Posted on Leave a comment

20.3: aldehidek, ketonok, karbonsavak és észterek

aldehidek és ketonok

mind az aldehidek, mind a ketonok karbonilcsoportot tartalmaznak, szén-oxigén kettős kötéssel rendelkező funkcionális csoportot. Az aldehid-és ketonvegyületek elnevezései az alkánokhoz és az alkoholokhoz hasonló nómenklatúra-szabályok alkalmazásával származnak,és tartalmazzák az osztályazonosító utótagokat-al és-on.

egy aldehidben a karbonilcsoport legalább egy hidrogénatomhoz kötődik. Egy ketonban a karbonilcsoport két szénatomhoz kapcsolódik. Szövegként az aldehidcsoportot –CHO –ként ábrázoljuk; a ketont– C(O) –vagy–CO-ként ábrázoljuk.

mind az aldehidekben, mind a ketonokban a karbonilcsoportban a szénatom körüli geometria trigonális sík; a szénatom SP2 hibridizációt mutat. A karbonilcsoport szénatomján lévő sp2 pályák közül kettőt használnak a molekulában lévő többi szén-vagy hidrogénatomhoz való kötések kialakítására. A fennmaradó sp2 hibrid orbitális a-T képezi oxigénatom kötése. A karbonilcsoport szénatomján lévő nem hibridizált p orbitális átfedésben van az oxigénatom p pályájával, hogy a kettős kötésben kialakuljon a kettős kötés.

mint a szén-dioxid\ (\mathrm{C=O}\) kötése, a karbonilcsoport\ (\mathrm{C=O}\) kötése is poláris (emlékezzünk arra, hogy az oxigén lényegesen elektronegatívabb, mint a szén, és a megosztott elektronok az oxigénatom felé húzódnak, és távol vannak a szénatomtól). Az aldehidek és ketonok sok reakciója a Lewis-bázis és a poláris \(\mathrm{C=O}\) kötés pozitív végén lévő szénatom közötti reakcióval kezdődik, hogy instabil köztiterméket hozzon létre, amely ezt követően egy vagy több szerkezeti átrendeződésen megy keresztül, hogy a végterméket képezze (\(\PageIndex{1}\) ábra).

\(\PageIndex{1}\) ábra: a karbonilcsoport poláris, a központi szén körüli kötések geometriája trigonális sík.

a molekuláris szerkezet fontosságát a szerves vegyületek reaktivitásában az aldehideket és ketonokat előállító reakciók szemléltetik. Karbonilcsoportot készíthetünk egy alkohol oxidációjával-szerves molekulák esetében a szénatom oxidációja állítólag akkor fordul elő, amikor a szén-hidrogén kötést szén-oxigén kötés váltja fel. A fordított reakció-a szén-oxigén kötés helyettesítése szén-hidrogén kötéssel-ennek a szénatomnak a redukciója. Emlékezzünk arra, hogy az oxigénhez általában -2 oxidációs számot rendelnek, kivéve, ha elemi vagy fluor kapcsolódik. A hidrogént általában + 1 oxidációs számhoz rendelik, kivéve, ha fémhez van rögzítve. Mivel a szénnek nincs konkrét szabálya, oxidációs számát algebrai módon határozzák meg az atomok faktorálásával, amelyekhez kapcsolódik, valamint a molekula vagy ion teljes töltésével. Általában egy oxigénatomhoz kapcsolódó szénatomnak pozitívabb oxidációs száma lesz, a hidrogénatomhoz kapcsolódó szénatomnak pedig negatívabb oxidációs száma lesz. Ennek jól illeszkednie kell a C–O és C–H kötések polaritásának megértéséhez. Ezeknek a reakcióknak a többi reagense és lehetséges terméke túlmutat ezen a fejezeten, ezért csak a szénatomok változásaira összpontosítunk:

példa \(\PageIndex{1}\): A Szerves Kémia oxidációja és redukciója

A metán egy szerves molekula teljesen redukált formáját képviseli, amely egy szénatomot tartalmaz. Az egyes szén-hidrogén kötések szén-oxigén kötéssel történő egymás utáni cseréje alkoholhoz, majd aldehidhez, majd karbonsavhoz vezet (később tárgyaljuk), végül szén-dioxidhoz:

\

melyek az itt bemutatott molekulák szénatomjainak oxidációs számai?

megoldás

ebben a példában minden esetben kiszámíthatjuk a szénatom oxidációs számát (ha szükséges, tekintse át az oxidációs-redukciós reakciókról szóló fejezetet) (vegye figyelembe, hogy ez milyen nehéz lesz a nagyobb molekulák számára további szénatomokkal és hidrogénatomokkal, ezért a szerves vegyészek a C–H kötések C–O kötésekkel való helyettesítésével foglalkozó meghatározást használják).

  • a CH4 esetében a szénatom -4 oxidációs számot hordoz (a hidrogénatomokhoz + 1 oxidációs számot rendelnek, a szénatom pedig azt egyensúlyozza, hogy -4 oxidációs számmal rendelkezik)
  • az alkoholhoz (ebben az esetben a metanolhoz) a szénatomnak -2 oxidációs száma van (az oxigénatomhoz -2, a négy hidrogénatomhoz +1, A szénatomhoz pedig -2 oxidációs száma van; vegye figyelembe, hogy a CH4 szénatomhoz képest ez a szénatom két elektronot veszített el, így oxidálódott)
  • az aldehid esetében a szénatom oxidációs száma 0 (-2 az oxigénatomnál és +1 minden hidrogénatomnál már 0-ra egyensúlyoz, tehát a szénatom oxidációs száma 0)
  • a karbonsav esetében a szénatom oxidációs száma +2 (két oxigénatom -2-nél és két hidrogénatom +1-nél)
  • a szén-dioxid esetében a szénatom oxidációs száma 0) az atom oxidációs száma +4 (itt a szénatomnak ki kell egyensúlyoznia a -4 összeget a két oxigénatomból).

Exercise \(\PageIndex{1}\)

jelölje meg, hogy a három molekula jelölt szénatomjai oxidálódnak-e vagy redukálódnak-e az etanolban megjelölt szénatomhoz képest:

ebben az esetben nincs szükség az oxidációs állapotok kiszámítására; ehelyett csak hasonlítsa össze a megjelölt szénatomokhoz kötött atomtípusokat:

válasz A

redukált (az oxigénatomhoz való kötést hidrogénatomhoz való kötés váltja fel);

válasz b

oxidált (egy hidrogénatomhoz való kötést egy oxigénatomhoz való kötés helyett);

válasz C

oxidált (2 kötések hidrogénatomok helyébe kötések egy oxigénatom)

az aldehideket általában olyan alkoholok oxidációjával állítják elő, amelyek –OH funkcionális csoportja az alkohol szénatomjának végén található szénatomon helyezkedik el:

alkoholok, amelyek –OH csoportjai a lánc közepén helyezkednek el szükséges egy keton szintetizálásához, amely megköveteli, hogy a karbonilcsoportot két másik szénatomhoz kössék:

egy alkohol, amelynek –OH csoportja egy szénatomhoz van kötve, amely nem vagy egy másik szénatomhoz van kötve, aldehidet képez. Az alkohol, amelynek-OH csoportja két másik szénatomhoz kapcsolódik, ketont képez. Ha három szén kapcsolódik az –OH–hoz kötött szénhez, akkor a molekulának nem lesz C-H kötése, amelyet ki kell cserélni, tehát nem lesz érzékeny az oxidációra.

a formaldehid, a HCHO képletű aldehid színtelen gáz, csípős és irritáló szaggal. A formalin nevű vizes oldatban kerül forgalomba, amely körülbelül 37 tömeg% formaldehidet tartalmaz. A formaldehid a fehérjék koagulációját okozza, így megöli a baktériumokat (és bármely más élő szervezetet), és megállítja a biológiai folyamatokat, amelyek a szövetek bomlását okozzák. Így a formaldehidet szövetminták és balzsamozó testek megőrzésére használják. A talaj vagy más anyagok sterilizálására is használják. A formaldehidet Bakelit gyártásához használják, amely kemény műanyag, magas kémiai és elektromos ellenállással.

a dimetil-keton, a CH3COCH3, amelyet általában acetonnak neveznek, a legegyszerűbb keton. Kereskedelmi forgalomban kukorica vagy melasz erjesztésével vagy 2-propanol oxidációjával állítják elő. Az aceton színtelen folyadék. Számos felhasználása között szerepel a lakk oldószere (beleértve a körömlakkot is), cellulóz-acetát, cellulóz-nitrát, acetilén, műanyagok és lakkok; festék-és lakklemosóként; valamint oldószerként a gyógyszerek és vegyszerek gyártásában.

Vélemény, hozzászólás?

Az e-mail-címet nem tesszük közzé.