8.4 Aminer og amider

Karbonylgruppa

Struktur

Karbonylgruppa (C=O) er ei av dei viktigaste funksjonelle gruppene i organisk kjemi.

Binding:
- Éi σ-binding + éi π-binding (som i alkenar)
- Sterkt polar pga. elektronegativitetsskilnad
- δ⁺ på karbon, δ⁻ på oksygen

Geometri:
- Trigonal planar rundt karbonylkarbonet
- Bindingsvinkel ca. 120°

Aldehyd vs. keton

Aldehyd (R-CHO):
- Karbonylgruppe på enden av kjeda
- Minst eitt H bunde til karbonylkarbon
- Suffiks: -al

Keton (R-CO-R'):
- Karbonylgruppe inne i kjeda
- To karbongrupper på karbonylkarbon
- Suffiks: -on

Eksempel

Aldehyd:

Fysiske eigenskapar

Polaritet og intermolekylære krefter

Karbonylgruppa er polar:
- Dipolmoment ca. 2,5-2,8 D
- Dipol-dipol-interaksjonar mellom molekyla

Ingen hydrogenbindingar seg imellom:
- Aldehyd og keton manglar O-H eller N-H
- Men kan vere H-binding-akseptor med vatn

Kokepunkt

Løysingsevne i vatn

- Løyselege pga. H-bindingar med vatn
- C=O kan vere akseptor for H frå vatn
Lengre kjeder:

- Avtakande løysingsevne

- Upolar del dominerer

Oksidasjon og reduksjon

Oksidasjon av aldehyd

Aldehyd oksiderast lett til karboksylsyrer:

$$\text{R-CHO} + [\text{O}] \to \text{R-COOH}$$

Eksempel:
$$\text{CH}_3\text{CHO} \xrightarrow{\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7/\text{H}^+} \text{CH}_3\text{COOH}$$

Aldehyd oksiderast av:
- K₂Cr₂O₇/H⁺
- KMnO₄
- Tollens' reagens (Ag⁺)
- Fehlings/Benedicts reagens (Cu²⁺)

Keton oksiderast ikkje lett

Under milde vilkår: ingen reaksjon

$$\text{R-CO-R'} + [\text{O}] \to \text{ingen reaksjon}$$

Årsak: Ingen H på karbonylkarbon å fjerne

Reduksjon til alkohol

Både aldehyd og keton kan reduserast:

Aldehyd → Primær alkohol:
$$\text{R-CHO} + 2[\text{H}] \to \text{R-CH}_2\text{OH}$$

Keton → Sekundær alkohol:
$$\text{R-CO-R'} + 2[\text{H}] \to \text{R-CH(OH)-R'}$$

Reduksjonsmiddel:
- NaBH₄ (natriumborhydrid) - mild
- LiAlH₄ (litiumaluminiumhydrid) - sterk
- H₂/katalysator

Testar for aldehyd

Tollens' test (sølvspegeltest)

Reagens: Ag⁺ i ammoniakk (Tollens' reagens)

Reaksjon med aldehyd:
$$\text{R-CHO} + 2\text{Ag}^+ + 2\text{OH}^- \to \text{R-COO}^- + 2\text{Ag} + \text{H}_2\text{O}$$

Observasjon:
- Positiv: Sølvspegel på glaset
- Negativ: Inga endring

Keton: Ingen reaksjon (negativ test)

Fehlings/Benedicts test

Reagens: Cu²⁺ i basisk løysing

Reaksjon med aldehyd:
$$\text{R-CHO} + 2\text{Cu}^{2+} + 4\text{OH}^- \to \text{R-COO}^- + \text{Cu}_2\text{O} + 2\text{H}_2\text{O}$$

Observasjon:
- Positiv: Blå → raudt/oransje botnfall (Cu₂O)
- Negativ: Held seg blå

Keton: Ingen reaksjon

Kvifor reagerer aldehyd, men ikkje keton?

Aldehyd:
- H på karbonylkarbon gjer oksidasjon mogleg
- Kan lett gje frå seg H som H⁺

Keton:
- Ingen H på karbonylkarbon
- Kan ikkje oksiderast utan å bryte C-C-binding

Nukleofile addisjonsreaksjonar

Kvifor nukleofil addisjon?

Karbonylkarbonet er elektrofilt:
- δ⁺ på karbon (pga. elektronegativt O)
- Trekkjer til seg nukleofilar (elektronrike reagensar)

Generell mekanisme

Steg 1: Nukleofil angrip karbonylkarbon
$$\text{C=O} + \text{Nu}^- \to \text{C-O}^-$$

Steg 2: Protonering av oksygen
$$\text{C-O}^- + \text{H}^+ \to \text{C-OH}$$

Addisjon av hydrogen (reduksjon)

$$\text{R-CHO} + \text{NaBH}_4 \to \text{R-CH}_2\text{OH}$$

Mekanisme: H⁻ (hydrid) angrip karbonylkarbon

Addisjon av cyanid (cyanohydrindanning)

$$\text{R-CHO} + \text{HCN} \to \text{R-CH(OH)CN}$$

Produkt: Cyanohydrin (hydroksynitril)

Mekanisme:
1. CN⁻ angrip C=O
2. H⁺ adderer til O⁻

Addisjon av alkohol (acetaldanning)

$$\text{R-CHO} + 2\text{R'OH} \xrightarrow{\text{H}^+} \text{R-CH(OR')}_2 + \text{H}_2\text{O}$$

Produkt: Acetal (to -OR-grupper på same karbon)

Bruk: Vern av aldehydgrupper i syntese

Oppsummering

Aldehyd vs. keton

Viktige reaksjonar

- Keton + [H] → Sekundær alkohol

Nukleofil addisjon

- Vanlege nukleofilar: H⁻, CN⁻, RO⁻, RNH₂