Органічна хімія - наука дуже складна, але цікава. Адже з'єднання одних і тих же елементів, в різній кількості і послідовності сприяє утворенню різних за властивостями речовин. Давайте розглянемо з'єднання карбонільної групи під назвою "кетони" (хімічні властивості, фізичні особливості, методи їх синтезу). А також порівняємо їх з іншими речовинами цього ж роду – альдегідами.
Кетони
Це слово є загальною назвою для цілого класу речовин органічної природи, в молекулах яких карбонільна група (С=О) пов'язана з двома вуглецевими радикалами. За своєю будовою кетони близькі до альдегідів і карбоновим кислотам. Проте в них присутні відразу два атома З (карбон або вуглець), сполучених з З=О.
Формула
Загальна формула речовин цього класу виглядає наступним чином: R 1 -CO-R 2 . Щоб вона була більш зрозуміла, як правило, її записують так.
В ній З=Про – це карбонільна група. А R 1 і R 2 – це вуглецеві радикали. На їх місці можуть бути різні сполуки, але в їх складі обов'язково повинен бути вуглець.
Альдегіди і кетони
Фізичні і хімічні властивості цих груп речовин досить схожі між собою. З цієї причини їх часто розглядають разом.
Справа в тому, що альдегіди теж містять у своїх молекулах карбонильную групу. У них з кетонами навіть формули досить схожі. Однак якщо у розглянутих речовин З=Про приєднується до 2 радикалам, то у альдегідів він тільки один, замість другого - атом гідрогена: R-CO-H.
В якості прикладу можна навести формулу речовини цього класу – формальдегіду, більш відомого всім, як формалін.
Виходячи з формули CH 2 O, видно, що його карбонільна група пов'язана не з одним, а відразу з двома атомами Н.
Фізичні властивості
Перш ніж розібратися з хімічні властивості альдегідів і кетонів, варто розглянути їх фізичні особливості.
Кетони – це легкоплавкі тверді речовини або рідини з летючістю. Нижчі представники цього класу відмінно розчиняються в Н 2 Про непогано взаємодіють з розчинниками органічного походження.
Окремі представники (наприклад, СН 3 СОСН 3 ) чудово розчиняються у воді, причому абсолютно в будь-яких пропорціях.
На відміну від спиртів і карбонових кислот, кетони володіють більшою летючістю, при однаковій молекулярній масі. Цьому сприяє неможливість цих сполук створювати зв'язки з Н, як це можуть H-CO-R. Різні види альдегідів можуть перебувати в різних агрегатних станах. Так вищі R-CO-H – це нерозчинні тверді речовини. Нижчі - це рідини, частина з яких відмінно змішується з Н 2 Про, проте окремі з них тільки розчинні у воді, але не більше.
Найпростіший з речовин даного виду – мурашиний альдегід – це газ, якому властивий гострий запах. Дана речовина відмінно розчинно в Н 2 О. Найбільш відомі кетони
Існує чимало речовин R 1 -CO-R 2 однак відомих з них не так вже багато. В першу чергу це диметилкетон, який ми всі знаємо, як ацетон.
Також його колега-розчинник - бутанон або як його правильно називати - метилетилкетон.
Серед інших кетонів, хімічні властивості яких активно використовуються в промисловості – ацетофенон (метилфенилкетон). На відміну від ацетону і бутанона, його запах досить приємний, з-за чого він використовується в парфумерії. Приміром, циклогексанон відноситься до типовим представникам R 1 -CO-R 2 і найчастіше використовується у виробництві розчинників. Не можна не згадати про дикетонах. Таке назва носять R 1 -CO-R 2 , у яких не одна, а дві карбонільні групи в складі. Таким чином, формула виглядає: R 1 -CO-CO-R 2 . Одним із найбільш простих, але широко використовуються в харчовій промисловості представників дикетонів є діацетил (23-бутандион).
Перераховані речовини – це всього лише невеликий список синтезованих вченими кетонів (хімічні властивості розглянуті нижче). Насправді їх більше, але не всім знайдено застосування. Тим більше варто враховувати те, що багато з них токсичні.
Хімічні властивості кетонів
Речовини цієї категорії здатні вступати в реакції з різними речовинами. Саме це і є їх особливими хімічними властивостями.
Кетони здатні приєднувати до себе Н (реакція гідрування). Проте для здійснення цієї реакції необхідно присутність каталізаторів у вигляді атомів металів нікелю, кобальту, купрума, платини, паладію та інших. В результаті реакції R 1 -CO-R 2 еволюціонують до вторинних спиртів.
Також при взаємодії з гидрогеном у присутності лужних металів або амальгами Mg з кетонів виходять гліколі. Кетони, які володіють хоча б одним альфа-гідрогенним атомом, як правило, потрапляють під вплив таутомеризации кето-енольной. Вона каталізує не тільки з допомогою кислот, але і основ. Зазвичай кето-форма являє собою більш стабільне явище, ніж енольная. Дане рівновага дає можливість синтезувати кетони шляхом гідратації алкіной. Відносна стабілізація енольной кето-форми сполученням призводить до досить сильною кислотності R 1 -CO-R 2 (якщо порівнювати їх з алканами). Дані речовини можуть вступати в реакції з аміаком. Однак вони протікають досить повільно. Кетони взаємодіють з синильною кислотою. В результаті виникають ?-оксинитрили, омилення яких сприяє появі ?-гідроксикислот. Вступ у реакцію з алкилмагнийгалогенидами призводить до формування вторинних спиртів. Приєднання до NaHSO 3 сприяє виникненню гидросульфитних (бисульфитних) похідних. Варто пам'ятати, що у реакцію в жирному ряду вступати здатні лише метилкетони.
Крім кетонів, подібно взаємодіяти з гідросульфітом натрію можуть і альдегіди.
При нагріванні з розчином NaHCO 3 (харчова сода) або мінеральною кислотою, похідні від NaHSO 3 можуть розкладатися, супроводжуючись виділенням вільного кетону. В процесі реакції R 1 -CO-R 2 з NH 2 OH (гідроксиламін) утворюються кетоксими і як побічний продукт – Н 2 О. При реакціях з участю гідразину утворюються гидразони (співвідношення взятих речовин - 1:1) або азини (1:2).
Якщо отриманий з-за реакції продукт (гидразон) під дією температури прореагує з їдким калієм, виділитися N і граничні вуглеводні. Даний процес називається реакцією Кижнера. Як вже було сказано вище, альдегіди і кетони хімічні властивості та отримання процес мають схожі. При цьому ацеталі R 1 -CO-R 2 утворюються більш складні, ніж ацеталі R-CO-H. Вони з'являються в результаті дії на кетони ефірів ортомуравьиной і ортокремнієвої кислоти. В умовах з більшою концентрацією лугів (наприклад, при нагріванні з концентрованою H?SO?) R 1 -CO-R 2 піддаються міжмолекулярною дегідратації з формуванням ненасичених кетонів. Якщо в реакції з R 1 -CO-R 2 присутні лугу, кетони піддаються альдольної конденсації. Внаслідок цього утворюються ?-кетоспирти, здатні з легкістю позбавлятися молекули Н 2 О. Досить показово виявляють себе хімічні властивості кетонів на прикладі ацетону, який прореагував з окисом мезитила. У такому разі утворюється нова речовина під назвою «форон». Також до хімічних властивостей розглянутого органічної речовини можна віднести реакцію Лейкарта-Валлаха, яка сприяє відновленню кетонів. З чого отримують R1-CO-R2
Ознайомившись зі властивості розглянутих речовин, варто дізнатися найбільш поширені способи їх синтезу.
Однією з найбільш відомих реакцій для отримання кетонів є алкілування та ацилювання ароматичних сполук в присутності каталізаторів кислотного характеру ( AlCl 3 , FeCI 3 , мінеральних кислот, оксидів, катионообменних смол тощо). Цей спосіб відомий під назвою реакція Фріделя-Крафтса. Кетони синтезуються за допомогою гідролізу кетиминов і віц-диолов. У випадку з останніми необхідна присутність мінеральних кислот як каталізаторів. Також для отримання кетонів застосовується гідратація гомологів ацетилену або як її називають - реакція Кучерова. Реакції Губена-Геша. Циклізація Ружічки придатна для синтезу циклокетонов. Також дані речовини добувають з третинних пероксоэфиров за допомогою перегрупування Криге. Існує кілька способів синтезу кетонів під час реакцій окислення вторинних спиртів. В залежності від діючого сполуки виділяються 4 реакції: Сверна, Корнблюма, Кору-Кіма і Перуки-Дерінга. Сфера застосування
Розібравшись з хімічними властивостями та отриманням кетонів, варто дізнатися, де ж використовуються дані речовини.
Як вже згадувалося вище, більшість з них використовується в хімічній промисловості як розчинники для лаків і емалей, а також при виробництві полімерів. Крім цього, деякі R 1 -CO-R 2 непогано зарекомендували себе як ароматизатори. У такій якості кетони (бензофенони, ацетофенон та інші) застосовуються у парфумерії та кулінарії. Також ацетофенон використовується як компонент для виготовлення снодійного.
Бензофенони, завдяки здатності поглинати шкідливе випромінювання, – є частим інгредієнтом антизагарной косметики і одночасно консервантом.
Впливу R1-CO-R2 на організм
Дізнавшись, що за з'єднання називаються кетонами (хімічні властивості, застосування, синтез та інші дані про них), варто ознайомитися з біологічними особливостями даних речовин. Іншими словами, дізнатися, як же вони діють на живі організми. Незважаючи на досить часте використання R 1 -CO-R 2 у промисловості, варто завжди пам'ятати, що такі сполуки дуже токсичні. Багато з них володіють канцерогенними і мутагенними властивостями. Особливі представники здатні викликати подразнення слизових оболонках, аж до опіків. Алициклические R 1 -CO-R 2 можуть впливати на організм як наркотики. Проте не всі речовини такого роду шкідливі. Справа в тому, що деякі з них беруть активну участь у метаболізмі біологічних організмів. Також кетони – це своєрідні маркери порушень вуглецевого обміну і дефіциту інсуліну. При аналізі сечі і крові присутність R 1 -CO-R 2 свідчить про різних розладів метаболізму, в тому числі гіперглікемії та кетоацидозі.