Общая характеристика карбонильных соединений

Высокая реакционная способность альдегидной группы позволяет рассматривать карбонильные соединения как исходные синтоны для самых разнообразных органических веществ. Химия альдегидов постоянно развивается, традиционные пути их применение совершенствуются и на их основе создан широкий круг ценных веществ, которые нашли применение в качестве эффективных лекарственных веществ, мономеров для полимеров, сырья для синтеза различных органических соединений, консервантов и дезинфицирующих средств, парфюмерных композиций [1–6].

Альдегиды представляют значительную и важную группу органических соединений, представители которой хотя и не часто встречаются в отдельном состоянии в природе, но без сомнения играют чрезвычайно существенную роль в различных физиологических процессах как животного, так и растительного царства. По своему положению в общей системе органических соединений альдегиды занимают промежуточное, но вполне определенное место между первичными алкоголями и соответствующими им кислотами. По международной номенклатуре карбонильная группа называется также оксогруппой, а альдегиды и кетоны – соответственно оксосоединениями [7].

Общая формула карбонильных соединений [8]:

1.1

 

В зависимости от типа заместителя Х эти соединения подразделяют на: альдегиды (Х = Н); кетоны (Х = R, R'); карбоновые кислоты (Х = ОН) и их производные (Х = ОR, NH₂, NHR, и т.д.).

Общий состав альдегидов обозначается формулой R-СОН (1.2):

 

R= Н, алкил, арил 1.2

 

По ИЮПАК в основе названия альдегидов лежит название соответствующего углеводорода и прибавляют суффикс -аль. Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода. Тривиальные названия производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении.В зависимости от строения углеводородных радикалов карбонильные соединения подразделяются на алифатические (предельные и непредельные), алициклические, ароматические [9].

 

 

Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной группы >C=O. Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp²-гибридизации, группа имеет плоское строение (рис.1).

 

 

 

 

 

Рис.1 − Схема строения карбонильной группы

 

Углерод своими sp² – гибридными орбиталями образует 3 σ-связи (одна из них - связь С–О), которые располагаются в одной плоскости под углом около 120° друг к другу. Одна из трех sp²-орбиталей кислорода участвует в σ – связи С–О, две другие содержат неподеленнные электронные пары. π−Связь образована р −электронами атомов углерода и кислорода. Связь С=О поляризована, электронная плотность смещена к атому кислорода [10]. В результате этого у атома кислорода карбонильной группы создаётся повышенная электронная плотность, а у атома углерода её недостаток. Дипольный момент связи С=О (2,6-2,8D) значительно выше, чем у связи С–О в спиртах (0,70D). Электроны кратной связи С=О, в особенности более подвижные p-электроны, смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда. Карбонильный углерод приобретает частичный положительный заряд. Атом углерода карбонильной группы приобретает электрофильные свойства и атакуется нуклеофилами, а кислород − электрофильными, в том числе Н⁺. Нуклеофильное присоединение – наиболее характерная реакция карбонильных соединений. Дефицит электронной плотности в атоме углерода карбонила (+d^') в кетонах меньше, чем в альдегидах (+d) из-за донорных эффектов двух алкильных групп. Следствием этого является снижение реакционной способности карбонильной группы в кетонах [11].

 

Для альдегидов характерны реакции различных типов [10–16]:

реакции по карбонильной группе;

реакции, протекающие с участием α – водородного атома;

восстановления;

окисление;

полимеризации.

Разнообразие химических свойств карбонильных соединений обусловлено наличием в их молекулах нескольких реакционных центров: основной (карбонильный атом кислорода) и кислотный (α–СН–звено):

 

Рис. 2 − Схема типичных химических превращений альдегидов

 

В химическом отношении альдегиды весьма реакционно – способные соединения, что обусловлено наличием в их молекуле сильно поляризованной двойной связи, за счет которой протекает большинство реакций, характеризующих химические свойства альдегидов (рис.2). Многие из этих реакций, например образование оксимов, семикарбазонов и ряда других соединений, используются для качественного и количественного анализа лекарственных препаратов из группы альдегидов [16].