Αλδεΰδες και Κετόνες

Εισαγωγή

Οι οργανικές ενώσεις που έχουν δεσμούς C=O είναι γνωστές ως καρβονυλική ομάδα. Αλδεΰδες και κετόνες είναι οι υποκατηγορίες αυτής της ομάδας. Σε αλδεΰδες , η καρβονυλική ομάδα συνδέεται είτε με δύο άτομα οξυγόνου είτε με ένα άτομο υδρογόνου και μία ομάδα που περιέχει άνθρακα. Σε κετόνες , η καρβονυλ ομάδα συνδέεται με δύο ομάδες που περιέχουν άνθρακα, οι οποίες μπορεί να είναι το ίδιο ή διαφορετικό αρύλιο ή αλκυλομάδα.

Δομή Αλδεΰδων και Κετόνων

Οι δεσμοί C=O και στις αλδεΰδες και στις κετόνες αποτελούνται τόσο από τους δεσμούς sigma όσο και από τους δεσμούς pi. Σύμφωνα με τη μοριακή τροχιακή θεωρία, ένα από τα Sp2 υβριδισμένα τροχιακά του άνθρακα επικαλύπτεται με το τροχιακό p των ατόμων οξυγόνου, σχηματίζοντας τους δεσμούς σίγμα C-O ​​Sp2-p. Τα υπόλοιπα δύο τροχιακά sp2 ατόμων άνθρακα σχηματίζουν έναν πρόσθετο δεσμό σίγμα είτε επικαλύπτονται με το 1ο τροχιακό είτε με τα δύο άτομα Η, όπως φαίνεται στην περίπτωση της φορμαλδεΰδης.

Φυσικές ιδιότητες

1. Και οι δύο είναι πολικής φύσης λόγω της παρουσίας δεσμών C=O.
2. Παρόλο που έχουν πολική φύση, δεν σχηματίζουν Η, καθώς δεν περιέχουν άτομο Η απευθείας συνδεδεμένο με το άτομο Ο.
3. Τα κατώτερα μέλη και των δύο ομάδων είναι διαλυτά στο νερό.
4. Όλες οι αλδεΰδες και οι κετόνες είναι αρκετά διαλυτά σε οργανικούς διαλύτες όπως βενζόλιο, μεθανόλη, χλωροφόρμιο κ.λπ. 

Μέθοδοι Παρασκευής

Παρασκευή Αλδεΰδων: 

1. Από Αλκοόλ: 

Οξειδωτικοί παράγοντες: 

Η οξείδωση πρωτοταγών και δευτεροταγών αλκοολών μέσω οξειδωτικών παραγόντων όπως CrO3, K2CR2O7 κ.λπ. δίνει είτε αλδεΰδες ή κετόνες .

RC=OH → RHCOH 

2. Από την αφυδάτωση του αλκοόλ: 

Αυτή η προσέγγιση είναι κατάλληλη για πτητικές αλκοόλες και έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στη βιομηχανία. Οι ατμοί αλκοόλης διέρχονται μέσω καταλυτών βαρέων μετάλλων (Ag ή Cu) σε αυτήν την προσέγγιση. Αλδεΰδες και κετόνες παράγονται από πρωτοταγείς και δευτεροταγείς αλκοόλες, αντίστοιχα.

3. Από υδρογονάνθρακες: 

Οζονόλυση: 

➢ Ενυδάτωση Αλκενίων: 

Προσθήκες νερού στο Αιθίνιο παρουσία H2SO4 και HgSO4 δίνουν ακεταλδεΰδη. Αυτή η αντίδραση είναι ευρέως γνωστή ως μηχανισμός οξείδωσης υδροβορίωσης.

RR’=R’’ → RR’R’’OH 

4. Ακυλοχλωρίδιο: 

Κατά την αντίδραση με H2, Pd-BaSO4, το ακυλοχλωρίδιο μετατρέπεται σε αντίστοιχεςαλδεΰδες . Η αντίδραση είναι ευρέως γνωστή ως αντίδραση Rosenmund.

RC=OCl → RCHO 

5. Από νιτρίλια και εστέρες: 

Τα νιτρίλια και οι εστέρες ανάγεται στην αντίστοιχη ιμίνη, χλωριούχο κασσίτερο, κ.λπ. παρουσία αντιδραστηρίων όπως το υδροχλωρικό οξύ. Αργότερα, μέσω της υδρόλυσης, μετατρέπεται σε αλδεΰδες.

Αυτό είναι ευρέως γνωστό ως αντίδραση του Stephens.

RCN++HCl SnCl2→ RCH ≡NH → RCHO 

Παρασκευή κετονών:

1. Ακυλοχλωρίδιο: 

Σε αυτή τη διαδικασία, το διαλκυλικό κάδμιο παρασκευάζεται πρώτα με την αντίδραση του αντιδραστηρίου Grignard και του CdCl2. Στη συνέχεια, αυτό γίνεται για να αντιδράσει με το ακυλοχλωρίδιο. Αυτό δίνει την αλδεΰδη ως ένα από τα κύρια προϊόντα.

2. Από τα νιτρίλια: 

Οι νιτριλικοί αιθέρες κατά την επεξεργασία με το αντιδραστήριο Grignard και ακολουθείται από υδρόλυση, δίνοντας την κετόνη ως κύριο προϊόν.

RC≡ N+ PMgX → RC=OP 

3. Από βενζόλιο ή υποκατεστημένα βενζόλια: 

Το βενζόλιο και τα υποκατάστατά του κατά την αντίδραση με χλωρίδια οξέος παρουσία ανύδρου AlCl3  δίνουν την αντίστοιχη ομάδα κετόνης. Η αντίδραση είναι επίσης γνωστή ως αντίδραση Friedel craft.

Διαφορετικοί τύποι χημικών αντιδράσεων

Όπως και οι αλδεΰδες και οι κετόνες έχουν πολύ παρόμοια ομάδα, συνήθως παρουσιάζουν πολύ παρόμοιες χημικές και φυσικές ιδιότητες.

• Ένα πυρηνόφιλο, όπως το CN-, μπορεί να επιτεθεί στον άνθρακα καρβονυλίου και να εκμεταλλευτεί το ζεύγος δεσμών του για να σχηματίσει έναν νέο σύνδεσμο άνθρακα - πυρηνόφιλου, ενώ δύο ηλεκτρόνια μεταφέρονται στο πιο ηλεκτραρνητικό άτομο οξυγόνου.
• Ως αποτέλεσμα αυτού σχηματίζεται ένα ιόν αλκοξειδίου. Ο υβριδισμός άνθρακα μετατοπίζεται από την υβριδοποιημένη τροχιακή κατάσταση sp2 σε sp3.

➢ Αντίδραση με αντιδραστήριο Grignard: 

Η αντίδραση ενός αντιδραστηρίου Grignard με μια αλδεΰδη δίνει δευτεροταγή αλκοόλη ως το κύριο προϊόν.

➢ Αντιδράσεις μείωσης: 

Οι αλδεΰδες και κετόνες μέσω διαφόρων αναγωγικών παραγόντων μετατρέπονται είτε στην αντίστοιχη αλκοόλη είτε στον υδρογονάνθρακα, ανάλογα με την ισχύ του αναγωγικού παράγοντα και εάν πρόκειται για ελεγχόμενη ή μη ελεγχόμενη αντίδραση.

Τα αντιδραστήρια υδριδίου είναι τα πιο αποτελεσματικά στη μείωση αλδεΰδων και κετονών .

Το LiAlH4 και το NaBH4 είναι αναγωγικοί παράγοντες που παρέχουν 4 x H- (ιόν υδριδίου).

Για να γίνει H-C-O-H, δύο άτομα Η εισάγονται κατά μήκος του C=O.

Οι αλκοόλες σχηματίζονται όταν το υδρίδιο συνδυάζεται με την καρβονυλική ομάδα, C=O, σε αλδεΰδες ή κετόνες .

Ο τύπος της αλκοόλης που προκύπτει προσδιορίζεται από τους υποκαταστάτες στο καρβονύλιο.

Η μεθανάλη (φορμαλδεΰδη) ανάγεται σε μεθανόλη.

• Οι πρωτογενείς αλκοόλες σχηματίζονται με αναγωγή αλδεΰδων (και τα δύο είναι παρόντα ως τερματική ομάδα) 
• Οι δευτεροταγείς αλκοόλες σχηματίζονται όταν κετόνες μειώνονται.

Η όξινη επεξεργασία χρησιμοποιεί μια απλή αντίδραση οξέος-βάσης για να μετατρέψει ένα ενδιάμεσο άλας αλκοξειδίου μετάλλου στην απαιτούμενη αλκοόλη.

➢ Αντίδραση οξείδωσης: 

Οι αλδεΰδες και κετόνες κατά την αντίδραση με τα αντίστοιχα οξειδωτικά μέσα δίνουν συνήθως καρβοξυλικό οξύ. Οι αλδεΰδες οξειδώνονται εύκολα μέσω νιτρικού οξέος, υπερμαγγανικού καλίου κ.λπ., ενώ οικετόνες χρειάζονται πολύ ισχυρά οξειδωτικά μέσα.

Αντιδραστήριο Tollen: 

Η διαδικασία της δοκιμής Tollens είναι η εξής: 

Βήμα 1:Συνδυάστε το υδατικό νιτρικό άργυρο και το υδατικό υδροξείδιο του νατρίου σε ένα μπολ ανάμειξης.

AgNO3+NaOH2AgOH→AgOH+NaHO3→Ag2O+H2O

Βήμα 2:Προσθέστε σταγόνα-σταγόνα υδατική αμμωνία μέχρι να διαλυθεί τελείως το κατακρημνισμένο οξείδιο του αργύρου.

Ag2O+4NH3+H2O→2Ag (NH3) +2OH−

Στην αντίδραση, το ιόν αργύρου ανάγεται σε μεταλλικό άργυρο. Αυτό δίνει τη φωτεινή ασημί εμφάνιση που μοιάζει με καθρέφτη στον δοκιμαστικό σωλήνα.

Δοκιμή διαλύματος Fehling

Ποια είναι η λύση Fehling;

Ένα διάλυμα χρησιμοποιείται στη δοκιμή Fehling, το οποίο συνήθως παρασκευάζεται φρέσκο ​​στα εργαστήρια. Αρχικά, η λύση έχει τη μορφή δύο ανεξάρτητων λύσεων, της Fehling's A και της Fehling's B, οι οποίες χαρακτηρίζονται ως τέτοιες.

➢ Το Fehling’s A περιέχει διάλυμα θειικού χαλκού (II).

➢ Το Fehling’s B είναι ένα διαυγές υγρό που περιέχει τρυγικό νάτριο κάλιο και ισχυρό αλκάλιο. Το τρυγικό νάτριο κάλιο είναι επίσης γνωστό ως άλας Rochelle.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, τα διαλύματα Α και Β κατασκευάζονται και αποθηκεύονται χωριστά.

Διαδικασία

Η λειτουργία μπορεί να πραγματοποιηθεί με τον ακόλουθο τρόπο: 

• Γεμίστε έναν στεγνό και καθαρισμένο δοκιμαστικό σωλήνα με το δεδομένο δείγμα.
• Μερικό απεσταγμένο νερό πρέπει να φυλάσσεται σε ξεχωριστό σωλήνα.
• Το περιεχόμενο του δοκιμαστικού σωλήνα θα προστεθεί τώρα στο διάλυμα του Fehling.
• Οι σωλήνες πρέπει να διατηρούνται βυθισμένοι στο νερό.
• Κάντε παρατηρήσεις και παρακολουθήστε τυχόν κόκκινες βροχοπτώσεις που αναπτύσσονται.

Συγκεκριμένα, το αποτέλεσμα είναι θετικό εάν σχηματιστεί ένα κοκκινοκαφέ ίζημα, ενώ το αποτέλεσμα είναι αρνητικό εάν δεν υπάρχουν ενδείξεις τέτοιας αλλαγής.

4. Αντίδραση λόγω άλφα υδρογόνου: 

➢ Συμπύκνωση Aldol: 

Αντίδραση αλδόλης (όπως υποδηλώνει το όνομα, αλδεΰδη + αλκοόλη) — Παρουσία NaOH ή ΚΟΗ, η καρβονυλική ομάδα αντιδρά με μια άλλη ομάδα καρβονυλίου για να δημιουργήσει -υδροξυαλδεΰδη ή κετόνη.

Η μορφή της αντίδρασης που λαμβάνει χώρα είναι η εξής: 

R2 C=O +R2C=O → RC=C=OR 

➢ Αντίδραση Cannizzaro:Αυτός είναι ένας τύπος αντίδρασης δυσαναλογίας. Περιλαμβάνει την αντίδραση δύο μορίων αλδεϋδών ή κετόνες που δεν έχουν κανενός είδους άτομα άλφα Η. Για παράδειγμα: 

2C6H5CHO + KOH → C6H5CH2OH + C6H5COOK

5. Αντίδραση ηλεκτρόφιλης υποκατάστασης: 

Οι αρωματικές αλδεΰδες και κετόνες υφίστανται αντιδράσεις υποκατάστασης, όπως σουλφονίωση, νίτρωση, αλογόνωση, κ.λπ. Καθώς η αλδεϋδική ομάδα κατευθύνει μετα-κατεύθυνση καθώς και την απόσυρση ηλεκτρονίων, είναι μια ομάδα απενεργοποίησης.

RCHO → NO2-R-CHO

Χρήσεις Αλδεΰδων

• Η φορμαλδεΰδη είναι εύφλεκτο αέριο. Η φορμαλίνη παρασκευάζεται από διάλυμα 40 τοις εκατό σε νερό και χρησιμοποιείται για τη διατήρηση βιολογικών υλικών.
• Η ταρίχευση, το μαύρισμα, η παρασκευή κόλλων και πολυμερών υλικών, καθώς και μικροβιοκτόνα, εντομοκτόνα και μυκητοκτόνα για τα φυτά, απαιτούν φορμαλδεΰδη. Χρησιμοποιείται επίσης στη φωτογραφία και στις δοκιμές φαρμάκων.
• Όταν η φορμαλδεΰδη αντιδρά με τη φαινόλη, σχηματίζεται βακελίτης, ο οποίος χρησιμοποιείται σε πλαστικά, επιστρώσεις και κόλλες.
• Η ακεταλδεΰδη χρησιμοποιείται κυρίως για την παραγωγή παραγώγων οξικού οξέος και πυριδίνης.
• Τα αρώματα, τα καλλυντικά και τα χρώματα περιλαμβάνουν βενζαλδεΰδη. Χρησιμοποιείται στην κουζίνα για να του δώσει άρωμα αμυγδάλου και είναι επίσης απωθητικό για τις μέλισσες.
  

Χρήσεις κετονών:

1. Το κύριο χαρακτηριστικό των Κετόνων , που τα καθιστά πολύ σημαντικά στη βιομηχανική και εργαστηριακή χρήση, είναι ότι είναι εξαιρετικοί διαλύτες.
2. Βρίσκουν ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών στις βιομηχανίες κλωστοϋφαντουργίας, στην κατασκευή πλαστικών και βερνικιών, αφαιρετικών χρωμάτων κ.λπ.
3. Ορισμένες σύνθετες ενώσεις κετόνων χρησιμοποιούνται στην κατασκευή εκρηκτικών, βυρσοδεψία κ.λπ.

Συμπέρασμα 

Η κατηγορία των οργανικών ενώσεων που έχουν δεσμούς C=O είναι γνωστή ως καρβονυλικές ενώσεις. Και οι δύο ομάδες έχουν δεσμούς pi καθώς και σίγμα στη δομή τους. Και οι δύο είναι πολικής φύσης λόγω της παρουσίας του δεσμού C=O. Χημικά, οι αλδεΰδες είναι πιο αντιδραστικά σε σύγκριση με τιςκετόνες . Και τα δύο μπορούν να παρασκευαστούν με οξείδωση αλκοολών (K2Cr2O7, CrO3 κ.λπ.), αφυδάτωση αλκοολών, οζονόλυση, αντίδραση Rosenmund κ.λπ. Εμφανίζουν κυρίως πυρηνόφιλες αντιδράσεις προσθήκης, υποκατάστασης, αναγωγής κ.λπ. Ενώ η καρβονυλική ομάδα έχει άλφα Τα άτομα H δίνουν συμπύκνωση Aldol, οι ομάδες που δεν έχουν άτομα άλφα H δίνουν την αντίδραση Cannizzaro.