สารประกอบคาร์บอนิล

อัลดีไฮด์และคีโตน ซึ่งมีหมู่ C=O ที่ว่องไวต่อปฏิกิริยา จะเกิดปฏิกิริยาการเติมแบบนิวคลีโอฟิลิกที่คาร์บอน และเคมีของอีนอเลตที่ตำแหน่งแอลฟา ซึ่งเป็นพื้นฐานของการสร้างพันธะคาร์บอน–คาร์บอน

Definition

สารประกอบคาร์บอนิลในหัวข้อนี้คืออัลดีไฮด์และคีโตน ซึ่งมีลักษณะเฉพาะคือหมู่คาร์บอนิลที่มีคาร์บอนอิเล็กโทรฟิลิกและไฮโดรเจนแอลฟาที่เป็นกรด ซึ่งเป็นแรงขับเคลื่อนโหมดปฏิกิริยาสองแบบที่เสริมกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมโครงสร้างและปฏิกิริยาของอัลดีไฮด์และคีโตน, การเติมแบบนิวคลีโอฟิลิก (ไปยังแอลกอฮอล์, เอมีน, นิวคลีโอไฟล์คาร์บอน), คีโต–อีนอล ทอโทเมอริซึม, การเกิดอีนอลและอีนอเลต, แอลฟา-แฮโลจีเนชันและการแอลคิเลชัน, และปฏิกิริยาแอลดอลและการควบแน่นที่เกี่ยวข้อง

Core questions

• เหตุใดอัลดีไฮด์โดยทั่วไปจึงมีปฏิกิริยาต่อต้านนิวคลีโอไฟล์มากกว่าคีโตน?
• ความเป็นกรดของไฮโดรเจนแอลฟาช่วยให้เกิดเคมีของอีนอเลตได้อย่างไร?
• ปฏิกิริยาแอลดอลและการควบแน่นที่เกี่ยวข้องสร้างโครงกระดูกคาร์บอนได้อย่างไร?

Key theories

การเติมแบบนิวคลีโอฟิลิกเข้าสู่คาร์บอนิล

นิวคลีโอไฟล์จะเติมเข้าสู่คาร์บอนิลคาร์บอนที่เป็นอิเล็กโทรฟิลิกเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์รูปทรงสี่หน้า เช่น แอลกอฮอล์, เฮมิแอซีทัล, แอซีทัล, และอิมมีน; ความว่องไวต่อปฏิกิริยาจะลดลงจากอัลดีไฮด์ไปสู่คีโตนด้วยเหตุผลทางสเตอริกและอิเล็กทรอนิกส์

เคมีของอีนอล/อีนอเลตและปฏิกิริยาแอลดอล

การกำจัดโปรตอนที่ตำแหน่งแอลฟาของคาร์บอนิลจะทำให้นิวคลีโอไฟล์อีนอเลตเกิดขึ้น; การเติมของอีนอเลตนี้เข้าสู่คาร์บอนิลตัวที่สอง (ปฏิกิริยาแอลดอล) จะสร้างพันธะคาร์บอน–คาร์บอนใหม่ ซึ่งเป็นรากฐานสำคัญของการสังเคราะห์

Mechanisms

การเติมเกิดขึ้นโดยการเข้าทำของนิวคลีโอไฟล์ที่คาร์บอนิลคาร์บอนตามมุม Bürgi–Dunitz ตามด้วยการโปรโตเนชัน การเกิดอีนอไลเซชันเกิดขึ้นภายใต้สภาวะกรด (ผ่านอีนอล) หรือเบส (ผ่านอีนอเลต) ที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา; คาร์บอนแอลฟาที่เป็นนิวคลีโอไฟล์ที่เกิดขึ้นจะเข้าทำอิเล็กโทรไฟล์ในการแอลคิเลชัน, แฮโลจีเนชัน, และการควบแน่นแบบแอลดอล การกำจัดน้ำที่ตามมาสามารถให้ผลิตภัณฑ์แอลฟา,บีตา-ไม่อิ่มตัวได้

Clinical relevance

เคมีของคาร์บอนิลมีความสำคัญต่อเมแทบอลิซึม (ไกลโคไลซิส, วัฏจักรกรดซิตริก) และการสังเคราะห์ ซึ่งปฏิกิริยาแอลดอลและปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องใช้ในการสร้างโครงสร้างคาร์บอนของยา, น้ำหอม, และผลิตภัณฑ์ธรรมชาติ

History

ปฏิกิริยาแอลดอล ซึ่งรายงานแยกกันโดย Wurtz และ Borodin ในทศวรรษ 1870 และปฏิกิริยาควบแน่นแบบ Claisen ในภายหลัง ได้กำหนดให้เคมีแอลฟาของคาร์บอนิลเป็นวิธีการหลักในการสร้างพันธะคาร์บอน–คาร์บอนในการสังเคราะห์แบบดั้งเดิม

Key figures

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

Seminal works

• careysundberg2007b

Frequently asked questions

คีโต–อีนอล ทอโทเมอริซึมคืออะไร?

เป็นการสมดุลอย่างรวดเร็วระหว่างรูปคาร์บอนิล (คีโต) และรูปอีนอล ซึ่งไฮโดรเจนแอลฟาได้เคลื่อนย้ายไปยังออกซิเจนและเกิดพันธะคู่ C=C ขึ้น; อีนอลเป็นสารตั้งต้นที่ว่องไวต่อปฏิกิริยาในการแทนที่ที่ตำแหน่งแอลฟาหลายชนิด

เหตุใดอัลดีไฮด์จึงมีปฏิกิริยามากกว่าคีโตน?

คีโตนมีหมู่แอลคิลสองหมู่ที่ให้ประจุอิเล็กตรอนและมีขนาดใหญ่ทางสเตอริกบนคาร์บอนิลคาร์บอน ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ช่วยให้คาร์บอนิลเสถียรและขัดขวางการเข้าทำของนิวคลีโอไฟล์ ทำให้มีปฏิกิริยาน้อยกว่าอัลดีไฮด์