Publikováno Napsat komentář

20.3: Aldehydy, Ketony, Karboxylové Kyseliny a Estery

Aldehydy a Ketony

Oba aldehydy a ketony obsahují karbonylovou skupinu, funkční skupiny s uhlík-kyslík dvojná vazba. Názvy aldehydových a ketonových sloučenin jsou odvozeny za použití podobných pravidel nomenklatury jako pro alkany a alkoholy a zahrnují přípony identifikující třídu-al a-one.

v aldehydu je karbonylová skupina vázána alespoň na jeden atom vodíku. V ketonu je karbonylová skupina vázána na dva atomy uhlíku. Jako text je aldehydová skupina reprezentována jako-CHO; keton je reprezentován jako-C (O) – nebo-CO -.

V obou aldehydy a ketony, geometrie kolem atomu uhlíku v karbonylové skupiny je trigonal rovinné; atom uhlíku vykazuje sp2 hybridizace. Dva z orbitalů sp2 na atomu uhlíku v karbonylové skupině se používají k vytvoření σ vazeb na ostatní atomy uhlíku nebo vodíku v molekule. Zbývající SP2 hybridní orbital tvoří σ vazbu na atom kyslíku. Na nehybridizované p orbitalu na atomu uhlíku v karbonylové skupiny se překrývá p orbitalu na atomu kyslíku k vytvoření π vazby dvojné vazby.

Jako \(\mathrm{C=O}\) vazba na oxid uhličitý, \(\mathrm{C=O}\) pouto karbonylová skupina je polární (připomeňme si, že kyslík je mnohem elektronegativnější než uhlík, a sdílené elektrony jsou přitahovány k atomu kyslíku a pryč od atomu uhlíku). Mnoho z reakce aldehydů a ketonů začít s reakcí mezi Lewisem základnu a atom uhlíku v pozitivní konec polární \(\mathrm{C=O}\) dluhopisů výnos nestabilní meziprodukt, který následně prochází jeden nebo více strukturálních přestaveb na formě konečného výrobku (Číslo \(\PageIndex{1}\)).

Obrázek \(\PageIndex{1}\): karbonylová skupina je polární, a geometrie dluhopisů kolem centrálního uhlíku je trigonal rovinné.

význam molekulární struktury na reaktivitu organických sloučenin je znázorněna reakce, které produkují aldehydy a ketony. Karbonylovou skupinu můžeme připravit oxidací alkoholu—u organických molekul se říká, že k oxidaci atomu uhlíku dochází, když je vazba uhlík-vodík nahrazena vazbou uhlík-kyslík. Reverzní reakce-nahrazení vazby uhlík-kyslík vazbou uhlík-vodík – je snížení tohoto atomu uhlíku. Připomeňme, že kyslíku je obecně přiděleno -2 oxidační číslo, pokud není elementární nebo připojeno k fluoru. Vodíku je obecně přiděleno oxidační číslo +1, pokud není připojeno k kovu. Protože uhlík neobsahuje zvláštní pravidlo, jeho oxidační číslo je určeno algebraicky o factoring atomy je připojen k a celkový náboj molekuly nebo iontu. Obecně bude mít atom uhlíku připojený k atomu kyslíku pozitivnější oxidační číslo a atom uhlíku připojený k atomu vodíku bude mít zápornější oxidační číslo. To by mělo pěkně odpovídat vašemu pochopení polarity vazeb C-O A C-H. Ostatní činidla a možné produkty těchto reakcí je nad rámec této kapitoly, takže se budeme soustředit jen na změny atomy uhlíku:

Například \(\PageIndex{1}\): Oxidace a Redukce v Organické Chemii,

Metan představuje zcela redukovaná forma organická molekula, která obsahuje jeden atom uhlíku. Postupně nahradí každý uhlík-vodík s uhlík-kyslík dluhopisů by vedlo k alkoholu, pak aldehyd, pak karboxylová kyselina (popsáno později), a, konečně, oxid uhličitý,

\

Jaké jsou oxidační čísla atomů uhlíku v molekulách je znázorněno zde?

Řešení

V tomto příkladu, můžeme vypočítat oxidační číslo (recenze kapitole o oxidačně-redukční reakce, pokud je to nutné) pro atom uhlíku v každém případě (všimněte si, jak se to stane se obtížné pro větší molekuly s dalšími atomy uhlíku a atomy vodíku, což je důvod, proč organické chemiky použít definici nakládání s výměnou C–H vazby s C–O vazby popsané).

  • Pro CH4, atom uhlíku nese -4 oxidační číslo (atomy vodíku jsou přiřazeny oxidační čísla +1 a atom uhlíku zůstatky, že tím, že má oxidační číslo -4)
  • Pro alkohol (v tomto případě, methanol), uhlíkový atom má oxidační číslo -2 (atom kyslíku je přiřazena -2, čtyři atomy vodíku, každé jsou přiřazeny +1, a atom uhlíku součet zůstatků tím, že má oxidační číslo -2; všimněte si, že ve srovnání s atomem uhlíku ve CH4, této atomu uhlíku ztratil dva elektrony, takže byl oxidován)
  • Pro aldehyd, atom uhlíku je oxidační číslo 0 (-2 pro atom kyslíku a +1 pro každý atom vodíku již zůstatky na 0, takže oxidační číslo atomu uhlíku je 0)
  • Pro karboxylové kyseliny, atom uhlíku má oxidační číslo +2 (dva atomy kyslíku a každý na -2 a dva atomy vodíku, v +1)
  • Pro oxid siřičitý, oxid atom má oxidační číslo +4 (zde,, atom uhlíku musí vyvážit -4 součet ze dvou atomů kyslíku).

Cvičení \(\PageIndex{1}\)

Uveďte, zda označené atomy uhlíku ve tři molekuly jsou zde oxidovány nebo snížena vzhledem k označenému atom uhlíku v ethanolu:

není třeba, aby výpočet oxidačních stavech v tomto případě, místo toho, stačí porovnat typy atomy vázané na označené atomy uhlíku:

Odpovědět

snížení (vazba na atom kyslíku nahrazen vazba na atom vodíku);

Odpověď b

oxidované (jedna vazba na atom vodíku nahrazen jedním vazba na atom kyslíku);

Odpověď c

oxidované (2 dluhopisů na atomy vodíku byly nahrazeny dluhopisy k atomu kyslíku)

Aldehydy jsou často připraveny pomocí oxidace alkoholů, jehož –OH funkční skupiny se nachází na atom uhlíku na konci řetězce uhlíkových atomů v alkoholu:

Alkoholy, které mají –OH skupiny uprostřed řetězce jsou nezbytné pro syntetizovat keton, který vyžaduje karbonylové skupiny vázány na jiné atomy uhlíku:

alkohol s jeho –OH skupiny vázané na atom uhlíku, který je vázán na žádný nebo jeden další atom uhlíku tvoří aldehyd. Alkohol s jeho-OH skupinou připojenou ke dvěma dalším atomům uhlíku vytvoří keton. Pokud tři uhlíky jsou připojeny na uhlík vázaný k OH, molekula nebude mít C–H vazba má být nahrazen, takže to nebude být náchylné k oxidaci.

formaldehyd, aldehyd se vzorcem HCHO, je bezbarvý plyn se štiplavým a dráždivým zápachem. Prodává se ve vodném roztoku zvaném formalin, který obsahuje asi 37% hmotnostních formaldehydu. Formaldehyd způsobuje koagulaci bílkovin, takže zabíjí bakterie (a jakýkoli jiný živý organismus) a zastavuje mnoho biologických procesů, které způsobují rozpad tkáně. Formaldehyd se tedy používá k uchování vzorků tkáně a balzamovacích těl. Používá se také ke sterilizaci půdy nebo jiných materiálů. Formaldehyd se používá při výrobě bakelitu, tvrdého plastu s vysokým chemickým a elektrickým odporem.

Dimethylketon, CH3COCH3, běžně nazývaný aceton, je nejjednodušší keton. Vyrábí se komerčně fermentací kukuřice nebo melasy nebo oxidací 2-propanolu. Aceton je bezbarvá kapalina. Mezi jeho mnoha používá se jako rozpouštědlo pro lak (včetně laku), acetát celulózy, nitrát celulózy, acetylen, plasty a laky; barvy a laky odstraňovač; a jako rozpouštědla při výrobě léčiv a chemikálií.

Napsat komentář

Vaše e-mailová adresa nebude zveřejněna.