Grup carbonilo
En química orgànica, un grup carbonilo, carbono acílico o grup funcional carbonílico és un grup funcional que consistix en un àtom de carbono en un doble enllaç a un àtom d'oxigen. La paraula carbonilo pot referir-se també al monòxit de carbono com lligant en un complex inorgànic o organometálico (i.g. níquel carbonilo); en este cas, el carbono té un doble enllace en l'oxigen.
Orige del terme
[editar | editar còdic]El àcit carbónico és un àcit oxácido provinent del òxit de carbono (IV) (CO2), el qual existix en equilibri en este últim, per eixemple, en l'aigua gasificada o la sanc. No és possible obtindre àcit carbónico pur ya que la presència d'una sola molècula d'aigua catalizaría la seua descomposició immediata en òxit de carbono (IV) i aigua. El àcit pirocarbónico és el dímer de l'àcit carbónico.
Els sustituyentes generats a partir de l'àcit carbónico es poden nomenar d'acort a lo que es mostra en la següent taula:
En l'últim rengló es pot observar que el sustituyente carbonilo es genera per la tongada d'abdós hidroxilos per valència disponibles. He ahí la terminació "-ilo" respectiva a tots els sustituyentes en valència disponibles en el carbono.
Conceptualment, l'àcit carbónico pot tindre varis composts derivats per substitució dels grups - OH en grups carbonados o hidrogen. Una tongada en hidrogen genera el àcit fórmico; una segona tongada genera el formaldehit. Una tongada d'un hidrogen per un grup llogue genera al grup aldehit.
Una tongada dels - OH en grups llogue genera als àcit carboxílics. Una segona tongada per un grup llogue genera el grup cetona.
Tipos de grups funcionals carbonílicos
[editar | editar còdic]Utilisant a l'àcit carbónico com a referència, aixina com els seus número i hidridaciones, podrem identificar els següents grups funcionals carbonílicos:
- Òxits de carbono
- Derivats carbónicos
- Derivats carboxílics
- Derivats formílicos i alquilcarbonilos
- Cetones
Òxits de carbono
[editar | editar còdic]El carbonilo més simple és el monòxit de carbono. Este compost presenta l'energia de dissociació d'enllaç més alta de totes les molècules neutres, 11.65 eV. El carbono i l'oxigen junts tenen un total de 10 electrons en la capa de valència. Seguint la regla de l'octet tant per al carbono com per a l'oxigen, els dos àtoms formen un enllaç triple, en sis electrons compartits en tres orbitales moleculars d'enllaç, en lloc de l'enllaç doble habitual que es troba en els composts carbonílicos orgànics. Ya que quatre dels electrons compartits provenen de l'àtom d'oxigen i solament dos del carbono, un orbital d'enllaç està ocupat per dos electrons de l'oxigen, formant un enllaç dativo. Açò causa una polarisació C ← O de la molècula, en una menuda càrrega negativa en el carbono i una menuda càrrega positiva en l'oxigen. Els atres dos orbitales d'enllaç estan cada u ocupats per un electró del carbono i un de l'oxigen, formant enllaços covalente (polars) en una polarisació de C → O inversa, ya que l'oxigen és més electronegativo que el carbono. En el monòxit de carbono lliure, una càrrega negativa neta δ– permaneix en l'extrem del carbono i la molècula té un moment dipolar chicotet de 0.122 D.[1] Per lo tant, la molècula és asimètrica: l'oxigen té més densitat d'electrons que el carbono i també té una càrrega llaugerament positiva en comparació al carbono, que és negatiu. Pel contrari, la molècula de dinitrógeno isoelectrónica no té moment dipolar. En conseqüència, presenta un comportament més desviat a l'ideal, i té valors de solubilidad molt majors que el dinitrógeno (solubilidad en aigua de 27.6 mg / L 25 °C); és soluble en cloroform, àcit acètic, acetat d'etil, etanol, hidròxit d'amoni i benceno; el seu constant d'Henry és d'1.04 atm · m3/mol.
El mesómero més important del monòxit de carbono és C–≡O+. El mesómero menys representatiu és l'estructura carbénica sense octets :C=O.
El monòxit de carbono té un orde d'enllaç fraccional computat de 2.6, lo que indica que el "tercer" enllaç és important pero constituïx alguna cosa menys que un enllaç complet.[2] Aixina, en térmens de la teoria d'enllaç de valència, el mesómero –C≡O+ és l'estructura més provable i de major caràcter, mentres que: C = O no complix la regla de l'octet, pero té una càrrega formal neutral en cada àtom i representa el segon contribuent de resonància més important. Pel parell solitari i la divalencia del carbono en esta estructura de resonància, a sovint es considera que el monòxit de carbono és un carbeno extraordinàriament estabilisat..[3] Si el monòxit de carbono actua com un lligant, la polaridad del dipol pot revertir-se en una càrrega neta negativa en l'extrem d'oxigen, depenent de l'estructura del complex de coordinació.[4]
La llongitut de l'enllaç entre l'àtom de carbono i l'àtom d'oxigen és 112.8 pm.[5] Esta llongitut d'enllaç és consistent en un enllaç triple, com en el nitrogen molecular (N2), que té una llongitut d'enllaç similar (109.76 pm) i casi la mateixa massa molecular. Els dobles enllaces carbono-oxigen són significativament més llarcs, per eixemple, 120.8 pm en formaldehit. El punt d'ebullició (82 K) i el punt de fusió (68 K) són molt similars als de N22 (77 K i 63 K, respectivament). L'energia de dissociació d'enllaç de 1072 kJ / mol és més fort que la de N22 (942 kJ / mol) i representa l'enllaç químic més fort conegut.[6]
L'estat electrònic bàsic del monòxit de carbono és un estat singlete,[7] ya que no hi ha electrons no apareados.
Una atra família de oxocarbonos són els monòxits de carbono llineals CnO. El primer membre, l'ordinari monòxit de carbono CO, sembla ser l'únic que és estable en estat pur a temperatura ambiente. La fotólisis dels diòxit de carbono llineals en una matriu criogènica du a una pèrdua de CO, resultant en cantitats detectables de monòxits pares tals com a C2O, C4O,[8] i C6O. Els membres superiors a n=9 han segut obtinguts també per mig d'una descàrrega elèctrica en C3O2 gaseós diluït en argón.[9] Els primers tres membres han segut detectats en l'espai interestelar.[9]
Una família d'òxits de carbono té la fòrmula general CnO2, o O=(C=)nO, una cadena llineal d'àtoms de carbono llimitada per àtoms d'oxigen en abdós extrems. Els primers membres són:
- CO2 o O=C=O, el conegut diòxit de carbono.
- C2O2 o O=C=C=O, l'extremadament inestable etenodiona.[10]
- C3O2 o O=C=C=C=O, el metaestable subóxido de carbono o diòxit de tricarbono.
- C4O2 o O=C=C=C=C=O, el diòxit de tetracarbono o 1,2,3-butatrieno-1,4-diona[11]
- C5O2 o O=C=C=C=C=C=O, el diòxit de pentacarbono,[12] estable en dissolució a temperatura ambiente i pur fins a −90 °C.
Derivats de l'àcit carbónico
[editar | editar còdic]En sostraure un protón àcit de l'àcit carbónico es forma el anión carbonat àcit o bicarbonat. Si el bicarbonat té com contraión a un catión metàlic o amònic, es forma un bicarbonat del catión. Estos composts són considerats inorgànics, a menos que el contraión catiónico siga orgànic. En substituir un hidrogen àcit per un sustituyente orgànic tipo llogue, vinil, acetilénico o arilo, es forma el monoéster carbónico o bicarbonat de llogue. En sostraure dos protones àcits de l'àcit carbónico es forma el anión carbonat. Si el carbonat té com contraión a un catión metàlic o amònic, es forma un carbonat del catión. En substituir dos hidrogen àcits per un sustituyente orgànic qualsevol tipo llogue, vinil, acetilénico o arilo en cada oxigen, llavors es forma un éster carbónico o carbonat de llogue. Ya que l'àcit carbónico és un diácido, pot haver derivats de mona o vaig donar disustitución simètrics o asimètrics. A les sals dibásicas i els diésteres de l'àcit carbónico se'ls denomina carbonat.
L'àcit pirocarbónico presenta les mateixes regles.
L'àcit carbónico pot tindre varis derivats que es formen per tongada d'un sustituyente hidroxilo (-OH) per un halógeno:
- Els àcit monosustituídos són els àcit halocarbónicos (O àcits halofórmicos, o àcits carbonohalídicos).
- Els seus éster són els halocarbonatos de llogue.
- Els productes de doble substitució es nomenen com halogenuros de carbonilo.
L'àcit carbónico pot tindre varis derivats que es formen per tongada d'un sustituyente hidroxilo (-OH) per un grup amino ( -NH2):
- L'àcit monosustituido es denomina àcit carbámico.
- Els seus éster són els carbamatos de llogue.
- El producte de doble substitució es nomena sistemàticament com carbamida, pero és més estés el seu nom comú: urea. Els derivats de substitució en el nitrogen són denominats ureidos.
- El producte de substitució en un àcit halocarbónico es nomena sistemàtica com halogenuro de carbamilo.
Un grup carbonilo caracterisa els tipos següents de composts (-CO vol dir un grup carbonilo):
| Compost | Estructura | Fòrmula |
|---|---|---|
| Àcit carbónico | Archiu:Carbonic-acid-2D.svg | H2CO3 |
| Éster carbónico | Archiu:Kohlensäureester Strukturformel.png | RO(CO)OR'
|
| Àcit halocarbónico | Archiu:Ácido halocarbónico.png | XCOOH |
| Éster halocarbónico | Archiu:Éster halocarbónico.png | XCOOR |
| Àcit carbámico | Archiu:Carbamic-acid-group-2 caps block 75 .png | NRR'COOH
|
| Éster carbámico | Archiu:Carbamate-group-2D.png | NRR'COOR"
|
| Carbamida | Archiu:Carbamide v2.svg | NRR'(CO)NR"R"'
|
| Clorur de carbamilo | Archiu:CarbamoylChlorideFxlGp.png | XCONRR' |
Derivats carboxílics
[editar | editar còdic]Les substitució d'un hidroxilo per un hidrogen general un àcit molt peculiar, l'àcit fórmico, el qual, encara que en els sistemes de nomenclatura se li inclou com un àcit carboxílic, té cert caràcter d'aldehit per l'hidrogen. Per lo tant, pot considerar-se conceptualment com un grup funcional diferenciat dels àcit carboxílics típics. Els seus éster es denominen "éster fórmicos" o "formats de llogue" Les substitució conceptual d'un hidroxilo de l'àcit carbónico per un sustituyente de carbono, genera al àcit carboxílic pròpiament dit. Els seus éster es denominen "éster carboxílics" o "carboxilatos de llogue". A este grup funcional en particular se li crida en química orgànica éster per antonomàsia.
| Compost | Estructura | Fòrmula |
|---|---|---|
| Àcit fórmico | Archiu:Formic acid.svg | HCOOH |
| Éster fórmico | Archiu:Éster fórmico.png | HCOOR |
| Àcit carboxílic | Archiu:Carboxylic-acid.svg | RCOOH |
| Éster carboxílic | Archiu:Ester.svg | RCOOR' |
| Anhídrit carboxílic | Archiu:Acid anhydride general.svg | (RCO)2O
|
| Àcit peroxifórmico | Archiu:Performic-acid-2D-skeletal.svg | HCOO2H |
| Àcit peroxicarboxílic | Archiu:Peroxiácido.png | RCOO2H |
Existixen àcit carboxílics en denominacions especials degut a que tenen variants en reactivitat química sobre els seus anàlecs alifáticos:
| Compost | Estructura | Fòrmula | Comentaris |
|---|---|---|---|
| Àcit acètic | Archiu:Acetic-acid-2D-skeletal.svg | H3CCOOH | Únic cas en el que un àcit carboxílic va unit a un carbono primari. |
| Àcit trifluoroacético | Archiu:Trifluoroacetic acid.svg | F3CCOOH | Únic cas en el que un àcit carboxílic va unit a un carbono trifluorado. |
| Àcit piválico | Archiu:Pivalic acid.svg | (CH3)3COOH | Cas representatiu i el més senzill d'un àcit carboxílic unit a un carbono cauternario. |
| Àcit oxálico | Archiu:Oxalsäure2.svg | (COOH)2 | Únic cas en el que un àcit carboxílic es troba conectat vecinalmente a un atre carboxilo. Es oxida més favorablement que qualsevol atre àcit carboxílic. És referència per a nomenar i denominar als sistemes dicarbonílicos veïnals. |
| Àcit malónico | Archiu:Malonsäure.svg | CH2(COOH)2 | Àcit dicarboxílico que és referència per a nomenar i denominar als sistemes β--dicarbonílicos. Són molt peculiars perque els seus monoésteres presenten un mecanisme de descarboxilación molt característic i representatiu de modo genèric per a β-cetoácidos i àcits α-formilcarboxílicos. Els seus diésteres tenen un comportament àcit base representatiu també per a β-cetoaldehídos i 1,3-dicetonas (v.Síntesis malónica i Condensació de Knoevenagel). |
| Àcit acrílic | Archiu:Acrylic acid.svg | H2C=CHCOOH | Cas representatiu i el més senzill dels àcit carboxílics α,β-insaturados. |
| Àcit propargílico | Archiu:Propiolic acid.png | HCCCOOH | Cas representatiu i el més senzill dels àcit acetilencarboxílicos. |
| Àcit benzoico | Archiu:Benzoesäure.svg | PhCOOH | Cas representatiu i el més senzill dels àcit arilcarboxílicos. |
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ (1991).J. Chem. Phys..94(10)
- 6660.doi:10.1063/1.460293.
- ↑ Journal of Chemical Education.88(8)
- 1094–1097.ISSN 0021-9584.doi:10.1021/ed100758t.
- ↑ 1925-, Ulrich, Henri (2009). Cumulenes in clic reactions, Chichester, U.K.: Wiley, pp. 45. OCLC 476311784. ISBN 9780470747957.
- ↑ (1997).J. Phys. Chem. A.101(49)
- 9551–9559.doi:10.1021/jp972657l.
- ↑ (1950).Physical Review.78(2)
- 140–144.doi:10.1103/PhysRev.78.140.
- ↑ Common Bond Energies (D) and Bond Lengths (r). wiredchemist.com
- ↑ «Highly Excited Triplet States of Carbon Monoxide». Archivat des d'el original, el 28 d'agost de 2006. Consultat el 16 d'agost de 2012.
- ↑ Günter Maier i Hans Peter Reisenauer (2001), Carbenes in Matrius: Specrospcopy, Structure, and Photochemical Behavior. En Udo H. Brinker (ed.), Advances in carbene chemistry, pág. 135. Elsevier, 332 pàgines. ISBN 0-444-50892-9, ISBN 978-0-444-50892-8
- ↑ 9,0 9,1 (2008).J. Phys. Chem. A.112(43)
- 10713–10715.doi:10.1021/jp806725s.
- ↑
(1998).Chemistry - A European Journal.4(12)
- 2550–2557.doi:10.1002/(SICI)1521-3765(19981204)4:12<2550::AID-CHEM2550>3.0.CO;2-I.
- ↑ Günther Maier, Hans Peter Reisenauer, Heinz Balli, Willy Brandt, Rudolf Janoschek (1990): "C4O2 (1,2,3-Butatriene-1,4-dione), the First Dioxide of Carbon with an Even Number of C Atoms". Angewandte Chemie (edició internacional en anglés), vol. 29, núm. 8, pp. 905–908.
- ↑
(1988).Angewandte Chemie International Edition in English.27(4)
- 566–568.doi:10.1002/anie.198805661.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Grupo carbonilo» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.