Ketóny

Štruktúra, vzorce a názvy ketónov

Štruktúra

Ketóny sú organické zlúčeniny so skupinou =C=O vo svojej štruktúre, nazývané karbonylová alebo ketónová skupina. Uhlík v organických zlúčeninách je vždy štvormocný, takže ku karbonylovej skupine sú pripojené dva alkyly. Alkyly môžu byť rovnaké alebo rôzne. V prvom prípade je všeobecný vzorec ketónu ROR, zatiaľ čo v druhom prípade je to _R1 – _OR2 , kde R znamená alkylovú skupinu. Okrem zlúčenín obsahujúcich jednu ketónovú skupinu existujú aj zlúčeniny s dvoma ketónovými skupinami (diketóny), ako aj zlúčeniny so zložitejšou štruktúrou. Pri analýze štruktúry ketónov je ľahké vidieť, že jeden vzorec možno odvodiť z propanónu ( _{najjednoduchší} ketón, _C3H6O ). Podobne sa to dá urobiť aj z nasledujúceho, teda butanónu. Avšak ďalší, pentanón, má dva izoméry. Ketóny sa vyznačujú izomériou súvisiacou s polohou karbonylovej skupiny v reťazci.

Ketónová nomenklatúra

Ketóny sa získavajú priamo zo zodpovedajúcich alifatických uhľovodíkov . V reťazci sú dva atómy vodíka spojené so sekundárnym atómom uhlíka substituované jedným atómom kyslíka. Na pomenovanie daného ketónu sa väčšinou používajú systematické názvy, v niektorých prípadoch však prevládajú bežné názvy. Napríklad propanón je známy ako dimetylketón, pretože má dve metylové skupiny spojené karbonylovou skupinou. Bežne je propanón známy ako acetón a tento názov je v jeho prípade dominantný. Ďalší, butanón, je metyletylketón. Je obvyklé uvádzať názvy nasledujúcich ketónov, pričom sa berú do úvahy alkyly spojené so skupinou =C=O. S predlžovaním reťazca však narastá počet jeho izomérov, a tým sa názvoslovie stáva čoraz komplikovanejším. Podobne ako alifatické uhľovodíky, alkoholy alebo aldehydy, aj ketóny tvoria homológny rad. Prvých osem je propanón, butanón, pentanón, hexanón, heptanón, oktanón, nonanón a dekanón.

Výroba a reakcie ketónov

Ketóny sa môžu vyrábať jedným z nasledujúcich spôsobov:

• oxidácia sekundárnych alkoholov,
• hydrolýza dihalogénových derivátov,
• alkínová hydratácia,
• Friedel-Craftsova acylácia,
• špecifické metódy pre vybrané ketóny, napr. zahrievanie etanoátu vápenatého.

Chemické reakcie, ktorým ketóny podliehajú, súvisia predovšetkým s ketónovou skupinou a atómom kyslíka, ktorý obsahuje. Typickým znakom tejto skupiny organických zlúčenín je výnimočná odolnosť voči oxidačným činidlám. Ketoskupina sa však ľahko redukuje rôznymi činidlami, napr. vodíkom v prítomnosti katalyzátorov. Redukčná reakcia v ketónoch je opačná ako oxidačná reakcia sekundárnych alkoholov. Na molekulu ketónu je tiež možné pripojiť inú zlúčeninu, napr. kyanovodík. Príkladom reakcie, ktorej sa zúčastňuje iba atóm kyslíka karbonylovej skupiny, je reakcia s hydroxylamínom (derivát amoniaku). Uvoľňuje sa takzvaný ketoxím a molekula vody. Podobné reakcie sa používajú v organickej syntéze alebo na identifikáciu ketónov. Karbonylová skupina nereaguje vždy priamo. Sú známe interakcie ketónov, napr. s atómami chlóru , kde atómy vodíka spojené s uhlíkom susediacim s ketónovou skupinou (v polohe alfa) podliehajú substitúcii za vzniku derivátu chlóru. Pomerne ľahko reagujú ketóny aj medzi sebou alebo s inými zlúčeninami obsahujúcimi skupinu =C=O, napr. s aldehydmi . Reaktivita týchto zlúčenín, napr. kondenzácia, je spôsobená ľahkosťou, s akou sa ketóny premieňajú na nenasýtené alkoholy nazývané enoly.

Vlastnosti ketónov

Ketónová skupina je zodpovedná za ich kľúčové vlastnosti. Napriek prítomnosti silne elektronegatívneho atómu kyslíka, ketóny medzi sebou netvoria vodíkové väzby, pretože nemajú atóm vodíka viazaný na kyslík. Môžu vytvárať vodíkové väzby iba s molekulami vody. To priamo ovplyvňuje ich vysoké body varu. Tieto teploty sú však nižšie v porovnaní s teplotami zodpovedajúcich alkoholov. Ich prchavosť je značne ovplyvnená ich molárnou hmotnosťou a tvarom molekuly. Propanón a iné ketóny s krátkym reťazcom sú kvapaliny. Tie s veľkým počtom atómov uhlíka sú pevné látky. Je tiež potrebné pripomenúť, že ketóny nedávajú pozitívny Tollensov a Trommerov test. Jodoformový test je charakteristický pre ketóny.

Acetón ako najdôležitejší ketón

Najjednoduchší z nich, propanón, bežne nazývaný acetón, je najdôležitejším predstaviteľom tejto skupiny zlúčenín. Jeho ďalšie názvy sú dimetylketón, dimetylketón alebo propán-2-ón. Karbonylová skupina v tejto zlúčenine je spojená s dvoma metylovými skupinami. V priemysle sa acetón získava vo veľkých množstvách rôznymi spôsobmi. Môže sa získať reakciou acetylénu s vodou, po ktorej nasleduje oxidácia s použitím vhodných katalyzátorov. Ďalší spôsob je založený na fermentačných procesoch roztokov obsahujúcich cukry (napr. repný cukor) baktériami. Mikroorganizmy vykonávajú butanol-acetónovú fermentáciu. Okrem acetónu tento proces produkuje aj malé množstvo etanolu . V petrochemickom priemysle sa z propylénu získava veľké množstvo acetónu. V tomto procese sa propylén najskôr premení na izopropylalkohol, ktorý sa potom podrobí katalytickej dehydrogenácii na acetón. Existuje aj spôsob získavania propanónu z kuménu (izopropylbenzén). Význam acetónu je spôsobený jeho fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami. Je to horľavá zlúčenina, miešateľná s vodou v akomkoľvek pomere. Veľmi dobre sa rozpúšťa v alkoholoch a iných organických rozpúšťadlách . Je to veľmi dobré rozpúšťadlo pre oleje, živice a iné látky. Jeho relatívne nízky bod varu z neho robí prchavú zlúčeninu. Treba však poznamenať, že zmes jeho pár so vzduchom je výbušná a jeho vdýchnutie je nebezpečné pre ľudské zdravie. Z tohto dôvodu je potrebné venovať osobitnú pozornosť práci s touto zlúčeninou. Aplikácia acetónu:

• spracovanie polymérov,
• čistiace prostriedky,
• kozmetické výrobky,
• možno ho použiť ako rozpúšťadlo,
• výroba a spracovanie gumových výrobkov,
• nátery.