150px|thumb|right|Karbonilcsoport A szerves kémiában a karbonilcsoport (más néven ketocsoport) olyan funkciós csoport, amelyben egy szénatom kettős kötéssel kapcsolódik egy oxigénatomhoz: C=O.
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:
{|class=wikitable |align=center|Vegyület||Aldehid||Keton||Karbonsav||Észter||Amid||Enon||Savhalogenid||Savanhidrid |- |align=center|Szerkezet||60px|Aldehid||60px|Keton||60px|Karbonsav||60px|Észter||80px|Amid||90px|Enon||60px|Savklorid||95px|Savanhidrid |- |align=center|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.
thumb|upright=0.8|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 pKa értéke 16,7, illetve 19.Ouellette, R.J. and Rawn, J.D. “Organic Chemistry” 1st Ed. Prentice-Hall, Inc., 1996: New Jersey. . 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 thumb|Propénal
Az α,β-telítetlen karbonilvegyületek a karbonilvegyületek egyik fontos csoportja, általános képletük Cβ=Cα−(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”).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. . 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.
Jegyzetek
Fordítás
További információk L.G. Wade, Jr. Organic Chemistry, 5th ed.'' Prentice Hall, 2002. 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.
Kategória:Funkciós csoportok