Carbonyl compounds - carbonyl compounds

(1) A compound that has a divalent carbonyl group =O. Many organic compounds are known to have carbonyl groups, including aldehydes, ketones, carboxylic acids, acid chlorides, acid bromides, carboxylic acid amides, and carboxylic acid esters. Among these, aldehydes and ketones are the ones that most clearly exhibit the properties unique to the carbonyl group, so in the narrow sense, aldehydes and ketones are also called carbonyl compounds. Common reactions of aldehydes and ketones include the reaction with hydroxylamine to produce oximes, the reaction with substituted hydrazines to produce hydrazones, and the reaction with semicarbazide to produce semicarbazones. Reagents such as hydroxylamine, substituted hydrazines, and semicarbazides are collectively referred to as carbonyl reagents. In addition to these reactions, addition reactions to carbonyl groups are also known, and the addition of hydrogen cyanide to produce cyanohydrins and the formation of solid adducts with sodium hydrogen sulfite are also common reactions of aldehydes and ketones. None of these reactions occur with carboxylic acids and their esters or amides. The production methods and uses of carbonyl compounds vary depending on the type. Inorganic compounds such as phosgene also belong to this category.

(2) Complex compounds with carbonyl (CO) as a ligand. They are sometimes called metal carbonyls or simply carbonyls. Metal carbonyls are generally flammable liquids or solids that are insoluble in water but soluble in organic solvents. Liquid metal carbonyls such as nickel carbonyl (officially called nickel tetracarbonyl(0)), Ni(CO) ₄ , and iron pentacarbonyl, Fe(CO) ₅ , are extremely toxic and can be fatal even if their vapors are inhaled, so they must be handled with care.

There are various methods for synthesizing metal carbonyl compounds, but the simplest is to obtain them by the direct reaction of the metal with carbon monoxide. For example, nickel carbonyl is produced by reacting finely powdered activated nickel with carbon monoxide at room temperature and pressure.

Iron pentacarbonyl can also be synthesized by a similar method. Many other synthesis methods are known, including the reaction of metal carbonates or chlorides with reducing agents and carbon monoxide.

Metal carbonyls include nickel carbonyl Ni(CO) ₄ , which is used as a catalyst for the carbonylation of acetylene, known as the Reppe reaction, and cobalt carbonyl _Co2 (CO) ₈ and rhodium carbonyl _Rh2 (CO) ₈ , which are useful catalysts for organic synthesis using carbon monoxide as a raw material. The metals obtained by the decomposition of metal carbonyls are of extremely high purity, so they are also used to produce high-purity iron and nickel.

[Masahiro Hirota]

"Organic Chemistry, edited by Yoshio Umezawa, Koichi Ohno, and Takahito Takeuchi (1998, Iwanami Shoten) " "Basic Organic Chemistry, written by Koichiro Ohshima (2000, Tokyo Kagaku Dojin)" "Saul Patai, The chemistry of the carbonyl group (1966, Interscience Publishers, London and New York)"

Source: Shogakukan Encyclopedia Nipponica About Encyclopedia Nipponica Information | Legend

(1)2価の基であるカルボニル基=Oをもつ化合物。カルボニル基をもつ化合物としてはアルデヒド、ケトン、カルボン酸、酸塩化物、酸臭化物、カルボン酸アミド、カルボン酸エステルなど多くの有機化合物が知られている。このうちでも、アルデヒドとケトンはカルボニル基に特有な性質をもっとも顕著に示すので、狭義にはアルデヒドとケトンのことをカルボニル化合物とよぶ場合もある。アルデヒドとケトンに共通な反応としては、ヒドロキシルアミンとの反応によるオキシムの生成、置換ヒドラジンとの反応によるヒドラゾンの生成、セミカルバジドとの反応によるセミカルバゾンの生成がある。ヒドロキシルアミン、置換ヒドラジン、セミカルバジドなどの試薬をカルボニル試薬と総称している。これらの反応のほかに、カルボニル基への付加反応も知られていて、シアン化水素の付加によるシアノヒドリンの生成、亜硫酸水素ナトリウムとの固体付加物の生成もアルデヒドとケトンに共通な反応である。これらの反応はいずれも、カルボン酸とそのエステル、アミドなどではおこらない。カルボニル化合物の製法、用途はその種類により異なる。このほかにホスゲンなどの無機化合物もこの類に属する。

(2)配位子としてのカルボニル(CO)をもつ錯化合物（錯体）。金属カルボニルまたは単にカルボニルとよばれることもある。金属カルボニルは、一般に可燃性の液体または固体であり、水には溶けないが有機溶媒には溶ける。液体の金属カルボニルであるニッケルカルボニル（正式の名称はテトラカルボニルニッケル(0)）Ni(CO)₄やペンタカルボニル鉄Fe(CO)₅は毒性がきわめて強く、蒸気を吸入しても死に至ることがあるので取扱いには注意を要する。

　金属カルボニル化合物の合成法はいろいろ知られているが、もっとも簡単な場合には金属と一酸化炭素との直接の反応により得られる。たとえば、細かく粉にした活性なニッケルに常温加圧下で一酸化炭素を反応させるとニッケルカルボニルを生成する。

　同様な方法により、ペンタカルボニル鉄も合成できる。このほかに、金属炭酸塩や金属塩化物と還元剤とを一酸化炭素と反応させる合成法も多く知られている。

　金属カルボニルの用途としては、レッペ反応として知られているアセチレンのカルボニル化の触媒としてニッケルカルボニルNi(CO)₄が用いられるほか、コバルトカルボニルCo₂(CO)₈やロジウムカルボニルRh₂(CO)₈も一酸化炭素を原料とする有機合成の触媒として有用である。金属カルボニルの分解により得られる金属はきわめて純度が高いので、高純度の鉄、ニッケルの製造にも利用される。

［廣田　穰］

『梅沢喜夫・大野公一編、竹内敬人編著『有機化学』（1998・岩波書店）』▽『大嶌幸一郎著『基礎有機化学』（2000・東京化学同人）』▽『Saul PataiThe chemistry of the carbonyl group（1966, Interscience Publishers, London and New York）』

出典　小学館　日本大百科全書(ニッポニカ)日本大百科全書(ニッポニカ)について　情報 | 凡例