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有機化学において、カルボニル基は化学式C=Oの官能基であり、炭素原子が酸素原子に二重結合して構成され、 C 原子で二価である。これは、多くのより大きな官能基の一部として、いくつかのクラスの有機化合物（アルデヒド、ケトン、カルボン酸など）に共通している。カルボニル基を含む化合物は、しばしばカルボニル化合物と呼ばれる。[1]
カルボニルという用語は、無機または有機金属錯体（金属カルボニル、例：ニッケルカルボニル）内の配位子としての一酸化炭素を指すこともあります。
この記事の残りの部分では、炭素と酸素が二重結合を共有するカルボニルの有機化学の定義について説明します。
カルボニル化合物
有機化学において、カルボニル基は次のタイプの化合物を特徴づけます。
その他の有機カルボニル化合物には、尿素、カルバメート、塩化アシルの誘導体であるクロロホル メート、ホスゲン、炭酸エステル、チオエステル、ラクトン、ラクタム、ヒドロキサメート、イソシアネートなどがある。無機カルボニル化合物の例としては、二酸化炭素や硫化カルボニルなどがある。[要出典]
カルボニル化合物の特別なグループはジカルボニル化合物であり、特別な特性を示すことができます。
構造と反応性
有機化合物の場合、CO結合の長さは120ピコメートルから大きくは変わりません。無機カルボニルのCO距離は短く、COは113ピコメートル、CO 2は116ピコメートル、COCl 2は116ピコメートルです。[2]
カルボニル炭素は典型的には求電子性です。求電子性の定性的順序は、RCHO (アルデヒド) > R 2 CO (ケトン) > RCO 2 R' (エステル) > RCONH 2 (アミド) です。さまざまな求核剤が攻撃し、炭素-酸素二重結合を切断します。
コラーゲンの研究で、カルボニル基と他の置換基との相互作用が発見されました。[3]置換基は、シグマ結合によって電子密度を増減することでカルボニル基に影響を及ぼすことができます。[4]カルボニル基の置換基が炭素よりも電気陰性度が高い場合、 Δ H σ 値は非常に大きくなります。[4]
C=O結合の極性は、隣接するCH結合の酸性度も高めます。炭素の正電荷と酸素の負電荷により、カルボニル基は付加および/または求核攻撃を受けます。さまざまな求核剤が攻撃し、炭素-酸素二重結合を破壊し、付加脱離反応を引き起こします。求核反応性は求核剤の塩基性度に比例することが多く、求核性が増加すると、カルボニル化合物内の安定性が低下します。[5]アセトアルデヒドとアセトンのpKa値はそれぞれ16.7と19です。[6]
分光法
- 赤外線分光法：C=O二重結合は、約1600～1900 cm −1 （5263 nm～6250 nm）の波数で赤外線を吸収します。吸収の正確な位置は、分子の形状からよく理解されています。この吸収は、赤外線吸収スペクトルに表示される場合、「カルボニル伸縮」として知られています。[7]さらに、水中のプロパノンの紫外可視スペクトルは、257 nmでカルボニルの吸収を示します。[8]
- 核磁気共鳴：C=O二重結合は周囲の原子に応じて異なる共鳴を示し、一般的には低磁場シフトを示す。カルボニル炭素の13C NMRは160～220 ppmの範囲にある。[9]
参照
参考文献
- ^ Saul Patai 編 (1966)。カルボニル基。PATAI'S Chemistry of Functional Groups。第 1 巻。John Wiley & Sons。doi :10.1002/ 9780470771051。ISBN 9780470771051。Jacob Zabicky 編 (1970)。カルボニル基。PATAI'S Chemistry of Functional Groups。第 2 巻。John Wiley & Sons。doi :10.1002/ 9780470771228。ISBN 9780470771228。
- ^ G. Berthier、J. Serre (1966)。「カルボニル基の一般的および理論的側面」。Saul Patai (編)。カルボニル基。PATAI'S Chemistry of Functional Groups。第 1 巻。John Wiley & Sons。pp. 1–77。doi : 10.1002 / 9780470771051.ch1。ISBN 9780470771051。
- ^ Newberry, Robert W.; Raines, Ronald T. (2017-08-15). 「n→π*相互作用」. Accounts of Chemical Research . 50 (8): 1838–1846. doi : 10.1021/acs.accounts.7b00121. ISSN 0001-4842. PMC 5559721. PMID 28735540.
- ^ ab Wiberg, Kenneth B. (1999-11-01). 「カルボニル基と置換基の相互作用」. Accounts of Chemical Research . 32 (11): 922–929. doi :10.1021/ar990008h. ISSN 0001-4842.
- ^ Lienhard, Gustav E.; Jencks, William P. (1966 年 9 月). 「カルボニル基へのチオール付加反応。平衡と反応速度論」. Journal of the American Chemical Society . 88 (17): 3982–3995. doi :10.1021/ja00969a017. ISSN 0002-7863. PMID 5915153.
- ^ Ouellette, RJ および Rawn, JD「有機化学」第 1 版。Prentice-Hall, Inc.、1996 年: ニュージャージー。ISBN 0-02-390171-3
- ^ Mayo DW、Miller FA、Hannah RW「赤外線およびラマンスペクトルの 解釈に関するコースノート」第1版。John Wiley & Sons Inc、2004年：ニュージャージー州。ISBN 0-471-24823-1。
- ^ 「アーカイブコピー」（PDF） 。 2015年8月24日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。 2015年7月11日閲覧。
{{cite web}}: CS1 maint: アーカイブされたコピーをタイトルとして (リンク) - ^ “NMR分光法。13C NMR”. organicchemistrydata.org . 2021年10月20日. 2024年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。2024年1月6日閲覧。
さらに読む
ウィキメディア・コモンズには、カルボニル基に関連するメディアがあります。
Wikiquoteにカルボニル基に関する引用があります。
- LG Wade, Jr.有機化学、第 5 版。Prentice Hall、2002 年。ISBN 0-13-033832 -X
- フロストバーグ州立大学化学部。有機化学ヘルプ (2000)。
- Advanced Chemistry Development, Inc. IUPAC有機化学命名法（1997年）。
- ウィリアム・ロイシュ。VirtualText of Organic Chemistry (2004) より。
- パーデュー大学化学部[1]（2006年9月取得）。水溶性データも収録。
- William Reusch. (2004) アルデヒドとケトン 2005 年 5 月 23 日閲覧。
- ILPI (2005) MSDS ハイパー用語集 - 無水物。