कार्बोनिल योग और प्रतिस्थापन

ध्रुवीकृत कार्बोनिल समूह कार्बनिक रसायन विज्ञान में सबसे बहुमुखी प्रतिक्रियाशील केंद्र है, जो एल्डिहाइड और कीटोन में न्यूक्लियोफिलिक योग और कार्बोक्जिलिक एसिड डेरिवेटिव में न्यूक्लियोफिलिक एसिल प्रतिस्थापन से गुजरता है।

Definition

कार्बोनिल योग और प्रतिस्थापन में न्यूक्लियोफाइल के साथ C=O समूह की प्रतिक्रियाएं शामिल हैं: एल्डिहाइड और कीटोन में दोहरे बंधन के पार सीधा योग, और कार्बोक्जिलिक एसिड डेरिवेटिव में एक टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती के माध्यम से योग-उन्मूलन।

Scope

यह विषय एल्डिहाइड और कीटोन में न्यूक्लियोफिलिक योग (अल्कोहल, हाइड्रेट्स, एसिटल, इमाइन और साइनोहाइड्रिन का निर्माण), न्यूक्लियोफिलिक एसिल प्रतिस्थापन की टेट्राहेड्रल-मध्यवर्ती क्रियाविधि, एसिड डेरिवेटिव की सापेक्ष प्रतिक्रियाशीलता, और अल्फा कार्बन पर इनोलेट रसायन विज्ञान को शामिल करता है।

Core questions

• कार्बोनिल कार्बन इलेक्ट्रोफिलिक और ऑक्सीजन क्षारीय क्यों होता है?
• क्या नियंत्रित करता है कि एक न्यूक्लियोफाइल केवल जुड़ता है या जुड़ता है और फिर एक निकलने वाले समूह को बाहर निकालता है?
• निकलने वाले समूहों की सापेक्ष स्थिरता एसिड डेरिवेटिव की प्रतिक्रियाशीलता को कैसे व्यवस्थित करती है?

Key theories

टेट्राहेड्रल-मध्यवर्ती क्रियाविधि

कार्बोनिल कार्बन पर न्यूक्लियोफिलिक हमला एक टेट्राहेड्रल एल्कोक्साइड उत्पन्न करता है; क्या यह एक निकलने वाले समूह (प्रतिस्थापन) को बाहर निकालकर ढह जाता है या प्रोटोनेट (योग) होता है यह सब्सट्रेट पर निर्भर करता है।

एसिल डेरिवेटिव का प्रतिक्रियाशीलता क्रम

एसिड क्लोराइड > एनहाइड्राइड > एस्टर > एमाइड प्रतिक्रियाशीलता में, जो निकलने वाले समूह की क्षमता और इलेक्ट्रॉन दान दोनों को दर्शाता है जो जमीनी-अवस्था कार्बोनिल को स्थिर करता है।

Mechanisms

न्यूक्लियोफाइल बर्गी-डुनिट्ज़ प्रक्षेपवक्र के साथ कार्बोनिल कार्बन पर हमला करते हैं। एल्डिहाइड और कीटोन में परिणामी टेट्राहेड्रल एल्कोक्साइड को केवल प्रोटोनेट किया जाता है, जिससे एक अल्कोहल या एक व्युत्पन्न उत्पाद बनता है। एसिड डेरिवेटिव में टेट्राहेड्रल मध्यवर्ती ढह जाता है, जिससे निकलने वाला समूह बाहर निकल जाता है ताकि एक कार्बोनिल को पुनर्जीवित किया जा सके और शुद्ध प्रतिस्थापन प्रभावी हो सके। एसिड या बेस उत्प्रेरण इलेक्ट्रोफिलिसिटी और न्यूक्लियोफाइल शक्ति दोनों को नियंत्रित करता है।

Clinical relevance

कार्बोनिल रसायन विज्ञान जैव रसायन और औषधीय रसायन विज्ञान के लिए मौलिक है: एमाइड-बंध निर्माण पेप्टाइड और कई दवाओं का निर्माण करता है, एस्टर हाइड्रोलिसिस प्रोडग सक्रियण को नियंत्रित करता है, और कार्बोनिल संघनन संश्लेषण में आणविक जटिलता का निर्माण करते हैं।

History

कार्बोनिल प्रतिक्रियाशीलता का व्यवस्थित अध्ययन उन्नीसवीं सदी के संघनन रसायन विज्ञान से लेकर 1970 के दशक में न्यूक्लियोफिलिक हमले के कोणों के क्रिस्टलोग्राफिक बर्गी-डुनिट्ज़ विश्लेषण तक फैला हुआ है, जिसने कार्बोनिल योग की ज्यामिति के लिए एक संरचनात्मक आधार प्रदान किया।

Key figures

• Hans Heinrich Bürgi
• Jack D. Dunitz
• Adolf von Baeyer

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

एमाइड एसिड क्लोराइड की तुलना में बहुत कम प्रतिक्रियाशील क्यों होते हैं?

नाइट्रोजन अपने अकेले जोड़े को कार्बोनिल में दान करता है, जिससे जमीनी अवस्था स्थिर होती है और कार्बन कम इलेक्ट्रोफिलिक हो जाता है; इसके अलावा, एमाइड आयन एक खराब निकलने वाला समूह है, इसलिए प्रतिस्थापन धीमा होता है।

बर्गी-डुनिट्ज़ कोण क्या है?

यह लगभग 107-डिग्री का प्रक्षेपवक्र है जिसके साथ एक न्यूक्लियोफाइल एक कार्बोनिल कार्बन के पास आता है, C=O pi* ऑर्बिटल के साथ ओवरलैप को अधिकतम करता है जबकि ऑक्सीजन के अकेले जोड़े से प्रतिकर्षण को कम करता है।