Compuși carbonilici: aldehide și cetone - Chimie

15.1. Introducere

Grupa funcțională carbonil este grupa

în care un atom de oxigen este legat de un atom de carbon printr-o legătură dublă. Astfel, compușii care prezintă în molecula această grupă funcțională carbonil, poartă numele de compuși carbonilici.

Compușii carbonilici se împart în:

aldehide:
;
cetone:
.

Aldehidele sunt compușii carbonilici în care grupa carbonil este legată de un radical organic și de un atom de hidrogen.

Cetonele sunt compușii carbonilici în care grupa carbonil este legată de 2 radicali organici.

Cea mai simplă aldehidă este metanalul, cu formula moleculară: CH₂O, în care ambele valențe ale grupei carbonil sunt satisfăcute cu atomi de hidrogen.

Figura 15.1 Formula de proiecție a metanalului.

15.2. Denumirea compușilor carbonilici

Denumirea aldehidelor

Aldehidele pot fi denumite pe baza mai multor reguli dintre care unele sunt recomandate de IUPAC, iar altele sunt denumiri uzuale acceptate.

Denumirea aldehidelor conform IUPAC se poate face astfel:

numele hidrocarburii cu aceeași catenă de atomi de carbon + sufixul „-al”

metanal	etanal	propanal
CH₂=O	CH₃–CH=O	CH₃–CH₂–CH=O

se identifică cea mai lungă catenă de atomi de carbon care prezintă grupa –CH=O și se denumește hidrocarbura corespunzătoare. La numele acesteia se adaugă sufixul „-al”. Numerotarea catenei se începe de la atomul de carbon al grupei –CH=O care va prezenta întotdeauna indicele de poziție 1. În funcție de situație, se ține cont și de celelalte indicații din regulile de denumire a hidrocarburilor.

2-metilpropanal	2-propenal	butandial

Denumirea aldehidelor conform denumirilor uzuale acceptate:

se adaugă cuvântul „aldehidă” înaintea numelui acidului cu aceeași catenă sau se adaugă sufixul aldehidă la rădăcina numelui acestui acid.

acid formic	aldehidă formică (formaldehidă)	acid acetic	aldehidă acetică (acetaldehidă)
HCOOH	CH₂=O	CH₃–COOH	CH₃–CH=O

anumite aldehide prezintă denumiri uzuale:

glioxal	acroleină
O=CH–CH=O	CH₂=CH–CH=O
conform IUPAC: etandial	conform IUPAC: 2-propenal

Denumirea de aldehidă provine din „alcohol dehydrogenatus”, termen care face referire la faptul că aldehidele se obțin din alcooli prin dehidrogenare în momentul oxidării.

Denumirea cetonelor

Cetonele pot fi denumite pe baza mai multor reguli dintre care unele sunt recomandate de IUPAC, iar altele sunt denumiri uzuale acceptate.

Denumire cetonelor conform IUPAC se poate face astfel:

numele hidrocarburii cu aceeași catenă de atomi de carbon + sufixul „-onă”

propanonă	butanonă

se identifică cea mai lungă catenă de atomi de carbon care prezintă grupa
și se denumește hidrocarbura corespunzătoare. La numele acesteia se adaugă sufixul „-onă”. Numerotarea catenei se face astfel încât grupa carbonil să prezinte indicele de poziție cel mai mic, grupa carbonil având prioritate față de radicalii alchil sau legăturile multiple. În funcție de situație, se ține cont și de celelalte indicații din regulile de denumire a hidrocarburilor.

3-buten-2-onă	butandionă	3,3-dimetil-butanonă	2,3-pentandiona

Denumirea cetonelor conform denumirilor uzuale acceptate:

se indică în ordine alfabetică numele radicalilor care se leagă de grupa carbonil
, urmat de cuvântul „cetonă”.

dimetil-cetonă	etil-metil-cetonă

anumite cetone prezintă denumiri uzuale:

acetona

Cel mai simplu reprezentat al cetonelor este acetona. De la aceasta derivă și denumirea de cetonă.

15.3. Utilizările unor compuși carbonilici

Denumire	Formulă plană	Utilizări
Metanal (aldehidă formică/formaldehidă)	CH₂=O	Multiple întrebuințări. Este toxic puternic pentru microorganisme, motiv pentru care se utilizează ca dezinfectant, în stare de gaz sau în soluție apoasă de concentrație 40%, denumită formol sau formalină. Aldehida formică este folosită la conservarea preparatelor anatomice deoarece denaturează proteinele. Se utilizează la fabricarea oglinzilor, în industria pielăriei, la fabricarea unor coloranți, în arta fotografică. În industria chimică, cea mai importantă utilizare este ca materie primă pentru obținerea bachelitei și a novolacului.
Etanal (aldehida acetică/ acetaldehida)	CH₃–CH=O	A fost preparată pentru prima dată în 1821 de către Dӧbereiner. Este folosită la obținerea acidului acetic și la fabricarea alcoolului butilic care este un bun dizolvant.
Benzencarbaldehidă (aldehidă benzoică)	C₆H₅–CH=O	Se utilizează la sinteza unor coloranți și în industria cosmetică la parfumarea săpunurilor.
Propanonă (acetonă)		Se folosește ca dizolvant în industria lacurilor, pentru extragerea grăsimilor, la dizolvarea acetilenei în tuburi de oțel. Se utilizează ca materie primă pentru obținerea cloroformului și a metacrilatului de metil, monomer pentru obținerea plexiglasului (din plexiglas se pot confecționa ochelari de protecție). Acetona este un solvent bun pentru acetatul de celuloză și pentru lacurile și filmele de nitroceluloză.
Mentonă		Constituie o componentă odorantă a uleiului de mentă.
Ianonă		Constituie o componentă odorantă a uleiului de violete.
Cuminol		Se întâlnește în uleiul eteric din semințele de chimion.
Iasmona	Cetonă ciclică	Intră în compoziția uleiului de iasomie.
	Aldehide cu catenă normală de C₈-C₁₀	Se întâlnesc în uleiurile eterice de lămâie și de trandafiri.
Progesterona		Hormon sexual feminin

15.4. Clasificarea compușilor carbonilici

Structurile compușilor carbonilici sunt foarte variate. Proprietățile acestor compuși sunt influențate de:

natura grupei carbonil (dacă este vorba despre aldehide sau cetone);
numărul grupelor carbonil din moleculă;
natura radicalilor hidrocarbonați care se leagă de grupa carbonil (acestea pot proveni de la hidrocarburi saturate, nesaturate, aromatice).

Totodată, aceste caracteristici structurale constituie și criterii de clasificare a compușilor carbonilici.

În funcție de natura grupei carbonil, compușii carbonici pot fi:

aldehide;
cetone.

În funcție de natura radicalilor hidrocarbonați de care se leagă grupa carbonil, compușii carbonici pot fi:

aldehide sau cetone saturate

Exemple:

Aldehidă saturată	Cetonă saturată
propanal	acetonă (propanonă)
CH₃–CH₂–CH=O

aldehide sau cetone nesaturate

Exemple:

Aldehidă nesaturată	Acetonă nesaturată
2-propenal	3-buten-2-onă
CH₂=CH–CH=O

aldehide sau cetone aromatice

Aldehidă aromatică	Cetonă aromatică
benzaldehida	difenilcetona

În funcție de numărul grupelor carbonil din moleculă, compușii carbonilici, pot fi:

compuși monocarbonilici – o singură grupă carbonil de tip aldehidă sau cetonă;
compuși dicarbonilici – două grupe carbonil în moleculă care pot fi ambele de același tip (aldehidă sau cetonă) sau un prezintă o grupă carbonil de tip aldehidă și cealaltă de tip cetonă.

Exemple:

Compus dicarbonilic mixt	Compus dicarbonilic
3-ceto-butanal	2,4-pentandionă

15.5. Proprietăți fizice

Elemente de structură care determină anumite proprietăți fizice

Legătura dublă din grupa carbonil (C=O) este polară. În acest fel, moleculele aldehidelor și cetonelor sunt polare și între acestea se exercită forțe van der Waals de dispersie și dipol-dipol.

Starea de agregare

La temperatură obișnuită, metanalul (formaldehida) este un gaz, însă celelalte aldehide și cetone sunt substanțe lichide sau solide.

Puncte de fierbere și de topire

Punctele de topire și de fierbere cresc cu creșterea masei moleculare și a polarității moleculei (variază direct proporțional).

Valorile punctelor de fierbere ale unor compuși carbonilici:

Compus carbonilic	Valoarea punct de fierbere (°C)
CH₂=O	-19
CH₃–CH=O	+20,8
CH₃–CH₂–CH=O	+48
CH₃–CO–CH₃	+56,2
C₂H₅–CO–CH₃	+79,2

Solubilitate

Figura 15.2 Termenii inferiori ai compușilor carbonilici sunt solubili în apă, deoarece între moleculele acestora și cele de apă, se pot stabili legături de hidrogen.

Sunt miscibile cu apa (adică se amestecă cu apa în orice proporție):

formaldehida;
acetaldehida;
acetona.

Solubilitatea în apă a compușilor carbonilici scade cu creșterea masei moleculare (variază invers proporțional). Compușii carbonilici sunt solubili și în solvenți organici, iar compușii carbonilici lichizi funcționează ca buni solvenți pentru lacuri, vopsele, unele mase plastice, și altele.

Proprietăți organoleptice

Proprietăți organoleptice:

formaldehida prezintă un miros puternic dezagreabil (miros de formol);
acetaldehida prezintă miros de mere verzi;
benzaldehida prezintă miros de migdale amare;
aldehidele și cetonele lichide prezintă mirosuri specifice, uneori dezagreabile, alteori plăcute;
multe aldehide și cetone sunt folosite în parfumerie.

15.6. Reacții de obținere

Oxidarea metanului

Reacțiile compușilor organici care au loc cu mărirea conținutului în oxigen, sunt considerate reacții de oxidare.

În urma încălzirii metanului la 400-600°C, însă în prezența catalizatorilor oxizi de azot, metanul se oxidează la metanal (aldehidă formică):

Figura 15.3 Metanul conține 0% oxigen, iar metanalul obținut conține 53,33% oxigen, deci se consideră reacție de oxidare.

Oxidarea energică a alchenelor

Oxidarea energică a alchenelor se face cu:

K₂Cr₂O₇ în H₂SO₄ sau
KMnO₄ în H₂SO₄.

În urma acțiunii agenților oxidanți, legătura dublă C = C din alchene se rupe și se pot obține cetone atunci când atomul de C implicat în legătura dublă nu conține hidrogen.

Figura 15.4 Oxidarea energică a alchenelor în urma căreia se obțin dioxid de carbon, apă și o cetonă.

Figura 15.5 Oxidarea energică a alchenelor în urma căreia se obțin două cetone.

Figura 15.6 Oxidarea energică a alchenelor în urma căreia se obțin un acid carboxilic și o cetonă.

Oxidarea antracenului

Antracenul prezintă 3 nuclee aromatice condensate, deci un caracter aromatic mai slab comparativ cu naftalina. În acest fel, oxidarea antracenului are loc mai ușor, chiar cu agenți oxidanți: K₂Cr₂O₇ în prezență de CH₃–COOH. Oxidarea are loc la atomi de carbon din ciclul din mijloc, fără ruperea acestuia, obținându-se antrachinona. Acest compus este folosit în industria coloranților sintetici (clasa coloranților antrachinonici).

Figura 15.7 Reacția de oxidare a antracenului cu obținerea antrachinonei, scrisă simplificat.

Figura 15.8 Reacția de oxidare a antracenului cu obținerea antrachinonei.

În industrie, antrachinona se obține prin oxidarea antracenului, trecând vapori de antracen, cu aer, peste catalizator de pentaoxid de vanadiu (V₂O₅) la 300°C.

Oxidarea blândă a alcoolilor

Condiții de reacție pentru oxidarea blândă a alcoolilor: soluție diluată de K₂Cr₂O₇ și H₂SO₄.

Soluția de dicromat de potasiu acidulată cu acid sulfuric nu scindează (nu rupe) moleculele alcoolilor. În prezența acestei soluții oxidante, alcoolii primari se oxidează la aldehide.

Figura 15.9 Schema generală a reacției de oxidare blândă a alcoolilor primari (se obține și o moleculă de apă).

Figura 15.10 Reacția de oxidare a alcoolului etilic (conținut în oxigen de 34,78%) la etanal (conținut în oxigen de 36,36%), în prezență de K₂Cr₂O₇ și H₂SO₄.

Figura 15.11 Observație: Dacă se prelungește timpul de contact al aldehidelor obținute cu agentul oxidant, atunci acestea se oxidează mai departe la acizi.

Prin oxidarea blândă a alcoolilor primari, rezultă aldehide, iar prin oxidarea alcoolilor secundari, se formează cetone.

Figura 15.12 Reacția de oxidare blândă a 2-propanolului conduce la propanonă (o cetonă).

Figura 15.13 Reacția de oxidare blândă a alcoolilor se poate desfășura și în prezență de Cu (catalitic, prin dehidrogenare), prin încălzire (t°C), conform schemei generale.

Adiția apei la alchine (Reacție de hidratare Kucerov)

Adiția apei la acetilenă se face în prezența catalizatorului sulfat de mercur (HgSO₄) și acid sulfuric (H₂SO₄). În prima etapă a reacției se obține alcool vinilic (enol) care este instabil, dar care se stabilizează intramolecular trecând în etanal sau aldehidă acetică sau acetaldehidă. (Completare: Această trecere se face prin procesul de tautomerie, care este o formă de izomerie prin care izomerii trec cu ușurință din unul în celălalt, prin deplasarea unei duble legături și a unui atom de hidrogen.)

Figura 15.14 Reacția de adiție a apei la acetilenă, în urma căreia se obține alcool vinilic (enol, instabil), care prin tautomerie trece în etanal (aldehidă acetică).

Omologii superiori ai acetilenei, formează cetone.

Reacția de acilare a arenelor cu cloruri acide și anhidride

Reacția de acilare Friedel-Crafts presupune substituția unui atom de hidrogen legat de un atomul de carbon din nucleul aromatic cu o grupă acil,

.

Acilarea arenelor se poate realiza în prezență de AlCl₃, cu derivați funcționali ai acizilor carboxilici, cum ar fi:

cloruri acide, R–COCl și
anhidride acide (R–CO)₂O.

Figura 15.15 Reacția de acilare a benzenului cu clorură de acetil, în prezență de AlCl₃, conducând la fenil-metil-cetonă sau acetofenonă.

Hidroliza derivaților dihalogenați geminali

Condiții de reacție pentru hidroliza derivaților halogenați: soluție apoasă de baze tari (NaOH, KOH);

Observație: vor reacționa doar derivații halogenați care prezintă atomul de halogen legat de un atom de carbon saturat.

Figura 15.16 Schema generală a reacției de hidroliză a unui compus dihalogenat geminal cu obținerea unui compus carbonilic (aldehidă sau cetonă).

Figura 15.17 Formarea grupării carbonilice în urma reacției de hidroliză a unui compus dihalogenat geminal.

Prin hidroliza compușilor dihalogenați geminali se acceptă faptul că se obține un compus dihidroxilic geminal instabil, care elimină imediat apă (deci nu poate fi izolat) și se transformă într-un compus carbonilic: aldehidă sau cetonă.

Exemple de reacții de hidroliză ale unor compuși dihalogenați geminali:

Figura 15.18 Reacția de hidroliză a clorurii de benziliden în urma căreia se obține aldehida benzoică.

Figura 15.19 Reacția de hidroliză a 2,2-dibromopropan în urma căreia se obține propanonă sau acetonă.

Observație: În cazul în care derivații dihalogenați sunt vicinali, prin reacția de hidroliză se obțin dioli.

Obținerea acetonei și a fenolului din izopropilbenzen (cumen)

Figura 15.20 Reacțiile de obținere a fenolului din izopropilbenzen (cumen). Mai întâi este oxidat cumenul cu oxigen și se transformă într-un compus intermediar (completare: hidroperoxid de cumen). Apoi, în prezență de acid sulfuric, se formează fenol și acetonă.

Hidroliza acetatului de vinil conduce la aldehida acetică

Figura 15.21 Reacția de obținere a acetalului de vinil prin adiția acidului acetic la acetilenă, în prezență de acetat de zinc, la 250°C. Prin hidroliza acetatului de vinil se obține aldehida acetică.

15.7. Proprietăți chimice

Reacții de adiție la grupa carbonil

Reacțiile de adiție la grupa carbonil:

de acid cianhidric (HCN), obținându-se cianhidrine;
de hidrogen (reacție de reducere);
de condensare între compuși carbonilici.

Reacția de adiție a acidului cianhidric

Figura 15.22 Reacția de adiție a acidului cianhidric (HCN) la acetonă. (Completare: se obține 2-hidroxi, 2-metil-propionitril)

Această reacție contribuie la obținerea sticlei plexi care este un poliester obținut prin polimerizarea metacrilatului de metil obținut din acetonă, conform reacțiilor de mai jos (reacțiile care au loc sunt în ordine sunt: adiție - hidroliză - deshidratare - esterificare - polimerizare).

Figura 15.23 Reacțiile de obținere a polimetacrilatului de metil.

Reacția de reducere a compușilor carbonilici

Reacțiile de reducere sunt, în majoritatea cazurilor, reacții de adiție a hidrogenului la legăturile multiple eterogene, cum ar fi C=O, C≡N și altele.

Totodată, reacțiile compușilor organici care au loc cu micșorarea conținutului în oxigen, se consideră a fi reacții de reducere. Reacțiile de reducere sunt procese redox.

Condiții de reacție pentru reducerea compușilor carbonilici:

H₂ și catalizatori (Ni, Pt, Pd);
hidruri complexe (LiAlH₄, NaBH₄) în soluție eterică;
sistem donor de protoni și electroni (Na + C₂H₅–OH).

Primii 2 reactanți în prezența cărora poate avea loc reacția de reducere a compușilor carbonilici, sunt cei mai importanți. De cele mai multe ori, reacțiile de reducere cu hidruri complexe se desfășoară în condiții foarte blânde și cu randamente mari.

În urma reacțiilor de reducere:

aldehidele se transformă în alcooli primari;
cetonele se transformă în alcooli secundari.

Astfel, reducerea aldehidelor și cetonelor reprezintă o metodă importantă de obținere a alcoolilor primari și secundari.

Figura 15.24 Schema generală a reacției de reducere a unei aldehide, obținându-se un alcool primar.

Figura 15.25 Schema generală a reacției de reducere a unei cetone, obținându-se un alcool secundar.

Figura 15.26 Reacția de reducere a etanalului (acetaldehidei) (conține 36,36% oxigen) în prezență de Ni, obținându-se etanol (alcool etilic) (conține 34,78% oxigen).

Figura 15.27 Reacția de reducere a benzaldehidei în prezență de LiAlH₄, conducând la alcool benzilic.

Figura 15.28 Reacția de reducere a propanonei (acetonei) în prezență de Ni, obținându-se 2-propanol.

Figura 15.29 Reacția de reducere a fenil-metil-cetonei (acetofenonei) în prezență de LiAlH₄, obținându-se 1-feniletanol.

Aldozele sau cetozele conțin în moleculă o grupare carbonil. Prin reducerea lor cu hidrogen în prezență de Ni (nichel) sau cu amalgam de sodiu și acid, se obțin alcooli polihidroxilici. Prin reducerea hexozelor se obțin hexitoli.

Figura 15.30 Schema generală a reacției de reducere a aldozelor și cetozelor, obținându-se alditol.

Figura 15.31 Reacția de reducere a D-glucozei la D-sorbitol.

Reducerea cetozelor transformă atomul de carbon din grupa carbonil în carbon asimetric, obținându-se astfel 2 alditoli izomeri care diferă între ei prin configurația acestui atom de carbon.

Figura 15.32 Reacția de reducere a α-fructozei sau β-fructozei, conduce la D – sorbitol și D - manitol.

Condensarea compușilor carbonilici între ei

Printr-o reacție de condensare se formează o moleculă mai mare prin unirea a două molecule organice. Se formează noi legături covalente prin ruperea unor legături sau prin eliminarea unor substanțe cu moleculă mică (de cele mai multe ori, apa), între cele două molecule organice.

Reacțiile de condensare sunt foarte variate și pot fi reacții de adiție, urmate uneori de reacții de eliminare sau de substituție. Reacțiile de condensare sunt o soluție pentru sinteza a numeroase substanțe organice și constituie totodată și o metodă importantă de mărire a numărului de atomi de carbon din moleculă.

Condiții de reacție pentru condensarea compușilor carbonilici între ei:

baze: NaOH, KOH, etc. sau
acizi: HCl, H₂SO₄, etc.

Figura 15.33 Schema generală a reacției de condensare dintre compușii carbonilici. Mai întâi are loc condensarea aldolică, apoi condensarea crotonică (crotonizare), conducând la un compus carbonilic α, β nesaturat.

În reacțiile de condensare, un compus carbonilic participant la reacție reprezintă:

componenta carbonilică – deoarece participă la reacție cu grupa carbonil
; iar celălalt compus carbonilic este,
componenta metilenică – deoarece participă la reacție cu o grupă: CH, CH₂, CH₃, din poziția vecină grupei carbonil. În condensările cu compuși carbonilici, componentele metilenice pot fi reprezentate și de compuși organici care au în moleculă grupe CH (radical metilidin sau metin), CH₂ (radical metiliden sau metilen), CH₃ (radical metil) vecine unei grupe atrăgatoare de electroni (cum ar fi: –NO₂ (nitro), –COOR (ester) și altele).

Atomii de hidrogen legați de atomul de carbon vecin grupei

(poziție α) sunt mai reactivi în reacțiile de condensare comparativ cu ceilalți atomi de hidrogen din moleculă.

Reacția de condensare dintre componentele carbonilică și metilenică presupune:

reacția de aldolizare, urmată de
reacția de crotonizare.

Condensarea aldolică constă în adiția componentei metilenice la grupa carbonil din componenta carbonilică, conducând la o hidroxialdehidă, denumită și aldol sau o hidroxicetonă, denumită și cetol.

Reacția de crotonizare (crotonizarea) constă în deshidratarea aldolului sau cetolului cu formarea unui compus carbonilic α,β – nesaturat. În acest fel se elimină o moleculă de apă între grupa hidroxil (–OH) și un atom de hidrogen din poziția vecină grupei carbonil (poziția α).

Figura 15.34 Schemă exemplu a unei reacții de condensare a doi compuși carbonilici.

Figura 15.35 Condensarea aldolică urmată de crotonizare, între două molecule de etanal. În urma reacției de aldolizare care se desfășoară în mediu bazic (HO-) și la 25°C, se obține 3-hidroxibutanal (aldol), iar prin crotonizare la 100°C, acesta se transformă în 2-butenal (aldehidă crotonică).

Figura 15.36 Condensarea aldolică urmată de crotonizare, între două molecule de propanonă. În urma reacției de aldolizare se obține 4-hidroxi-4-metil-2-pentanonă (cetol), iar prin crotonizare (la temperatură de 100°C, acesta se transformă în 4-metil-3-penten-2-onă (izopropilidenacetonă).

Condițiile de reacție: temperatura, catalizatori, influențează obținerea aldolului sau cetolului sau compusul carbonilic nesaturat.

Produșii de condensare aldolică:

se obțin în general la temperatura camerei;
sunt puțin stabili;
elimină cu ușurință apa, doar prin simpla încălzire sau în prezența unor concentrații mai mari de catalizatori.

Aldolii și cetolii care provin de la aldehidele și cetonele aromatice sunt instabili, se deshidratează pe măsură ce se formează și în acest fel se transformă direct în compusul carbonilic α,β-nesaturat.

Figura 15.37 Schemă exemplu a unei reacții directe de aldolizare și crotonizare, care conduce la compusul carbonilic nesaturat.

Figura 15.38 Reacția dintre benzaldehidă și propanonă conduce la 4-fenil-3-buten-2-onă. Benzaldehida reprezintă componenta carbonilică, iar propanona componenta metilenică.

În cazul în care în molecula compusului carbonilic sunt mai multe grupe metilenice diferite, rezultă mai mulți produși de condensare.

Figura 15.39 Reacția dintre două molecule de butanonă, dintre care una funcționează ca și componentă metilenică, iar cealaltă ca și componentă carbonilică. Astfel, poate rezulta 4-hidroxi-3,4-dimetil-2-hexanonă, care prin condensare crotonică duce la 3,4-dimetil-3hexen-2-onă. Sau poate să se obțină 5-hidroxi-5-metil-3-heptanonă, care prin crotonizare conduce la 5-metil-4-hepten-3-onă.

Reacțiile de condensare se pot desfășura între aldehide și cetone. În cadrul acestor reacții, aldehida funcționează drept componentă carbonilică, deoarece grupa carbonil din aldehide este mai reactivă decât cea din cetone, iar cetona este componenta metilenică.

Figura 15.40 Reacția de condensare dintre etanal și propanonă, conduce mai întâi la 4-hidroxi-2-pentanonă (cetol) care se transformă în 3-penten-2-onă.

Anumiți compuși carbonilici pot să funcționeze doar ca și componente carbonilice, deoarece nu prezintă grupe CH, CH₂, CH₃ active, vecine grupei carbonil. Exemple: formaldehida, benzaldehida.

Figura 15.41 Reacția dintre metanal (componentă carbonilică) și 2-metilpropanal (componentă metilenică) conduce la 3-hidroxi-2,2-dimetilpropanal (aldol).

Figura 15.42 Reacția dintre benzaldehidă (componentă cabonilică) și fenil-metil-cetonă (acetofenonă) (componentă metilenică) conduce la benzilidenacetofenonă.

Condensarea formaldehidei cu fenolul

Reacția de condensare a fenolului cu formaldehida

Compușii carbonilici inferiori pot să se condenseze cu fenolul, obținându-se rășini sintetice, denumite fenoplaste care prezintă aplicații practice importante. Din fenol și formaldehidă, printr-un proces complex de policondensare, se obțin cele mai folosite fenoplaste. Astfel, în funcție de procedeul de policondensare aplicat și proprietățile lor, se deosebesc două tipuri de rășini fenolformaldehidice:

novolac;
bachelită.

Figura 15.43 Reacția de formare a novolacului în cataliză acidă (HCl).

Novolacul prezintă următoarele caracteristici:

are macromolecule filiforme în care nuclee fenolice sunt unite prin punți metilenice (grupa metilen, –CH₂–) în pozițiile orto și para;
fiecare nucleu fenolic din alcătuirea sa prezintă o poziție orto sau para liberă, dispusă să reacționeze cu formaldehida;
este un compus termoplastic (la încălzire se înmoaie, iar la răcire se întăresc);
este solubil în alcool;
este folosit pentru obținerea unor pelicule rezistente la acțiunea agenților chimici cu care sunt acoperite anumite suprafețe expuse la astfel de acțiuni: de exemplu, pardoseli, cisterne, conducte de canalizare și altele;
soluția sa alcoolică este utilizată ca lac anticoroziv și electroizolant;
este folosit pentru obținerea bachelitei.

Figura 15.44 Reacția de formare a bachelitei C (resitei) în cataliză bazică (NaOH), la rece. Mai întâi se obțin alcool o-hidroxibenzilic și alcool p-hidroxibenzilic, după care prin procesul de policondensare care necesită încălzire la 150°C se obține bachelita (Resita C).

Descoperirea bachelitei se atribuie chimistului belgian emigrat în Statele Unite, Leo Hendrik Baekeland, în anul 1909.

Resita (bachelita C) prezintă molecule tridimensionale în alcătuirea cărora intră nuclee fenolice condensate în toate cele 3 poziții active (o, o’, p). Este un compus termorigid (se prelucrează doar la rece, deoarece prin încălzire nu se topesc) și insolubil.

Datorită rezistenței mecanice și chimice mari, precum și proprietăților electroizolante, rășinile de bachelită se folosesc la obținerea izolatorilor electrici, în construcții (cască de protecție, cabluri), în construcția de mașini și altele.

Condensarea aldehidelor și cetonelor cu compuși cu azot

Atât aldehidele, cât și cetonele, formează în reacția cu 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH), precipitate colorate în nuanțe de galben-oranj. Acest reactiv (DNPH) este folosit pentru identificarea compușilor carbonilici.

Figura 15.45 Reacția unei aldehide sau cetone cu 2,4-dinitrofenilhidrazina (DNPH) în urma căreia rezultă o hidrazonă.

Reacția de oxidare blândă a aldehidelor

Condiții de reacție necesare oxidării blânde a aldehidelor:

apă de brom;
apă de clor;
reactiv Tollens;
reactiv Fehling.

Aldehidele, față de cetone, se pot oxida la acizi carboxilici și pot reduce reactivii Tollens și Fehling.

Figura 15.46 Reducerea reactivului Tollens de către aldehide și obținerea oglinzii de argint.

Reactivul Tollens este soluția de hidroxid de diaminoargint (I) ([Ag(NH₃)₂]OH și conține ionul complex [Ag(NH₃)₂]⁺, pe care aldozele (prin grupa aldehidică pe care o conțin) îl reduc la argint metalic.

Figura 15.47 Reacția de oxidare a unei aldohexoze cu reactivul Tollens conduce la acid aldonic, argint metalic, amoniac și apă.

Figura 15.48 Reducerea reactivului Fehling de către aldehide, la cald, la Cu₂O, precipitat roșu-cărămiziu.

Reactivul Fehling este soluția bazică în care se află ionul de Cu²⁺ complexat cu ionul tartrat. Aldozele (prin grupa aldehidică pe care o conțin) reduc ionul de Cu²⁺ la oxid de cupru (I) (Cu₂O), precipitat roșu-cărămiziu.

Figura 15.49 Reacția de oxidare a unei aldohexoze cu reactivul Fehling, la cald, conduce la acid aldonic, oxid de cupru (I) – precipitat roșu cărămiziu și apă. În această reacție, reactivul Fehling se reduce.

Aceste reacții sunt folosite la identificarea aldozelor. Reacția dintre glucoză și reactivul Tollens se utilizează la obținerea oglinzilor.

Reacția cu clorul în prezența luminii

Figura 15.50 Reacția acetaldehidei cu clor în prezența luminii va conduce la 2-clor-acetaldehida.

15. Compuși carbonilici: aldehide și cetone

Cuprins:

15.1. Introducere

15.2. Denumirea compușilor carbonilici

Denumirea aldehidelor

Denumirea cetonelor

15.3. Utilizările unor compuși carbonilici

15.4. Clasificarea compușilor carbonilici

15.5. Proprietăți fizice

Elemente de structură care determină anumite proprietăți fizice

Starea de agregare

Puncte de fierbere și de topire

Solubilitate

Proprietăți organoleptice

15.6. Reacții de obținere

Oxidarea metanului

Oxidarea energică a alchenelor

Oxidarea antracenului

Oxidarea blândă a alcoolilor

Adiția apei la alchine (Reacție de hidratare Kucerov)

Reacția de acilare a arenelor cu cloruri acide și anhidride

Hidroliza derivaților dihalogenați geminali

Obținerea acetonei și a fenolului din izopropilbenzen (cumen)

Hidroliza acetatului de vinil conduce la aldehida acetică

15.7. Proprietăți chimice

Reacții de adiție la grupa carbonil

Condensarea formaldehidei cu fenolul

Condensarea aldehidelor și cetonelor cu compuși cu azot

Reacția de oxidare blândă a aldehidelor

Reacția cu clorul în prezența luminii

Bibliografie:

15. Compuși carbonilici: aldehide și cetone

Cuprins:

15.1. Introducere

15.2. Denumirea compușilor carbonilici

Denumirea aldehidelor

Denumirea cetonelor

15.3. Utilizările unor compuși carbonilici

15.4. Clasificarea compușilor carbonilici

15.5. Proprietăți fizice

Elemente de structură care determină anumite proprietăți fizice

Starea de agregare

Puncte de fierbere și de topire

Solubilitate

Proprietăți organoleptice

15.6. Reacții de obținere

Oxidarea metanului

Oxidarea energică a alchenelor

Oxidarea antracenului

Oxidarea blândă a alcoolilor

Adiția apei la alchine (Reacție de hidratare Kucerov)

Reacția de acilare a arenelor cu cloruri acide și anhidride

Hidroliza derivaților dihalogenați geminali

Obținerea acetonei și a fenolului din izopropilbenzen (cumen)

Hidroliza acetatului de vinil conduce la aldehida acetică

15.7. Proprietăți chimice

Reacții de adiție la grupa carbonil

Condensarea formaldehidei cu fenolul

Condensarea aldehidelor și cetonelor cu compuși cu azot

Reacția de oxidare blândă a aldehidelor

Reacția cu clorul în prezența luminii

Bibliografie:

Raportează

Mulțumesc pentru raportare!