background image

ALDEHYDY I KETONY

Utlenianie ketonów w położeniu α 

Reakcja Cannizzaro

Redukcja do alkoholi

Redukcja grupy karbonylowej do grupy CH2

Redukcja ketonów do wicynalnych dioli

Stereochemia redukcji grupy karbonylowej

Oksydacyjno-redukcyjne reakcje 

aldehydów i ketonów

background image

Aldehydy

Aldehydy są związkami zawierającymi grupę aldehydową -CHO

Podstawnikiem w grupie aldehydowej może być zarówno grupa alkilowa jak i 

arylowa. Z tego względu wyróżniamy aldehydy alifatyczne i aromatyczne.

Aldehydy są cieczami albo ciałami stałymi, wyjątek stanowi najprostszy 

aldehyd - aldehyd mrówkowy, formaldehyd, który jest gazem. 

Aldehydy powstają na skutek utlenienia alkoholi pierwszorzędowych 

Obecność wiązania podwójnego w grupie karbonylowej powoduje, że 

aldehydy wykazują dosyć dużą aktywność chemiczną. 

Aldehydy ulegają reakcjom utleniania. Mają one silne właściwości 

redukcyjne

Na ogół aldehydy są bardzo dobrze rozpuszczalne w wodzie. 

Znajdują szerokie zastosowanie w syntezach organicznych, ponieważ ulegają 

one reakcjom między innymi z amoniakiem, cyjanowodorem. Te związki 

organiczne ulegają polimeryzacji. 

Aldehydy aromatyczne (takie jak na przykład aldehyd benzoesowy, anyżowy), 

które posiadają bardzo przyjemne zapachy oraz nienasycone aldehydy 

terpenowe (np. cytronelal) są spotykane w świecie roślin.

Nazwy aldehydów tworzy się poprzez dodanie do nazwy łańcucha głównego 

końcówki -al., albo z nazwy odpowiedniego kwasu, przez zamianę słowa kwas 

przez słowo aldehyd. Niektóre aldehydy posiadają nazwy zwyczajowe.

background image

Aldehydy

Najprostszym aldehydem jest metanal, który zwany jest 

również formaldehydem lub aldehydem mrówkowym

Jest to bezbarwny gaz, posiadający ostrzy drażniący zapach. 

Metanal bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie. Roztwór 

metanalu w wodzie o stężeniu 30-40% zwany jest formaliną, 

którą stosuje się do konserwacji materiałów biologicznych. 

Formaldehyd jest związkiem trującym. Jest on bardzo 

reaktywny i powoduje on denaturację białek. Ulega on 

kondensacji i łatwo polimeryzuje. Jest on używany do 

produkcji żywic syntetycznych, barwników, włókien 

chemicznych.

Aldehydy znalazły zastosowanie w syntezach organicznych 

(otrzymywanie tworzyw sztucznych i barwników), w 

przemyśle spożywczym i kosmetycznym (jako aromaty 

spożywcze i składniki kompozycji zapachowych). Są 

stosowane także w garbarstwie (aldehyd glutarowy).

background image

Aldehydy

background image

Aldehydy

Popularnymi aldehydami są cukry – aldozy, np. D-

glukoza. W odróżnieniu od innych aldehydów 

charakteryzują się dużą trwałością, ponieważ jako 

polihydroksyaldehydy tworzą hemiacetale – związki 

odporne na utleniające działanie tlenu z powietrza.

Grupę ketonową zawierają cukry – ketozy, czyli 

polihydroksyketony, a najpopularniejszą pośród nich 

jest        D-fruktoza

OH

H

H

O

H

OH

H

OH

H

CH

2

OH

O

O

H

O

H

OH

OH

H

O

H

CHO

C

C

C

C

D

-glukoza

hemiacetal

background image

Ketony

Ketony są związkami organicznymi, zawierającymi grupę ketonową, która jest 

połączona z dwoma takimi samymi lub różnymi grupami organicznymi 

(alifatycznymi lub aromatycznymi). 

Najprostszym przedstawicielem ketonów alifatycznych jest aceton (propanon, 

keton dimetylowy). 

Niższe ketony to ciecze o charakterystycznym zapachu. 

Właściwości chemiczne ketonów są zbliżone do właściwości aldehydów. Ketony są 

jednak mniej aktywne chemicznie niż aldehydy, nie ulegają polimeryzacji i trudno 

ulegają utlenieniu.

Nazwy ketonów tworzy się przez dodanie końcówki -on do nazwy odpowiedniego 

węglowodoru.

Ketony są otrzymywane w wyniku utleniania alkoholi drugorzędowych.  

W obecności silnych utleniaczy ketony ulegają utlenieniu i tworzą dwa kwasy. 

Ketony nie utleniają się tak łatwo jak aldehydy, a utlenienie biegnie w łańcuchu 

węglowym. 

Natomiast redukcja ketonów (i aldehydów), czyli katalityczne uwodornienie 

powoduje powstanie odpowiednich alkoholi i jest to proces odwrotny do reakcji 

otrzymywania ketonów (i aldehydów).

Ketony są to związki mało toksyczne, które znalazły zastosowanie jako 

rozpuszczalniki, składniki przypraw i kompozycji zapachowych. Stanowią również 

półprodukty w różnych syntezach organicznych.

background image

Ketony

background image

Utlenianie ketonów w 
położeniu α

background image

Utlenianie aldehydów

Reakcja z odczynnikiem Tollensa jest nazywana ,,próbą 
lustrzaną”. Nazwa pochodzi stąd, że wydzielające się 
srebro tworzy lustrzaną warstwę na ścianach probówki. 

Aldehydy są bardzo łatwo utleniane nawet prze z słabe utleniacze, 
takie jak kationy Ag     i Cu      . W analizie chemicznej do wykrywania 
aldehydów stosuje się odczynnik Tollensa albo odczynnik Fehlinga.

background image

W próbie Fehlinga o obecności aldehydu świadczy powstawanie tlenku 
miedzi(I), tworzącego nierozpuszczalny osad barwy ceglastej. W reakcji 
biorą udział kationy 

i aniony wodorotlenkowe. 

background image

Reakcja Cannizzaro

Reakcja Cannizzaro jest ograniczona do aldehydów niezdolnych do 
enolizacji. W silnie zasadowych roztworach aldehydy takie ulegają 
reakcji oksydacjino-redukcyjnej, w której jedna cząsteczka aldehydu 
jest utleniaczem i redukuje się do aldehydu a drugi jest reduktorem i 
utlenia się do kwasu. Na przykład z aldehydu benzoesowego powstaje 
alkohol benzylowy i kwa benzoesowy:

background image

Reakcja Cannizzaro

Reakcja zaczyna się od przyłączenia anionu wodorotlenkowego do 
grupy karbonylowej. Właściwa reakcja oksydacyjno-redukcyjna 
odbywa się w następnym etapie, polegającym na przeniesieniu 
anionu wodorkowego H     do grupy karbonylowej drugiej cząsteczki 
aldehydu. Produktami przeniesienia anionu wodorkowego są kwas 
karboksylowy i anion alkoholu. Zakończenie reakcji jest 
nieodwracalne przeniesienie protonu od kwasu do anionu 
alkoholanowego.

background image

Reakcja Cannizzaro

background image

Reakcja Cannizzaro

Przykładem praktycznego zastosowania tej reakcji jest synteza pentaerytrytu. 

W syntezie  pentaerytrytu wstępują cztery reakcje. Najpierw 
zachodzi trzykrotnie powtórzone hydroksymetylowanie 
aldehydu octowego w reakcji z aldehydem mrówkowym. Są to 
aldolowe reakcje, w których grupa karbonylowa aldehydu 
mrówkowego reaguje z anionami enolanowymi. Końcowym 
produktem hydroksymetylowania jest 
tris(hydroksymetylo)etanal.

background image

Redukcja aldehydów i 
ketonów do alkoholi

Redukcja ketonu lub aldehydu , prowadząca do otrzymania alkoholu jest 

reakcją addycji nukleofilowej jonu wodorkowego.

Najczęściej używanymi donorami anionów wodorkowych są kompleksowe 

wodorki LiAIH     i NaBH   . Do redukcji grupy karbonylowej najlepiej 

nadaje się tetrahydroboran sodu 

background image

Redukcja aldehydów i ketonów do 
alkoholi

background image

Redukcja ketonów do 
wicynalnych dioli

Amalgamaty magnezu lub glinu w aprotonowych rozpuszczalnikach 

redukują ketony do wiceralnych dioli. Najprostszą reakcją jest redukcja 

acetonu do pinakolu.

background image

Redukcja ketonów do 
wicynalnych dioli

background image

Stereochemia redukcji 
grupy karbonylowej

Przyłączenie do grupy karbonylowej, pojawienie się czwartego 
podstawnika przekształca konfigurację wokół karbonylowego 
atomu węgla z achiralnej, płaskiej konfiguracji trygonalnej w 
konfigurację tetraedryczną, która jest chiralna jeśli zachowany jest 
warunek nieidentyczności podstawników przy asymetrycznym 
atomie. Na przykład przyłączenie  związków magnezoorganicznych 
do achiralnych ketonów wytwarza mieszaninę enancjomerycznych 
alkoholi.

background image

Stereochemia redukcji 
grupy karbonylowej

Stereoselektywna redukcja wymaga, żeby katalizator rozróżniał stronę re i 
si. Tak jest w przypadku enzymów katalizujących redukcję karbonylowej. 
Strony te są rozróżniane zarówno w przypadku rzeczywistych cząsteczek 
jak ich strukturalnych wzorów. Można sobie wyobrazić, że trzy 
podstawniki przy karbonylowym atomie węgla układają się na okręgu. 
Gdy podstawniki mają różne pierwszeństwa to możliwe są dwa ułożenia. 
W układzie re od podstawnika o najwyższym pierwszaństwie do 
podstawnika o pierwszeństwie najniższym wędrujemy po okręgu w prawo, 
a w układzie si w lewo. Jeśli jedna cząsteczka ma konfigurację re to druga 
automatycznie ma konfigurację si.

Analiza stereochemii addycji pokazuje, że konfiguracja produktu jest 
zdeterminowana przez kierunek, z którego przyłączająca się cząsteczka 
zbliża się do grupy karbonylowej. Płaska konfiguracja podstawników wokół 
karbonylowego atomu węgla ma dwie strony, prawą i lewą, określane jako 
strony Re i Si. Gdybyśmy umieli wymusić przyłączenie z jednej tylko strony, 
to umielibyśmy stereoselektywnie  wykonywać syntezy czystych 
enancjomerów z achiralnych ketonów. Dotychczas jest to możliwe tylko w 
nielicznych przypadkach reakcji grupy karbonylowej za pomocą wodoru w 
obecności chiralnych katalizatorów.

background image

Stereochemia redukcji 
grupy karbonylowej

background image

Redukcja grupy 
karbonylowej do grupy CH

2

background image

Reakcja Wolffa-Kiżnera


Document Outline