Udgivet i Skriv en kommentar

20.3: Aldehyder, Ketoner og estere

aldehyder og ketoner

både aldehyder og ketoner indeholder en carbonylgruppe, en funktionel gruppe med en dobbeltbinding mellem kulstof og ilt. Navnene på aldehyd-og ketonforbindelser er afledt ved hjælp af lignende nomenklaturregler som for alkaner og alkoholer og inkluderer henholdsvis de klasseidentificerende suffikser-al og-one.

i et aldehyd er carbonylgruppen bundet til mindst et hydrogenatom. I en keton er carbonylgruppen bundet til to carbonatomer. Som tekst er en aldehydgruppe repræsenteret som-CHO; en keton er repræsenteret som-C (O)– eller –CO–.

i både aldehyder og ketoner er geometrien omkring carbonatomet i carbonylgruppen trigonal plan; carbonatomet udviser sp2-hybridisering. To af sp2-orbitalerne på carbonatomet i carbonylgruppen bruges til at danne kursbindinger til de andre carbon-eller hydrogenatomer i et molekyle. Den resterende SP2 hybrid orbital danner en liter-binding til iltatomet. Den uhybridiserede p-orbital på carbonatomet i carbonylgruppen overlapper en p-orbital på iltatomet for at danne kursbindingen i dobbeltbindingen.

ligesom \(\mathrm{C=O}\) bindingen i carbonylgruppen er\ (\mathrm{C=O}\) bindingen af en carbonylgruppe polær (husk at ilt er signifikant mere elektronegativt end kulstof, og de delte elektroner trækkes mod iltatomet og væk fra carbonatomet). Mange af reaktionerne fra aldehyder og ketoner starter med reaktionen mellem en basisbase og carbonatomet i den positive ende af Polar \(\mathrm{C=O}\) binding for at give et ustabilt mellemprodukt, der efterfølgende gennemgår en eller flere strukturelle omlejringer for at danne slutproduktet (figur \(\Sideindeks{1}\)).

figur \(\Sideindeks{1}\): carbonylgruppen er polær, og geometrien af bindingerne omkring det centrale kulstof er trigonal plan.

betydningen af molekylær struktur i reaktiviteten af organiske forbindelser illustreres ved de reaktioner, der producerer aldehyder og ketoner. For organiske molekyler siges iltning af et carbonatom at forekomme, når en carbon-hydrogenbinding erstattes af en carbon-iltbinding. Den omvendte reaktion-udskiftning af en kulstof-iltbinding med en kulstof—hydrogenbinding-er en reduktion af det carbonatom. Husk, at ilt generelt tildeles et -2 iltningsnummer, medmindre det er elementært eller fastgjort til en fluor. Brint er normalt tildelt et iltningstal på +1, medmindre det er fastgjort til et metal. Da kulstof ikke har en specifik regel, bestemmes dets iltningsnummer algebraisk ved at faktorere de atomer, det er bundet til, og den samlede ladning af molekylet eller ionen. Generelt vil et carbonatom bundet til et iltatom have et mere positivt iltningstal, og et carbonatom bundet til et hydrogenatom vil have et mere negativt iltningstal. Dette skal passe fint med din forståelse af polariteten af C–O og C–h obligationer. De andre reagenser og mulige produkter af disse reaktioner er uden for dette kapitel, så vi vil kun fokusere på ændringerne i carbonatomerne:

eksempel \(\Sideindeks{1}\): iltning og reduktion i organisk kemi

methan repræsenterer den fuldstændigt reducerede form af et organisk molekyle, der indeholder et carbonatom. Sekventielt udskiftning af hver af carbon-hydrogenbindingerne med en carbon-iltbinding ville føre til en alkohol, derefter et aldehyd, derefter en carboksysyre (diskuteret senere) og endelig kulsyre:

\

Hvad er iltningstallene for carbonatomerne i molekylerne vist her?

opløsning

i dette eksempel kan vi beregne iltningstallet (gennemgå kapitlet om iltningsreduktionsreaktioner om nødvendigt) for carbonatomet i hvert tilfælde (bemærk, hvordan dette ville blive vanskeligt for større molekyler med yderligere carbonatomer og hydrogenatomer, hvorfor organiske kemikere bruger definitionen, der beskæftiger sig med udskiftning af C-H–bindinger med beskrevne c–o-bindinger).

  • for CH4 bærer carbonatomet et -4 iltningstal (hydrogenatomerne tildeles iltningstal på +1, og carbonatomet afbalancerer, at ved at have et iltningstal på -4)
  • for alkoholen (i dette tilfælde methanol) har carbonatomet et iltningstal på -2 (iltatomet er tildelt -2, de fire hydrogenatomer tildeles hver +1, og carbonatomet afbalancerer summen ved at have et iltningstal på -2; bemærk, at sammenlignet med carbonatomet i CH4 har dette carbonatom mistet to elektroner, så det blev iltet)
  • for aldehydet er carbonatomets iltningstal 0 (-2 for iltatomet og +1 For hvert hydrogenatom balancerer allerede til 0, så iltningstallet for carbonatomet er 0)
  • for carbonsyren er carbonatomets iltningstal +2 (to iltatomer hver ved -2 og to hydrogenatomer ved +1)
  • for carbonatom er carbonatomet er +4 (Her skal carbonatomet balancere -4 summen fra de to iltatomer).

øvelse \(\Sideindeks{1}\)

Angiv, om de markerede carbonatomer i de tre molekyler her er iltet eller reduceret i forhold til det markerede carbonatom i ethanol:

der er ikke behov for at beregne iltningstilstande i dette tilfælde; i stedet skal du bare sammenligne de typer atomer, der er bundet til hinanden, og de markerede carbonatomer:

svar A

reduceret (binding til iltatom erstattet af binding til hydrogenatom);

svar b

iltet (en binding til hydrogenatom erstattet af en binding til iltatom);

svar c

oksidiseret (2 bindinger til hydrogenatomer er blevet erstattet af bindinger til et iltatom)

aldehyder fremstilles almindeligvis ved oksidering af alkoholer, hvis –OH funktionelle gruppe er placeret på carbonatomet i slutningen af kæden af carbonatomer i alkoholen:

alkoholer, der har deres –OH-grupper i midten af carbonatomet i alkoholen:

alkoholer, der har deres-OH-grupper midt i kæden er nødvendig for at syntetisere en keton, hvilket kræver, at carbonylgruppen bindes til to andre carbonatomer:

en alkohol med sin –OH-gruppe bundet til et carbonatom, der er bundet til intet eller et andet carbonatom, vil danne et aldehyd. En alkohol med sin-OH-gruppe bundet til to andre carbonatomer vil danne en keton. Hvis tre carbonatomer er bundet til carbon bundet til –OH, vil molekylet ikke have en C–H-binding, der skal udskiftes, så det vil ikke være modtageligt for iltning.

formaldehyd, et aldehyd med formlen HCHO, er en farveløs gas med en skarp og irriterende lugt. Det sælges i en vandig opløsning kaldet formalin, som indeholder omkring 37% formaldehyd efter vægt. Formaldehyd forårsager koagulering af proteiner, så det dræber bakterier (og enhver anden levende organisme) og stopper mange af de biologiske processer, der får væv til at henfalde. Således anvendes formaldehyd til konservering af vævsprøver og balsamering af legemer. Det bruges også til at sterilisere jord eller andre materialer. Formaldehyd anvendes til fremstilling af bakelit, en hård plast med høj kemisk og elektrisk modstand.

Dimethylketon, CH3COCH3, almindeligvis kaldet acetone, er den enkleste keton. Det fremstilles kommercielt ved gæring af majs eller melasse eller ved iltning af 2-propanol. Aceton er en farveløs væske. Blandt dens mange anvendelser er som opløsningsmiddel til lak (inklusive fingernegl polish), celluloseacetat, cellulosenitrat, acetylen, plastog lakker; som maling og lakfjerner; og som opløsningsmiddel til fremstilling af lægemidler og kemikalier.

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret.