonil bileşikleri. Kurtarıldı: Simply.science
7. Toppr. (Sf). Karbonil Grubunun Adlandırılması ve Yapısı. Toppr.com'dan kurtarıldı
8. Clark J. (2015). Aldehitlerin ve ketonların oksidasyonu. Kurtarıldı: chemguide.co.uk