KARBONYLOVÉ SLOUČENINY Vypracoval: Klára Urbanová Malostranské gymnázium Tento projekt je financován z prostředků Evropského sociálního fondu a rozpočtu hl. města Prahy v rámci Operačního programu Praha Adaptabilita. Praha & EU: Investujeme do vaší budoucnosti

KARBONYLOVÉ SLOUČENINY KYSLÍKATÉ DERIVÁTY KARBONYLOVÉ SLOUČENINY alkoholy hydroxysloučeniny fenoly ethery aldehydy karbonylové sloučeniny ketony karboxylové sloučeniny

KARBONYLOVÉ SLOUČENINY obsahují karbonylovou skupinu aldehydy ketony

uhlík z aldehydové skupiny započítán v koncovce = karbaldehyd NÁZVOSLOVÍ 1) aldehydy koncovka: -al předpona: oxo- methanal ethanal FORMALDEHYD ACETALDEHYD uhlík z aldehydové skupiny započítán v koncovce = karbaldehyd propanal but-3-en-1-al benzenkarbaldehyd BENZALDEHYD

NÁZVOSLOVÍ 2) ketony koncovka: -on předpona: oxo- propanon ACETON dimethylketon pentan-3-on 2-oxopropanová kyselina diethylketon kyselina pyrohroznová

NÁZVOSLOVÍ 2,3-dihydroxypropanal 3-fenylpropanal

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI Methan CH4 Methanal HCHO Methanol CH3OH nižší aldehydy i ketony jsou kapaliny (výjimkou je plynný formaldehyd) vyšší jsou pevné látky Methan CH4 Methanal HCHO Methanol CH3OH t.t. -182,5 °C t.v. -161,6 °C t.t. - 117,0 °C t.v. -19,3 °C t.t. -97,7 °C t.v. 64,7 °C Ethan C2H6 Ethanal CH3CHO Ethanol C2H5OH t.t. -183,3 °C t.v. -88,7 °C t.t. - 124,0 °C t.v. 20,2 °C t.t. - 114,4 °C t.v. 78,3 °C

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI mají vyšší teploty varu než příslušné nenasycené uhlovodíky, ale nižší než odpovídající alkoholy (netvoří vodíkové můstky) nižší aldehydy i ketony jsou ve vodě rozpustné, rozpustnost klesá s rostoucí molekulovou hmotností http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/bc/NHM_formaldehyde.jpg [obr.1] Roztok fomaldehydu

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI nižší aldehydy pronikavě zapáchají, vyšší aldehydy a některé ketony mají příjemnou vůni VANILIN http://www.e-cukrovinky.cz/e-cukrovinky/eshop/25-1-Na-vareni-a-peceni http://www.biovanilka.cz/ Vanilin:Je hlavní těkavou složkou silice obsažené v plodech (tobolkách), tedy v koření zvaném vanilka a získávaném z různých druhů orchidejí rodu vanilovník (Vanilla) V současné době se však průmyslově připravuje formylací Reimer-Thiemannovou reakcí z guajakolu, obsaženého v dřevném dehtu, chloroformem a hydroxidem draselným

PŘÍPRAVA 1. oxidace → uhlovodíků a alkoholů aldehydy přímá oxidace nebo dehydrogenace alkoholů primárních omezené využití – aldehydy podléhají oxidaci na karboxylové kyseliny

PŘÍPRAVA 1. oxidace ketony přímá oxidace alkoholů sekundárních (vzdušným kyslíkem, přítomnost katalyzátoru – Cu, Ag)

PŘÍPRAVA H2O 2. adice ………… na trojnou vazbu enol forma keto forma Enoly (též známé jako alkenoly) jsou alkeny s hydroxylovou skupinou navázanou na jeden z uhlíkových atomů tvořících dvojnou vazbu. Enoly a karbonylové sloučeniny (například ketony a aldehydy) jsou ve skutečnosti izomery; říká se tomu keto-enolový tautomerismus. Enolová forma je obvykle nestabilní, nevydrží dlouho a přechází na keto formu (keton) zobrazenou na levé straně. To proto, že kyslík má větší elektronegativitu než uhlík a tvoří tedy silnější vícenásobné vazby. Proto je dvojná vazba uhlík–kyslík (karbonyl) více než dvakrát silnější než jednoduchá vazba stejných prvků, kdežto dvojná vazba uhlík–uhlík je slabší než dvě jednoduché vazby uhlíkových atomů. tautomery

STRUKTURA δ- polarizace δ+ velmi reaktivní uhlík kyslík nukleofilní činidlo se váže na uhlík elektrofilní činidlo se váže na kyslík

STRUKTURA nemá kyselý charakter δ- δ+ α vodík, kyselý charakter karbonylová skupina ovlivňuje tzv. α vodíky umožňuje jejich snadnější odštěpení → zvyšuje jejich kyselost

REAKCE aldehydy jsou reaktivnější než ketony: stérické důvody aldehydy jsou více polarizované stabilizace δ- δ- δ+ δ+ menší stabilizace vyšší reaktivita

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu a) adice vody b) adice alkoholu – vznik poloacetalů a acetalů nukleofil: záporný náboj: OH-, CN- volný e- pár: H2O, R-OH, NH3, R-NH2, 3. oxidace 4. redukce 2. substituce na α uhlíku aldolová kondenzace jodoformová reakce

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu δ- δ+ nukleofil: - navázáním nukleofilního činidla na uhlík karbonyl. skupiny δ- Nu δ+ nukleofil: záporný náboj: OH-, CN- volný e- pár: H2O, R-OH, NH3, R-NH2,

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu a) adice vody H2O → H+ + OH- - katalýza bází i kyselinou H H+ OH OH + H2O dioly

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu b) adice alkoholu – vznik poloacetalů a acetalů Poloacetaly a acetaly vznikají při reakci karbonylové sloučeniny s alkoholem. Poloacetaly a acetaly vznikají při reakci karbonylové sloučeniny s alkoholem. Při této reakci dochází k navázání atomu kyslíku alkoholu (prostřednictvím jeho volných valenčních elektronů) ke karbonylovému atomu uhlíku. Pro vznik acetalu je potřebné kyselé prostředí. Tato reakce je vratná – hydrolýzou acetalu lze získat karbonylovou sloučeninu a alkohol. V nadbytku alkoholu v kyselém prostředí vzniká acetal:

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu a) adice vody b) adice alkoholu – vznik poloacetalů a acetalů nukleofil: záporný náboj: OH-, CN- volný e- pár: H2O, R-OH, NH3, R-NH2, 3. oxidace 4. redukce 2. substituce na α uhlíku aldolová kondenzace jodoformová reakce

REAKCE 2. substituce na α uhlíku aldolová kondenzace Pokud karbonylová sloučenina obsahuje v molekule na atomu uhlíku vedle karbonylové skupiny vodíkové atomy (α-vodíky), podstupují obvykle účinkem silné zásady aldolizaci: vznik vazby C – C mezi α-uhlíkem jedné a karbonylovým uhlíkem druhé molekuly aldehydu

REAKCE 2. substituce na α uhlíku aldolová kondenzace doplňte produkt reakce a pojmenujte reaktanty butanal

účinkem silné báze se z molekuly karbonylové sloučeniny odštěpí α vodík a vznikne karbanion, který se sám stává nukleofilním činidlem a aduje se na jinou molekulu karbonylové sloučeniny za vzniku aldolového iontu, který s vodou (H+) poskytuje aldol

REAKCE 2. substituce na α uhlíku jodoformová reakce methylketony se jodem v alkalickém prostředí oxidují na karboxylové kyseliny a na žlutý krystalický jodoform

REAKCE 2. substituce na α uhlíku jodoformová reakce CH3CH2OH  CH3CHO CH3CHO + I2 + NaOH  CHI3+ HCOONa důkaz ethanolu: v alkalickém prostředí a v přítomnosti jodu se ethanol přemění na acetaldehyd a ten s jodem poskytuje žlutý krystalický jodoform (methanol takto nereaguje) HCHO/CH3OH + I2+NaOH nevzniká nic

REAKCE 1. nukleofilní adice na karbonylovou skupinu a) adice vody b) adice alkoholu – vznik poloacetalů a acetalů nukleofil: záporný náboj: OH-, CN- volný e- pár: H2O, R-OH, NH3, R-NH2, 3. oxidace 4. redukce 2. substituce na α uhlíku aldolová kondenzace jodoformová reakce

REAKCE 3. oxidace aldehydy snadná oxidace vznikají karboxylové kyseliny

REAKCE 3. oxidace ketony jen pomocí silných oxidačních činidel rozpad molekuly

REAKCE 4. redukce aldehydy vznikají primární alkoholy ketony vznikají sekundární alkoholy

DŮKAZOVÉ REAKCE Fehlingova zkouška Tollensova zkouška princip: oxidace aldehydu, redukce činidla – barevná změna Fehlingova zkouška modré zbarvení oranžové zbarvení Tollensova zkouška Fehlingova zkouška - dochází k redukci měďnatých kationtů na měďné (oxid měďný), které mají oranžové zbarvení Tollensova zkouška - Tollensovo činidlo obsahuje stříbrné kationty, které se redukují na stříbro, jenž se vylučuje na stěnách zkumavky – tzv. stříbrné zrcátko. Pomocí Fehlingova a Tollensova činidla lze dokázat redukční účinky aldehydů – aldehydy se oxidují na karboxylové kyseliny, přičemž dochází k redukci složek jednotlivých činidel. bezbarvý roztok kovové stříbro na stěnách zkumavky

DŮKAZOVÉ REAKCE Schiffova reakce tato reakce využívá reakce karbonylové skupiny se Schiffovým činidem - roztok červeného barviva fuchsinu je odbarven hydrogensiřičitanem nebo oxidem siřičitým Schiffovo činidlo se s aldehydem barví opět do fialova http://www.foodcolors.in/basic-fuchsin-828181.html

ZÁSTUPCI

VÝSKYT hojně v přírodě složky chuťových látek a vonných silic řada metabolicky významná

vanilovník plocholistý mařinka vonná KUMARIN tonkové boby VANILIN Kumarin je chemická sloučenina (benzopyron), toxin obsažený v mnoha rostlinách, zejména ve vysoké koncentraci v silovoni obecném (Dipteryx odorata), tomce vonné (Anthoxanthum odoratum), svízeli vonném (Galium odoratum), divizně (Verbascum) a tomkovici vonné (Hierochloë odorata). Má sladkou vůni, snadno rozpoznatelnou jako vůně čerstvě pokosené trávy, používá se v parfémech od roku 1882. Má také klinickou hodnotu jako prekurzor pro různé antikoagulanty, zejména warfarin, a používá se jako aktivní médium v některých typech barvivových laserů. Vanilin čili 4-hydroxy-3-methoxybenzaldehyd je bílá krystalická látka se silnou květinovou vůní a sladkou chutí. Chemicky se řadí mezi fenoly, ethery a aldehydy. Je hlavní těkavou složkou silice obsažené v plodech (tobolkách), tedy v koření zvaném vanilka a získávaném z různých druhů orchidejí rodu vanilovník (Vanilla), zejména: vanilovník plocholistý

Amygdalin BENZALDEHYD Amygdalin (nepřesně vitamin B17) je přírodní glykosid vyskytující se např. v mandlích. Jeho jméno pochází z vědeckého rodového jména pro mandloň (Amygdalus). Obsažena je i v dalších rostlinách jako slivoň americká, meruňka obecná, střemcha pozdní. V organismu může uvolňovat vysoce toxický kyanid. BENZALDEHYD

3,7-dimethyl-9-(2,6,6-trimethylcyklohexen-1-yl) nona-2,4,6,8-tetraenal vitamín A – retinal - retinaldehyd Rakytník řešetlákový http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Hippophae_rhamnoides.jpg 3,7-dimethyl-9-(2,6,6-trimethylcyklohexen-1-yl) nona-2,4,6,8-tetraenal

Methanal HCHO Je bezbarvý plyn, ostrého zápachu. formaldehyd HCHO dobře rozpustný ve vodě vyrábí se katalytickou oxidací methanolu při teplotě 3000C používá se jako dezinfekční i fungicidní prostředek, je surovinou pro výrobu plastů a barviv jeho 40% vodný roztok, známý pod názvem formalin, slouží k dezinfekci a jako konzervační prostředek biologického materiálu základní surovina pro výrobu fenolformaldehydových pryskyřic, např. bakelitu http://www.drevosigut.cz/clanky/osb.html http://eshop.mach-chemikalie.cz/product_info.php?products_id=66 Je bezbarvý plyn, ostrého zápachu. Je toxický, žíravý a karcinogenní! V praxi se používá jeho 40% roztok – formalín Je jedním z metabolitů methanolu zodpovědným za jeho toxicitu.

Ethanal Ethanal (acetaldehyd), CH3–CHO, je bezbarvá, hořlavá kapalina štiplavého zápachu. Snadno polymerizuje na metaldehyd. Ten lze použít jako tuhý podpalovač (suchý líh) do lihových turistických vařičů.

Propanon (aceton), CH3–CO–CH3, je vysoce hořlavá a dráždivá látka. Je výborným ředidlem barev rozpouštědlem některých lepidel. Produkty reakce acetonu s halogeny mají slzotvorné účinky. bezbarvá, hořlavá, toxická kapalina typické vůně její páry se vzduchem jsou výbušné vyrábí se oxidací propan-2-olu používá se jako rozpouštědlo (např.nátěrových hmot) a při výrobě různých organických sloučenin, plastů a ve farmaceutickém průmyslu

Benzaldehyd Benzaldehyd , kapalina hořkomandlové vůně, špatně rozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje v mandlích, peckách broskví nebo meruněk. Vyrábí se oxidací toluenu vzdušným kyslíkem. Používá se při výrobě léčiv a barviv.