ترکیبات کربونیل

آلدهیدها و کتون‌ها، که دارای گروه واکنش‌پذیر C=O هستند، تحت واکنش افزایشی هسته‌دوستی در کربن و شیمی غنی انولات در موقعیت آلفا قرار می‌گیرند که اساس تشکیل پیوند کربن-کربن است.

Definition

ترکیبات کربونیل در این مبحث آلدهیدها و کتون‌ها هستند که با گروه کربونیل مشخص می‌شوند؛ کربن الکتروفیل و هیدروژن‌های آلفای اسیدی آن‌ها دو حالت مکمل واکنش‌پذیری آن‌ها را هدایت می‌کنند.

Scope

این مبحث ساختار و واکنش‌پذیری آلدهیدها و کتون‌ها، واکنش‌های افزایشی هسته‌دوستی (به الکل‌ها، آمین‌ها، هسته‌دوست‌های کربنی)، توتومری کتو-انول، تشکیل انول و انولات، آلفا-هالوژناسیون و آلکیلاسیون، و تراکم‌های آلدولی و مرتبط را پوشش می‌دهد.

Core questions

• چرا آلدهیدها عموماً نسبت به کتون‌ها در برابر هسته‌دوست‌ها واکنش‌پذیرتر هستند؟
• چگونه اسیدیته هیدروژن‌های آلفا شیمی انولات را ممکن می‌سازد؟
• چگونه تراکم‌های آلدولی و مرتبط اسکلت‌های کربنی را می‌سازند؟

Key theories

افزایش هسته‌دوستی به کربونیل

هسته‌دوست‌ها به کربن کربونیل الکتروفیل اضافه می‌شوند تا محصولات چهاروجهی مانند الکل‌ها، همی‌استال‌ها، استال‌ها و ایمین‌ها را تولید کنند؛ واکنش‌پذیری به دلایل فضایی و الکترونیکی از آلدهیدها به کتون‌ها کاهش می‌یابد.

شیمی انول/انولات و واکنش آلدول

حذف پروتون در موقعیت آلفا نسبت به یک کربونیل، یک انولات هسته‌دوست ایجاد می‌کند؛ افزودن آن به یک کربونیل دوم (واکنش آلدول) یک پیوند کربن-کربن جدید تشکیل می‌دهد که سنگ بنای سنتز است.

Mechanisms

افزایش با حمله هسته‌دوستی به کربن کربونیل در امتداد زاویه بورگی-دونیتز و سپس پروتون‌دار شدن پیش می‌رود. انول‌سازی تحت کاتالیز اسیدی (از طریق انول) یا بازی (از طریق انولات) رخ می‌دهد؛ کربن آلفای هسته‌دوست حاصل در آلکیلاسیون، هالوژناسیون و تراکم آلدولی به الکتروفیل‌ها حمله می‌کند. آب‌گیری متعاقب می‌تواند محصولات آلفا، بتا-غیراشباع را تولید کند.

Clinical relevance

شیمی کربونیل در متابولیسم (گلیکولیز، چرخه اسید سیتریک) و در سنتز، که واکنش‌های آلدولی و مرتبط چارچوب‌های کربنی داروها، عطرها و محصولات طبیعی را تشکیل می‌دهند، محوری است.

History

واکنش آلدول، که به طور مستقل توسط وورتز و بورودین در دهه ۱۸۷۰ گزارش شد، و تراکم کلایزن بعدی، شیمی آلفای کربونیل را به عنوان ابزار اصلی تشکیل پیوندهای کربن-کربن در سنتز کلاسیک تثبیت کردند.

Key figures

• Charles-Adolphe Wurtz
• Aleksandr Borodin
• Rainer Ludwig Claisen

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

توتومری کتو-انول چیست؟

این یک تعادل سریع بین فرم کربونیل (کتو) و فرم انول آن است که در آن یک هیدروژن آلفا به اکسیژن مهاجرت کرده و یک پیوند دوگانه C=C تشکیل شده است؛ انول گونه واکنش‌پذیر در بسیاری از واکنش‌های جانشینی آلفا است.

چرا آلدهیدها واکنش‌پذیرتر از کتون‌ها هستند؟

کتون‌ها دارای دو گروه آلکیل دهنده الکترون و از نظر فضایی حجیم بر روی کربن کربونیل هستند که هم کربونیل را پایدار می‌کنند و هم مانع نزدیک شدن هسته‌دوست می‌شوند و آن‌ها را کمتر از آلدهیدها واکنش‌پذیر می‌سازند.