Carbonylforbindelse

En carbonylforbindelse er en organisk forbindelse , der har en dobbeltbinding mellem et carbon -atom og et oxygen- atom, idet carbonatomet almindeligvis bundet til hydrogenatomer eller carbonatomer. Faktisk IUPAC organisation (International Union of Pure and Applied Chemistry) specificerer, at ester- funktioner eller carboxylsyrer og deres derivater er også en del af carbonylforbindelser, selv om deres niveau af carbon -oxidation er anderledes. I sidstnævnte tilfælde taler vi om en carboxylgruppe .

Uden yderligere betingelser danner forbindelserne med en carbonylfunktion familien af ketoner , men inkluderer også den for aldehyder , hvor carbonet er bundet til et hydrogenatom og til et carbonatom og ikke til to carbonatomer. Tilstedeværelsen af ​​et hydrogenatom på et nærliggende kulstof rangerer denne gang forbindelsen i familien af enoliserbare carbonylforbindelser .

Nomenklatur

Hvis carbonylgruppen er den vigtigste funktionelle gruppe, derfor i aldehyder og ketoner , er navnet på forbindelsen navnet på den tilsvarende alkan med erstatning af suffikset -e af alkanen med -al eller med -one ( fx : methanal og methanon). Når begge funktioner er til stede, anses aldehydgruppen for at have prioritet over ketongruppen og pålægger derfor suffikset -al , hvis det er hovedgruppen.

Når carbonylgruppen ikke er hovedgruppen (den betragtes derfor som en substituent), pålægger den præfikset oxo- , både i tilfælde af ketoner og aldehyder.

Nomenklaturen for aldehyder og ketoner har udviklet sig. Tidligere blev carbonatomet knyttet direkte til carbonylgruppen kaldet alfa , det næste som beta og så videre i henhold til det græske alfabet . Derefter betegnes positionerne med tal, idet carbonylgruppens carbon tildeles nummer 1.

Egenskaber

Fysisk

• Ændringen af ​​tilstandstemperaturer er højere end i de ækvivalente alkaner.
• I modsætning til vand eller alkoholer er hydrogenatomer generelt bundet til carbonatomer med lignende elektronegativitet . De er derfor ikke positivt ladede, hvilket resulterer i fravær af dannelse af hydrogenbindinger . Dette forklarer temperaturer af statusændring lavere end i de tilsvarende alkoholer (→ syntese af aldehyder ).

Bindende energi

Den C = O bindingen energi er meget høj (binding derfor vanskeligt at bryde), gennemsnitlig omkring 750  kJ / mol, dvs. mere end dobbelt CO-bindingen (der adskiller den fra den C = binding. C , hvis energi er mindre end to gange energien fra en jævnstrømsbinding).

Geometri

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

Polaritet

C = O-bindingen er stærkt polariseret, og de molekyler, der indeholder den (især aldehyderne og ketonerne), udviser derfor betydelige dipolmomenter (forstærket af de frie iltdobler). Disse er generelt inkluderet i 1,5 - 4 Debye-skalaen.

Spektroskopi

Infrarød

C = O-bindingen af ​​carbonylforbindelser udviser et stærkt bånd mellem 1690 og 1750  cm -1 ( forlængelsesvibration af C = O-bindingen). Det kan undertiden falde til under 1700  cm -1 i tilfælde af konjugationsfænomener .

For aldehyder, to gennemsnitlige bånd af CH-valens (i CHO) mellem 2750 og 2900  cm -1 .

Kernemagnetisk resonans

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

Denne proton er stærkt afskærmet på grund af cirkulationen af ​​elektroner fra C = O dobbeltbinding. π{\ displaystyle \ pi}

Kemiske anvendelser

Opløsningsmidler

• Carbonylforbindelser er aprotiske og polære forbindelser . Aldehyder er for reaktive til at kunne bruges som opløsningsmidler. På den anden side er visse ketoner, især acetone (propan-2-on) og butan-2-on (eller methylethylketon, MEK) i almindelig anvendelse som et aprot polært opløsningsmiddel . Hvis carbonylfunktionen har en hydrogen-alfa af carbonet, er der mulighed for en ligevægt med den tilsvarende enol ; opløsningsmidlet er derefter let protisk på grund af dette hydrogen med en sur karakter. Selvom denne reaktion er langsom, bliver denne reaktion problematisk i nærværelse af en stærk base , disse opløsningsmidler vil derfor ikke blive brugt under disse betingelser, og andre polære aprotiske opløsningsmidler vil være at foretrække, såsom dimethylsulfoxid (DMSO), N, N-dimethylformamid ( DMF) eller acetonitril .
• Da kun oxygenatomet kan deltage i hydrogenbindinger , er opløseligheden af ​​disse forbindelser i vand begrænset. Det er så meget mere, som kulstofkæden (hydrofob) er lang. Således er acetone blandbar (opløselig i alle forhold) med vand, men ud over en kæde på seks carbonatomer bliver opløseligheden minimal.

Enoliserbare carbonylforbindelser

Enoliserbare carbonylforbindelser er carbonylforbindelser, der har mindst et hydrogenatom på α-carbonet med carbonylfunktionen. Således kan der produceres en tautomer ligevægt mellem carbonylforbindelsen og den tilsvarende enol , det vil sige en alken med en alkoholfunktion i vinylpositionen.

Keto-enolic balance:

Noter og referencer

1. "  IUPAC Gold Book - carbonylforbindelser  " , på goldbook.iupac.org (adgang til 4. maj 2016 )

Se også