16: Карбонільні сполуки I- альдегіди та кетони. Реакції додавання карбонільної групи
- Page ID
- 106337
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
Карбонільна група є структурною особливістю багатьох різних видів сполук. Він присутній у вуглекислому газу та метаналі, які представляють відповідно високі та низькі крайності рівня окислення карбонільного вуглецю. Між ними є карбонільні сполуки, починаючи від альдегідів і кетонів до карбонових кислот та їх похідних (ефіри, аміди, ангідриди та ацилгалогеніди). У цьому та наступних розділах ми описуємо хімію цих сполук з метою підкреслити подібність, що існують між ними. Відмінності виявляються більше за ступенем, ніж в натурі. Незважаючи на це, зручно обговорювати альдегіди та кетони окремо від карбонових кислот і, слідуючи деяким загальним спостереженням щодо карбонільної групи, ця глава в основному стосується альдегідів та кетонів.
- 16.1: Прелюдія до альдегідів і кетонів
- Карбонільна група, −C = O, є структурною особливістю багатьох різних типів сполук. Він присутній у вуглекислому газу та метаналі, які представляють відповідно високі та низькі крайності рівня окислення карбонільного вуглецю. Між ними є карбонільні сполуки, починаючи від альдегідів і кетонів до карбонових кислот та їх похідних (ефіри, аміди, ангідриди та ацилгалогеніди). ).
- 16.2: Карбонільний зв'язок
- Карбонільний зв'язок є одночасно міцним зв'язком і реактивним зв'язком. Енергія зв'язку варіюється в широких межах залежно від структури. Метанал має найслабшу зв'язок (166 ккал) і чадний газ найсильнішою (237,3 ккал). Незалежно від цих варіацій, карбонільний зв'язок не тільки значно міцніший, але й є більш реактивним, ніж подвійний зв'язок вуглецево-вуглецевого.
- 16.3: Фізичні властивості
- Полярність карбонільної групи проявляється в фізичних властивостях карбонільних сполук. Точки кипіння для нижніх членів ряду альдегідів і кетонів на 50-80о вище, ніж для вуглеводнів тієї ж молекулярної маси. Виражена розчинність у воді нижчемолекулярних альдегідів і кетонів, що є наслідком водневого зв'язку між водою і електронегативним киснем карбонільної групи.
- 16.4: Спектроскопічні властивості
- Карбонільну групу в сполуці можна позитивно ідентифікувати за сильною інфрачервоною смугою поглинання в області 1650-1850см−1, що відповідає вібрації розтягування подвійного зв'язку вуглець-кисень. Положення смуги в цьому діапазоні частот залежить від молекулярного середовища карбонільної групи. Як результат, ми часто можемо сказати з положення смуги, чи є структура альдегідом, кетоном, карбоновою кислотою, ефіром, амідом або ангідридом.
- 16.5: Типові реакції додавання карбонілу
- Тепер перейдемо до обговорення декількох конкретних реакцій приєднання карбонільних груп альдегідів і кетонів. Ми не будемо намагатися надати великий каталог реакцій, але спробуємо підкреслити принципи, пов'язані з особливо важливими реакціями, які корисні в синтезі.
- 16.6: Каталітичне гідрування
- Найпростішою масштабною процедурою відновлення альдегідів і кетонів до спиртів є каталітичне гідрування, оскільки продукт можна отримати просто шляхом фільтрації з каталізатора з подальшою дистиляцією. Поширеними каталізаторами є нікель, паладій, хроміт міді або платина, активована іоном заліза. Гідрування альдегідних і кетонових карбонільних груп відбувається набагато повільніше, ніж вуглецево-вуглецевих подвійних зв'язків, тому необхідні більш напружені умови.
- 16.7: Зниження карбонільних сполук до вуглеводнів
- Існує кілька методів відновлення карбонільних груп до вуглеводнів. У деяких випадках триступенева послідовність звичайних реакцій може бути корисна з алкоголем і алкеном проміжних продуктів. Альтернативний підхід включає скорочення Клемменсена та Вольфа-Кішнера.
- 16.8: Окислення карбонільних сполук
- Альдегбарвники легко окислюються вологим оксидом срібла або розчином перманганату калію до відповідних кислот. Механізм перманганатного окислення має деяку схожість з хромокислотним окисленням спиртів. Окислення бензолкарбональдегіду пероксибензолкарбонової кислотою є прикладом реакції широкого застосування, в якій альдегіди окислюються до карбонових кислот, а кетони окислюються до складних ефірів. Реакція відома як окислення Байєра-Вільгера.
- 16.9: Захист карбонільних груп
- Існує мало реакцій альдегідів і кетонів, які якимось чином не впливають на карбонільну функцію. З цієї причини може знадобитися захист карбонільної функції, коли бажано уникнути реакції на цю функцію.
- 16.10: Препаративні методи для альдегідів та кетонів
- Ряд корисних реакцій для отримання альдегідів і кетонів, таких як озонування алкенів і гідратація алкінів, були розглянуті в попередніх розділах. Тут будуть розглянуті лише кілька досить загальних методів, про які ми не обговорювали.
- 16.E: Карбонільні сполуки I (вправи)
- Це домашні вправи, які супроводжують главу 16 TextMap з основних принципів органічної хімії (Робертс та Касеріо).