Publicerad den Lämna en kommentar

20.3: aldehyder, ketoner, karboxylsyror och estrar

aldehyder och ketoner

både aldehyder och ketoner innehåller en karbonylgrupp, en funktionell grupp med kol-syre dubbelbindning. Namnen på aldehyd-och ketonföreningar härleds med hjälp av liknande nomenklaturregler som för alkaner och alkoholer och inkluderar de klassidentifierande suffixerna-al respektive-one.

i en aldehyd binds karbonylgruppen till minst en väteatom. I en keton är karbonylgruppen bunden till två kolatomer. Som text representeras en aldehydgrupp som-CHO; en keton representeras som-C (O)– eller –CO–.

i både aldehyder och ketoner är geometrin runt kolatomen i karbonylgruppen trigonal plan; kolatomen uppvisar sp2-hybridisering. Två av sp2-orbitalerna på kolatomen i karbonylgruppen används för att bilda askorbindningar till de andra kol-eller väteatomerna i en molekyl. Den återstående SP2-hybridomloppet bildar en ozi-bindning till syreatomen. Den ohybridiserade p-orbitalen på kolatomen i karbonylgruppen överlappar en p-orbital på syreatomen för att bilda Bisexuell bindning i dubbelbindningen.liksom bindningen \(\mathrm{C=o}\) i koldioxid är bindningen \(\mathrm{C=o}\) i en karbonylgrupp polär (minns att syre är betydligt mer elektronegativt än kol, och de delade elektronerna dras mot syreatomen och bort från kolatomen). Många av reaktionerna av aldehyder och ketoner börjar med reaktionen mellan en Lewis-bas och kolatomen vid den positiva änden av den polära \(\mathrm{C=O}\) bindningen för att ge en instabil intermediär som därefter genomgår en eller flera strukturella omarrangemang för att bilda slutprodukten (figur \(\PageIndex{1}\)).

figur \(\PageIndex{1}\): karbonylgruppen är polär och geometrin för bindningarna runt det centrala kolet är trigonal plan.

betydelsen av molekylstruktur i reaktiviteten hos organiska föreningar illustreras av reaktionerna som producerar aldehyder och ketoner. Vi kan förbereda en karbonylgrupp genom oxidation av en alkohol—för organiska molekyler sägs oxidation av en kolatom inträffa när en kol-vätebindning ersätts av en kol-syrebindning. Den omvända reaktionen-som ersätter en kol-syrebindning med en kol-vätebindning-är en minskning av den kolatomen. Minns att syre i allmänhet tilldelas ett -2 oxidationsnummer såvida det inte är elementärt eller fäst vid en Fluor. Väte tilldelas i allmänhet ett oxidationsnummer på +1 såvida det inte är fäst vid en metall. Eftersom kol inte har någon specifik regel bestäms dess oxidationsnummer algebraiskt genom att factorera atomerna som det är fäst vid och den totala laddningen av molekylen eller Jonen. I allmänhet kommer en kolatom fäst vid en syreatom att ha ett mer positivt oxidationsnummer och en kolatom fäst vid en väteatom kommer att ha ett mer negativt oxidationsnummer. Detta borde passa bra med din förståelse för polariteten hos C–O och C–H-bindningar. De andra reagenserna och möjliga produkterna av dessa reaktioner ligger utanför ramen för detta kapitel, Så vi kommer bara att fokusera på förändringarna av kolatomerna:

exempel \(\PageIndex{1}\): Oxidation och reduktion i organisk kemi

metan representerar den fullständigt reducerade formen av en organisk molekyl som innehåller en kolatom. Sekventiellt byte av var och en av kol-vätebindningarna med en kol-syrebindning skulle leda till en alkohol, sedan en aldehyd, sedan en karboxylsyra (diskuteras senare) och slutligen koldioxid:

\

vilka är oxidationsnumren för kolatomerna i molekylerna som visas här?

lösning

i det här exemplet kan vi beräkna oxidationsnumret (granska kapitlet om oxidationsreduceringsreaktioner om det behövs) för kolatomen i varje fall (notera hur detta skulle bli svårt för större molekyler med ytterligare kolatomer och väteatomer, varför organiska kemister använder definitionen som handlar om att ersätta C-H–bindningar med C–O-bindningar som beskrivs).

  • för CH4 bär kolatomen ett oxidationsnummer på -4 (väteatomerna tilldelas oxidationsnummer på +1 och kolatomen balanserar det genom att ha ett oxidationsnummer på -4)
  • för alkoholen (i detta fall metanol), kolatomen har ett oxidationsnummer på -2 (syreatomen tilldelas -2, de fyra väteatomerna tilldelas vardera +1, och kolatomen balanserar summan genom att ha ett oxidationsnummer på -2; Observera att jämfört med kolatomen i CH4 har denna kolatom förlorat två elektroner så att den oxiderades)
  • för aldehyden är kolatomens oxidationsnummer 0 (-2 för syreatomen och +1 för varje väteatom balanserar redan till 0, så oxidationsnumret för kolatomen är 0)
  • för karboxylsyran är kolatomens oxidationsnummer +2 (två syreatomer vardera vid -2 och två väteatomer vid +1)
  • för koldioxid är kolet +atomens oxidationsnummer är + 4 (här måste kolatomen balansera -4-summan från de två syreatomerna).

övning \(\PageIndex{1}\)

Ange om de markerade kolatomerna i de tre molekylerna här oxideras eller reduceras i förhållande till den markerade kolatomen i etanol:

det finns inget behov av att beräkna oxidationstillstånd i detta fall; jämför istället bara de typer av atomer som är bundna till det markerade kolet atomer:

svar a

reducerad (bindning till syreatom ersatt av bindning till väteatom);

svar b

oxiderad (en bindning till väteatom ersatt av en bindning till syreatom);

svar c

oxiderat (2 bindningar till väteatomer har ersatts av bindningar till en syreatom)

aldehyder framställs vanligen genom oxidation av alkoholer vars –OH –funktionella grupp är belägen på kolatomen i slutet av kedjan av kolatomer i alkoholen:

alkoholer som har sina-OH-grupper i mitten av kolatomerna, som är belägna i kedja är nödvändiga för att syntetisera en keton, vilket kräver att karbonylgruppen binds till två andra kolatomer:

en alkohol med sin –OH-grupp bunden till en kolatom som är bunden till no eller en annan kolatom kommer att bilda en aldehyd. En alkohol med sin-OH-grupp kopplad till två andra kolatomer kommer att bilda en keton. Om tre kol är fästa vid kolet bundet till–OH, kommer molekylen inte att ha en C-H-bindning som ska ersättas, så den kommer inte att vara mottaglig för oxidation.

formaldehyd, en aldehyd med formeln HCHO, är en färglös gas med en skarp och irriterande lukt. Det säljs i en vattenlösning som kallas formalin, som innehåller cirka 37 viktprocent formaldehyd. Formaldehyd orsakar koagulering av proteiner, så det dödar bakterier (och alla andra levande organismer) och stoppar många av de biologiska processer som orsakar vävnad att förfallna. Således används formaldehyd för att bevara vävnadsprover och balsamkroppar. Det används också för att sterilisera jord eller andra material. Formaldehyd används vid tillverkning av bakelit, en hårdplast med hög kemisk och elektrisk resistans.

Dimetylketon, CH3COCH3, vanligen kallad aceton, är den enklaste ketonen. Den tillverkas kommersiellt genom jäsning av majs eller melass eller genom oxidation av 2-propanol. Aceton är en färglös vätska. Bland dess många användningsområden är som lösningsmedel för lack (inklusive nagel polish), cellulosaacetat, cellulosanitrat, acetylen, plast och lacker; som en färg och lack remover; och som lösningsmedel vid tillverkning av läkemedel och kemikalier.

Lämna ett svar

Din e-postadress kommer inte publiceras.