{{위키데이터 속성 추적}}
'''카보닐화'''({{llang|en|carbonylation}})는 [[유기 화합물|유기]] [[기질 (화학)|기질]] 및 [[무기 화합물|무기]] 기질에 [[카보닐기]](또는 [[일산화 탄소]])를 도입하는 화학적 과정을 의미한다. 일산화 탄소는 풍부하게 이용 가능하고 편리하게 반응하기 때문에 [[공업화학]]에서 [[반응물]]로 널리 사용된다.<ref>{{저널 인용|doi=10.1021/cr010328q|title=Palladium-Catalyzed Reppe Carbonylation |year=2001 |last1=Kiss |first1=Gabor |journal=Chemical Reviews |volume=101 |issue=11 |pages=3435–3456 |pmid=11840990 }}</ref> 카보닐화라는 용어는 또한 [[단백질]] [[곁사슬]]의 [[산화]]를 지칭하기도 한다.

== 유기화학 ==
산업적으로 유용한 몇몇 [[유기 화합물]]은 고도로 선택적인 반응일 수 있는 카보닐화에 의해 제조된다. 카보닐화는 유기 카보닐, 즉 [[알데하이드]], [[카복실산]], [[에스터]]와 같은 [[카보닐기]](C=O)를 포함하고 있는 화합물을 생성한다.<ref name=Ullmann/><ref>Arpe, .J.: ''Industrielle organische Chemie: Bedeutende vor- und Zwischenprodukte'', '''2007''', Wiley-VCH-Verlag, {{ISBN|3-527-31540-3}}</ref> 카보닐화는 하이드로폼일화 및 레페 화학(Reppe chemistry)을 비롯한 여러 유형의 반응들의 기초이다. 이러한 반응에는 [[일산화 탄소]](CO)와 결합하고 활성화시키는 금속 촉매가 필요하다.<ref name="Beller1995">{{저널 인용|doi=10.1016/1381-1169(95)00130-1|last=Beller|first=Matthias|author2=Cornils, B. |author3=Frohning, C. D. |author4= Kohlpaintner, C. W.  |year=1995|title=Progress in hydroformylation and carbonylation|journal= Journal of Molecular Catalysis A: Chemical|volume=104|pages=17–85}}</ref> 이러한 과정은 [[중간생성물]]로 [[전이 금속 아실 착물]]을 포함한다. 이 과정의 대부분은 [[발터 레페]]가 개발했다.

=== 하이드로폼일화 ===
{{본문|하이드로폼일화}}

[[하이드로폼일화]]는 일산화 탄소와 [[수소]]를 불포화 유기 화합물, 일반적으로 [[알켄]]에 첨가하는 것을 수반한다. 일반적인 생성물은 [[알데하이드]]이다.
:RCH=CH<sub>2</sub>  +  H<sub>2</sub>  +  CO  →   RCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CHO
반응에는 일산화 탄소(CO)와 결합하여 중간생성물인 [[금속 카보닐]]을 형성하는 것을 돕는 금속 [[촉매]]가 필요하다. 많은 상업적 [[카복실산]], 즉 [[프로피온산]], [[뷰티르산]], [[발레르산]] 등 뿐만 아니라 많은 상업적 [[알코올]], 즉 [[프로판올]], [[뷰탄올]], [[아밀 알코올]]은 하이드로폼일화에 의해 생성된 알데하이드로부터 유도된다. 이러한 방식으로 하이드로폼일화는 알켄으로부터 산소화물로 전환되는 과정의 관문이다.

=== 탈카보닐화 ===
많은 유기 카보닐 화합물은 [[탈카보닐화]]를 겪는다. 일반적인 변형은 보통 금속 착물에 의해 촉매되는 [[알데하이드]]의 [[알케인]]으로의 전환을 포함한다.<ref>Hartwig, J. F. Organotransition Metal Chemistry, from Bonding to Catalysis; University Science Books: New York, 2010.</ref>
:RCHO   →   RH  + CO
활성이 높거나 범위가 넓은 촉매는 거의 없다.<ref name=kreis>Kreis, M.; Palmelund, A.; Bunch, L.; Madsen, R., "A General and Convenient Method for the Rhodium-Catalyzed Decarbonylation of Aldehydes", Advanced Synthesis & Catalysis 2006, 348, 2148-2154. {{doi|10.1002/adsc.200600228}}</ref>

=== 아세트산 및 아세트산 무수물 ===
카보닐화의 대규모 적용은 [[메탄올]]을 [[아세트산]]으로 전환시키는 [[몬산토 공정]] 및 [[카티바 공정]]이다. 또 다른 주요 산업 공정에서 [[아세트산 무수물]]은 관련된 [[아세트산 메틸]]의 카보닐화에 의해 제조된다.<ref>{{저널 인용|title=Eastman Chemical Company Acetic Anhydride Process|journal=Catalysis Today|author1=Zoeller, J. R.|author2=Agreda, V. H.|year=1992|volume=13|pages=73–91|doi=10.1016/0920-5861(92)80188-S|author3=Cook, S. L.|author4=Lafferty, N. L.|author5=Polichnowski, S. W.|author6=Pond, D. M.}}</ref>

=== 산화적 카보닐화 ===
[[탄산 다이메틸]] 및 [[옥살산 다이메틸]]은 [[일산화 탄소]]와 [[산화제]]를 사용하여 산업적으로 생산되며, 사실상 CO<sup>2+</sup>의 공급원이다.<ref name=Ullmann/>
:2 CH<sub>3</sub>OH  +  1/2 O<sub>2</sub>  +  CO  →  (CH<sub>3</sub>O)<sub>2</sub>CO  +  H<sub>2</sub>O
[[메탄올]]의 [[산화적 카보닐화]]는 과도 카보닐 착물을 형성하는 구리(I) 염에 의해 촉매된다. 알켄의 산화적 카보닐화에는 팔라듐 착물이 사용된다.

=== 하이드로카복실화 및 하이드로에스터화 ===
'''하이드로카복실화'''({{llang|en|hydrocarboxylation}})에서 [[알켄]]과 [[알카인]]은 [[기질 (화학)|기질]]이다. 이 방법은 다음과 같이 [[니켈 카보닐]]을 촉매로 사용하여 에틸렌으로부터 [[프로피온산]]을 생산하기 위해 산업적으로 사용된다.<ref name=Ullmann>{{ Ullmann | author = W. Bertleff |author2=M. Roeper |author3=X. Sava | title = Carbonylation | doi = 10.1002/14356007.a05_217 }}</ref>
:RCH=CH<sub>2</sub>  +  H<sub>2</sub>O  +  CO    →   RCH<sub>2</sub>CH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub>H
[[이부프로펜]]의 산업적 합성에서 [[벤질 알코올]]은 다음과 같이 [[팔라듐]] 촉매 카보닐화를 통해 상응하는 [[카복실산|아릴아세트산]]으로 전환된다.<ref name=Ullmann/>
:ArCH(CH<sub>3</sub>)OH  +  CO   →   ArCH(CH<sub>3</sub>)CO<sub>2</sub>H
[[아크릴산]]은 한때 주로 [[아세틸렌]]의 하이드로카복실화를 통해 제조되었다.<ref>{{Ullmann|author=Takashi Ohara, Takahisa Sato, Noboru Shimizu, Günter Prescher Helmut Schwind, Otto Weiberg, Klaus Marten, Helmut Greim|title=Acrylic Acid and Derivatives|year=2003|doi= 10.1002/14356007.a01_161.pub2}}</ref>
{|
|[[파일:Acrylic acid synthesis from acethylene.png|400px|섬네일|왼쪽|"레페 화학"을 사용한 아크릴산의 합성. 금속 촉매를 필요로 한다.]]
|}
그러나 오늘날 아크릴산 제조에 대한 선호되는 경로는 저렴한 비용과 [[알릴]] C-H 결합의 높은 반응성을 이용하는 [[프로펜]]의 산화를 수반한다.

[[하이드로에스터화]]는 하이드로카복실화와 유사하지만 물 대신 알코올을 사용한다.<ref>El Ali, B.; Alper, H. "Hydrocarboxylation and hydroesterification reactions catalyzed by transition metal complexes" In Transition Metals for Organic Synthesis, 2nd ed.; Beller, M., Bolm, C., Eds.; Wiley-VCH:Weinheim, 2004. {{ISBN|978-3-527-30613-8}}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Ahmad|first1=Shahbaz|last2=Lockett|first2=Ashley|last3=Shuttleworth|first3=Timothy A.|last4=Miles-Hobbs|first4=Alexandra M.|last5=Pringle|first5=Paul G.|last6=Bühl|first6=Michael|date=2019-04-17|title=Palladium-catalysed alkyne alkoxycarbonylation with P,N-chelating ligands revisited: a density functional theory study|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2019/cp/c9cp01471c|journal=Physical Chemistry Chemical Physics|language=en|volume=21|issue=16|pages=8543–8552|doi=10.1039/C9CP01471C|pmid=30957820|bibcode=2019PCCP...21.8543A|hdl=10023/19712|s2cid=102347387|issn=1463-9084}}</ref><ref name="pubs.rsc.org">{{저널 인용|last1=Ahmad|first1=Shahbaz|last2=Bühl|first2=Michael|date=2021-08-04|title=Computational modelling of Pd-catalysed alkoxycarbonylation of alkenes and alkynes|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/cp/d1cp02426d|journal=Physical Chemistry Chemical Physics|language=en|volume=23|issue=30|pages=15869–15880|doi=10.1039/D1CP02426D|pmid=34318843|bibcode=2021PCCP...2315869A|s2cid=236472958|issn=1463-9084}}</ref><ref>{{저널 인용|last1=Ahmad|first1=Shahbaz|last2=Bühl|first2=Michael|date=2019|title=Design of a Highly Active Pd Catalyst with P,N Hemilabile Ligands for Alkoxycarbonylation of Alkynes and Allenes: A Density Functional Theory Study|url=https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/chem.201902402|journal=Chemistry – A European Journal|language=en|volume=25|issue=50|pages=11625–11629|doi=10.1002/chem.201902402|pmid=31322770|hdl=10023/20461|s2cid=197665216|issn=1521-3765}}</ref><ref name="ReferenceA">{{저널 인용|last1=Ahmad|first1=Shahbaz|last2=Crawford|first2=L. Ellis|last3=Bühl|first3=Michael|date=2020-11-04|title=Palladium-catalysed methoxycarbonylation of ethene with bidentate diphosphine ligands: a density functional theory study|url=https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/cp/d0cp04454g|journal=Physical Chemistry Chemical Physics|language=en|volume=22|issue=42|pages=24330–24336|doi=10.1039/D0CP04454G|pmid=33104152|bibcode=2020PCCP...2224330A|s2cid=225072802|issn=1463-9084}}</ref> 이 반응은 다음과 같이 [[에틸렌]]으로부터 [[프로피온산 메틸]]을 생산하는 데 사용된다.<ref name="ReferenceA"/><ref name="pubs.rsc.org"/>
:C<sub>2</sub>H<sub>4</sub>  +  CO  +  MeOH   →  CH<sub>3</sub>CH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub>Me
이 과정은 [[헤르만 촉매]]인 Pd[C<sub>6</sub>H<sub>4</sub>(CH<sub>2</sub>PBu-t)<sub>2</sub>]<sub>2</sub>에 의해 촉매된다. 유사한 조건에서 다른 팔라듐-다이포스핀은 [[폴리케톤|폴리에틸렌케톤]]의 형성을 촉매한다.

=== 기타 반응 ===
[[코흐 반응]]은 금속 촉매에 의존하지 않는 하이드로카복실화 반응의 특별한 경우이다. 대신 이 과정은 [[황산]]이나 [[인산]]과 [[삼플루오린화 붕소]]의 조합과 같은 강산에 의해 촉매된다. 이 반응은 단순 알켄에는 덜 적용된다. [[글리콜산]]의 산업적 합성은 다음과 같은 방식으로 이루어진다.<ref>Karlheinz Miltenberger, "Hydroxycarboxylic Acids, Aliphatic" in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry, Wiley-VCH: Weinheim, 2003.</ref>
:CH<sub>2</sub>O  +  CO  + H<sub>2</sub>O  →  HOCH<sub>2</sub>CO<sub>2</sub>H
[[아이소뷰틸렌]]의 [[피발산]]으로의 전환은 다음과 같다.
:Me<sub>2</sub>C=CH<sub>2</sub>  +  H<sub>2</sub>O  +  CO    →   Me<sub>3</sub>CCO<sub>2</sub>H

알킬, 벤질, 비닐, 아릴 및 알릴 할라이드는 또한 일산화 탄소 및 [[망가니즈]], [[철]] 또는 [[니켈]] 분말과 같은 적합한 촉매의 존재 하에 카보닐화될 수 있다.<ref>{{서적 인용|author1=Riemenschneider, Wilhelm |author2=Bolt, Hermann|title=Esters, Organic|journal=Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry|year=2000|page=10|doi=10.1002/14356007.a09_565|isbn=978-3527306732}}</ref>

== 무기화학에서의 카보닐화 ==
{{본문|금속 카보닐}}

[[화학식]] M(CO)<sub>x</sub>L<sub>y</sub> (M = 금속, L = 기타 [[리간드]])을 갖는 화합물인 [[금속 카보닐]]은 [[전이 금속]]의 카보닐화에 의해 제조된다. 철과 니켈 분말은 CO와 직접적으로 반응하여 각각 Fe(CO)<sub>5</sub>와 Ni(CO)<sub>4</sub>를 생성한다. 대부분의 다른 금속은 산화물이나 할로젠화물과 같이 덜 직접적으로 카보닐을 형성한다. 금속 카보닐은 위에서 논의 한 하이드로폼일화 및 레페 공정에서 촉매로 널리 사용된다.<ref>Elschenbroich, C. ”Organometallics” (2006) Wiley-VCH: Weinheim. {{ISBN|978-3-527-29390-2}}</ref> CO 리간드를 포함하는 [[무기 화합물]]은 또한 종종 [[유기광화학|광화학 반응]]을 통해 [[탈카보닐화]]를 겪을 수 있다.

== 같이 보기 ==
* [[카보닐기]]
* [[탈카보닐화]]
* [[카복실화]]

== 각주 ==
{{각주}}

[[분류:화학 반응]]
[[분류:일산화 탄소]]