Aldehidi i ketoni
Uvod
Hrvatski nobelovac, kemičar Lavoslav Ružička, rođen je u Vukovaru. Velik dio svoga radnog vijeka radio je u Zürichu. Kao priznanje za istraživanje strukture muških spolnih hormona i za sintezu nekih od njih (androsteron, testosteron) dobio je 1939. godine Nobelovu nagradu za kemiju. Tom je radu prethodilo istraživanje različitih prirodnih mirisnih tvari, primjerice, mirisa ljubičice, muskona i cibetona, koji pripadaju ketonima. Te je spojeve i sintetizirao.
Fizikalna svojstva aldehida i ketona
U usporedbi s alkoholima slične relativne molekulske mase, aldehidi i ketoni imaju niže vrelište i hlapljivije su tekućine jer se njihove molekule međusobno ne povezuju vodikovim vezama. Karbonilna skupina polarna je zbog razlike u elektronegativnosti ugljika i kisika, što se vidi i iz mapa elektrostatskog potencijala acetaldehida i acetona. Stoga je moguće stvaranje vodikovih veza s molekulama vode, što utječe na njihovu dobru topljivost u vodi.
Pozorno promotrite mape elektrostatskog potencijala molekule acetaldehida i molekule acetona. Zašto se molekule aldehida i ketona međusobno ne povezuju vodikovim vezama?
Molekule aldehida i ketona međusobno se ne povezuju vodikovim vezama.
Aldehidi i ketoni međusobno se strukturno razlikuju (kod aldehida na atom ugljika karbonilne skupine veže se jedna ugljikovodična skupina i atom vodika, a u ketonima dvije ugljikovodične skupine).
Vodikova veza može se ostvariti između elektronegativnog atoma koji nosi djelomično negativan naboj i drugog elektronegativnog atoma povezanog s vodikom. Aldehidi i ketoni jesu dipolne molekule, ali nemaju atom vodika na elektronegativnom atomu (veza ugljik–vodik nije dovoljno polarna).
Dobivanje aldehida i ketona
Aldehide i ketone u laboratoriju možemo pripraviti oksidacijom odgovarajućih alkohola uz oksidacijska sredstva u kiseloj sredini. Uobičajena sredstva za oksidaciju alkohola jesu kromov(VI) oksid, CrO3, ili kalijev dikromat, K2Cr2O7, u kiseloj sredini. Oksidacijom primarnih alkohola dobivaju se aldehidi. Nastali se aldehidi dalje oksidiraju u odgovarajuće karboksilne kiseline.
Ketoni se mogu prirediti oksidacijom sekundarnih alkohola. Nastali se keton ne oksidira u karboksilnu kiselinu. Opći prikaz oksidacije sekundarnih alkohola s kromovim(VI) oksidom u kiseloj sredini možemo prikazati na sljedeći način:
Kemijska svojstva aldehida i ketona
Reakcije oksidacije
Već ste uočili da se aldehidi lako oksidiraju u odgovarajuće karboksilne kiseline. Za razliku od njih, ketoni se mogu oksidirati samo u specifičnim uvjetima pri čemu nastaje smjesa produkata. Oksidacija aldehida do karboksilnih kiselina može se zbivati i uz slabija oksidacijska sredstva, primjerice Fehlingov i Tollensov reagens. Te reakcije upotrebljavamo za razlikovanje aldehida i ketona.
Reakcije redukcije
S obzirom na to da aldehidi nastaju oksidacijom primarnih alkohola, redukcijom aldehida nastaju primarni alkoholi. Oksidacijom sekundarnih alkohola nastaju ketoni, a redukcijom ketona sukladno tomu nastaju sekundarni alkoholi. Reakcije redukcije aldehida i ketona jesu reakcije hidrogeniranja uz katalizator ili reakcije s mješovitim metalnim hidridima. Te reakcije jesu reakcije adicije vodika na karbonilnu skupinu. Primjerice, hidrogeniranjem propanala nastaje propan-1-ol.
Adicija alkohola na aldehide i ketone
Osim vodika na karbonilnu se skupinu mogu adirati i molekule alkohola. Adicijom molekule alkohola na aldehid u kiseloj sredini nastaje poluacetal, a adicijom molekule alkohola na keton nastaje poluketal. Stabilni su oni poluacetali i poluketali koji u svojoj strukturi imaju pet ili šest ugljikovih atoma u prstenu. Te su molekule nastale intramolekulskom reakcijom hidroksilne i karbonilne skupine. Nastajanje prstenastih struktura bitno je kod bioloških spojeva ugljikohidrata, monosaharida, primjerice glukoze i fruktoze. U vodenoj otopini glukoza je prisutna uglavnom u obliku cikličkoga poluacetala, a fruktoza u obliku cikličkoga poluketala.
Glukoza