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

• C^δ+ = O^δ- > 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 =