karbonylové sloučeniny Tadeáš Bilka

Úvod KARBONYLOVÉ 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. δ+ δ- C O

Úvod KARBONYLOVÉ SLOUČENINY Rozdělení Aldehydy, RCHO, Ketony, R1COR2, Chinony, nenasycené cyklické ketony

Butan-1,2,3-trikarbaldehyd Názvosloví (IUPAC '93) ALDEHYDY Pro aldehydickou skupinu (nebo 2 skupiny) v hlavním řetězci: přípona -al (-dial) butandial 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 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

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 1-acetonafton 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.

V přírodě aldehydy ALDEHYDY zastoupeny v přírodě složkami vonných látek: Př. aldehyd skořicový v kůře skořicovníku, vanilín ve vanilce,(odvozen od benzaldehydu)

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

VLASTNOSTI A VYUŽITÍ Díky 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 reakce Oxo-enol (keto-enol) tautomerie acetaldehyd vinylalkohol oxo enol 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! 4 3 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.

- v okolí nesmí být otevřený oheň ani žhavá tělesa – zákaz kouření!!! Při práci s acetonem!!! 5 - dobře větraný prostor - v okolí nesmí být otevřený oheň ani žhavá tělesa – zákaz kouření!!! 6 7 Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

8 9 10 Nepatrné množství formaldehydu se tvoří i v těle člověka při rozkladu umělého sladidla aspartamu, obsaženého v tzv. light nápojích či jogurtech. Učební materiál vznikl v rámci projektu INFORMACE – INSPIRACE – INOVACE, který je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

Charakteristické reakce 1. Oxidace a redukce aldehydů NaBH4 CrO3 + H+ oxidace redukce Vznik primárních alkoholů Vznik karboxylových kyselin 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 reakce 2. Nukleofilní adice AN Adice alkoholu za vzniku poloacetalu, reakcí s další molekulou alkoholu vzniká eliminací vody acetal:

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

1) Nukleofilní adice a) Adice vody b) Adice amoniaku Karbonylové sloučeniny 1) Nukleofilní adice a) Adice vody b) Adice amoniaku

c) Reakce aldehydů s alkoholy Karbonylové sloučeniny 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)

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. Podrobněji: 1. 2. 3.

Charakteristické reakce Polymerace aldehydů – opakovaná adice, cyklická (vznik trimeru) nebo lineární. 3. Adičně-eliminační reakce (kondenzace) methylamin bezaldehyd 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 chinony Aceton (propanon) významné rozpouštědlo výroba – oxidace kumenu(destruktivní) nebo propan-2-olu Vzniká při hladovění a cukrovce dekarboxylací kyseliny acetoctové Cyklohexanon součást silic, výroba silonu Bezaldehyd kapalina, vůně hořkých mandlí p-benzochinon ubichinon (koenzym Q v dýchacím řetězci) 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