8.4 Aminer og amider

Karbonylgruppen

Struktur

Karbonylgruppen (C=O) er en av de viktigste funksjonelle gruppene i organisk kjemi.

Binding:
- Én σ-binding + én π-binding (som i alkener)
- Sterkt polar pga. elektronegativitetsforskjell
- δ⁺ på karbon, δ⁻ på oksygen

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

Aldehyder vs. ketoner

Aldehyd (R-CHO):
- Karbonylgruppe på enden av kjeden
- Minst ett H bundet til karbonylkarbon
- Suffiks: -al

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

Eksempler

Aldehyder:

Fysiske egenskaper

Polaritet og intermolekylære krefter

Karbonylgruppen er polar:
- Dipolmoment ca. 2,5-2,8 D
- Dipol-dipol interaksjoner mellom molekyler

Ingen hydrogenbindinger seg imellom:
- Aldehyder og ketoner mangler O-H eller N-H
- Men kan være H-binding-akseptor med vann

Kokepunkter

Løselighet i vann

- Løselige pga. H-bindinger med vann
- C=O kan være akseptor for H fra vann
Lengre kjeder:

- Avtagende løselighet

- Upolar del dominerer

Oksidasjon og reduksjon

Oksidasjon av aldehyder

Aldehyder oksideres lett til karboksylsyrer:

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

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

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

Ketoner oksideres ikke lett

Under milde betingelser: ingen reaksjon

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

Årsak: Ingen H på karbonylkarbon å fjerne

Reduksjon til alkoholer

Både aldehyder og ketoner kan reduseres:

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

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

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

Tester for aldehyder

Tollens' test (sølvspeiltest)

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: Sølvspeil på glasset
- Negativ: Ingen endring

Ketoner: Ingen reaksjon (negativ test)

Fehlings/Benedicts test

Reagens: Cu²⁺ i basisk løsning

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 → rødt/oransje bunnfall (Cu₂O)
- Negativ: Forblir blå

Ketoner: Ingen reaksjon

Hvorfor reagerer aldehyder, men ikke ketoner?

Aldehyder:
- H på karbonylkarbon gjør oksidasjon mulig
- Kan lett gi fra seg H som H⁺

Ketoner:
- Ingen H på karbonylkarbon
- Kan ikke oksideres uten å bryte C-C binding

Nukleofile addisjonsreaksjoner

Hvorfor nukleofil addisjon?

Karbonylkarbonet er elektrofilt:
- δ⁺ på karbon (pga. elektronegativt O)
- Tiltrekker nukleofiler (elektronrike reagenser)

Generell mekanisme

Steg 1: Nukleofil angriper 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) angriper karbonylkarbon

Addisjon av cyanid (cyanohydrindannelse)

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

Produkt: Cyanohydrin (hydroksynitril)

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

Addisjon av alkohol (acetaldannelse)

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

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

Anvendelse: Beskyttelse av aldehydgrupper i syntese

Oppsummering

Aldehyder vs. ketoner

Viktige reaksjoner

- Keton + [H] → Sekundær alkohol

Nukleofil addisjon

- Vanlige nukleofiler: H⁻, CN⁻, RO⁻, RNH₂