Aldehydy i ketony : właściwości i nazewnictwo

1. Aldehydy i ketony : mnemotechnika

Aldehydy i ketony to dział, który na maturze został potraktowany najbardziej po macoszemu ze wszystkich organicznych, maturalnych działów. Zresztą wystarczy powiedzieć, że opracowałem je dla Was w jeden dzień. Jak już wiecie, z reguły podstawa programowa jest odwrotnie proporcjonalna do prawdziwej chemii, że tak to ujmę, co oznacza że akurat aldehydy i ketony to bardzo ważna grupa związków, które spotyka się właściwie w każdej syntezie organicznej. Powiem więcej, aldehydy i ketony to najczęściej spotykane typy związków organicznych zarówno w przyrodzie i przemyśle, dlatego wiedza o nich na maturze jest najmniej wymagana. Matura jest idiotyczna, to chcę powiedzieć.

Ale spokojnie, omawiamy tylko to, co trzeba. Czym są aldehydy i ketony? Można powiedzieć, że to takie utlenione alkohole pierwszorzędowe (aldehydy) i drugorzędowe (ketony). To się zawsze myli, dlatego od razu spieszę z mnemotechniką.

Aldehydy i ketony. Aldehydy mają w swojej nazwie literkę ,,h” , którą możemy skojarzyć z atomem wodoru, bo tylko tym różnią się od ketonów!

A więc tak, zarówno aldehydy jak i ketony posiadają grupę karbonylową (C=O), która jest najważniejszą grupą funkcyjną w całej chemii organicznej, serio[1]. Aldehydy mają do tego węgla dołączony atom wodoru, natomiast w ketonie nie ma tego atomu wodoru i tym się różnią.

Skoro już powiedzieliśmy, że aldehydy i ketony to takie utlenione alkohole to od razu wiemy jakie będą metody ich otrzymywania! Otrzymywanie aldehydów i ketonów już było, tylko wcześniej nie znaliśmy tych nazw. Jednocześnie możemy się domyślić, że aldehydy i ketony będą ulegały reakcji odwrotnej, czyli redukcji do alkoholi (np. z użyciem wodoru). 

Otrzymywanie aldehydów i ketonów już było, tylko wcześniej nie znaliśmy tych nazw

Zapiszemy dwie przykładowe w pełni zbilansowane reakcje otrzymywania aldehydu i ketonu.

CH3CH2OH + CuO ⟶ CH3CHO + Cu + H2O

3CH3CH(OH)CH3 + K2Cr2O7 + 4H2SO4 ⟶ 3CH3COCH3 + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7H2O

3CH3CH(OH)CH3 + Cr2O72ー + 8H+ ⟶ 3CH3COCH3 + 2Cr3+ + + 7H2O

Druga reakcja (z chromem) jest zdecydowanie ,,trudniejsza”, dlatego zapisałem ją w formie cząsteczkowej, jonowej skróconej, a teraz jeszcze zapiszę reakcje połówkowe.

utlenianie  :  CH3CH(OH)CH3 ⟶ CH3COCH3 + 2H+  + 2e    

  redukcja  :  Cr2O72ー + 14H+ + 6e ⟶ 2Cr3+ + 7H2O

2. Aldehydy i ketony : nazewnictwo

Pamiętaj, że do nazewnictwa związków organicznych prawie zawsze masz już wskazówkę zawartą bezpośrednio w nazwie grupy funkcyjnej! Czyli aldehydy będą miały końcówkę −al , a ketony będą miały końcówkę −on .

AldehydMetanalEtanalPropanalButanal
Wzór półstrukturalnyCH2OCH3CHOCH3CH2CHOCH3CH2CH2CHO
KetonPropanonButanon
Wzór półstrukturalnyCH3COCH3CH3CH2COCH3
Aldehydy i ketony : nazewnictwo jest całkiem logiczne, jeśli tylko uważnie patrzysz na nazwę grupy funkcyjnej

Zauważ, że nie istnieje cząsteczka metanonu czy etanonu, bo ketony zaczyną się od trzech atomów węgla (musimy mieć przecież grupę karbonylową i dwa podstawniki organiczne R, co daje 1 + 2 węgle jako minimum).

W przypadku ketonów od pentanonu pojawia się drobna komplikacja, ponieważ grupę karbonylową (C=O) możemy umieścić w różnym miejscu łańcucha. To dokładnie taka sama sytuacja jak z alkenami, gdzie wiązanie C=C mogło też być w różnym miejscu łańcucha węglowego. Wtedy zaznaczyliśmy to numerkiem np. pent−2−en i tak samo będzie tutaj, np. pentan−2−on.

Nazewnictwo ketonów przede wszystkim polega na tym, aby cyferką oznaczyć, gdzie znajduje się grupa karbonylowa.

W tabelce wyżej pojawił się propanon oraz butanon i tutaj akurat nie ma potrzeby podawania cyferek (ale oczywiście nie jest błędem, żeby napisać np. butan−2−on), ponieważ jest tylko jedna możliwość umiejscowienia grupy karbonylowej (analogicznie jak w propenie, gdzie jest tylko jedna możliwość umiejscowienia wiązania podwójnego).

➦ Jeśli pojawiają się podstawniki (fluorowce, czy grupy metylowe, etylowe itp.) to pierwszeństwo w numeracji ma aldehyd/keton, a dopiero potem podstawniki. Oczywiście jak zawsze staramy się, aby wszystko miało jak najniższe cyferki.

Nazewnictwo aldehydów i ketonów właściwie niczym nie odbiega od nazewnictwa, które już dotąd poznaliśmy. Reguły gry pozostają takie same.

I na koniec influencerzy wśród aldehydów i ketonów, których musisz znać z nazwy własnej. Bo są tacy ważni i tacy znani!

Nazwy własne najważniejszych aldehydów i ketonów

3. Aldehydy i ketony : właściwości

Przede wszystkim, w aldehydach i ketonach występuje grupa karbonylowa, która nadaje im kluczowych właściwości. Wiązanie C=O jest spolaryzowane, co oznacza że mamy tutaj możliwość tworzenia wiązań wodorowych z cząsteczkami wody (ale nie pomiędzy sobą), co będzie wpływało na wyższą temperaturę wrzenia aldehydów i ketonów.

Jako że, aldehydy i ketony nie tworzą wiązań wodorowych między sobą (nie ma wodoru połączonego z tlenem, jest tylko węgiel), to ich temperatury wrzenia będą niższe niż alkoholi, które to łączyły się wiązaniami wodorowymi same ze sobą i jeszcze z wodą.

Powyżej mamy porównanie tworzenia wiązań wodorowych w alkoholach i ketonach/aldehydach. W aldehydach niech Cię nie zmyli wiązanie CーH , węgiel jest za mało elektroujemny na takie zabawy. Wodór musi być połączony z silnie elektroujemnym pierwiastkiem, np. N, O, F.

W tabeli zestawiłem temperatury wrzenia dla kilku alkoholi oraz aldehydów i ketonów. Pamiętaj, że jeśli porównujemy temperatury wrzenia to staramy się porównywać związki o zbliżonej masie molowej, bo to też czynnik, który wpływa na temperaturę. Podano dwa węglowodory (metan i propan) jako punkty porównawcze:

Związekmetanmetanolmetanalpropanpropanolpropanalpropanon
WzórCH4CH3OHCH2OCH3CH3CH3CH3CH3CH2OHCH3CH2CHOCH3COCH3
Temperatura
wrzenia (℃)
− 16265−19−42974956
Temperatury wrzenia dla wybranych węglowodorów, alkoholi, aldehydów/ketonów

Aldehydy i ketony będą ulegać najczęściej reakcjom addycji nukleofilowej. To nowy dla nas typ reakcji. Skoro będzie to addycja, to oznacza, że będzie pękać wiązanie podwójne C=O , a do węgla i tlenu dołączą się jakieś atomy. Atom węgla w ketonach i aldehydach pełni rolę centrum elektrofilowego, a zatem będzie się do niego dołączał jakiś nukleofil, stąd sumarycznie cały proces będzie się nazywał addycją nukleofilową. Porównamy to na alkenach.

Addycja elektrofilowa i nukleofilowa : porównanie

Na osobne omówienie zasługują jeszcze formaldehyd oraz aceton.

Formaldehyd (metanal)Aceton (propanon)
HCHO = CH2OCH3COCH3
Stosowany do utrwalania
preparatów biologicznych.
Jego zapach zryje Ci banię
podczas studiowania medycyny
(I rok anatomii = formaldehyd).
Stosowany jako zmywacz
do paznokci.

[1] Jakakolwiek cząsteczka, która posiada fragment C=O w swojej budowie ma właśnie grupę karbonylową. Zatem będą to także kwasy karboksylowe (COOH), estry (COO), amidy (CON) i wiele, wiele innych. 

Leave a Reply

%d bloggers like this: