కార్బోనైల్ సమ్మేళనాలు కర్బన రసాయన శాస్త్రానికి చాలా ముఖ్యమైనవి. అవి వస్త్రాలు, సువాసన ద్రవ్యాలు, ప్లాస్టిక్లు మరియు మందులలో భాగాలు.

మునుపటి యూనిట్లో, మీరు కార్బన్-ఆక్సిజన్ సింగిల్ బాండ్ కలిగిన ఫంక్షనల్ గ్రూపులతో కూడిన కర్బన సమ్మేళనాలను అధ్యయనం చేశారు. ఈ యూనిట్లో, కార్బన్-ఆక్సిజన్ డబుల్ బాండ్ ( $>\mathrm{C}=\mathrm{O}$ ) కలిగిన కర్బన సమ్మేళనాలను మనం అధ్యయనం చేస్తాము, దీనిని కార్బోనైల్ గ్రూప్ అంటారు, ఇది కర్బన రసాయన శాస్త్రంలో అత్యంత ముఖ్యమైన ఫంక్షనల్ గ్రూప్లలో ఒకటి.

ఆల్డిహైడ్లలో, కార్బోనైల్ గ్రూప్ ఒక కార్బన్ మరియు హైడ్రోజన్కు బంధించబడి ఉంటుంది, అయితే కీటోన్లలో, అది రెండు కార్బన్ పరమాణువులకు బంధించబడి ఉంటుంది. కార్బోనైల్ గ్రూప్ యొక్క కార్బన్ కార్బన్ లేదా హైడ్రోజన్ మరియు హైడ్రాక్సిల్ భాగం (-OH) యొక్క ఆక్సిజన్కు బంధించబడిన కార్బోనైల్ సమ్మేళనాలను కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు అంటారు, అయితే కార్బన్ కార్బన్ లేదా హైడ్రోజన్ మరియు $-\mathrm{NH}_{2}$ భాగం యొక్క నైట్రోజన్కు లేదా హాలోజన్లకు అనుబంధించబడిన సమ్మేళనాలను వరుసగా ఎమైడ్లు మరియు ఎసైల్ హాలైడ్లు అంటారు. ఎస్టర్లు మరియు అన్హైడ్రైడ్లు కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాల ఉత్పన్నాలు. ఈ తరగతుల సమ్మేళనాల సాధారణ సూత్రాలు క్రింద ఇవ్వబడ్డాయి:

ఆల్డిహైడ్లు, కీటోన్లు మరియు కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాలు మొక్కలు మరియు జంతు రాజ్యంలో విస్తృతంగా ఉంటాయి. అవి జీవితం యొక్క జీవరసాయన ప్రక్రియలలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తాయి. అవి ప్రకృతికి సువాసన మరియు రుచిని జోడిస్తాయి, ఉదాహరణకు, వెనిలిన్ (వెనిలా బీన్స్ నుండి), సాలిసైలాల్డిహైడ్ (మీడో స్వీట్ నుండి) మరియు సిన్నమాల్డిహైడ్ (దాల్చిన చెక్క నుండి) చాలా ఆహ్లాదకరమైన సువాసనలను కలిగి ఉంటాయి.

అవి అనేక ఆహార ఉత్పత్తులు మరియు ఔషధాలలో రుచులను జోడించడానికి ఉపయోగించబడతాయి. ఈ కుటుంబాలలో కొన్ని ద్రావకాలుగా ఉపయోగించడానికి (అంటే, అసిటోన్) మరియు అంటుకునే పదార్థాలు, పెయింట్లు, రెసిన్లు, పర్ఫ్యూమ్లు, ప్లాస్టిక్లు, వస్త్రాలు మొదలైన వాటిని తయారు చేయడానికి తయారు చేయబడతాయి.

12.1 కార్బోనైల్ గ్రూప్ యొక్క నామకరణం మరియు నిర్మాణం

12.1.1 నామకరణం

I. ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లు

ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లు సరళమైన మరియు అత్యంత ముఖ్యమైన కార్బోనైల్ సమ్మేళనాలు. ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల నామకరణానికి రెండు వ్యవస్థలు ఉన్నాయి.

(a) సాధారణ పేర్లు

ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లు తరచుగా IUPAC పేర్లకు బదులుగా వాటి సాధారణ పేర్లతో పిలువబడతాయి. చాలా ఆల్డిహైడ్ల సాధారణ పేర్లు సంబంధిత కార్బాక్సిలిక్ ఆమ్లాల సాధారణ పేర్ల నుండి [సెక్షన్ 12.6.1] ఆమ్లం యొక్క ముగింపు -ic ను ఆల్డిహైడ్తో భర్తీ చేయడం ద్వారా ఉద్భవించాయి. అదే సమయంలో, ఆమ్లం లేదా ఆల్డిహైడ్ యొక్క అసలు మూలం కోసం లాటిన్ లేదా గ్రీకు పదాన్ని పేర్లు ప్రతిబింబిస్తాయి. కార్బన్ గొలుసులో ప్రతిక్షేపకం యొక్క స్థానం గ్రీకు అక్షరాలు $\alpha, \beta, \gamma, \delta$, మొదలైనవాటి ద్వారా సూచించబడుతుంది. $\alpha$-కార్బన్ ఆల్డిహైడ్ గ్రూప్కు నేరుగా లింక్ చేయబడినది, $\beta$ కార్బన్ తరువాతిది, మరియు అలాగే కొనసాగుతుంది. ఉదాహరణకు

కీటోన్ల సాధారణ పేర్లు కార్బోనైల్ గ్రూప్కు బంధించబడిన రెండు ఆల్కైల్ లేదా ఆరైల్ గ్రూపులను పేరు పెట్టడం ద్వారా ఉద్భవించాయి. ప్రతిక్షేపకాల స్థానాలు గ్రీకు అక్షరాలు, $\alpha \alpha^{\prime}, \beta \beta^{\prime}$ మరియు మొదలైనవాటి ద్వారా సూచించబడతాయి, ఇవి కార్బోనైల్ గ్రూప్ పక్కన ఉన్న కార్బన్ పరమాణువులతో ప్రారంభమవుతాయి, దీనిని $\alpha \alpha^{\prime}$గా సూచిస్తారు. కొన్ని కీటోన్లకు చారిత్రక సాధారణ పేర్లు ఉన్నాయి, సరళమైన డైమిథైల్ కీటోన్ను అసిటోన్ అంటారు. ఆల్కైల్ ఫినైల్ కీటోన్లు సాధారణంగా ఎసైల్ గ్రూప్ పేరును ఫినోన్ అనే పదానికి ముందు ప్రిఫిక్స్గా జోడించడం ద్వారా పేరు పెట్టబడతాయి. ఉదాహరణకు

(b) IUPAC పేర్లు

తెరిచిన గొలుసు అలిఫాటిక్ ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల IUPAC పేర్లు సంబంధిత ఆల్కేన్ల పేర్ల నుండి ముగింపు –e ను వరుసగా –al మరియు –one తో భర్తీ చేయడం ద్వారా ఉద్భవించాయి. ఆల్డిహైడ్ల విషయంలో, ఆల్డిహైడ్ గ్రూప్ యొక్క కార్బన్ నుండి ప్రారంభించి పొడవైన కార్బన్ గొలుసు నంబరింగ్ చేయబడుతుంది, అయితే కీటోన్ల విషయంలో నంబరింగ్ కార్బోనైల్ గ్రూప్కు దగ్గరగా ఉన్న చివర నుండి ప్రారంభమవుతుంది. ప్రతిక్షేపకాలు వర్ణమాల క్రమంలో కార్బన్ గొలుసులో వాటి స్థానాలను సూచించే సంఖ్యలతో పాటు ప్రిఫిక్స్ చేయబడతాయి. ఇదే చక్రీయ కీటోన్లకు వర్తిస్తుంది, ఇక్కడ కార్బోనైల్ కార్బన్ ఒకటి నంబరింగ్ చేయబడుతుంది. ఆల్డిహైడ్ గ్రూప్ ఒక రింగ్కు అనుబంధించబడినప్పుడు, సైక్లోఆల్కేన్ యొక్క పూర్తి పేరు తర్వాత కార్బాల్డిహైడ్ అనే సఫిక్స్ జోడించబడుతుంది. రింగ్ కార్బన్ పరమాణువుల నంబరింగ్ ఆల్డిహైడ్ గ్రూప్కు అనుబంధించబడిన కార్బన్ పరమాణువు నుండి ప్రారంభమవుతుంది. బెంజీన్ రింగ్పై ఆల్డిహైడ్ గ్రూప్ను కలిగి ఉన్న సరళమైన సుగంధ ఆల్డిహైడ్ పేరు బెంజీన్కార్బాల్డిహైడ్. అయితే, సాధారణ పేరు బెంజాల్డిహైడ్ కూడా IUPAC చే అంగీకరించబడుతుంది. ఇతర సుగంధ ఆల్డిహైడ్లు అందువల్ల ప్రతిక్షేపిత బెంజాల్డిహైడ్లుగా పేరు పెట్టబడతాయి.

కొన్ని ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల సాధారణ మరియు IUPAC పేర్లు టేబుల్ 12.1లో ఇవ్వబడ్డాయి.

టేబుల్ 12.1: కొన్ని ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల సాధారణ మరియు IUPAC పేర్లు

12.1.2 కార్బోనైల్ గ్రూప్ యొక్క నిర్మాణం

కార్బోనైల్ కార్బన్ పరమాణువు $s p^{2}$-హైబ్రిడైజ్డ్ మరియు మూడు సిగ్మా ( $\sigma$ ) బాండ్లను ఏర్పరుస్తుంది. కార్బన్ యొక్క నాల్గవ సంయోజక ఎలక్ట్రాన్ దాని $p$-ఆర్బిటాల్లో మిగిలి ఉంటుంది మరియు ఆక్సిజన్ యొక్క $p$-ఆర్బిటాల్తో అతివ్యాప్తి ద్వారా ఆక్సిజన్తో $\pi$-బాండ్ను ఏర్పరుస్తుంది. అదనంగా, ఆక్సిజన్ పరమాణువు కూడా రెండు నాన్ బాండింగ్ ఎలక్ట్రాన్ జతలను కలిగి ఉంటుంది. ఈ విధంగా, కార్బోనైల్ కార్బన్ మరియు దానికి అనుబంధించబడిన మూడు పరమాణువులు ఒకే సమతలంలో ఉంటాయి మరియు $\pi$-ఎలక్ట్రాన్ మేఘం ఈ సమతలం పైన మరియు క్రింద ఉంటుంది. బాండ్ కోణాలు ట్రైగోనల్ కోప్లానార్ నిర్మాణానికి అనుకూలంగా సుమారు $120^{\circ}$గా ఉంటాయి (ఫిగర్ 12.1).

కార్బన్-ఆక్సిజన్ డబుల్ బాండ్ కార్బన్కు సాపేక్షంగా ఆక్సిజన్ యొక్క ఎక్కువ ఎలక్ట్రోనెగటివిటీ కారణంగా ధ్రువణం చెందుతుంది. అందువల్ల, కార్బోనైల్ కార్బన్ ఒక ఎలక్ట్రోఫిలిక్ (లూయిస్ ఆమ్లం), మరియు కార్బోనైల్ ఆక్సిజన్, ఒక న్యూక్లియోఫిలిక్ (లూయిస్ బేస్) కేంద్రం. కార్బోనైల్ సమ్మేళనాలు గణనీయమైన డైపోల్ మొమెంట్లను కలిగి ఉంటాయి మరియు ఈథర్ల కంటే ధ్రువణంగా ఉంటాయి. కార్బోనైల్ గ్రూప్ యొక్క అధిక ధ్రువణత తటస్థ (A) మరియు డైపోలార్ (B) నిర్మాణాలను కలిగి ఉన్న రెసొనెన్స్ ఆధారంగా వివరించబడింది.

12.2 ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల తయారీ

ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల తయారీకి కొన్ని ముఖ్యమైన పద్ధతులు క్రింది విధంగా ఉన్నాయి:

12.2.1 ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల తయారీ

1. ఆల్కహాల్ల ఆక్సీకరణ ద్వారా

ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లు సాధారణంగా వరుసగా ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ ఆల్కహాల్ల ఆక్సీకరణ ద్వారా తయారు చేయబడతాయి (యూనిట్ 11, క్లాస్ XII).

2. ఆల్కహాల్ల డీహైడ్రోజనేషన్ ద్వారా

ఈ పద్ధతి బాష్పశీల ఆల్కహాల్లకు అనుకూలంగా ఉంటుంది మరియు పారిశ్రామిక అనువర్తనం కలిగి ఉంటుంది. ఈ పద్ధతిలో ఆల్కహాల్ ఆవిరులను భారీ లోహ ఉత్ప్రేరకాలు $(\mathrm{Ag}$ లేదా $\mathrm{Cu})$ పైగా పంపిస్తారు. ప్రాథమిక మరియు ద్వితీయ ఆల్కహాల్లు వరుసగా ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లను ఇస్తాయి (యూనిట్ 11, క్లాస్ XII).

3. హైడ్రోకార్బన్ల నుండి

(i) ఆల్కీన్ల ఓజోనాలిసిస్ ద్వారా: మనకు తెలిసినట్లుగా, ఆల్కీన్ల ఓజోనాలిసిస్ తర్వాత జింక్ ధూళి మరియు నీటితో ప్రతిచర్య ఆల్కీన్ యొక్క ప్రతిక్షేపణ నమూనాపై ఆధారపడి ఆల్డిహైడ్లు, కీటోన్లు లేదా రెండింటి మిశ్రమాన్ని ఇస్తుంది (యూనిట్ 13, క్లాస్ XI).

(ii) ఆల్కైన్ల హైడ్రేషన్ ద్వారా: ఇథైన్కు నీటిని జోడించడం $\mathrm{H_2} \mathrm{SO_4}$ మరియు $\mathrm{HgSO_4}$ సమక్షంలో అసిటాల్డిహైడ్ను ఇస్తుంది. ఈ ప్రతిచర్యలో అన్ని ఇతర ఆల్కైన్లు కీటోన్లను ఇస్తాయి (యూనిట్ 13, క్లాస్ XI).

12.2.2 ఆల్డిహైడ్ల తయారీ

1. ఎసైల్ క్లోరైడ్ (ఆమ్ల క్లోరైడ్) నుండి

ఎసైల్ క్లోరైడ్ (ఆమ్ల క్లోరైడ్) ఉత్ప్రేరకం, బేరియం సల్ఫేట్పై పల్లాడియం పై హైడ్రోజనేషన్ చేయబడుతుంది. ఈ ప్రతిచర్యను రోసెన్మండ్ రిడక్షన్ అంటారు.

2. నైట్రైల్స్ మరియు ఎస్టర్ల నుండి

నైట్రైల్స్ హైడ్రోక్లోరిక్ ఆమ్లం సమక్షంలో స్టానస్ క్లోరైడ్తో సంబంధిత ఇమైన్కు తగ్గించబడతాయి, ఇవి జలవిశ్లేషణపై సంబంధిత ఆల్డిహైడ్ను ఇస్తాయి.

ఈ ప్రతిచర్యను స్టీఫెన్ రియాక్షన్ అంటారు.

ప్రత్యామ్నాయంగా, నైట్రైల్స్ డైఐసోబ్యూటైలాల్యూమినియం హైడ్రైడ్, (DIBAL-H) ద్వారా ఎంపికగా ఇమైన్లకు తగ్గించబడతాయి, తర్వాత జలవిశ్లేషణ ఆల్డిహైడ్లకు దారి తీస్తుంది:

అదేవిధంగా, ఎస్టర్లు కూడా DIBAL-H తో ఆల్డిహైడ్లకు తగ్గించబడతాయి.

3. హైడ్రోకార్బన్ల నుండి

సుగంధ ఆల్డిహైడ్లు (బెంజాల్డిహైడ్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలు) క్రింది పద్ధతుల ద్వారా సుగంధ హైడ్రోకార్బన్ల నుండి తయారు చేయబడతాయి:

(i) మిథైల్బెంజీన్ ఆక్సీకరణ ద్వారా

బలమైన ఆక్సీకరణ కారకాలు టోలూయిన్ మరియు దాని ఉత్పన్నాలను బెంజోయిక్ ఆమ్లాలకు ఆక్సీకరణ చేస్తాయి. అయితే, మిథైల్ సమూహాన్ని మరింత ఆక్సీకరణ చేయడం కష్టమైన ఇంటర్మీడియట్గా మార్చే సరైన కారకాలతో ఆల్డిహైడ్ దశలో ఆక్సీకరణను ఆపడం సాధ్యమే. ఈ ప్రయోజనం కోసం క్రింది పద్ధతులు ఉపయోగించబడతాయి.

(a) క్రోమైల్ క్లోరైడ్ $\left(\mathrm{CrO_2} \mathrm{Cl_2}\right)$ ఉపయోగం: క్రోమైల్ క్లోరైడ్ మిథైల్ సమూహాన్ని క్రోమియం కాంప్లెక్స్కు ఆక్సీకరణ చేస్తుంది, ఇది జలవిశ్లేషణపై సంబంధిత బెంజాల్డిహైడ్ను ఇస్తుంది.

ఈ ప్రతిచర్యను ఎటార్డ్ రియాక్షన్ అంటారు.

(b) క్రోమిక్ ఆక్సైడ్ $\left(\mathrm{CrO_3}\right)$ ఉపయోగం: టోలూయిన్ లేదా ప్రతిక్షేపిత టోలూయిన్ అసిటిక్ అన్హైడ్రైడ్లో క్రోమిక్ ఆక్సైడ్తో చికిత్స చేయడం ద్వారా బెంజిలిడిన్ డైఅసిటేట్గా మార్చబడుతుంది. బెంజిలిడిన్ డైఅసిటేట్ను జల ఆమ్లంతో సంబంధిత బెంజాల్డిహైడ్కు జలవిశ్లేషణ చేయవచ్చు.

(ii) సైడ్ చైన్ క్లోరినేషన్ తర్వాత జలవిశ్లేషణ ద్వారా

టోలూయిన్ యొక్క సైడ్ చైన్ క్లోరినేషన్ బెంజాల్ క్లోరైడ్ను ఇస్తుంది, ఇది జలవిశ్లేషణపై బెంజాల్డిహైడ్ను ఇస్తుంది. ఇది బెంజాల్డిహైడ్ తయారీ యొక్క వాణిజ్య పద్ధతి.

(iii) గాట్టర్మాన్ - కోచ్ ప్రతిచర్య ద్వారా

బెంజీన్ లేదా దాని ఉత్పన్నం కార్బన్ మోనాక్సైడ్ మరియు హైడ్రోజన్ క్లోరైడ్తో నిర్జల అల్యూమినియం క్లోరైడ్ లేదా క్యుప్రస్ క్లోరైడ్ సమక్షంలో చికిత్స చేయబడినప్పుడు, అది బెంజాల్డిహైడ్ లేదా ప్రతిక్షేపిత బెంజాల్డిహైడ్ను ఇస్తుంది.

12.2.3 కీటోన్ల తయారీ

1. ఎసైల్ క్లోరైడ్ల నుండి

గ్రిగ్నార్డ్ కారకంతో కాడ్మియం క్లోరైడ్ ప్రతిచర్య ద్వారా తయారు చేయబడిన డైఆల్కైల్కాడ్మియంతో ఎసైల్ క్లోరైడ్ల చికిత్స కీటోన్లను ఇస్తుంది.

$$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{R}-\mathrm{Mg}-\mathrm{X}+\mathrm{CdCl_2} \longrightarrow \mathrm{R_2} \mathrm{Cd}+2 \mathrm{Mg}(\mathrm{X}) \mathrm{Cl} \end{aligned} $$

$$ \mathrm{2R^\prime}-\underset{\large\mathrm{O}}{\underset{\text{||}}{\mathrm{C}}} - \mathrm{Cl} + \mathrm{R_2Cd} \longrightarrow \mathrm{2R^\prime}-\underset{\large\mathrm{O}}{\underset{\text{||}}{\mathrm{C}}} - \mathrm{R} + \mathrm{CdCl_2} $$

2. నైట్రైల్స్ నుండి

నైట్రైల్ను గ్రిగ్నార్డ్ కారకంతో చికిత్స చేసి తర్వాత జలవిశ్లేషణ కీటోన్ను ఇస్తుంది.

3. బెంజీన్ లేదా ప్రతిక్షేపిత బెంజీన్ల నుండి

బెంజీన్ లేదా ప్రతిక్షేపిత బెంజీన్ నిర్జల అల్యూమినియం క్లోరైడ్ సమక్షంలో ఆమ్ల క్లోరైడ్తో చికిత్స చేయబడినప్పుడు, అది సంబంధిత కీటోన్ను అందిస్తుంది. ఈ ప్రతిచర్యను ఫ్రైడెల్-క్రాఫ్ట్స్ ఎసైలేషన్ ప్రతిచర్య అంటారు.

ఉదాహరణ 12.1 క్రింది రూపాంతరాలను తీసుకురావడానికి కారకాల పేర్లను ఇవ్వండి:

(i) హెక్సాన్-1-ఆల్ నుండి హెక్సానాల్

(ii) సైక్లోహెక్సనాల్ నుండి సైక్లోహెక్సనోన్

(iii) $p$-ఫ్లోరోటోలూయిన్ నుండి

(iv) ఇథేన్నైట్రైల్ నుండి ఇథానాల్ $p$-ఫ్లోరోబెంజాల్డిహైడ్

(v) ఆల్లైల్ ఆల్కహాల్ నుండి ప్రొపెనాల్

(vi) బ్యుట్-2-ఈన్ నుండి ఇథానాల్

సాధన

(i) $\mathrm{C_5} \mathrm{H_5} \mathrm{NH}^{+} \mathrm{CrO_3} \mathrm{Cl}-(\mathrm{PCC})$

(ii) నిర్జల $\mathrm{CrO_3}$

(iii) $\mathrm{CrO_3}$ అసిటిక్ అన్హైడ్రైడ్ సమక్షంలో/

(iv) (డైఐసోబ్యూటైల్)అల్యూమినియం 1.$\mathrm{CrO_2} \mathrm{Cl_2}$ 2. $\mathrm{HOH}$

(v) PCC హైడ్రైడ్ (DIBAL-H)

(vi) $\mathrm{O_3} / \mathrm{H_2} \mathrm{O}-\mathrm{Zn}$ ధూళి

12.3 భౌతిక ధర్మాలు

ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల భౌతిక ధర్మాలు క్రింది విధంగా వివరించబడ్డాయి. మిథానాల్ గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద వాయువు. ఇథానాల్ ఒక బాష్పశీల ద్రవం. ఇతర ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లు గది ఉష్ణోగ్రత వద్ద ద్రవం లేదా ఘనపదార్థం. ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్ల మరుగు స్థానాలు సరిపోల్చదగిన అణు ద్రవ్యరాశి ఉన్న హైడ్రోకార్బన్లు మరియు ఈథర్ల కంటే ఎక్కువ. ఇది డైపోల్-డైపోల్ పరస్పర చర్యల నుండి ఉద్భవించే ఆల్డిహైడ్లు మరియు కీటోన్లలో బలహీనమైన అణు అసోసియేషన్ కారణంగా ఉంటుంది. అలాగే, అంతర అణు హైడ్రోజన్ బంధం లేకపోవడం వలన వాటి మరుగు స్థానాలు సరిపోల్చదగిన అణు ద్రవ్యరాశి ఉన్న ఆల్కహాల్ల కంటే తక్కువగా ఉంటాయి. 58 మరియు 60 అణు ద్రవ్యరాశి కలిగిన క్రింది సమ్మేళనాలు పెరిగే మరుగు స్థానాల క్రమంలో ర్యాంక్ చేయబడ్డాయి.