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.
A więcej takich sympatycznych mnemotechnik znajdziesz tutaj : Mapy Maturalne.
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).
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ー
redukcja : Cr2O72ー + 14H+ + 6eー ⟶ 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 .
| Aldehyd | Metanal | Etanal | Propanal | Butanal |
| Wzór półstrukturalny | CH2O | CH3CHO | CH3CH2CHO | CH3CH2CH2CHO |
| Keton | ー | ー | Propanon | Butanon |
| Wzór półstrukturalny | ー | ー | CH3COCH3 | CH3CH2COCH3 |
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.
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.
I na koniec influencerzy wśród aldehydów i ketonów, których musisz znać z nazwy własnej. Bo są tacy ważni i tacy znani!
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.
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:
| Związek | metan | metanol | metanal | propan | propanol | propanal | propanon |
| Wzór | CH4 | CH3OH | CH2O | CH3CH3CH3 | CH3CH3CH2OH | CH3CH2CHO | CH3COCH3 |
| Temperatura wrzenia (℃) | − 162 | 65 | −19 | −42 | 97 | 49 | 56 |
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.
Na osobne omówienie zasługują jeszcze formaldehyd oraz aceton.
| Formaldehyd (metanal) | Aceton (propanon) |
| HCHO = CH2O | CH3COCH3 |
| 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.
