Karbonilcsoport

A szerves kémiában a karbonilcsoport olyan funkciós csoport, amelyben egy szénatom kettős kötéssel kapcsolódik egy oxigénatomhoz: C=O.

Karbonilcsoport

A karbonil kifejezés jelentheti a szén-monoxidot is, mint szervetlen vagy fémorganikus komplexek ligandumát (fém-karbonilokban, például nikkel-karbonilban); ilyenkor a szén és az oxigén között hármas kötés található: C≡O.

A cikk további része a szerves kémiai értelemben vett karbonillal foglalkozik, amikor a szén- és oxigénatom között kettős kötés van.

Karbonilvegyületek

Karbonilcsoport az alábbi vegyülettípusokban fordul elő:

Vegyület	Aldehid	Keton	Karbonsav	Észter	Amid	Enon	Savhalogenid	Savanhidrid
Szerkezet
Általános képlet	RCHO	RCOR'	RCOOH	RCOOR'	RCONR'R''	RC(O)C(R')CR''R'''	RCOX	(RCO)2O

A csoportba sorolásnál többnyire a legszűkebb meghatározás használatos. Az R(CO)O(CO)R' szerkezet például savanhidrid, nem pedig az általánosabb észter, noha jelen van benne az észterekre jellemző szerkezeti egység.

Szén-dioxid

További szerves karbonilvegyületek a karbamid és a karbamátok, a kloroformátok és foszgén, melyek a savkloridok származékai, a karbonát észterek, tioészterek, laktonok, laktámok, hidroxamátok és izocianátok. Szervetlen karbonilvegyületre példa a szén-dioxid és karbonil-szulfid.

A karbonilvegyületek speciális csoportja az 1,3-dikarbonil vegyületek, melyek központi metilén részéhez savas protonok kapcsolódnak. Ilyen vegyület például a Meldrum-sav, a dietil-malonát és acetil-aceton.

Reakciókészség

Az oxigén elektronegativitása nagyobb, mint a széné, ezért a szénatomtól maga felé húzza az elektronsűrűséget, növelve ezzel a kötés polaritását. A karbonil szénatom ezért elektrofillé válik, és könnyebben lép reakcióba nukleofilekkel. Egyúttal az elektronegatív oxigén is reagálhat elektrofilekkel, például savas oldatban egy protonnal vagy más Lewis-savakkal.

A karbonilvegyületek alfa-hidrogénje sokkal (~10³-szor) savasabb, mint az átlagos C−H kötés. Például az acetaldehid és aceton pK_a értéke 16,7, illetve 19.^[1] Ennek az az oka, hogy a karbonilvegyület rezonanciában van az enol tautomerrel. Az enol erős bázis hatására történő deprotonálódása enolátot hoz létre, amely erős nukleofil, és elektrofileket – például egy másik karbonilvegyületet – alkilezhet.

A karbonilszármazékok közül az amidok a legstabilabbak, ami a nitrogén-szén és szén-oxigén kötések közötti nagy rezonancia stabilitás eredménye.

A karbonilcsoport hidrid reagensekkel, például nátrium-borohidriddel és lítium-alumínium-hidriddel redukálható, vagy katalitikusan hidrogénezhető réz-kromit, Raney-nikkel, rénium, ruténium vagy akár ródium katalizátor alkalmazásával. Ketonok redukciója során szekunder alkohol keletkezik, aldehidekből, észterekből és karbonsavakból pedig primer alkohol.

A karbonilvegyületek alkilezhetők fémorganikus vegyületek, például lítiumorganikus és Grignard-reagens nukleofil támadásával. Az aldol-reakcióban enolátokkal is alkilezhetők.

További fontos reakciók:

• Wittig-reakció, alkén előállítása foszfónium-ilid felhasználásával
• Kizsnyer-Wolff-redukció, hidrazonná, majd telített alkánná alakítás
• Clemmensen-redukció, telített alkán előállítására
• Átalakítás tioacetállá
• Hemiacetállá és hemiketállá, majd acetállá és ketállá történő hidratáció
• Amóniával és primer aminokkal végbemenő reakció iminek előállítására
• Hidroxilaminnal végbemenő reakció oximok előállítására
• Cianid anionnal történő reakció során cianohidrinek keletkeznek
• Oxaziridinekkel végzett oxidációval aciloinok jönnek létre
• Tebbe-reagenssel és foszfónium-ilidekkel reagálva alkének állíthatók elő
• Perkin-reakció, az aldol-addíció egyik változata
• Aldolkondenzáció, enolát és karbonilvegyület közötti reakció
• Cannizzaro-reakció, aldehidek diszproporcionálódása alkohollá és karbonsavvá
• Tyiscsenko-reakció, aldehidek másik diszproporciós reakciója, melynek terméke dimer észter

α,β-telítetlen karbonilvegyületek

Propénal

Az α,β-telítetlen karbonilvegyületek a karbonilvegyületek egyik fontos csoportja, általános képletük C_β=C_α−(C=O)−. Ezekben a vegyületekben a karbonilcsoport egy alkénnel konjugálódik (erre utal a telítetlen jelző), ami különleges tulajdonságokat idéz elő. Telítetlen karbonilvegyület például az akrolein (propénal), mezitil-oxid, akrilsav és maleinsav. Telítetlen karbonilvegyület előállítható laboratóriumban aldol reakcióval és Perkin-reakcióval.

A karbonilcsoport elszívja az elektronokat az alkéntől, ezért az alkéncsoport az elektrofilekkel – például brómmal vagy hidrogén-kloriddal – szemben deaktiválódik.

Elektrofil addíciós reakciókban általános szabályként a nem szimmetrikus elektrofilek hidrogénje az α helyzetbe lép be. Ugyanakkor a nukleofil 1,4-addíciós reakciókban ezen vegyületek a nukleofilekkel szemben aktiváltak.

Spektroszkópia

• Infravörös spektroszkópia: a C=O kettős kötés az infravörös fényt a körülbelül 1600–1900 cm⁻¹ hullámszámtartományban elnyeli. Az abszorpció pontos helye jól értelmezhető a molekula geometriájával. Ezt az abszorpciót a felvett infravörös spektrumon karbonil csúcsnak szokták nevezni („carbonyl stretch”).^[2]
• Mágneses magrezonancia: a C=O kettős kötés – a környező atomok függvényében – különböző, általában paramágneses eltolódású rezonanciákat mutat. A karbonil szénatom kémiai eltolódása a ¹³C-NMR spektrumon a 160–220 ppm tartományba esik.

Lásd még

• Szerves kémia
• Funkciós csoport

Fordítás

Ez a szócikk részben vagy egészben a Carbonyl című angol Wikipédia-szócikk ezen változatának fordításán alapul. Az eredeti cikk szerkesztőit annak laptörténete sorolja fel. Ez a jelzés csupán a megfogalmazás eredetét és a szerzői jogokat jelzi, nem szolgál a cikkben szereplő információk forrásmegjelöléseként.

Hivatkozások

1. Ouellette, R.J. and Rawn, J.D. “Organic Chemistry” 1st Ed. Prentice-Hall, Inc., 1996: New Jersey. ISBN 0-02-390171-3.
2. Mayo D.W., Miller F.A and Hannah R.W “Course Notes On The Interpretation of Infrared and Raman Spectra” 1st Ed. John Wiley & Sons Inc, 2004: New Jersey. ISBN 0-471-24823-1.

További olvasmány

• L.G. Wade, Jr. Organic Chemistry, 5th ed. Prentice Hall, 2002. ISBN 0-13-033832-X
• The Frostburg State University Chemistry Department. Organic Chemistry Help (2000).
• Advanced Chemistry Development, Inc. IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry (1997).
• William Reusch. tara VirtualText of Organic Chemistry (2004).
• Purdue Chemistry Department (Hozzáférés ideje: Sep 2006). Includes water solubility data.
• William Reusch. (2004) Aldehydes and Ketones Hozzáférés ideje: 23 May 2005.
• ILPI. (2005) The MSDS Hyperglossary- Anhydride.