Karbonylové sloučeniny

Karbonylové sloučeniny

Charakteristika

– obsahují ve svých molekulách karbonylovou skupinu C ═ O/

– dělíme je na:
● aldehydy, které mají na uhlík karbonylové skupiny navázán vodík a uhlíkový zbytek (výjimkou je formaldehyd mající na uhlíku karbonylové skupiny navázány dva vodíky)

● ketony, které mají na uhlík karbonylové skupiny navázány dva uhlíkové zbytky

– karbonylové sloučeniny se hojně vyskytují v přírodě jako složky různých chuťových látek a vonných silic, řada z nich je metabolicky významná

Vlastnosti

– nižší aldehydy a ketony jsou kapaliny (výjimkou je plynný formaldehyd), vyšší jsou pevné látky

– mají vyšší teploty varu než příslušné nenasycené uhlovodíky, ale nižší než odpovídající alkoholy, netvoří vodíkové můstky

– nižší aldehydy i ketony jsou ve vodě rozpustné, rozpustnost klesá s rostoucí molekulovou hmotností

– nižší aldehydy pronikavě zapáchají, vyšší aldehydy a některé ketony mají příjemnou vůni (ovocnou nebo květinovou)

– nejnižší dráždí oční sliznici

Charakteristika vazby

– karbonylová skupina je polární, π-elektrony se přesunují směrem k elektronegativnějšímu kyslíku

– na atomu uhlíku vzniká částečný kladný náboj a na atomu kyslíku částečný záporný náboj

– karbonylová skupina je velmi reaktivní, často probíhá nukleofilní adice, při níž se nukleofilní činidlo váže na uhlík a na kyslík se připojuje proton

– karbonylová skupina ovlivňuje i vodíkové atomy navázané na vedlejším uhlíku (tzv. α-vodíky), zvyšuje jejich kyselost a umožňuje jejich snadnější odštěpení

Příprava

1. oxidace uhlovodíků

2. hydrolýza alkynů

3. oxidace alkoholů

4. tepelným rozkladem vápenatých solí karboxylových kyselin

Reakce

– Nukleofilní adice

– probíhá navázáním nukleofilního činidla na uhlík karbonylové skupiny

– nukleofilní činidla: Lewisovy báze (např. ROH, H2O, H2S, RSH, NH3) – látky s volným elektronovým párem, pseudokyseliny (C-kyseliny) – organické látky, které vlivem bází vytvářejí na uhlíku volný elektronový pár (např. vodíky na uhlíku v sousedství polární skupiny – CO –, – NO2 – ; vodíky na uhlíku s trojnou vazbou), pseudobáze – organické látky, které nemají volný elektronový pár, mají ale polární vazbu a jsou schopné poskytovat volný el. pár na vytvoření vazby s karbonylovým uhlíkem (např. adice Grignardových činidel)

a) adice vody: probíhá jen u formaldehydu a aldehydů a ketonů obsahujících elektronakceptorové skupiny:

b) kyanhydrinová syntéza:

c) adice Grignardových činidel:

– Oxidačně redukční reakce

– Cannizarova reakce: vykazují aldehydy, které nemají vodíky na α uhlíku (např. aromatické aldehydy), aldehydická skupina je vázána na terciární uhlík:

– aldehydy:

– ketony: redukují se až na uhlovodík

oxidace ketonů neprobíhá, působením drastických oxidačních činidel dochází k současnému štěpení uhlíkatého řetězce

– Polymerace aldehydů

– probíhá v kyselém prostředí, je to v podstatě adice jedné aldehydické skupiny na druhou, např. polymerace formaldehydu:
a) v plynném skupenství: trimerace na cyklický trimer trioxymethylen:

b) ve vodném roztoku: vzniká bílý prášek paraformaldehyd (polyoxymethylen):

– Reakce aldehydů a ketonů na alkylu

– aldehydy a ketony mající vodíky na α-uhlíku se chovají v zásaditém prostředí jako C-kyseliny. Kyselý charakter vodíků na α-uhlíku se projevuje při reakcích na α-uhlíku: např. halogenace (probíhá i do vyšších stupňů):

Zástupci

– Formaldehyd (methanal) HCOH: bezbarvý štiplavý plyn, rozpustný ve vodě. Vyrábí se katalytickou oxidací methanolu. Používá se jako dezinfekční i fungicidní prostředek, je surovinou pro výrobu plastů a barviv. Jeho 40 % vodný roztok, známý jako formalin, slouží k dezinfekci a jako konzervační prostředek biologického materiálu.

– Acetaldehyd (ethanal) CH3CHO: pronikavě páchnoucí kapalina. Vyrábí se katalytickou oxidací ethanolu (nebo ethylenu) nebo adicí vody na acetylen. Jeho páry se vzduchem tvoří výbušnou směs. Používá se např. k výrobě kyseliny octové, léčiv, voňavek, palivo do vařičů („tuhý líh“)

– Benzaldehyd (benzenkarbaldehyd) C6H5CHO: kapalina hořkomandlové vůně, špatně rozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje v mandlích, peckách broskví nebo meruněk. Vyrábí se oxidací toluenu vzdušným kyslíkem. Používá se při výrobě léčiv, barviv.

– Aceton (dimethylketon, propanon) CH3COCH3: bezbarvá, hořlavá, toxická kapalina typické vůně. Její páry se vzduchem jsou výbušné. Vyrábí se oxidací propan-2-olu. Používá se jako rozpouštědlo (např. nátěrových hmot) a při výrobě různých organických sloučenin.