Carbonil

Nume	Structura	Formulă
Aldehidele		RCHO
Cetone		RCOR '
Acizi carboxilici		RCOOH
Străin		RCOOR '
Tiesterii		RSCOR
Amide		RCONH 2
Halogenuri de acil		RCOX
Enoni		RCOC (R ') = CR "R"'
Anhidridele		RCOOOCR '

În chimia organică, o grupare carbonil sau carbonil este o grupă funcțională formată dintr-un atom de carbon și unul de oxigen printr-o legătură dublă legată: C = O. ^[1]

C și O sunt sp hibridizate ² . C este legat de cele două grupuri și de oxigen prin trei legături σ dispuse pe un plan la aproximativ 120 ° unul față de celălalt. Carbonul și oxigenul sunt, de asemenea, legate printr-o legătură π (orbitalul p suprapus al lui C și orbitalul p al lui O). ^[2]

Oxigenul are, de asemenea, două perechi de electroni nepartajate care ocupă cei doi orbitali sp ² rămași.

Având în vedere diferența mare de electronegativitate , gruparea carbonil este polară: de fapt, un nor încărcat negativ se formează lângă oxigen și o zonă pozitivă lângă carbon. Prin urmare, carbonul este susceptibil de atacuri nucleofile prin care se rupe legătura π, atacuri care apar după unghiul Bürgi-Dunitz .

Grupa carbonil este prezentă în multe clase de compuși organici , după cum se dovedește în tabelul de mai sus. Având în vedere reactivitatea sa ridicată, este un grup funcțional fundamental în chimia organică: poate fi de fapt folosit ca punct de atașament pentru a prelungi sau rupe lanțurile de atomi. Cea mai notabilă aplicație se găsește în proteine , lanțuri lungi echipate în mod regulat cu legături peptidice în care este conținut carbonilul: multe enzime acționează cu precizie asupra legăturii carbonilice pentru ao rupe și a împărți proteinele în segmente.

Reactivitatea compușilor carbonilici cu nucleofili

Efectul substituentului compusului carbonil este decisiv pentru reactivitatea acestora. Un substituent care retrage electronii (care are o electronegativitate mai mare decât carbonul) va tinde să atragă norul de electroni al carbonului, crescând sarcina sa parțială pozitivă. În practică, acest substituent va avea un efect -I și va face carbonul mai expus la atacul nucleofililor. Cele mai reactive sunt deci clorurile de acil , urmate de anhidridele . Acestea reacționează fără a fi nevoie de cataliză .

În cazul aldehidelor și cetonelor în care substituenții au aceeași electronegativitate cu carbonul carbonilic, efectul va fi diferit. Oxigenul carbonilic atrage norul de electroni al legăturii de carbon (fiind mai electronegativ decât carbonul). Cu toate acestea, acest carbon are substituenți (ceilalți atomi de carbon), care reușesc cumva să furnizeze carbonului carbonilic cu un nor de electroni care îi permite să nu fie la fel de parțial pozitiv ca și carbonul clorurilor de acil. Deși parțial pozitiv, rămâne totuși. Deci aldehidele și cetonele reacționează destul de ușor cu nucleofili puternici, în timp ce cu nucleofili slabi au nevoie de un catalizator acid .

Dacă în calitate de substituent există un atom capabil să susțină structuri de rezonanță (acesta este cazul esterilor și amidelor ), această structură de rezonanță stabilizează carbonul carbonilic, care, prin urmare, devine mai puțin electrofil. De fapt, pentru a reacționa cu substituția nucleofilă a acilului, esterii și amidele trebuie ajutate de un catalizator acid.

În cele din urmă, acizii carboxilici reacționează numai cu un catalizator acid, deoarece sarea se formează cu un catalizator bazic (care nu poate reacționa cu nucleofili pe carbonul carboxilic).

Proprietățile fizice și solubilitatea în apă a compușilor carbonilici

Polarizarea prezentă în legătura C = O afectează și proprietățile fizice ale compușilor carbonilici, cum ar fi punctul de fierbere. De fapt, în acest tip de molecule legăturile permanent polarizate cresc tendința moleculelor de a se asocia (interacțiuni dipol-dipol), care în cetonă și aldehide determină temperaturi de fierbere mai ridicate decât hidrocarburile cu aceeași greutate moleculară, dar mai mici decât cele ale alcooli (deoarece interacțiunile dipol-dipol sunt mai slabe decât legăturile de hidrogen ).

Polaritatea carbonilului influențează, de asemenea, solubilitatea compușilor carbonilici: cei cu greutate moleculară mică sunt solubili în apă deoarece, deși nu sunt capabili să formeze legături de hidrogen între ei, tind să formeze legături de hidrogen cu alte tipuri de compuși având grupări OH sau NH .

Compounds, compuși carbonil nesaturați

Acroleină , compus carbonil α, β-nesaturat.

Compușii carbonilici α, β-nesaturați sunt o clasă importantă de compuși cu structură generală (O = CR) −C ^α = C ^β -R; de exemplu enonele și enals . În acești compuși, gruparea carbonil este conjugată cu o alchenă (de aici și adjectivul nesaturat ), care au proprietăți particulare. Spre deosebire de cazul carbonililor simpli, compușii carbonilici α, β-nesaturați sunt adesea atașați de nucleofili la carbonul β. Acest model de reactivitate se numește vinilogic . Exemple de carbonili nesaturați sunt acroleina (propenal), oxidul de mesitil, acidul acrilic și acidul maleic . Acești compuși pot fi preparați în laborator prin reacția aldolică și reacția Perkin .

Gruparea carbonil extrage electroni dintr-o alchenă , iar gruparea alchenică este, prin urmare, dezactivată la un electrofil , cum ar fi bromul sau acidul clorhidric . Ca regulă generală cu electrofili asimetrici, hidrogenul se atașează la poziția α într-o adiție electrofilă . Pe de altă parte, acești compuși sunt activați către nucleofili într-o adiție nucleofilă conjugată .

Deoarece compușii α, β-nesaturați sunt electrofili, mulți compuși carbonilici α, β-nesaturați sunt toxici, mutageni și cancerigeni. ADN-ul poate ataca carbonul β și astfel poate fi alchilat . Cu toate acestea, glutationul compus eliminator endogen protejează în mod natural împotriva electrofililor toxici din organism. Unele medicamente (amifostină, N- acetilcisteină ) care conțin grupări tiol pot proteja biomoleculele de o astfel de alchilare dăunătoare.

Chimie anorganică

În chimia anorganică , termenul carbonil este utilizat pentru a indica molecula de monoxid de carbon (CO) atunci când acționează ca un ligand în complexe . În carbonilii metalici , molecula de CO nu poate fi considerată o bază Lewis deoarece, pe lângă faptul că produce un dublet de electroni, primește un dublet de electroni datorită donării π a metalului, deoarece grupul CO are orbitați de simetrie adecvată capabili să se combine pentru a forma o legătură π. Efectul donării înapoi este stabilizarea complexului datorită unei separări mai mari între orbitalii fără legătură și anti-legătură ai (ex) ionului metalic.

Notă

Bibliografie

• Harold Hart, Leslie E. Craine, David J. Hart Chemistry Organic, 2003 , Zanichelli.

Elemente conexe

• Adaos nucleofil
• Carbonilare
• Ketil

Alte proiecte

• Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere despre Carbonile

linkuri externe

• ( EN ) Carbonile , în Encyclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.

Portalul chimiei : portalul științei compoziției, proprietăților și transformărilor materiei