Как сделать из алкина кетон

Обновлено: 06.07.2024

Кетон представляет собой органическое соединение , часть семейства карбонильных соединений , один из атомов углерода , из которых несет карбонильную группу.

В отличие от альдегидов (которые имеют только первичный углерод вокруг этой группы), это вторичный углерод (связанный ровно с двумя соседними атомами углерода), который несет карбонильную группу для кетонов.

Следовательно, кетон содержит последовательность R-CO-R 1 (изображение напротив), где R и R 1 представляют собой углеродные цепи, а не простые атомы водорода, связанные с центральным углеродом, несущим карбонильную функцию.

Резюме

Номенклатура

  • Карбонильная функция присутствует в основной группе (самой длинной углеродной цепи ): название кетона получается добавлением суффикса-one к названию соответствующего углеводорода , указывающего место карбонильной связи в углеродной цепи.
  • Карбонильная функция присутствует только во вторичной группе: добавляется приставкаоксо- , указывающая ее место в углеродной цепи вторичной группы.

Пример

Можно, например, упомянуть ацетон (стандартное название которого пропан-2-он) CH 3 -CO-CH 3 .

Основные кетоны

Свойства, реакционная способность

Они являются общими для альдегидов и кетонов, особенно в отношении их кето / енольного баланса. См. Общую статью о карбонильном соединении .

Обучение

Путем промышленного окисления

Уравнение-баланс окисления вторичного спирта в кетоне дикислородом

  • Окисление O 2 воздуха. Катализатор может быть использован в качестве Fe 2 O 3 или MnO 3 до 400 ° C , или серебряного катализатора до 600 ° C .
  • Каталитическое дегидрирование вторичных спиртов Спирт газированный. CuO , около 400 до 500 ° C , Ag, Cu около 300 ° C , ZnO или ZrO около 300 до 400 ° С, используют в качестве катализатора .
  • Процесс Wacker-Hœchst

Путем химического окисления

Часто используется дихромат калия или Cr (VI) (например, через PCC ), но наиболее часто используемым реагентом является реактив Джонса : CrO 3 в присутствии серной кислоты в ацетоне. Иногда, если присутствие кислоты беспокоит, используют реактив Саретта : CrO 3 в пиридине.

Путем гидролиза алкинов

При добавлении воды к алкину в кислой среде карбонильная группа образуется на углероде, несущем тройную связь с наименьшим количеством атомов водорода ( правило Марковникова ), при условии наличия окисленной ртути +2 в качестве катализатора (Hg 2+ ). Другой углерод, несущий тройную связь, будет восстановлен за счет получения двух атомов водорода .

Уравнение-баланс гидролиза алкинов до кетонов

Озонолизом алкенов

Озонолиза лечения реактива к озону и воде . Здесь, алкены подвергаются озонолиз с образованием группы карбонила , при условии , чтобы иметь в качестве катализатора из этановой кислоты (или уксусная кислоты) и цинк окисляется 2 (Zn 2+ ). При этом образуется очень нестабильный циклический промежуточный продукт: озонид, который затем превращается в кетон или альдегид . Чтобы получить кетон из алкена, по крайней мере, один углерод, несущий двойную связь, должен быть связан исключительно с другими атомами углерода, иначе будет образовываться альдегид. В результате реакции также выделяется перекись водорода .

Например, обрабатывая 2-метилбут-2-ен озоном и водой (с необходимыми катализаторами), получают пропанон (кетон), этаналь или ацетальдегид (альдегид) и перекись водорода.

Балансовое уравнение озонолиза алкена, 2-метилбут-2-ена

По реакции Фриделя-Крафтса на ароматическое соединение

Принцип состоит в объединении бензола с ацилхлоридом и AlCl 3 . В результате к бензолу и HCl присоединяется кетон. Механизм реакции следует принципу электрофильного присоединения к ароматическому веществу, отсюда и присутствие AlCl 3 (кислота Льюиса), который будет использоваться для создания электрофила (см. Реакцию Фриделя-Крафтса ) .

Использование кетонов

Кетоны используются в производстве пластмасс в качестве растворителей, а также в качестве красителей в парфюмерии и таких лекарственных препаратов, как альдегиды .

Ацетализация

Ацетилирования является обратимой реакцией для преобразования карбонильного соединения и два спиртов (или диол) в ацетали . Эта реакция фактически защищает карбонильную группу или спирт.

Реакция

Условия и положения

  • Нагреватель
  • Кислотный катализ (обычно APTS или безводный HCl )

Характеристики и примечания

Эта реакция обычно направлена ​​против кеталя (в отличие от ацеталей). Если мы хотим продвинуть его в направлении его образования, мы используем избыток спирта (который одновременно служит растворителем). Также необходимо отгонять воду (гетероазеотропная перегонка) с помощью аппарата Дина и Старка. Чтобы вызвать обратную реакцию, все наоборот: мы добавляем избыток воды, чтобы гидролизовать кеталь.

Когда мы хотим защитить карбонильную функцию, мы обычно используем диол, такой как этан-1,2-диол :

Эта реакция также может очень хорошо служить для защиты функции алкоголя, в частности, вицинальных диолов .

  • В некоторых случаях реакция может прекратиться на полуацетале (в случае циклических полуацеталей).

Действие реактива Гриньяра

Реактив Гриньяра реагирует с кетоном с образованием третичного алкогол . Углерод, несущий магнийорганический , добавляется к углероду, несущему карбонильную группу. В водной среде алкоголят, сильное основание, получает протон с образованием спирта.

Действие реактива Гриньяра на кетон с образованием третичного алкоголята

Реакция Виттига

Реакция Виттига превращает кетон в производное этилена. Фактически это превращает связь C = O в связь C = C.

Реакция Шапиро

Снижение кетонов

В спиртах

Промышленно

Используется дигидроген H 2 в инертном растворителе в присутствии катализатора ( гетерогенный катализ ). Очень часто это металлы, такие как платина (Pt), палладий (Pd), никель (Ni) или родий (Rh).

Если кетон также имеет связь C = C, он также гидрируется (реакция легче на C = C, чем на C = O). Чтобы избежать этого, необходимо проводить нуклеофильное добавление гидридов. Реакция экзотермическая .

Восстановление кетона водородом, катализируемое никелем

По гидридам

См. Нуклеофильное добавление гидридов (ниже).

В алкане

Нуклеофильные добавки

из гидрида (LiAlH 4 , NaBH 4 )

Добавление гидридов позволяет восстанавливать кислород карбонильной группы без изменения двойной связи ( алкеновой части ) молекулы по сравнению с простым добавлением водорода.

Кетон, также несущий алкен, при обработке гидридом дает алкоголят, который несет алкен. Этот алкоголят, обработанный слабой кислотой (например, водой), затем превращается в спирт, который несет алкен.


Альдегиды и кетоны

Ключевые слова конспекта: Альдегиды. Альдегидная группа. Формальдегид. Ацетальдегид. Качественные реакции на альдегиды. Реакции поликонденсации. Карбонильная группа. Кетоны. Ацетон.

Понятие об альдегидах


Современный рынок конструкционных и отделочных материалов необыкновенно богат. Древесно-стружечные плиты, из которых изготовлена мебель, искусно маскируются под натуральное дерево. Искусственный камень, из которого сделаны столешницы кухонной мебели, внешне трудно отличить от натурального камня. Стеновые панели и пластиковая вагонка окрашены во все цвета радуги и легко монтируются. Ламинат или линолеум создают иллюзию настоящей древесины. Ручки кухонной посуды, корпуса розеток и выключателей должны выдерживать высокую температуру или электрическое напряжение, при этом не гореть, не плавиться, отвечать гигиеническим нормам, а потому должны быть изготовлены из веществ, соответствующих установленным требованиям.


Что же общего между такими непохожими предметами быта? При изготовлении многих из них используют полимерные вещества, получаемые на основе органического вещества формальдегида. Формальдегид имеет формулу СН2О, однако чаще всего её записывают в виде НСНО, поскольку она точнее отражает строение молекулы:


Между атомами углерода и кислорода имеется двойная связь. Группу

(или —СНО) называют альдегидной группой. Именно она определяет принадлежность соединения к классу альдегидов.

Альдегиды и кетоны

Гомологический ряд альдегидов

Формальдегид (метаналь) — родоначальник гомологического ряда альдегидов. Это бесцветный ядовитый газ с характерным запахом, хорошо растворимый в воде. Водный раствор формальдегида называют формалином.


Общая формула представителей гомологического ряда альдегидов СnН2nО. Обозначив углеводородный радикал буквой R, общую формулу альдегидов можно записать так:

Формулы и названия первых представителей этого класса органических веществ приведены в таблице 6. Международные названия альдегидов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса -аль.


Способы получения альдегидов


Основной промышленный метод получения формальдегида — уже знакомая вам реакция окисления соответствующего спирта, в данном случае метанола:


Кроме того, возможно получение формальдегида в результате каталитического окисления метана:


Уксусный альдегид (этаналь) в промышленности получают прямым окислением этилена в присутствии катализатора — хлорида палладия(II):

Химические свойства альдегидов

Химические свойства альдегидов определяются в первую очередь наличием в их молекуле альдегидной группы.


Несмотря на наличие в альдегидной функциональной группе двойной связи, альдегиды не относят к непредельным соединениям. В типичные для непредельных соединений реакции присоединения они вступают с трудом. Тем не менее в присутствии катализатора водород способен присоединяться по связи


Формальдегид легко окисляется, образуя при этом карбоновую кислоту. Реакцию окисления формальдегида можно записать упрощённо, обозначив окислитель как [О]:


На реакциях окисления основаны качественные реакции на альдегиды. В роли окислителя можно использовать аммиачный раствор оксида серебра. В упрощённом виде эту реакцию можно выразить уравнением

При осторожном нагревании альдегида с аммиачным раствором оксида серебра на стенках пробирки образуется блестящий налёт металла, поэтому данная реакция получила название реакция серебряного зеркала.


Альдегиды легко окисляются также свежеприготовленным гидроксидом меди(II) в щелочной среде. При этом голубой цвет осадка изменяется на кирпично-красный в результате образования оксида меди(I):

Фенолформальдегидная смола

Наиболее важны с практической точки зрения реакции альдегидов, приводящие к получению высокомолекулярных продуктов (полимеров).

Взаимодействием формальдегида с фенолом синтезируют полимер фенолформальдегидную смолу. Является ли это взаимодействие реакцией полимеризации? Оказывается, нет. В данном случае протекает процесс поликонденсации, в результате которого, в отличие от полимеризации, помимо высокомолекулярного вещества, образуется побочный низкомолекулярный продукт (чаще всего вода). Схема взаимодействия формальдегида с фенолом:



Уравнении реакции:

Если фенолформальдегидной смолой пропитать стружки или опилки и спрессовать при нагревании, получится древесно-стружечная плита. Аналогичным образом склеиванием тонких слоёв древесины (шпона) получают фанеру. Если покрыть древесно-стружечную плиту или фанеру плёнкой с рисунком под дерево или камень, получится материал для изготовления мебели. Изделия из ДСП выделяют в окружающую среду токсичные мономеры фенолформальдегидной смолы — фенол и формальдегид. Даже незначительные концентрации этих веществ могут вызывать головную боль, резь в глазах, раздражение дыхательных путей и т. д. Выделение формальдегида из ДСП контролируется и является важным показателем качества плит.

Если в фенолформальдегидную смолу добавляют различные цветные красители, наполнители, помещают в форму и нагревают, то получают устойчивые к высоким температурам изделия из полимерного материала — фенопласта.

Формальдегид используют для дубления кожи в кожевенном производстве, так как при взаимодействии с белком он вызывает его денатурацию. В результате дубильного действия формалина кожа не подвергается гниению. На этом же свойстве формалина основано его применение для хранения биологических препаратов, дезинфекции и протравливания семян.


Понятие о кетонах


В отличие от молекул альдегидов, молекулы кетонов содержат два углеводородных радикала, связанные с функциональной карбонильной группой . Простейший представитель кетонов — хорошо известный растворитель лаков и красок ацетон, или диметилкетон:


Таблица


Наконец, выведение кетонов из организма человека обычно связано с низким уровнем сахара (в случаях диабета и / или чрезмерного голодания), что может вызвать серьезные проблемы со здоровьем у пациента.

  • 1 Общая формула кетонов
  • 2 типа кетонов
    • 2.1 Согласно структуре вашей сети
    • 2.2 По симметрии его радикалов
    • 2.3 По насыщенности его радикалами
    • 2.4 Дицетоны
    • 3.1 Точка кипения
    • 3.2 Растворимость
    • 3.3 Кислотность
    • 3.4 Реакционная способность
    • 7,1 бутанон (C4H8O)
    • 7,2 циклогексанона (C6H10O)
    • 7.3 Тестостерон (C19H22O2)
    • 7,4 Прогестерон (C21H30O2)

    Общая формула кетонов

    Кетоны представляют собой карбонильные соединения, в которых эта группа связана с двумя углеводородными группами; это могут быть алкильные группы, бензольные кольцевые группы или оба.

    Кетон может быть просто представлен как R- (C = O) -R ', где R и R' представляют собой любые две углеводородные цепи (алканы, алкены, алкины, циклоалканы, производные бензола и другие). Там нет кетонов с водородом, присоединенным к карбонильной группе.

    Существует множество методов получения кетонов в промышленных и лабораторных условиях; Кроме того, важно отметить, что кетоны могут синтезироваться различными организмами, включая человека.

    В промышленности наиболее распространенный метод синтеза кетонов включает окисление углеводородов, как правило, с использованием воздуха. В небольших масштабах кетоны обычно получают путем окисления вторичных спиртов, что дает в качестве продуктов кетон и воду..

    Помимо этих наиболее распространенных методов, кетоны можно синтезировать с помощью алкенов, алкинов, солей азотных соединений, сложных эфиров и многих других соединений, что облегчает их получение..

    Типы кетонов

    Существует несколько классификаций кетонов, зависящих в основном от заместителей в их цепях R. Ниже приведены наиболее распространенные классификации для этих веществ:

    По структуре вашей сети

    В этом случае кетон классифицируется по способу структурирования его цепи: алифатическими кетонами являются те, которые имеют два радикала R и R ', которые имеют форму алкильных радикалов (алканы, алкены, алкины и циклоалканы).

    Со своей стороны, ароматические соединения - это те, которые образуют производные бензола, оставаясь при этом кетонами. Наконец, смешанные кетоны - это те, которые имеют R алкильный радикал и R 'арильный радикал или наоборот.

    По симметрии его радикалов

    В этом случае изучаются радикалы R и R 'заместителей карбонильной группы; когда они равны (идентичны), кетон называется симметричным; но когда они разные (как и большинство кетонов), это называется асимметричным.

    По насыщенности его радикалами

    Кетоны также могут быть классифицированы в соответствии с насыщенностью их углеродных цепей; Если они находятся в форме алканов, кетон называется насыщенным кетоном. Напротив, если цепочки находятся в виде алкенов или алкинов, кетон называется ненасыщенным кетоном..

    дикетонов

    Это отдельный класс кетонов, так как цепи этого кетона имеют две карбонильные группы в своей структуре. Некоторые из этих кетонов имеют уникальные характеристики, такие как более длинная длина связи между атомами углерода.

    Например, дикетоны, полученные из циклогексана, известны как хиноны, которых всего два: орто-бензохинон и пара-бензохинон.

    Физико-химические свойства кетонов

    Кетоны, как и большинство альдегидов, представляют собой жидкие молекулы и обладают рядом физических и химических свойств, которые варьируются в зависимости от длины их цепей. Его свойства описаны ниже:

    Точка кипения

    Кетоны обладают высокой летучестью, высокой полярностью и не могут отдавать водороды для водородных связей (они не имеют атомов водорода, связанных с их карбонильной группой), поэтому они имеют более высокие точки кипения, чем алкены и простые эфиры, но ниже, чем те спирты с одинаковой молекулярной массой.

    Температура кипения кетона увеличивается с увеличением размера молекулы. Это связано с вмешательством ван-дер-ваальсовых сил и диполь-дипольных сил, которые требуют большего количества энергии для разделения атомов и электронов, привлеченных к молекуле..

    растворимость

    Растворимость кетонов оказывает сильное влияние частично на способность этих молекул принимать водород в своем атоме кислорода и, таким образом, образовывать водородную связь с водой. Кроме того, между кетонами и водой образуются притягивающие, рассеивающие и диполь-дипольные силы, которые усиливают их растворимый эффект..

    Кетоны теряют растворимость по мере увеличения их молекулы, так как они начинают требовать больше энергии для растворения в воде. Они также растворимы в органических соединениях.

    кислотность

    Благодаря своей карбонильной группе кетоны имеют кислотную природу; это происходит из-за резонансной стабилизационной способности этой функциональной группы, которая может переносить протоны из своей двойной связи с образованием сопряженного основания, называемого енолом.

    реактивность

    Кетоны являются частью большого количества органических реакций; это происходит из-за чувствительности его карбонильного углерода к нуклеофильному присоединению, в дополнение к полярности этого.

    Как указано выше, высокая реакционная способность кетонов делает их признанным промежуточным продуктом, который служит основой для синтеза других соединений..

    номенклатура

    Кетоны названы в соответствии с приоритетом или важностью карбонильной группы во всей молекуле, поэтому, когда у вас есть молекула, управляемая карбонильной группой, кетон назван путем добавления суффикса "-one" к названию углеводорода..

    Самая длинная цепь с карбонильной группой берется в качестве главной цепи, а затем молекула называется. Если карбонильная группа не имеет приоритета над другими функциональными группами молекулы, то она идентифицируется как "-oxo".

    Для более сложных кетонов положение функциональной группы может быть идентифицировано числом, а в случае дикетонов (кетонов с двумя одинаковыми заместителями R и R ') указывается молекула с суффиксом "-дион"..


    Разница между альдегидами и кетонами

    Самое большое различие между альдегидами и кетонами заключается в наличии атома водорода, присоединенного к карбонильной группе в альдегидах.

    Этот атом оказывает важное влияние, когда речь идет о вовлечении молекулы в реакцию окисления: альдегид образует карбоновую кислоту или соль карбоновой кислоты, в зависимости от того, происходит ли окисление в кислотных или основных условиях..

    Напротив, кетон не имеет этого водорода, поэтому минимальные шаги, необходимые для окисления, не происходят.

    Существуют методы окисления кетона (с окислителями, намного более сильными, чем обычно используемые), но они разбивают молекулу кетона, разделяя ее сначала на две или более частей..

    Промышленное и повседневное использование

    В промышленности кетоны часто встречаются в парфюмерии и красках, выполняя роль стабилизаторов и консервантов, которые препятствуют разложению других компонентов смеси; они также имеют широкий спектр применения в качестве растворителей в тех отраслях, которые производят взрывчатые вещества, краски и текстиль в дополнение к фармацевтическим препаратам..

    Ацетон (самый маленький и самый простой кетон) является растворителем, признанным во всем мире, и используется в качестве растворителя и растворителя..

    В природе кетоны могут появляться в виде сахаров, называемых кетозами. Кетозы - это моносахариды, которые содержат один кетон на молекулу. Самая известная кетоза - фруктоза, сахар, содержащийся во фруктах и ​​меде..

    Биосинтез жирных кислот, который происходит в цитоплазме клеток животных, также происходит под действием кетонов. Наконец, как уже упоминалось выше, может наблюдаться повышение кетонов в крови после голодания или в случаях диабета..

    Примеры кетонов

    Бутанон (C4H8O)

    Также известная как MEK (или MEC), эта жидкость производится в промышленных масштабах и используется в качестве растворителя..

    Циклогексанон (С6H10O)

    Произведенный в больших масштабах, этот кетон используется в качестве предшественника синтетического нейлонового материала..

    Тестостерон (С19H22О2)

    Это основной гормон мужского пола и анаболический стероид, встречающийся у большинства позвоночных..

    Прогестерон (С21H30О2)

    Эндогенные стероиды и половые гормоны, участвующие в менструальном цикле, беременности и эмбриогенезе у людей и других видов.

    При пропускании паров спирта через нагретые трубки с мелко раздробленной, восстановленной водородом металлической медью вторичные спирты распадаются - на кетон и водород. Несколько хуже эта реакция проходит в присутствии никеля, железа или цинка.

    Кетоны могут быть получены сухой перегонкой кальциевых и бариевых солей одноосновных кислот. Для всех кислот, кроме муравьиной, реакция идет следующим образом:


    Чаще восстанавливают не самые кислоты, а их производные, например хлорангидриды:

    т. е. образуется кетон с двумя одинаковыми радикалами и карбонат кальция.

    Если взять смесь солей двух кислот или смешанную соль, то наряду с предыдущей реакцией происходит также реакция между молекулами разных солей:


    Вместо сухой перегонки готовых солей используют также контактный способ, так называемую реакцию кетонизации кислот, состоящую в том, что пары кислот пропускают при повышенной температуре над катализаторами, в качестве которых применяют углекислые соли кальция или бария, закись марганца, окись тория, окись алюминия и др.

    Здесь сначала образуются соли органических кислот, которые затем разлагаются, регенерируя вещества, являющиеся катализаторами. В результате реакция идет, например, для уксусной кислоты по следующему уравнению:

    Кетоны могут получаться при взаимодействии с водой дигалоидных соединений, содержащих оба атома галоида при одном и том же атоме углерода. При этом можно было бы ожидать обмена атомов галоида на гидроксилы и получения двухатомных спиртов, у которых обе гидроксильные группы находятся при одном и том же атоме углерода, например:


    Но такие двухатомные спирты в обычных условиях не существуют, они отщепляют молекулу воды, образуя кетоны:


    При действии воды на гомологи ацетилена в присутствии солей окиси ртути, получаются кетоны:

    При взаимодействии производных карбоновых кислот с некоторыми металлоорганическими соединениями присоединение одной молекулы металлоорганического соединения по карбонильной группе протекает по схеме:


    Если на полученные соединения подействовать водой, то они реагируют с ней с образованием в кетонов:


    При действии на амид кислоты двух молекул магнийорганического соединения, а затем воды получаются кетоны без образования третичных спиртов:


    Кадмийорганические соединения взаимодействуют с хлорангидридами кислот иначе, чем магний- или цинкорганические:

    Поскольку кадмийорганические соединения не вступают в реакцию с кетонами, здесь не могут получаться третичные спирты.

    Применение кетонов

    В промышленности кетоны используют как растворители, фармацевтические препараты и для изготовления различных полимеров. Важнейшими кетонами являются ацетон, метилэтиловый кетон и циклогексанон.

    Физиологическое действие

    Токсичны. Обладают раздражающим и местным действием, проникают через кожу, особенно хорошо ненасыщенные алифатические. Отдельные вещества обладают канцерогенным и мутагенным эффектом. Галогенпроизводные кетонов вызывают сильное раздражение слизистых оболочек и ожоги при контакте с кожей. Алициклические кетоны обладают наркотическим действием.

    Кетоны играют важную роль в метаболизме веществ в живых организмах. Так, убихинон участвует в окислительно-восстановительных реакциях тканевого дыхания. К соединениям, содержащим кетонную группу, относятся некоторые важные моносахариды (фруктоза и др.), терпены (ментон, карвон), компоненты эфирных масел (камфора, жасмон), природные красители (индиго, ализарин, флавоны), стероидные гормоны (кортизон, прогестерон), мускус (мускон), антибиотик тетрациклин.

    В процессе фотосинтеза 1,5-дифосфат-D-эритро-пентулозы (фосфолированная кетопентоза) является катализатором. Ацетоуксусная кислота - промежуточный продукт в цикле Креббса.

    Наличие в моче и крови человека кетонов говорит о гипогликемии, различных расстройствах метаболизма или кетоацидозе.

    Читайте также: