Ketony

Struktura, vzorce a názvy ketonů

Struktura

Ketony jsou organické sloučeniny se skupinou =C=O ve své struktuře, nazývané karbonylová nebo ketonová skupina. Uhlík v organických sloučeninách je vždy čtyřvazný, takže ke karbonylové části jsou připojeny dva alkyly. Alkyly mohou být stejné nebo různé. V prvním případě je obecný vzorec ketonu ROR, zatímco ve druhém případě je to _R1 – _OR2 , kde R znamená alkylovou skupinu. Kromě sloučenin obsahujících jednu ketonovou skupinu existují také sloučeniny se dvěma ketonovými skupinami (diketony) a také sloučeniny se složitější strukturou. Při analýze struktury ketonů je snadné vidět, že jeden vzorec lze odvodit z propanonu (nejjednodušší keton, C ₃ H ₆ O). Podobně to jde udělat i z dalšího, tedy butanonu. Nicméně další, pentanon, má dva izomery. Ketony se vyznačují izomerií související s polohou karbonylové skupiny v řetězci.

Ketonová nomenklatura

Ketony jsou odvozeny přímo z odpovídajících alifatických uhlovodíků . V řetězci jsou dva atomy vodíku spojené se sekundárním atomem uhlíku substituovány jedním atomem kyslíku. K pojmenování daného ketonu se většinou používají systematické názvy, ale v některých případech převažují názvy běžné. Například propanon je známý jako dimethylketon, protože má dvě methylové skupiny spojené karbonylovou skupinou. Propanon je běžně známý jako aceton a tento název je v jeho případě dominantní. Další, butanon, je methylethylketon. Je obvyklé uvádět názvy následujících ketonů, přičemž se berou v úvahu alkyly připojené ke skupině =C=O. S prodlužováním řetězce se však zvyšuje počet jeho izomerů, a tím je názvosloví stále složitější. Podobně jako alifatické uhlovodíky, alkoholy nebo aldehydy tvoří ketony homologní řadu. Prvních osm je propanon, butanon, pentanon, hexanon, heptanon, oktanon, nonanon a dekanon.

Výroba a reakce ketonů

Ketony lze vyrábět jedním z následujících způsobů:

• oxidace sekundárních alkoholů,
• hydrolýza dihalogenových derivátů,
• alkynová hydratace,
• Friedel-Craftsova acylace,
• specifické metody pro vybrané ketony, např. ohřev etanoátu vápenatého.

Chemické reakce, které ketony podstupují, souvisejí především s ketonovou skupinou a atomem kyslíku, který obsahuje. Typickým znakem této skupiny organických sloučenin je mimořádná odolnost vůči oxidačním činidlům. Ketoskupina se však snadno redukuje různými činidly, např. vodíkem v přítomnosti katalyzátorů. Redukční reakce v ketonech je opačná než oxidační reakce sekundárních alkoholů. Na molekulu ketonu je také možné připojit další sloučeninu, např. kyanovodík. Příkladem reakce, které se účastní pouze atom kyslíku karbonylové skupiny, je reakce s hydroxylaminem (derivát amoniaku). Uvolňuje se tzv. ketoxim a molekula vody. Podobné reakce se používají v organické syntéze nebo k identifikaci ketonů. Karbonylová skupina nereaguje vždy přímo. Jsou známé interakce ketonů např. s atomy chloru , kdy atomy vodíku navázané na uhlík sousedící s ketonovou skupinou (v poloze alfa) podléhají substituci za vzniku derivátu chloru. Poměrně snadno reagují ketony také mezi sebou nebo s jinými sloučeninami obsahujícími skupinu =C=O, např. s aldehydy . Reaktivita těchto sloučenin, např. kondenzace, je způsobena snadností, s jakou se ketony převádějí na nenasycené alkoholy zvané enoly.

Vlastnosti ketonů

Ketonová skupina je zodpovědná za jejich klíčové vlastnosti. Navzdory přítomnosti silně elektronegativního atomu kyslíku ketony mezi sebou netvoří vodíkové vazby, protože nemají atom vodíku navázaný na kyslík. Mohou vytvářet vodíkové vazby pouze s molekulami vody. To přímo ovlivňuje jejich vysoké body varu. Tyto teploty jsou však nižší ve srovnání s teplotami odpovídajících alkoholů. Jejich těkavost je značně ovlivněna jejich molární hmotností a molekulárním tvarem. Propanon a další ketony s krátkým řetězcem jsou kapaliny. Ty s velkým počtem atomů uhlíku jsou pevné látky. Je také třeba připomenout, že ketony nevykazují pozitivní Tollensův a Trommerův test. Jodoformový test je charakteristický pro ketony.

Aceton jako nejdůležitější keton

Nejjednodušší, propanon, běžně nazývaný aceton, je nejdůležitějším zástupcem této skupiny sloučenin. Jeho další názvy jsou dimethylketon, dimethylketon nebo propan-2-on. Karbonylová skupina v této sloučenině je spojena se dvěma methylovými skupinami. V průmyslu se aceton získává ve velkém množství různými metodami. Lze jej získat reakcí acetylenu s vodou s následnou oxidací za použití vhodných katalyzátorů. Další metoda je založena na fermentačních procesech roztoků obsahujících cukry (např. řepný cukr) s bakteriemi. Butanol-acetonovou fermentaci provádějí mikroorganismy. Kromě acetonu tento proces produkuje také malé množství etanolu . Velké množství acetonu se získává z propylenu v petrochemickém průmyslu. V tomto procesu se propylen nejprve převede na isopropylalkohol, který se pak podrobí katalytické dehydrogenaci na aceton. Existuje také způsob získávání propanonu z kumenu (isopropylbenzen). Význam acetonu je způsoben jeho fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Je to hořlavá sloučenina, mísitelná s vodou v jakémkoli poměru. Velmi dobře se rozpouští v alkoholech a jiných organických rozpouštědlech . Je velmi dobrým rozpouštědlem pro oleje, pryskyřice a další látky. Jeho relativně nízký bod varu z něj činí těkavou sloučeninu. Je však třeba poznamenat, že směs jeho par se vzduchem je výbušná a jeho vdechování je nebezpečné pro lidské zdraví. Z tohoto důvodu je třeba věnovat zvláštní pozornost práci s touto sloučeninou. Aplikace acetonu:

• zpracování polymerů,
• čisticí prostředky,
• kosmetické produkty,
• lze jej použít jako rozpouštědlo,
• výroba a zpracování pryžových výrobků,
• nátěry.