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 + Cr₂O₇^2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  :  Cr₂O₇^2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.