Aldeidi e chetoni
Aldeidi e chetoni
Composti naturali
Aldeidi e chetoni
L'Ossigeno è molto elettronegativo e
conferisce una polarità al legame C=O.
+ H3C
H3C
H3C
+
O°°
°°
Forme di risonanza del carbonile
H3C
°°
O °°
°°
Per questa polarità, i composti carbonilici sono esposti all'attacco dei nucleofili sul C
del carbonile, a differenza di quanto accade con i C doppio legame (C=C) che, non
essendo polarizzato, si presta all'attacco degli elettrofili.
Il gruppo carbonile
Il legame C=O è molto polarizzato:
La polarità delle molecole ne diminuisce la
volatilità rispetto agli alcani corrispondenti
legami idrogeno:
Le molecole non possono
darli ma possono riceverli
(ad esempio dall’acqua)
Aldeidi
La polarizzazione del carbonile influenza la solubilità di aldeidi
e chetoni, ed infatti i composti a basso peso molecolare, pur
non potendo fare legami idrogeno tra loro, possono accettare
legami idrogeno da altri gruppi contenenti i gruppi OH o NH.
Aldeidi e chetoni
Aldeidi e chetoni
Proprietà fisiche di aldeidi semplici e
chetoni
Assorbimenti all’IR di aldeidi e
chetoni
Assorbimenti all’IR di aldeidi
e chetoni
Assorbimenti all’IR di aldeidi
e chetoni
Formule di risonanza con anello
aromatico
Un carbonile direttamente legato ad un anello aromatico lo
disattiva e orienta le sostituzioni elettrofile in meta
Aldeidi e Chetoni
• Contengono il gruppo carbonilico
• Il gruppo carbonilico ha una geometria planare con
polarità inferiore al gruppo OH
• Vengono preparati in laboratorio principalmente per
ossidazione degli alcoli
• I nomi IUPAC delle aldeidi hanno il suffisso ALE
• I nomi IUPAC dei chetoni hanno il suffisso ONE
• L’aldeide più semplice è il metanale
CH2O o formaldeide (o aldeide formica),
un gas incolore, irritante, pungente e
solubile in acqua
• Il chetone più semplice è il propanone
CH3COCH3, o acetone, un liquido incolore
dall’odore gradevole, volatile e
infiammabile, utilizzato come solvente o
per la sintesi di materie plastiche,
vernici, esplosivi, etc.
ALDEIDI e CHETONI
contengono il gruppo CARBONILE
Nelle aldeidi è su un carbonio primario
Nei chetoni è su un carbonio secondario
Aldeidi e chetoni
Nomenclatura delle aldeidi
 Trovare la catena più lunga di
atomi di carbonio contenente il
gruppo aldeidico.
 Sostituire l’ultima lettera –o con il
suffisso –ale.
 Tutti i sostituenti ed i gruppi
seguono la nomenclatura IUPAC
standard.
Il nome delle aldeidi si costruisce facendo seguire la
desinenza -ale al nome dell’idrocarburo saturo ad ugual
numero di atomi di carbonio.
O
H
O
H C
H3C
H
metanale
aldeide formica
H3C C C
C
H
H
H3C C C C
H H
butanale
aldeide butirrica
O
H
propanale
aldeide propionica
etanale
aldeide acetica
H H
O
H CH3
O
H C C C
H
H H
H
metilpropanale
aldeide metilpropionica
La vecchia nomenclatura (ancora in uso) è riportata in corsivo sotto
la nomenclatura IUPAC.
Nomenclatura
Nelle aldeidi la desinenza e’
-ale
Aldeidi e chetoni
Nomenclatura dei Chetoni
 Trovare la catena più lunga di atomi di
carbonio contenente il gruppo C=O (non
deve trovarsi ad una estremità altrimenti
si tratta di una aldeide).
 Sostituire l’ultima lettera –o con il suffisso
–one.
 Il carbonio più vicino al carbonile ha il
numero più basso.
 Tutti i sostituenti ed i gruppi seguono la
nomenclatura IUPAC standard.
Per i chetoni il nome si costruisce facendo seguire la
desinenza -one al nome dell’idrocarburo saturo ad ugual
numero di atomi di carbonio.
O
H3C C
O
H3C C
CH3
propanone
O
H3C C
CH2CH3
butanone
CH2CH2CH3
2-pentanone
Nomenclatura
Nei chetoni la desinenza e’
Il gruppo sostituente RCO- è chiamato alcanoile
-one
o acile
Nomenclatura
Quando un chetone è un sostituente in catena si riferisce ad esso
come gruppo osso.
O
O
5
1 H
esanale
5-ossoesanale
Mentre quando l’aldeide è il sostituente di un anello ci si riferisce
ad essa come carbaldeide
O
H
cicloesancarbaldeide
Preparazione di Aldeidi e
chetoni 1/4
Preparazione delle aldeidi
ossidazione 2/4
H
R
CH2
ALCOL
PRIMARIO
OH
OX
R
C
ALDEIDE
O
Preparazione dei chetoni
ossidazione 3/4
R’
R’
R
CH
OH
ALCOL
SECONDARIO
OX
R
C
CHETONE
O
Preparazione dei chetoni con
le reazioni di Friedel-Crafts
4/4
Reazioni di aldeidi e chetoni
Ossidazione di aldeidi
• L’ossidazione delle aldeidi
produce un acido carbossilico,
anche con ossidanti deboli (Ag+,
Cu2+)
H
R
C
O
ox
OH
R
C
O
Riduzione di aldeidi e chetoni
Riduzione di aldeidi mediante
addizione di idrogeno al doppio legame
C=O
• Ad elevate P e T in presenza di un
catalizzatore e di un riducente, il
doppio legame viene trasformato in
legame semplice con l’aggiunta di atomi
di idrogeno
H
H
R
C
+ 2LiH
O
rid
P e T
elevate
Ni in
polvere
R
C
OH
H
ALCOL PRIMARIO
Riduzione di chetoni mediante addizione di
idrogeno al doppio legame C=O
• Ad elevate P e T in presenza di un
catalizzatore e di un riducente, il doppio
legame viene trasformato in legame semplice
con l’aggiunta di atomi di idrogeno
R’
R’
R
C
CHETONE
O
+ 2LiH
rid
P e T
elevate
Ni in
polvere
R
C
OH
H
ALCOL SECONDARIO
A causa della polarità del legame C=O, i composti carbonilici sono esposti
all'attacco dei nucleofili sul C del carbonile, a differenza di quanto
accade con il doppio legame C=C che, non essendo polarizzato, si presta
all'attacco degli elettrofili.
:
addizione nucleofila
L'acqua, come gli alcoli, è un nucleofilo all'ossigeno e
può addizionarsi in modo reversibile alle aldeidi e ai
chetoni.
La formaldeide in acqua esiste prevalentemente in forma
idrata. (un gem-diolo)
L’addizione nucleofila di acqua ad un’aldeide è facilitata in
ambiente alcalino, attraverso questo meccanismo
H
R
H
OH-
R
C
O
C
O
H O
2
OH
H
OH-
R C OH
OH
aldeide idrata
L’addizione di acqua, oltre che in ambiente basico, come
abbiamo visto, può essere catalizzata anche dalla presenza
di acidi che attivano il cabonile attraverso il seguente
meccanismo:
Più reattiva un aldeide o un
chetone??
Nu:
Nu:
Le aldeidi sono più reattive perché nei chetoni i sostituenti alchilici sono
gruppi donatori che diminuiscono la parziale carica positiva
sul carbonio carbonilico.
La minore reattività dei chetoni deriva anche da un maggior ingombro sterico.
Addizione nucleofila con reattivi di
Grignard: formazione di alcoli
Addizione nucleofila
Gli acidi catalizzano l’addizione nucleofila per
protonazione dell’ossigeno
Semiacetali e acetali
Le reazioni che portano alla formazione di semiacetali
e acetali sono molto importanti, in quanto sono la
chiave di comprensione della chimica dei carboidrati.
Gli alcoli sono nucleofili all’ossigeno e possono
attaccare il C carbonilico delle aldeidi e dei chetoni
portando a prodotti saturi di addizione al legame
C=O.
Semiacetali
I semiacetali sono ottenuti per addizione di un alcol con una
aldeide e poiché l’alcol è un nucleofilo debole, è necessario di
solito un catalizzatore acido.
Sono composti che hanno un C che porta sia l'ossidrile della
funzione alcolica (OH) che la funzione eterea (OR).
ROH
+
R'

C=O

H
H+
OR

R'COH

H
Semiacetale
Addizione di alcoli:
semiacetali ed acetali
Semiacetali ciclici
Composti con un gruppo aldeidico e un ossidrile a distanza appropriata
all’interno della stessa molecola sono in equilibrio col semiacetale ciclico che
si forma per addizione nucleofíla intramolecolare.
L'ossidrile si trova in posizione favorevole per poter agire da nucleofilo
sul carbonio con un meccanismo specifico.
Acetali
In presenza di un eccesso di alcol i semiacetali reagiscono
ulteriormente fornendo gli acetali.
L'ossidrile del semiacetale viene sostituito da un gruppo alcossile.
Negli acetali due funzioni eteree sono presenti sullo stesso
atomo di carbonio.
Acetali
Sono composti che hanno un C che porta su di se due funzioni eteree (OR)
OR

R'COH

H
Semiacetale
+ ROH
H+
OR

R'COR + H2O

H
Acetale
Schema delle reazioni
Tautomeria cheto-enolica
Aldeidi e chetoni possono esistere all’equilibrio nelle due forme chetonica ed
enolica, che differiscono per la posizione di un protone e per un doppio legame.
Questa isomeria si chiama tautomeria, le forme vengono dette tautomeri e sono due
particolari isomeri di struttura che si pongono in equilibrio tra loro.
Un composto carbonilico, per poter esistere in forma enolica, deve avere un atomo di
idrogeno legato all’atomo di carbonio adiacente al carbonile (carbonio α).

CαC
 ║
Hα O
CH3-C-CH3
║
O
Forma Chetonica
H
H
O
CH2=C-CH3

OH
Forma Enolica
HO
Tautomerismo Cheto-Enolico
• un carbonio adiacente a un gruppo
carbonilico è chiamato carbonio-a, e
un idrogeno legato ad esso è un
idrogeno-a.
a- hydrogens
O
CH3 - C- CH 2 - CH 3
a- carbons
Tautomerismo Cheto-Enolico
Un composto carbonilico con un
idrogeno-a è in equilibrio con un
isomero chiamato enolo (en da
alchene + olo da alcohol)
• Può formare lo ione enolato
O
OH
CH 3 - C- CH3
CH3 - C= CH 2
Acetone
(keto form)
Acetone
(enol form)
Acidità dell’idrogeno in alfa
O
H
H
C
C
H
OH
H
C
H
H
H
H
C
H
Tautomeria cheto-enolica
C
C
H
H
OH
O
H
C
C
H
H
H
H
C
Movimento concertato di elettroni e protoni intramolecolare
C
H
H
Condensazione aldolica
L’acetaldeide reagisce con NaOH diluito a dare un dimero: il 3idrossibutanale, che è un aldolo (aldeide + alcol)
L’aldolo per riscaldamento si può disidratare a dare
un alchene, in cui il doppio legame è coniugato con
quello carbonilico
1)
H
Ha C
C
H
H
OH-
H
O
C
H2O
H
C
H
H
O
H
C
C
H
O
Nella prima tappa si produce un anione enolato ...
2)
H
H C
C
H
H
H
C
O
H
C
H H H
H
H C
O
C
C
H O H
…che nella tappa successiva compie un attacco nucleofilo su
una seconda molecola di aldeide.
H H H
3)
H C
C
C
H O H
C
H
O
H2O
OH-
H H H
H C
C
C
H OH H
Nell’ultima tappa della reazione si forma una b-idrossialdeide.
C
H
O
C
H
O