Karbonyyliryhmä

Karbonyyliryhmä on orgaanisessa kemiassa funktionaalinen ryhmä, jossa hiili- ja happiatomi ovat kiinnittyneet toisiinsa kaksoissidoksella. Karbonyyliryhmä voi esiintyä molekyyleissä sellaisenaan, kuten ketoneissa, tai olla osa jotain isompaa funktionaalista ryhmää, kuten karboksyylihapoissa osa karboksyyliryhmää (-COOH) tai estereissä osa esteriryhmää (-COO-). Alla olevassa taulukossa on esitetty funktionaalisia ryhmiä, jotka sisältävät karbonyyliryhmän. Karbonyyliryhmä antaa näille yhdisteelle niille ominaisen kemiallisen luonteen.

Karbonyyliryhmä (A ja B kuvaavat ryhmään liittyneitä atomeja)

Yhdisteryhmä	Aldehydit	Ketonit	Karboksyylihapot	Esterit	Amidit	Enonit	Happokloridit	Anhydridit
Rakenne
Rakennekaava	RCHO	RCOR'	RCOOH	RCOOR'	RCONHR'	RC(O)C(R')=CR''R'''	RCOCl	(RCO)2O

Karbonyyliryhmän rakenne

Karbonyyliryhmän kaksoissidos on muodostunut sp²-orbitaalien muodostamasta sigma-sidoksesta ja p-orbitaalien muodostamasta pii-sidoksesta. Karbonyyliryhmä on poolinen, jolloin se reagoi sekä elektrofiilien että nukleofiilien kanssa. Hiiliatomista lähtee kolme samaan tasoon suuntautuvaa sidosta, joiden sidoskulma on n. 120°

Karbonyyliryhmän hiili- ja happiatomi ovat sp²-hybridisoituneet, joten niillä on kolme sp²-orbitaalia, joista yhdellä ne muodostavat σ-sidoksen ja p-orbitaaleilla π-sidoksen, aivan kuten alkeeneissa. Hapen kaksi vapaata elektroniparia miehittävät jäljellä olevat sp²-orbitaalit. Karbonyyliryhmän atomit ovat tasossa ja atomien väliset sidoskulmat ovat n. 120°. Karbonyylisidos on lyhyempi kuin yksinkertainen C–O-sidos. Hiili-happi kaksoissidos on poolinen, johtuen hapen elektronegatiivisuudesta. Koska karbonyylihiilellä on positiivinen osittaisvaraus, se on molekyylin elektrofiilinen osa (Lewisin happo), johon nukleofiilit pyrkivät reagoimaan. Vastaavasti karbonyylihappella on negatiivinen osittaisvaraus ja se on molekyylin nukleofiilinen osa (Lewisin emäs).

Reaktiivisuus

Karbonyyliryhmän happiatomi on elektronegatiivisempi kuin hiili, ja siksi se vetää elektroneja puoleensa ja tekee sidoksesta poolisen. Tämän vuoksi karbonyyliryhmän hiiliatomi on elektrofiilinen ja se voi reagoida nukleofiilien kanssa. Karbonyyliryhmän elektronegatiivinen happiatomi voi vastaavasti reagoida elektrofiilien, esimerkiksi protonin kanssa happamassa liuoksessa.

Karbonyyliryhmän vieressä oleva alfa-vety on huomattavasti happamampi (noin 10³⁰ kertaa) kuin tavallinen CH-sidos. Esimerkiksi asetaldehydin ja asetonin pK_a-arvot ovat 16.7 ja 19.

Amidit ovat kaikkein pysyvimpiä karbonyyliyhdisteitä, mikä johtuu typpi-hiili- ja hiili-happiatomien välisistä resonanssistabiloiduista sidoksista.

Karbonyyliryhmä voidaan pelkistää hydridireagenssien, kuten NaBH₄:n ja LiAlH₄:n, avulla, sekä organometallireagenssien, kuten organolitiumreagenssien ja Grignardin reagenssien, avulla.

Muita tärkeitä reaktioita:

• Wolff–Kishner-pelkistys
• Clemmensen-pelkistys
• Muuttuminen tioasetaaliksi
• Hemiasetaaliie ja hemiketaaliksien, ja lopulta asetaalien ja ketaalien muodostuminen
• Reaktio ammoniakin ja primääristen tai sekundääristen amiinien kanssa muodostaa imiinejä
• Reaktio hydroksyyliamiinin kanssa muodostaa oksiimeja
• Reaktio syanidianionin kanssa muodostaa syanohydriinejä
• Reaktio Tebben reagenssin ja fosfoniumylidin kanssa muodostaa alkeeneja.
• Perkins-reaktio
• Tishchenko-reaktio
• Aldolikondensaatio
• Cannizzaro-reaktio

Muita orgaanisia karbonyyliyhdisteitä

• Urea
• Karbamaatti

Epäorgaanisia karbonyyliyhdisteitä

• Hiilidioksidi
• Karbonyylisulfidi
• Fosgeeni