Четвертый раздел курса – химия карбонильных соединений

Этот раздел – кульминация всего курса органической химии. Карбонильные соединения, химия карбонильной группы и карбонильных соединений – самое важное, что вообще есть в органической химии. В значительной мере органическая химия – это химия карбонильных соединений. Точно такого же мнения и Природа, или, кому как нравится, Творец. Органическая химия на нашей планете вообще начинается с химии карбонильной группы, так как единственным первичным источником органики на Земле является фотосинтез, а основная реакция фотосинтеза, с которой и начинается построение органического вещества, это нуклеофильное присоединение к карбонильной группе в диоксиде углерода (диоксид углерода – это просто две карбонильные группы, сшитые вместе одним углеродом), и дальше с процессе фотосинтеза все в том же духе – альдольная конденсация, ретро-альдольная реакция, кето-енольная таутомеризация и т.п. Другие важнейшие превращения в клетке – гликолиз, окисление жиров, цикл Кребса, поликетидный синтез и т.п. – бесконечное повторение основных реакций карбонильной химии: прямой и ретро-сложноэфирной и альдольной конденсации, обратимого гидридного восстановления карбонила, обратимого присоединения по Михаэлю, – такое впечатление, что Творец успел выучить только одну главу учебника органической химии, очень тщательно выучить, и учебник взял самый лучший (увы, он утрачен, надежды найти его в раскопках древнего Иерихона и среди кумранских свитков пока не оправдались). А может быть сам его и написал. Но тогда и нам не зазорно немного в этом разобраться. Может быть тоже что-нибудь натворим.

Материала в этом разделе очень много, и нет никаких шансов на то, чтобы на этом сайте в обозримой исторической перспективе появилось хотя бы минимально полное его отражение. Странички будут появляться по мере написания и готовности. Странички доступны или через меню, или по ссылкам в списке. Пока что у нас есть вот что:

• Вводная страничка (эта)
• Вводная информация про разнообразие реакционной способности карбонильных соединений, и общими рекомендациями
  • Реакционная способность карбонильной группы, кислотный и основный катализ, типичные реакции. Там же разобраны методы восстановления карбонильной группы
  • Енолизуемые карбонильные соединения. Таутомерия. Кислотный и основный катализ кето-енольного превращения. Основные реакции енолизуемых альдегидов и кетонов, происходящие с участием енолов.
• Как всегда, методы синтеза и превращения одних групп в другие. На этой страничке пока размещена часть информации по механизмам, в частности, реакции Виттига, которая впоследствие будет перемещена с допонением на специализированные страницы. Типичные задачи.

Само понятие “карбонильная группа” обманчиво просто. В самом прямом смысле это углерод и кислород, связанные двойной связью. Такую группу еще иногда называют оксо-группой, и именно так это и называют по номенклатуре ИЮПАК, если называние идет в префиксе. Но даже такому простому варианту соответствуют два полноценных класса органических соединений: альдегиды и кетоны. Это именно два разных класса, во многом схожих, но в важных особенностях принципиально различных. Совершенно неверно и даже вредно считать альдегиды просто разновидностью кетонов, такими  гидрокетонами. Когда будете изучать химию альдегидов и кетонов, не забывайте замечать различия между этими типами карбонильных соединений. Неспособность различать их приводит к тяжелым ошибкам в синтезе, и чем современнее методы вы используете, тем сильнее видны эти различия, и тем более плодотворно они эксплуатируются на пользу селективности и эффективности синтеза.

Но на альдегидах и кетонах карбонильная группа не заканчивается. Карбоновые кислоты и их бесчисленные производные – еще один класс карбонильных соединений, даже не один класс, а целый букет классов. Там нас ждет шокирующее открытие, что нитрилы являются одной из разновидностей производных кислот, а следовательно тоже вроде бы карбонильными соединениями несмотря на то, что в них азот вместо кислорода, и тройная связь вместо двойной. И придет понимание, что все, что содержит любую группу с кратной (двойной или тройной) связью углерода с более электроотрицательным неметаллом (азотом, кислородом, серой), – карбонильные соединения. Дальше мы поймем, что в неразрывной связи с карбонильными соединениями находятся гидроксиалкены (енолы), а от них легко перекинем мостик вообще к любым донорным, высоконуклеофильным олефинам. После этого ваш взгляд может упасть на почти любое гетероциклическое соединение, и вы поймете, что в них всегда есть или одно (кратная связь углерод-гетероатом), или другое (высокодонорная двойная связь), и, кажется, вообще все гетероциклические соединения можно рассматривать как разновидности карбонильных. В этом месте вас может охватить отчаяние, ведь почти все органические соединения оказались явными или скрытыми карбонильными соединениями, и, кажется им не будет конца, и изучить их невозможно. У кого-то кругом враги, а у органика кругом – карбонильные соединения. Но те, кто смогут справиться с приступом отчаяния, не смогут не признать, что это очень удобно, ведь глубокие аналогии в свойствах и реакционной способности могут и помочь уложить огромное многообразие в довольно уютную систему.

Но начнем мы все же с начала – с альдегидов и кетонов.

Как обычно приведу краткую программу курса по этому разделу. В отличие от других разделов он довольно компактен и не имеет рубрикации. Но химии там – в десять раз больше чем во всех предыдущих разделах.