karbonylovésloučeniny

Tadeáš Bilka

ÚvodKARBONYLOVÉ SLOUČENINY

neboli OXOSLOUČENINY

Charakteristika

Deriváty uhlovodíků obsahující karbonylovou skupinu C=O, která je polární vzhledem k větší elektronegativitě kyslíku. Důsledkem je vznik určitého přebytku kladného náboje na uhlíkovém atomu, proto tyto sloučeniny podléhají zvláště reakcím iniciovaným nukleofilními činidly.

C Oδ-δ+

ÚvodKARBONYLOVÉ SLOUČENINY

Rozdělení

Aldehydy, RCHO,

Ketony, R1COR2,

Chinony, nenasycené cyklické ketony

O

H

R

O

R1

R2

Názvosloví (IUPAC '93)ALDEHYDY

Pro aldehydickou skupinu (nebo 2 skupiny) v hlavním řetězci:

přípona -al (-dial)

Je-li aldehydická skupina vázána na cyklický uhlíkatý skelet nebo je-li přítomno více aldehydických skupin:

přípona –karbaldehyd, atomy uhlíku v ald. skupině se nezapočítávají do hl. řetězce, uvedou se lokanty

O

O

butandial

CH3

O

O

O

Butan-1,2,3-trikarbaldehyd

Názvosloví (IUPAC '93)ALDEHYDY

Je-li v molekule jiná nadřazená funkční skupina (např. COOH), přítomnost aldehydické funkční skupiny se vyjadřuje:

• předponou oxo-, pokud ald. uhlík patří do hlavního řetězce

• předponou formyl-, pokud ho do hlavního řetězce nezapočítáváme

Názvosloví (IUPAC '93)KETONY

Substituční princip: název uhlovodíku + přípona –on

Pokud je v molekule přítomná nadřazená funkční skupina: předpona oxo-

Názvy ketonů je také možné tvořit z abecedně seřazených názvů alkylů vázaných na ketonovou funkční skupinu a připojením skupinového názvu keton.

ethyl(methyl)keton

CH3

CH3

O

Názvosloví (IUPAC '93)KETONY

Je-li součástí molekuly ketonu fenyl nebo naftyl, název ketonu je složen z kmene acylu (skupina R-CO-) a zakončení –ofenon pro fenyl nebo –onafton pro naftyl.

propiofenon

CH3

OCH3 O

1-acetonaftonO

O

benz-1,4-chinon

PŘÍPRAVA A VÝROBA

Aldehydy, ketony, chinony

Karbonylové sloučeniny se zpravidla připravují i vyrábějí podobným způsobem, oxidací alkoholů (viz reakce).

Např.

(příprava):

C2H5OH + 2[O] CH3CHO + H2O, ox. činidlo např. KMnO4 v kyselém prostředí. Vzniklý ethanal se musí z reakční směsi odstraňovat destilací, aby se dále neoxidoval na karboxylovou kyselinu.

(výroba):

Oxidace alkoholů vzduchem v přítomnosti měděného katalyzátoru při teplotě 300°C.

9

V přírodě aldehydy

- zastoupeny v přírodě - složkami vonných látek:Př. aldehyd skořicový v kůře skořicovníku,

vanilín ve vanilce,(odvozen od benzaldehydu)

ALDEHYDYALDEHYDY

10

V přírodě ketony

Některé hormony ketony (testosteron, progesteron). V lidské krvi a moči ketony - při onemocnění. (cukrovka)

KETONYKETONY

VLASTNOSTI A VYUŽITÍDíky své karbonylové skupině mají aldehydy a ketony polární molekulu…

• Body tání a varu vyšší než srovnatelné nepolární molekuly

• Body tání a varu nižší než příslušné alkoholy (netvoří vodíkové můstky)

• Charakteristický zápach

• Kromě formaldehydu bezbarvé kapaliny nebo pevné látky

• Rozpustné v organických rozpouštědlech a nižší (po C5) jsou mísitelné s vodou

Výroba plastů, pryskyřic, barviv a pesticidů.

Charakteristické reakceOxo-enol (keto-enol) tautomerie CH3 O CH2 OH

CH3 CH3

O

CH3 CH2

OH

oxo enol

acetaldehyd vinylalkohol

propanon 1-propen-2-ol

Propanon (aceton):

- těkavá, hořlavá kapalina s charakteristickým zápachem- dráždí oči a dýchací cesty, působí narkoticky, odmašťuje pokožku- používá se jako rozpouštědlo barev, laků (ředidlo), odlakovač, výroba plastů (plexisklo)- zápach acetonu v moči upozorňuje na onemocnění cukrovkou!

3 4

Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Methanal (formaldehyd)

- štiplavě páchnoucí jedovatý plyn

- dobře rozpustný ve vodě

- jeho 40% vodný roztok = formalín (4% dezinfekční

látka, konzervační prostředek biologic. preparátů)

- surovina na výrobu plastů,

přípravků proti plísním

a výbušniny hexogenu

- toxická, žíravá a karcinogenní látka

1

Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

- dobře větraný prostor- v okolí nesmí být otevřený oheň ani žhavá tělesa – zákaz kouření!!!

Při práci s acetonem!!!

6

7

5

Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Nepatrné množství formaldehydu se tvoří i v těle člověka při rozkladu umělého sladidla aspartamu, obsaženého v tzv. light nápojích či jogurtech.

8

9

10

Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Charakteristické reakce1. Oxidace a redukce aldehydů

CH3 OCH3

O

OH

CH3 OH

NaBH4 CrO3 + H+

redukce oxidace

Vznik karboxylových kyselin

Vznik primárních alkoholů

Redukce ketonů – vznik sekundárních alkoholů

Oxidace ketonů – nesnadná, neprobíhá vůbec nebo je destruktivní a dochází ke štěpení molekuly ketonu a vzniku dvou oxidačních produktů (kyselina + aldehyd, kyselina + kyselina…)

Charakteristické reakce2. Nukleofilní adice AN

Adice alkoholu za vzniku poloacetalu, reakcí s další molekulou alkoholu vzniká eliminací vody acetal:

CH3

O

H

CH3 OH CH3

OH

O

H CH3

CH3

OH

O

H CH3

CH3 OH CH3

O

O

H

CH3

CH3

+

+

OH2-

Vznik poloacetalu je zejména významný u sacharidů a je příčinou vzniku jejich cyklické struktury, která má zásadní biologický význam.

1) Nukleofilní adiceKarbonylové sloučeniny

a) Adice vody

b) Adice amoniaku

c) Reakce aldehydů s alkoholy

• probíhá v kyselém prostředí - proton se naváže na karbonylový kyslík – tím se zvýší elektrofilní charakter karbonylového uhlíku, který je pak snáze atakován nukleofilem ( což je kyslíkový atom alkoholu)

Uvolní se proton, který fungoval jako katalyzátor.

Hemiacetal (poloacetal)

Karbonylové sloučeniny

Podrobněji:1.

2.

3.

Aldolová kondenzace – probíhá u aldehydů nebo ketonů, které mají alespoň jeden vodík na uhlíku; účinkem zásad vzniká z jedné molekuly aldehydu karbaniont(-CH2CHO), který se aduje na karbonylovou skupinu druhé molekuly.

Charakteristické reakce

Polymerace aldehydů – opakovaná adice, cyklická (vznik trimeru) nebo lineární.

3. Adičně-eliminační reakce (kondenzace)

OH NHCH3

CH3 NH2

OH2-+

bezaldehyd

methylamin

benzylidenmethylamin

Významné aldehydy

Formaldehyd (methanal)

• Štiplavě páchnoucí plyn, jedovatý, karcinogenní

• Rozpustný ve vodě (40% roztok = formalin – desinfekční a konzervační činidlo pro uchování tkání)

• Polymer (tetramer) = pevný líh, fenolformaldehydové pryskyřice – bakelit, laky atd.

Acetaldehyd (ethanal)

• příjemně vonící kapalina, meziprodukt alkoholového kvašení

• keto forma ethenolu

Sacharidu jsou obecně aldehydy nebo ketony, glyceraldehyd je základem sacharidů.

Významné ketony a chinonyAceton (propanon)

• významné rozpouštědlo

• výroba – oxidace kumenu(destruktivní) nebo propan-2-olu

•Vzniká při hladovění a cukrovce dekarboxylací kyseliny acetoctové

Bezaldehyd

• kapalina, vůně hořkých mandlíp-benzochinon

• ubichinon (koenzym Q v dýchacím řetězci)

Cyklohexanon

• součást silic, výroba silonu

Chinony obecně

• výroba barviv (chromofory, auxochromy- -OH, -SO3H, NH2 – posun barevnosti)

Důkazy aldehydů

Schiffovo činidlo

• bezbarvý roztok (červené barvivo fuchsin se odbarví hydrogensiřičitanem, siřičitanem nebo oxidem siřičitým), reakcí s aldehydem se obnoví původní barevnost fuchsinu

Fehlingovo činidlo

• pracuje díky redukčním vlastnostem aldehydů, vyloučení oranžovo-červeného oxidu mědného nebo elementární mědi

Tollensovo činidlo

• také založeno na redukčních vlastnostech aldehydů, vyloučení stříbrného zrcátka nebo černého stříbra