Реакции карбонильных соединений

1. Реакции соединения
2. Реакции простого нуклеофильного присоединения
3. Нуклеофильное присоединение-отщепление
4. Присоединение углеродных нуклеофилов
5. Реакции конденсации
6. Реакции окисления
7. Реакции полимеризации

Специфика построения карбонильной группы, а именно полярность взаимосвязи C = O, вызывает обширный спектр химических параметров, которые присущи карбонильным соединениям.
Карбонильная группа обладает возможностью вхождения в число иных функциональных групп, к примеру, в амидную либо карбоксильную группу.

Перечень определенных классов органических соединений, которые включают карбонильную группу:

• Альдегиды;
• Кетоны;
• Сложные эфиры;
• Амиды;
• Ацилгалогениды;
• Карбоновые кислоты;
• Ангидриды карбоновых кислот;
• Имиды карбоновых кислот.

Химия альдегидов и кетонов особенно многообразна, так как в их молекулах находится некоторое количество реакционных центров:

• Электрофильный центр, атом углерода, связанный с галогеном, в некоторой степени с положительным потенциалом. Электрофильный центр появляется вследствие поляризации связи C-Hal и может претерпевать атаку нуклеофилом. В результате такого взаимного воздействия осуществляется замещение галогена на нуклеофил, то есть происходит реакции нуклеофильного замещения.
• Основным центром является кислородный атом с неподеленными электронными парами. При участии основного центра происходит кислотный катализ в реакциях присоединения, в том числе осуществляются процессы енолирования.
• α-CH-кислотный центр, появление которого осуществляется отрицательным индуктивным эффектом (-I) карбонильной группы. С помощью присутствия данного центра осуществляются множество реакций углеводородного радикала, прежде всего, реакции конденсации.
• Взаимосвязь C-H в альдегидной группе считается центром явлений окисления альдегидов.
• Слабые, с малым насыщением, и ароматические радикалы, вступающие в реакции, которые являются типичными для кратных взаимосвязей и ароматических соединений.

Следовательно, основными типами химических реакций альдегидов и кетонов считаются следующие:

1. Соединение по карбонильной группе.
2. Конденсация.
3. Замещения.
4. Окисления.
5. полимеризации.

Реакции соединения

1. Присоединение водорода к органическому веществу (гидрирование). Во время присоединения водорода альдегиды и карбоновые кислоты образовывают первичные спирты, а кетоны образовывают вторичные спирты. В свою очередь, имины, амиды и нитросоединения образовывают амины, а нитрилы образовывают имины. При обновлении атомарным водородом кетонов помимо вторичных спиртов с одним атомом образовываются двух третичные гликоли (бесцветные прозрачные жидкости со сладковатым вкусом), пинаконы (бесцветные кристаллические вещества, хорошо растворимые в этаноле и хлороформе и плохо растворимые в воде). Во время воздействия соляной кислоты высокой концентрации на амальгаму цинка осуществляется общее обновление карбонильных соединений с возникновением углеводородов высокой насыщенности.
2. Реакции нуклеофильного присоединения. Это реакции присоединения, в которых атаку на первоначальном этапе производит нуклеофил – частица, которая заряжена отрицательно либо обладающая свободной электронной парой. На окончательном этапе образующийся карбанион претерпевает электрофильную атаку. Данные присоединения расширенные для карбонильной группы и осуществляют проход сквозь стадию активированного комплекса, в котором обнаруживается будущее тетраэдрическое построение соединения реакции. Данные реакции возможно, в то же время, символически поделить на 3 ключевые категории:
   • Простое нуклеофильное присоединение;
   • Нуклеофильное присоединение-отщепление;
   • Присоединение углеродных нуклеофилов.

Реакции простого нуклеофильного присоединения

К данной категории относятся реакции, в ходе которых образовывается новая химическая взаимосвязь между электрофильным углеродным атомом карбонильной группы и иным, не углеродным атомом O-, S-, H-нуклеофила, галогенид — ионом. К данной категории относятся реакции:

• Гидратация – присоединение молекул воды к молекулам либо ионам. Гидратация является отдельным случаем сольватации — присоединения к молекулам либо ионам веществ молекул органического растворителя.
• Присоединение гидрид-ион (отрицательно заряженный ион водорода).
• Присоединение галогенид-ионов (отрицательно заряженный атом галогена).
• Присоединение гидросульфит натрия либо бисульфит натрия (химическое соединение, кислая соль натрия и сернистой кислоты с химической формулой NaHSO3).
• Присоединение спиртов (органические соединения, которое содержит одну либо более гидроксильных групп, непосредственно взаимосвязанных с насыщенным углеродным атомом).

Нуклеофильное присоединение-отщепление

К данному виду реакций возможно отнести присоединение содержащих азот нуклеофилов в виде азотистых основ (первичных аминов) и аммиака к альдегидам и кетонам.
Одними из важных считаются реакции карбонильных соединений с первичными аминами, аммиаком, с гидразином и его образующими, с гидроксиламином.

Присоединение углеродных нуклеофилов

Основной особенностью взаимного воздействия карбонильных соединений с углеродными нуклеофилами считается организация меж ними новой взаимосвязи C-C. Данное взаимное воздействие осуществляется посредством как простого присоединения, так и присоединения-отщепления. К данному виду реакций относится:

• Взаимосвязь с реактивами Гриньяра (арил- либо алкилмагнийгалогениды) и иными металлоорганическими соединениями;
• Взаимосвязь с цианидами;
• Взаимосвязь с ацетиленами (класс непредельных углеводородов).

Реакции конденсации

Огромной категории реакций альдегидов и кетонов свойственны реакции конденсации с формированием новых C-C либо C=C взаимосвязей. Данные взаимосвязи построены на увеличенной реакционной возможности водородных атомов в α-положений по отношению к карбонильной группе на основании выявления ее отрицательных –I и –M эффектов.

Как правило, данные реакции осуществляются с участием ключевых либо кислотных катализаторов. При влиянии ключевых катализаторов с карбонильным соединениям формируется анион, стабилизирующийся с помощью сочленения, и выражает нуклеофильные характеристики в основном с углеродным атомом. К данному виду реакций относятся:

1. Альдольная конденсация. Это химическая реакция между двумя молекулами альдегида либо кетона в присутствии кислоты либо основы с основанием альдоля (β-гидроксиальдегида либо β-гидроксикетона), а в определенных ситуациях — продукта дегидратации альдоля (α,β-ненасыщенного альдегида либо кетона). Альдегиды в щелочной среде и входят в реакции альдольной конденсации с созданием альдолей:
2. Реакция диспропорционирования. Это реакция, в которой один и тот же элемент выступает и в качестве окислителя, и в качестве восстановителя, причем по окончанию реакции создаются соединения, содержащие один и тот же элемент в различных степенях окисления. Реакция диспропорционирования для альдегидов течет в сильнощелочной среде. Она считается процессом окисления – восстановления и протекает по схеме:
3. Эфирная конденсация В. Тищенко. Для альдегидов, содержащих водородные атомы в α-состоянии, отмечается реакция диспропорционирования под воздействием небольшого количества алкоголятов алюминия с возникновением эфирных веществ:

Реакции окисления

Альдегиды просто поддаются окислению с множеством окислителей в соответственные кислоты. Обширно применяют для распознавания альдегидов окислительные реакции под воздействием гидроксида меди, образующего резко красный оксид: 

Соединение альдегидов аммиачным раствором оксида серебра с кислородом именуется реакцией серебряного зеркала:

Вступление кетонов в данные реакции не осуществляется, и их соединение с кислородом осуществить труднее, с нарушением углеродного звена с обеих сторон карбокси группы. В то же время образовывается смесь соответственных кислот.

Реакции полимеризации

Это процесс создания высокомолекулярного вещества (полимера) путем неоднократного присоединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера, олигомера) к активным центрам в увеличивающейся молекуле полимера.

Реакции полимеризации типичны исключительно для альдегидов, прежде всего для формальдегида. При поэтапной полимеризации формальдегида в водных растворах в соответствии с условиями из формалина возникает α-полиацеталь либо параформ:

Формальдегид расположен к вступлению в реакции циклической полимеризации с участием кислот: