Karbonil Katılması ve Sübstitüsyonu
Polarize karbonil grubu, organik kimyada en çok yönlü reaktif merkez olup, aldehit ve ketonlarda nükleofilik katılma reaksiyonlarına, karboksilik asit türevlerinde ise nükleofilik açil sübstitüsyonuna uğramaktadır.
Tanım
Karbonil katılma ve sübstitüsyonu, C=O grubunun nükleofillerle olan reaksiyonlarını içermektedir: aldehit ve ketonlarda çift bağ boyunca doğrudan katılma ve karboksilik asit türevlerinde tetrahedral bir ara ürün aracılığıyla katılma-eliminasyon.
Kapsam
Bu konu, aldehit ve ketonlara nükleofilik katılmayı (alkoller, hidratlar, asetal, iminler ve siyanohidrinler oluşturarak), nükleofilik açil sübstitüsyonunun tetrahedral-ara ürün mekanizmasını, asit türevlerinin göreceli reaktivitesini ve alfa karbondaki enolat kimyasını kapsamaktadır.
Temel sorular
- Karbonil karbonu neden elektrofilik ve oksijen neden baziktir?
- Bir nükleofilin sadece katılmasını mı yoksa katılıp sonra bir ayrılan grubu atmasını mı ne belirler?
- Ayrılan grupların göreceli stabilitesi, asit türevlerinin reaktivitesini nasıl sıralar?
Temel kuramlar
- Tetrahedral-ara ürün mekanizması
- Karbonil karbonuna nükleofilik saldırı, tetrahedral bir alkoksit oluşturmaktadır; bunun bir ayrılan grubu atarak (sübstitüsyon) mı çökeceği yoksa protonlanarak (katılma) mı devam edeceği substrata bağlıdır.
- Açil türevlerinin reaktivite sıralaması
- Reaktivitede asit klorürler > anhidritler > esterler > amitler şeklinde bir sıralama bulunmakta olup, bu hem ayrılan grubun yeteneğini hem de temel haldeki karbonili stabilize eden elektron bağışını yansıtmaktadır.
Mekanizmalar
Nükleofiller, Bürgi–Dunitz yörüngesi boyunca karbonil karbonuna saldırmaktadır. Aldehit ve ketonlarda oluşan tetrahedral alkoksit basitçe protonlanarak bir alkol veya türetilmiş bir ürün vermektedir. Asit türevlerinde ise tetrahedral ara ürün çökmekte, ayrılan grubu atarak bir karbonil grubunu yeniden oluşturmakta ve net sübstitüsyonu gerçekleştirmektedir. Asit veya baz katalizi hem elektrofilliği hem de nükleofil gücünü modüle etmektedir.
Klinik önem
Karbonil kimyası, biyokimya ve tıbbi kimya için temel niteliktedir: amit bağı oluşumu peptitleri ve birçok ilacı inşa etmekte, ester hidrolizi ön ilaç aktivasyonunu yönetmekte ve karbonil kondenzasyonları sentezde moleküler karmaşıklığı oluşturmaktadır.
Tarihçe
Karbonil reaktivitesinin sistematik incelenmesi, on dokuzuncu yüzyıl kondenzasyon kimyasından, 1970'lerde nükleofilik saldırı açılarının kristalografik Bürgi–Dunitz analizine kadar uzanmakta olup, bu analiz karbonil katılmasının geometrisi için yapısal bir temel sağlamıştır.
Öne çıkan isimler
- Hans Heinrich Bürgi
- Jack D. Dunitz
- Adolf von Baeyer
İlgili konular
Temel eserler
- careysundberg2007b
Sıkça sorulan sorular
- Amitler neden asit klorürlerden çok daha az reaktiftir?
- Azot, yalnız elektron çiftini karbonile bağışlayarak temel hali stabilize etmekte ve karbonu daha az elektrofilik hale getirmektedir; ayrıca, amit anyonu zayıf bir ayrılan grup olduğundan, sübstitüsyon yavaş gerçekleşmektedir.
- Bürgi–Dunitz açısı nedir?
- Bu, bir nükleofilin bir karbonil karbonuna yaklaştığı yaklaşık 107 derecelik bir yörünge olup, C=O pi* orbitali ile örtüşmeyi maksimize ederken, oksijenin yalnız elektron çiftlerinden gelen itmeyi minimize etmektedir.