العلاقة بين بنية وخصائص المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين

في تفاعلات الإضافة النووية، يهاجم النيوكليوفيل مركزًا محبًا للإلكترون داخل الجزيء ويضيف إليه. تخضع المركبات الكاربونيلية مثل الألدهيدات والكيتونات لتفاعلات الإضافة النووية. هل يمكنك أن تقول ما هي المركبات الكاربونيلية؟. المركبات التي تحتوي على C=Oالمجموعة الوظيفية تسمى مركبات الكربونيل. يقوم النوكليوفيل بمهاجمة الكربون الكاربونيل للألدهيد أو الكيتون. ويؤدي هذا إلى إضافة النواة إلى الجزيء.

دعونا نناقش الآلية التفصيلية لهذا التفاعل. في الخطوة الأولى، يتفاعل النوكليوفيل مع ذرة الكربون المحبة للإلكترون في مجموعة الكاربونيل. على عكس تفاعلات الاستبدال النووية، تفتقر الألدهيدات والكيتونات إلى مجموعة مغادرة. وبدلاً من ذلك، تتحرك الإلكترونات باي الموجودة في الرابطة باي للمجموعة الكاربونيلية نحو ذرة الأكسجين. وذلك لأن الأكسجين أكثر كهرسلبية. الآن يتم تشكيل وسيط ألكوكسيد رباعي السطوح.

في الخطوة التالية، يتم بروتون الألكوزيد. البروتون يعني إضافة البروتون. تمت إضافة المحفز الحمضي. يهاجم الأكسجين المشحون سلبًا في أيونات الألكوزيد ذرة الهيدروجين في المحفز الحمضي لتكوين الكحول. يحتوي المنتج النهائي على نيوكليوفيل مضاف إلى الجزيء. تظهر أيضًا مجموعة الكحول في الجزيء.

عندما يتفاعل الألدهيد مع الكحول في وجود محفز حمضي، يتكون الهيمي أسيتال. يتكون الهيمياسيتال من ذرة كربون من مجموعة ألكيل مرتبطة بمجموعة هيدروكسيل ومجموعة ألكوكسي. تسمى ذرة الكربون المرتبطة بمجموعة الهيدروكسيل والمجموعة الألكوكسية بالكربون الهيمي أسيتال. إن تكوين الهيمياسيتال هو أيضًا تفاعل إضافة نوكليوفيلي.

يتم تكوين الهيميكيتالات عن طريق تفاعل الكيتون مع الكحول في وجود محفز حمضي. إن تكوين الهيميكيتالات هو أيضًا تفاعل إضافة نوكليوفيلي مثل الهيميكيتالات. في الهيميكيتالات، ترتبط مجموعتان ألكيليتان بذرة الكربون التي ترتبط بها مجموعة الهيدروكسيل ومجموعة الألكوكسي.

كاشف برادي هو كاشف كيميائي يستخدم في الكشف عن المركبات الكاربونيلية وتحديد هويتها. يتكون هذا الكاشف من المركب 2,4-dinitrophenylhydrazine. لها الصيغة الكيميائية C₆H₆N₄O₄. عندما يتم إضافة كمية معينة من الألدهيد أو الكيتون إلى كاشف برادي، يتكون راسب برتقالي أو أصفر فاتح. وهذا يؤكد وجود الألدهيدات أو الكيتونات.

الرواسب البرتقالية أو الصفراء الزاهية ترجع إلى تكوين 2,4-diitrophenylhydrazone. عندما يتفاعل الكيتون مع كاشف برادي، تتحد الجزيئين لتكوين 2,4-dinitrophenylhydrazone. ويضيع جزيء الماء أيضًا في هذا التفاعل. تشكيل 2,4-dinitrophenylhydrazoneيؤكد وجود الألدهيد أو الكيتون.

اختزال كليمنسن هو تفاعل كيميائي يستخدم لتحويل الألدهيدات أو الكيتونات إلى الهيدروكربونات المقابلة لها. يتضمن اختزال مجموعة الكربونيل في الألدهيد أو الكيتون إلى مجموعة ميثيلين. تستخدم طريقة اختزال كليمنسن الزنك الممزوج كعامل اختزال. يتم استخدام حمض الهيدروكلوريك المركز كوسط للتفاعل في هذا التفاعل.

دعونا نفهم آلية اختزال كليمنسون. يتفاعل الألدهيد أو الكيتون مع الزنك الممزوج في وجود حمض الهيدروكلوريك المركز. يتناسق الأكسجين الكاربونيل مع الزنك. ويؤدي هذا إلى تكوين وسيط عضوي من الزنك. بعد ذلك يحدث انشطار الرابطة الكربونية الأكسجينية للمجموعة الكاربونيلية. أصبح الزنك الآن متناسقًا مع ذرة الكربون. بعد ذلك، تقوم الرابطة المزدوجة بين ذرة الكربون والزنك بمهاجمة أيونات الهيدروجين. تتم إضافة أيونات الهيدروجين إلى ذرة الكربون. يتم إزالة أيونات الزنك من الجزيء. يتم تكوين الألكان على شكل منتج.

يتم استخدام اختزال وولف كيشنر أيضًا لتحويل الألدهيدات أو الكيتونات إلى الهيدروكربونات المقابلة لها. في اختزال وولف كيشنر يتفاعل الألدهيد أو الكيتون مع الهيدرازين في وجود قاعدة قوية. يتم توفير الحرارة لإجراء التفاعل. ونتيجة لذلك، يتم تحويل الألدهيد أو الكيتون إلى ألكان.

تتم آلية هذا التفاعل في الواقع عبر عدة خطوات. في الخطوة الأولى، يتفاعل مركب الكاربونيل مع الهيدرازين لتكوين الهيدرازون. تتضمن هذه الخطوة الإضافة النووية للهيدرازين إلى ذرة الكربون الكاربونيل. تحل ذرة النيتروجين في الهيدرازين محل ذرة الأكسجين في مجموعة الكاربونيل. الآن أصبحت ذرة النيتروجين في الهيدرازين مرتبطة برابطة مزدوجة مع ذرة الكربون في المركب الكاربونيل.

في الخطوة الثانية يتم نزع بروتون ذرة النيتروجين من الهيدرازون. إزالة البروتونات تعني إزالة ذرة الهيدروجين. يقوم أيون الهيدروكسيد بإزالة ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة النيتروجين. يؤدي هذا إزالة البروتونات إلى تكوين رابطة مزدوجة بين ذرتي النيتروجين في الجزيء. يتم تحويل الكثافة الإلكترونية للرابطة الثانية بين ذرة الكربون وذرة النيتروجين نحو ذرة الكربون. أصبحت ذرة الكربون الآن مشحونة سلبًا.

في الخطوة الثالثة، يتم بروتون ذرة الكربون. كما نعلم أن ذرة الأكسجين في جزيء الماء أكثر كهرسلبية. يقوم بسحب كثافة الإلكترون من ذرة الهيدروجين تجاه نفسه. تصبح ذرة الهيدروجين في جزيء الماء مشحونة بشحنة موجبة جزئيًا. يهاجم الكربون المشحون سلبيا الهيدروجين المشحون جزئيا إيجابيا في جزيء الماء. بهذه الطريقة، ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة الكربون.

في الخطوة الرابعة، تتم عملية نزع بروتون ذرة النيتروجين مرة أخرى. يقوم أيون الهيدروكسيد بإزالة ذرة الهيدروجين المرتبطة بذرة النيتروجين ويصبح جزيء ماء. تنتقل كثافة الإلكترون في الرابطة الهيدروجينية النيتروجينية بين ذرتي نيتروجين. يتم تحويل الكثافة الإلكترونية لرابطة الكربون والنيتروجين نحو ذرة الكربون. بهذه الطريقة يتم كسر الرابطة بين الكربون والنيتروجين. ويؤدي هذا إلى تكوين جزيء الكربانيون وجزيء النيتروجين.

الخطوة الأخيرة تتضمن بروتون ذرة الكربون في الكربانيون. يهاجم الكربانيون ذرة الهيدروجين في جزيء الماء. ترتبط ذرة الهيدروجين بذرة الكربون في الكربانيون. يتم الآن تحويل الكربانيون إلى ألكان.