Karbonylové sloučeniny a izomerie

Aldehydy x Ketony

  • karbonylová skupina C = O
  • aldehydy: R-CO-H
  • keton: R-CO-R
  • v přírodě: složky různých chuťových látek a vonných silic
  • metabolicky významné

Příprava i výroba: především oxidací

  • z alkoholů – oxidace, dehydrogenace
  • acetaldehyd: katalyzovaná adice vody na ethin
  • aromatické ketony: z arenů reakcemi s chloridy/ anhydridy k. k.

Názvosloví

  • systematické aldehydy: koncovka al, ketony: koncovka on
  • dvousložkové: uhlovodíkové zbytky – přípona keton
  • triviální: propanon – aceton

Fyzikální vlastnosti

  • formaldehyd: plyn
  • většinou kapaliny
  • toxické (především formaldehyd)
  • x vodíkové vazby > nižší teploty varu (než alkoholy, vyšší než uhlovodíky)
  • zapáchají, dráždivé / příjemná vůně (spíše vyšší)

Chemické vlastnosti

  • Cδ+ = Oδ- > polární vazba
  • a uhlík (1. uhlík, na němž je vázána skupina) – snadné odštěpení vodíku > kyselý charakter
  • polární vazba > rozpustné ve vodě > schopnost klesá s délkou řetězce (molekulovou hmotností)
  • aldehydy reaktivnější než ketony (reaktivita klesá s délkou řetězce)
  • aldehydy: redukční účinky lze prokázat reakcí s Tollensovým či Fehlingovým činidlem
  • redukce zpět na alkoholy

Nukleofilní adice (vznik acetalu a poloacetalu)

  • reakce karbonylových sloučenin s alkoholy
  • vznik poloacetalu: 2R – C = O + R´OH > 2R – C – OH,OR´
  • vznik acetalu: 2R – C – OH,OR´ + R´OH > 2R – C – 2OR´

Aldolová kondenzace (adice)

  • aldehyd + aldehyd
  • CH3COH + CH3COH > CH3 – CHOH –CH2 – CH – HO

Oxidační a redukční reakce

  • primární alkoholy < redukce, oxidace > aldehydy < redukce, oxidace > karboxylové kyseliny
  • sekundární alkoholy < redukce, oxidace > ketony
  • ketony > oxidace (rozklad)

Význam karbonylových sloučenin

  • methanal (formaldehyd):
    • plynný, toxický, žíravý, karcinogenní, štiplavý zápach
    • dříve formaldehydová lepidla > lepení dřevotřísek > uvolňování
    • 40% roztok = formalín > nakládání exponátů
    • výroba makromolekulárních látek (fenolformaldehydové a močovinoformaldehydové pryskyřice)
  • acetaldehyd (ethanal):
    • páchnoucí kapalina
    • dobře rozpustná ve vodě
    • páry se vzduchem: explozivní směs
    • výroba voňavek, léčiv, kyseliny octové
  • benzaldehyd (benzenkarbaldehyd)
    • kapalina
    • hořká vůně mandlí
    • špatně rozpustná ve vodě
    • v mandlích, pecky broskví a meruněk
    • aroma (potravinářství, kosmetika)
    • výroba kyseliny mandlové > lékařství
  • aceton (dimethylketon, propanon)
    • bezbarvá, hořlavá, toxická kapalina, charakteristická vůně
    • páry se vzduchem – výbušné
    • rozpouštědla, ředidla, výroba organických sloučenin
  • cyklohexanon
    • kapalina vonící po mátě peprné
    • výroba plastů

Izomerie

  • jev, kdy sloučeniny mají stejný sumární vzorec, ale liší se chemickými a fyzikálními vlastnostmi

konstituční izomerie

  • řetězová (liší se uspořádáním, tvarem uhlíkového řetězce)
  • polohová (liší se polohou substituentů/násobné vazby)
  • funkční = skupinová (liší se typem funkční skupiny)
  • tautomerie (liší se polohou vodíku a polohou a typem dvojné vazby)

prostorová izomerie

  • geometrická (cis (Z) a trans (E) – energeticky výhodná)
  • optická = konfigurační = stereoizomerie (zrcadlové obrazy)
  • karbonylové skupiny:
    • polohová: propanon x propan-1-en-2-ol
    • skupinová
    • především tautomerie (keto/enol forma), keto forma stabilnější, enol forma méně stabilní – OH na C s =