Karbonylová skupina

Karbonylová skupina^[1] alebo oxoskupina^[1] je funkčná skupina, pozostávajúca z uhlíka a kyslíka spojených dvojitou väzbou.^[2] Patrí medzi kyslíkaté deriváty. Nachádza sa v aldehydoch, ketónoch, karboxylových kyselinách a ich derivátoch ako súčasť väčších funkčných skupín. Látky s karbonylovou skupinou sa označujú ako karbonylové zlúčeniny.^[3]

Všeobecný vzorec karbonylovej skupiny

Názov "karbonyl" sa takisto používa pre názov oxidu uhoľnatého ako ligandu v anorganických alebo organokovových komplexoch (vtedy ide o karbonyly kovov, napr. karbonyl niklu). Tento článok sa však zaoberá organickými zlúčeninami s karbonylovou skupinou ako je uvedené vyššie.

Karbonylové zlúčeniny

Pozri aj: α,β-Nenasýtené karbonylové zlúčeniny

V organickej chémii patria medzi karbonylové zlúčeniny nasledujúce druhy zlúčenín:

Zlúčenina	Aldehyd	Ketón	Karboxylová kyselina	Ester karboxylovej kyseliny	Amid
Štruktúra
Všeobecný vzorec	RCHO	RCOR'	RCOOH	RCOOR'	RCONR'R''

Zlúčenina	Enón	Acylhalogenid	Anhydrid karboxylovej kyseliny	Imid
Štruktúra
Všeobecný vzorec	RC(O)C(R')CR''R'''	RCOX	(RCO)2O	RC(O)N(R')C(O)R''

Medzi ďalšie organické zlúčeniny obsahujúce karbonylovú zlúčeninu patria močovina a karbamáty, deriváty acylchloridov (napr. chlórmravčany alebo fosgén), estery kyseliny uhličitej, tioestery, laktóny, laktámy, hydroxamáty a izokyanáty. Špeciálnou skupinou karbonylových zlúčenín sú dikarbonylové zlúčeniny, ktoré niekedy majú špeciálne vlastnosti.

Za anorganické karbonylové zlúčeniny možno pokladať oxidy uhoľnatý a uhličitý.

Štruktúra a reaktivita

Štruktúra karbonylovej skupiny

U organických zlúčenín je dĺžka dvojitej väzby C-O zvyčajne okolo 120 pikometrov. V anorganických karbonyloch môžu tieto vzdialenosti byť kratšie (CO, 113 pm, CO₂, 116 pm, COCl₂, 116 pm).^[4]

Karbonylový uhlík je zvyčajne elektrofilný. Atóm kyslíka totižto odťahuje elektrónovú hustotu, takže na uhlíku vzniká parciálny kladný náboj. Elektrofilita klesá v poradí RCHO (aldehydy) > R₂CO (ketóny) > RCO₂R' (estery) > RCONH₂ (amidy). Mnohé nukleofily môžu atakovať tento uhlík, čím dochádza k zániku dvojitej väzby.

Interakcie medzi karbonylovou skupinou a inými skupinami boli objavené pri štúdiách kolagénu.^[5] Rôzne substituenty môžu ovplyvniť karbonylovú skupinu dodaním alebo odobraním elektrónovej hustoty po sigma väzbách.^[6] Hodnoty ΔHσ sú výrazne vyššie na karbonylových skupinách, ktoré majú na uhlík naviazané atómy, ktoré sú viac elektronegatívne než uhlík.^[6]

Polarita väzby C=O takisto zvyšuje kyslosť blízkych C-H väzieb. Vďaka kladnému náboju na uhlíku a zápornému náboju na kyslíku podliehajú karbonylové zlúčniny adícii alebo nukleofilným atakom. Mnohé nukleofilné ataky vedú k zániku dvojitej väzby a adične-eliminačným reakciám. Nukleofilná reaktivita je často úmerná zásaditosti nukleofilu a so zvyšovaním nukleofility klesá stabilita karbonylovej zlúčeniny.^[7] pK_a hodnoty acetaldehydu a acetónu sú 16,7 a 19.^[8]

Spektroskopia

• Infračervená spektroskopia: dvojitá väzba C=O absorbuje infračervené žiarenie pri vlnočtoch okolo 1600–1900 cm⁻¹(5263 nm až 6250 nm). Presný poloha maxima absorpcie je daná geometriou molekuly.
• UV-Vis spektroskopia: Absorpcia karbonylovej skupiny propanónu vo vode sa nachádza pri 257 nm.^[9]
• Nukleárna magnetická rezonancia: Dvojitá väzba C=O má rôzne rezonancie podľa okolitých atómov. Pri ¹³C NMR sa karbonylový kyslík nachádza v rozmedzí 160-220 ppm.^{[chýba zdroj]}