Кетоны

Строение, формулы и названия кетонов.

Строение

Кетоны представляют собой органические соединения, имеющие в своей структуре группу =C=O, называемую карбонильной или кетоновой группой. Углерод в органических соединениях всегда четырехвалентен, поэтому к карбонильной группировке присоединены два алкила. Они могут быть одинаковыми или разными. В первом случае общая формула кетона имеет вид R-O-R, а во втором случае —– R₁-O-R₂, где R представляет собой алкильную группу. Помимо соединений, содержащих одну кетоновую группу, также существуют соединения, имеющие две группы (дикетоны), а также известны соединения с более сложной структурой. Анализируя строение кетонов, легко отметить, что из пропанона (самый простой кетон, C₃H₆O) можно вывести одну формулу, аналогично из последующего бутанона. Однако уже следующий, пентанон, имеет два изомера. Кетоны характеризуются изомерией, связанной с положением карбонильной группы в цепи.

Номенклатура кетонов

Кетоны получают непосредственно из соответствующих алифатических углеводородов. В цепи два атома водорода, связанные с вторичным атомом углерода, замещаются одним атомом кислорода. Для названия данного кетона преимущественно используются систематические названия, но в некоторых случаях преобладают традиционные названия. Например, пропанон называется диметилкетоном, потому что он имеет две метильные группы, соединенные карбонильной группой. В разговорной речи пропанон называется ацетоном, и это название в его случае является доминирующим. Последующий из них бутанон — это метилэтилкетон. Названия последующим кетонам принято присваивать с учетом алкилов, связанных с группой =С=О. Однако по мере удлинения цепи растет число его изомеров, и, следовательно, номенклатура становится все более сложной.

Подобно алифатическим углеводородам, спиртам или альдегидам, кетоны образуют гомологический ряд. Первые восемь — это пропанон, бутанон, пентанон, гексанон, гептанон, октанон, нонанон и деканон.

Получение и реакции кетонов

Кетоны можно получить одним из нижеприведенных способов:

• окислением вторичных спиртов;
• гидролизом дигалогенпроизводных;
• гидратацией алкинов;
• реакцией Фриделя-Крафтса;
• специфическими методами для отдельных кетонов, например, прокаливанием этаноата кальция.

Химические реакции, в которые вступают кетоны, в первую очередь связаны с кетоновой группой и присутствующим в ней атомом кислорода. Характерной особенностью этой группы органических соединений является исключительная устойчивость по отношению к окислителям. В то время как кетоновую группу легко восстановить разными элементами, например, водородом с помощью катализаторов. Реакция восстановления кетонов противоположна реакции окисления вторичных спиртов.

К молекуле кетона можно также присоединить другое соединение, например циановодород. Примером реакции, в которой принимает участие только атом кислорода карбонильной группы, является реакция с гидроксиламином (он является производным аммиака). Образуется так называемый оксим кетона и выделяется молекула воды. Аналогичные реакции применяются при органическом синтезе или для идентификации кетонов. Карбонильная группа не всегда вступает в реакцию напрямую. Известны взаимодействия кетонов, например с атомами хлора, при которых атомы водорода, связанные с углеродом, соседним с кетоновой группой (находящимся в положении альфа), подвергаются замещению и образуются производные хлора. Относительно легко кетоны также реагируют друг с другом или с другими соединениями, имеющими группу =C=O, например, альдегидами. Подверженность этих соединений химическим реакциям, например конденсации, обусловлена ​​легкостью, с которой кетоны превращаются в ненасыщенные спирты, называемые енолами.

Свойства кетонов

Кетоновая группа отвечает за основные свойства. Несмотря на наличие в молекуле сильно электроотрицательного атома кислорода, кетоны не образуют между собой водородных связей, поскольку не имеют атома водорода, связанного с кислородом. Они могут образовывать водородные связи только с молекулами воды. Это непосредственно влияет на их высокие температуры кипения. Однако они ниже по сравнению с соответствующими спиртами. Большое влияние на летучесть, конечно, оказывает их молярная масса и форма молекулы. Пропанон и другие кетоны с короткими цепями являются жидкостями. В то время как те, у которых большое количество атомов углерода, находятся в твердом состоянии. Также необходимо помнить, что кетоны не дают положительной пробы Толленса и Троммера. Характерной для них является йодоформная проба.

Ацетон как самый важный кетон

Простейший из кетонов, пропанон, обычно называемый ацетоном, является самым важным представителем этой группы соединений. Другими его названиями являются кетон диметиловый, диметилкетон или пропан-2-он. Карбонильная группа в этом соединении связана с двумя метильными группами.

В промышленности ацетон в больших количествах получают различными методами. Его можно получить реакцией ацетилена с водой с последующим окислением с помощью соответствующих катализаторов. Другой метод базируется на процессах ферментации растворов, содержащих сахара (например, свекольный сахар), с помощью бактерий. Они осуществляют бутанол-ацетоновую ферментацию. В ходе этого процесса помимо ацетона также образуется небольшое количество этанола. Большое количество ацетона получается из пропилена в нефтехимической промышленности. При этом процессе пропилен сначала перерабатывается в изопропиловый спирт, который затем подвергается каталитическому дегидрированию с получением ацетона. Также существует способ получения пропанона из кумола (изопропилбензола).

Значение ацетона обусловлена ​​его физико-химическими свойствами. Это горючее соединение, смешиваемое с водой в любом соотношении. Очень хорошо растворяется в спиртах и ​​других органических растворителях. Сам по себе является очень хорошим растворителем масел, смол и многих других веществ. Относительно низкая температура кипения приводит к тому, что он является летучим соединением. Однако следует помнить, что смесь его паров с воздухом взрывоопасна, а вдыхание его опасно для здоровья. По этой причине при работе с этим соединением следует соблюдать особую осторожность.

Применение ацетона:

• при переработке полимеров;
• применение в чистящих средствах;
• применение в косметической продукции;
• широко применяется в качестве растворителя;
• при производстве и переработке резиновых изделий;
• применение в покрытиях.