ketonen

De structuur, formules en namen van ketonen

Structuur

Ketonen zijn organische verbindingen met een =C=O-groep in hun structuur, een carbonyl- of ketongroep genoemd. Koolstof in organische verbindingen is altijd vierwaardig, dus twee alkylgroepen zijn aan de carbonylgroep bevestigd. De alkylen kunnen hetzelfde of verschillend zijn. In het eerste geval is de algemene formule van het keton ROR, terwijl het in het tweede geval _R1 – _OR2 is, waarbij R staat voor een alkylgroep. Naast verbindingen met één ketongroep zijn er ook verbindingen met twee ketongroepen (diketonen) en verbindingen met een complexere structuur. Als we de structuur van ketonen analyseren, is het gemakkelijk in te zien dat er één formule kan worden afgeleid van propanon (het eenvoudigste keton, C ₃ H ₆ O). Evenzo kan het worden gedaan vanaf de volgende, namelijk butanon. De volgende, pentanon, heeft echter twee isomeren. Ketonen worden gekenmerkt door isomerie gerelateerd aan de positie van de carbonylgroep in de keten.

Keton nomenclatuur

Ketonen zijn rechtstreeks afgeleid van de overeenkomstige alifatische koolwaterstoffen . In de keten zijn twee waterstofatomen verbonden met een secundair koolstofatoom vervangen door één zuurstofatoom. Om een bepaald keton een naam te geven, worden meestal systematische namen gebruikt, maar in sommige gevallen overheersen gewone namen. Propanon staat bijvoorbeeld bekend als dimethylketon omdat het twee methylgroepen heeft die zijn verbonden door een carbonylgroep. Gewoonlijk staat propanon bekend als aceton en deze naam is in dit geval dominant. De volgende, butanon, is methylethylketon. Het is gebruikelijk om de namen van opeenvolgende ketonen te geven, rekening houdend met de alkylen verbonden met de =C=O-groep. Naarmate de keten echter langer wordt, neemt het aantal isomeren toe, en wordt de nomenclatuur dus steeds ingewikkelder. Net als alifatische koolwaterstoffen, alcoholen of aldehyden vormen ketonen een homologe reeks. De eerste acht zijn propanon, butanon, pentanon, hexanon, heptanon, octanon, nonanon en decanon.

Productie en reacties van ketonen

Ketonen kunnen op een van de volgende manieren worden geproduceerd:

• oxidatie van secundaire alcoholen,
• hydrolyse van dihalogeenderivaten,
• alkyn hydratatie,
• Friedel-Crafts acylering,
• specifieke methoden voor geselecteerde ketonen, bijv. verwarming van calciumethanoaat.

De chemische reacties die ketonen ondergaan, zijn voornamelijk gerelateerd aan de ketongroep en het zuurstofatoom dat het bevat. Kenmerkend voor deze groep organische verbindingen is de uitzonderlijke weerstand tegen oxidatiemiddelen. Maar de ketogroep wordt gemakkelijk gereduceerd door verschillende reagentia, bijvoorbeeld met waterstof in aanwezigheid van katalysatoren. De reductiereactie in ketonen is tegengesteld aan de oxidatiereactie van secundaire alcoholen. Het is ook mogelijk om een andere verbinding aan het ketonmolecuul te binden, bijvoorbeeld waterstofcyanide. Een voorbeeld van een reactie waarbij alleen het zuurstofatoom van de carbonylgroep meedoet, is de reactie met hydroxylamine (een derivaat van ammoniak). Zogenaamd ketoxime en er komt een watermolecuul vrij. Soortgelijke reacties worden gebruikt bij organische synthese of om ketonen te identificeren. De carbonylgroep reageert niet altijd direct. Er zijn bekende interacties van ketonen, bijvoorbeeld met chlooratomen , waarbij waterstofatomen verbonden met het koolstofatoom grenzend aan de ketongroep (in de alfa-positie) substitutie ondergaan met vorming van een chloorderivaat. Relatief gemakkelijk reageren ketonen ook met elkaar of met andere verbindingen die een =C=O-groep bevatten, bijvoorbeeld met aldehyden . De reactiviteit van deze verbindingen, bijvoorbeeld condensatie, wordt veroorzaakt door het gemak waarmee ketonen worden omgezet in onverzadigde alcoholen die enolen worden genoemd.

Eigenschappen van ketonen

De ketongroep is verantwoordelijk voor hun belangrijkste eigenschappen. Ondanks de aanwezigheid van een sterk elektronegatief zuurstofatoom, vormen ketonen onderling geen waterstofbruggen omdat ze geen waterstofatoom gebonden aan zuurstof hebben. Ze kunnen alleen waterstofbruggen vormen met watermoleculen. Dit heeft rechtstreeks invloed op hun hoge kookpunten. Deze temperaturen zijn echter lager in vergelijking met die van overeenkomstige alcoholen. Hun vluchtigheid wordt sterk beïnvloed door hun molaire massa en moleculaire vorm. Propanon en andere ketonen met een korte keten zijn vloeistoffen. Die met een groot aantal koolstofatomen zijn vaste stoffen. Het is ook de moeite waard eraan te denken dat ketonen geen positieve Tollens- en Trommer- test geven. De jodoform-test is kenmerkend voor ketonen.

Aceton als belangrijkste keton

De eenvoudigste, propanon, gewoonlijk aceton genoemd, is de belangrijkste vertegenwoordiger van deze groep verbindingen. De andere namen zijn dimethylketon, dimethylketon of propaan-2-on. De carbonylgroep in deze verbinding is gekoppeld aan twee methylgroepen. In de industrie wordt aceton op verschillende manieren in grote hoeveelheden gewonnen. Het kan worden verkregen door de reactie van acetyleen met water, gevolgd door oxidatie met behulp van geschikte katalysatoren. Een andere methode is gebaseerd op fermentatieprocessen van suikerhoudende oplossingen (bv. bietsuiker) met bacteriën. Micro-organismen voeren de butanol-acetonfermentatie uit. Naast aceton levert dit proces ook kleine hoeveelheden ethanol op. In de petrochemische industrie worden grote hoeveelheden aceton gewonnen uit propyleen. Bij dit proces wordt propyleen eerst omgezet in isopropylalcohol, dat vervolgens wordt onderworpen aan katalytische dehydrogenering tot aceton. Er is ook een methode om propanon te verkrijgen uit cumeen (isopropylbenzeen). Het belang van aceton is te danken aan de fysische en chemische eigenschappen. Het is een brandbare verbinding, mengbaar met water in elke verhouding. Het lost zeer goed op in alcoholen en andere organische oplosmiddelen . Het is een zeer goed oplosmiddel voor oliën, harsen en andere stoffen. Het relatief lage kookpunt maakt het een vluchtige verbinding. Er moet echter worden opgemerkt dat het mengsel van zijn dampen met lucht explosief is en dat het inademen gevaarlijk is voor de menselijke gezondheid. Om deze reden moet speciale aandacht worden besteed aan het werken met deze verbinding. Toepassing van aceton:

• polymeer verwerking,
• reinigingsmiddelen,
• Cosmetische producten,
• het kan als oplosmiddel worden gebruikt,
• productie en verwerking van rubberproducten,
• coatings.