Cétones

La structure, les formules et les noms des cétones

Structure

Les cétones sont des composés organiques avec un groupe =C=O dans leur structure, appelé groupe carbonyle ou cétone. Le carbone dans les composés organiques est toujours tétravalent, donc deux alkyles sont attachés à la fraction carbonyle. Les alkyles peuvent être identiques ou différents. Dans le premier cas, la formule générale de la cétone est ROR, tandis que dans le second cas, c’est R ₁ -OR ₂ , où R représente un groupe alkyle. Outre les composés contenant un groupe cétone, il existe également des composés à deux groupes cétone (dicétones), ainsi que des composés à structure plus complexe. En analysant la structure des cétones, il est facile de voir qu’une formule peut être dérivée de la propanone (la cétone la plus simple, C ₃ H ₆ O). De même, cela peut être fait à partir du suivant, c’est-à-dire du butanone. Cependant, le suivant, le pentanone, a deux isomères. Les cétones sont caractérisées par une isomérie liée à la position du groupe carbonyle dans la chaîne.

Nomenclature des cétones

Les cétones dérivent directement des hydrocarbures aliphatiques correspondants. Dans la chaîne, deux atomes d’hydrogène reliés à un atome de carbone secondaire sont remplacés par un atome d’oxygène. Pour nommer une cétone donnée, les noms systématiques sont le plus souvent utilisés, mais les noms communs prédominent dans certains cas. Par exemple, la propanone est connue sous le nom de diméthylcétone car elle possède deux groupes méthyle reliés par un groupe carbonyle. Généralement, la propanone est connue sous le nom d’acétone et ce nom est dominant dans son cas. Le suivant, la butanone, est la méthyléthylcétone. Il est d’usage de donner les noms des cétones suivantes, en tenant compte des alkyles liés au groupe =C=O. Cependant, à mesure que la chaîne s’allonge, le nombre de ses isomères augmente, et ainsi la nomenclature devient de plus en plus compliquée. Comme les hydrocarbures aliphatiques, les alcools ou les aldéhydes, les cétones forment une série homologue. Les huit premiers sont le propanone, le butanone, le pentanone, l’hexanone, l’heptanone, l’octanone, le nonanone et le décanone.

Production et réactions des cétones

Les cétones peuvent être produites de l’une des manières suivantes :

• oxydation des alcools secondaires,
• hydrolyse des dérivés dihalogénés,
• hydratation des alcynes,
• Friedel-Crafts acylation,
• méthodes spécifiques pour les cétones sélectionnées, par exemple chauffage de l’éthanoate de calcium.

Les réactions chimiques que subissent les cétones sont principalement liées au groupe cétone et à l’atome d’oxygène qu’il contient. Une caractéristique typique de ce groupe de composés organiques est une résistance exceptionnelle aux agents oxydants. Mais le groupe céto est facilement réduit par divers réactifs, par exemple avec de l’hydrogène en présence de catalyseurs. La réaction de réduction des cétones est opposée à la réaction d’oxydation des alcools secondaires. Il est également possible d’attacher un autre composé à la molécule de cétone, par exemple du cyanure d’hydrogène. Un exemple de réaction dans laquelle seul l’atome d’oxygène du groupe carbonyle participe est la réaction avec l’hydroxylamine (un dérivé de l’ammoniac). Ce qu’on appelle la cétoxime et une molécule d’eau est libérée. Des réactions similaires sont utilisées en synthèse organique ou pour identifier les cétones. Le groupe carbonyle ne réagit pas toujours directement. Il existe des interactions connues des cétones, par exemple avec des atomes de chlore , où les atomes d’hydrogène reliés au carbone adjacent au groupe cétone (en position alpha) subissent une substitution avec formation d’un dérivé chloré. Assez facilement, les cétones réagissent également entre elles ou avec d’autres composés contenant un groupe =C=O, par exemple avec des aldéhydes . La réactivité de ces composés, par exemple la condensation, est causée par la facilité avec laquelle les cétones sont converties en alcools insaturés appelés énols.

Propriétés des cétones

Le groupe cétone est responsable de leurs propriétés clés. Malgré la présence d’un atome d’oxygène fortement électronégatif, les cétones ne forment pas de liaisons hydrogène entre elles car elles n’ont pas d’atome d’hydrogène lié à l’oxygène. Ils ne peuvent former des liaisons hydrogène qu’avec des molécules d’eau. Cela affecte directement leurs points d’ébullition élevés. Cependant, ces températures sont inférieures à celles des alcools correspondants. Leur volatilité est fortement influencée par leur masse molaire et leur forme moléculaire. La propanone et les autres cétones à chaîne courte sont des liquides. Ceux qui ont un grand nombre d’atomes de carbone sont des solides. Il convient également de rappeler que les cétones ne donnent pas un test de Tollens et Trommer positif. Le test de l’iodoforme est distinct des cétones.

L’acétone comme cétone la plus importante

Le plus simple, la propanone, communément appelée acétone, est le représentant le plus important de ce groupe de composés. Ses autres noms sont diméthylcétone, diméthylcétone ou propan-2-one. Le groupe carbonyle de ce composé est lié à deux groupes méthyle. Dans l’industrie, l’acétone est obtenue en grande quantité par diverses méthodes. Il peut être obtenu en utilisant la réaction de l’acétylène avec de l’eau, suivie d’une oxydation à l’aide de catalyseurs appropriés. Une autre méthode est basée sur des processus de fermentation de solutions contenant des sucres (par exemple le sucre de betterave) avec des bactéries. Des micro-organismes réalisent la fermentation butanol-acétone. En plus de l’acétone, ce processus produit également de petites quantités d’ éthanol . De grandes quantités d’acétone sont extraites du propylène dans l’industrie pétrochimique. Dans ce procédé, le propylène est d’abord converti en alcool isopropylique, qui est ensuite soumis à une déshydrogénation catalytique en acétone. Il existe également un procédé d’obtention de propanone à partir de cumène (isopropyl benzène). L’importance de l’acétone est due à ses propriétés physiques et chimiques. C’est un composé combustible, miscible à l’eau dans n’importe quel rapport. Il se dissout très bien dans les alcools et autres solvants organiques. C’est un très bon solvant pour les huiles, résines et autres substances. Son point d’ébullition relativement bas en fait un composé volatil. Cependant, il convient de noter que le mélange de ses vapeurs avec l’air est explosif et que son inhalation est dangereuse pour la santé humaine. Pour cette raison, des précautions particulières doivent être prises lors de l’utilisation de ce composé. Application d’acétone :

• transformation des polymères,
• produits de nettoyage,
• produits cosmétiques,
• il peut être utilisé comme solvant,
• production et transformation de produits en caoutchouc,
• revêtements.