Ketones - Basic Physical and Chemical Properties, Reactions and Occurrence

Slide1Jméno autora: Mgr.   Ladislav Kažimír Datum vytvoření :   01.06.2013 Číslo DUMu : VY_32_INOVACE_14_Ch_OCH Ročník : II. Vzdělávací oblast : Přírodovědné vzdělávání V zdělávací obor :   Chemie T ematický okruh : Organická chemie T éma : Ketony Metodický list/anotace: Prezentace je určena pro téma  Ketony  v rozsahu SŠ. Zopakování základních fyzikálních a chemických vlastností, reakcí a výskytu. Seznámení studentů se systematickým názvoslovím  i triviálním, lze doplnit o další příklady . Typičtí zástupci, jejich vlastnosti, průmyslová výroba a využití.

Slide2Obr.1

Slide3P Ř Í P R A V A  A  V Ý R O B A  P Ř I R O Z E N Ý  V Ý S K Y T  N Á Z V O S L O V Í  K E T O N Ů  F Y Z I K Á L N Í  A  C H E M I C K É  V L A S T N O S T I  D I M E T H Y L K E T O N  C Y K L O H E X A N O N  K E T O N Y

Slide4charakteristická skupina Ketony   >C=O  Všechny ketony obsahují alespoň tři atomy uhlíku.  Pro ketony je charakteristická přítomnost       karbonylové skupiny  (oxoskupiny)  >C=O .    Karbonylové sloučeniny  R 1  a R 2   jsou organické radikály alkyl, aryl  …     Funkční skupinu     >C=O  obsahují vždy uprostřed uhlovodíkového řetězce.  R 1  a R 2    mohou být stejné nebo různé substituenty obsahující uhlík

Slide5Ketony Příprava a výroba ketonů  oxidace sekundárních alkoholů  oxidační činidlo – manganistan draselný, sloučeniny Cr VI  ozonolýza alkenů R 2  CH (OH) + O  →  R 2 C = O + H 2 O  oxidační reakce alkenů nebo alkynů, při které dochází ke štěpení násobné vazby ozonem

Slide6James Mason CraftsObr.3 Charles Friedel Obr.2 Ketony  Příprava a výroba ketonů  výroba aromatických ketonů je Friedel-Crafts acylace  Charles Friedel (francouzský chemik)  James Mason Craft (americký chemik)

Slide7Ketony - přirozený výskyt ketony jsou v přírodě velmi běžné  tvorba organických látek při fotosyntéze přes keton ribulosa-1,5-bifosfát  syntéza mastných kyselin probíhá přes ketony  m nohé cukry jsou ketony - ketosy (nejznámější je fruktóza)   acetoacetát (anion kyseliny acetyloctové) – meziprodukt  Krebsova cyklu, který uvolňuje energii z cukrů a sacharidů kyselina acetyloctová 3-oxobutanová kyselina acetoacetát, acetacetát –OOC–CH2–CO–CH3

Slide8Obr.6Obr.5 Obr.4 Ketony - přirozený výskyt  aceton , acetoacetát a beta-hydroxybutyrát se vytvoří ze sacharidů , mastných kyselin a aminokyselin  u většiny obratlovců, včetně člověka  zvýšená hladina těchto ketonů v krvi a moči při hladovění (včetně nedostatku spánku), při hypoglykémii, při vrozených poruchách metabolismu a ketoacidózy(diabetes mellitus )  4-(4-hydroxyfenyl)- butan-2-on  [ malinový   keton ]  aroma malin, brusinek, ostružin a různých druhů ovoce  Kafr (1,7,7-trimethylbicyklo[2.2.1]heptan-2-on) - kafrovník  v silici bazalky, rozmarýny lékařské, šalvěje lékařské 

Slide9Názvosloví ketonůcyklohexan on     polotriviální názvy - pro název ketonu   se  jako kmen používají názvy navázaných uhlovodíkových zbytků a koncovka  –keton  při číslování řetězce má karbonylová sloučenina  vysokou prioritu propan -2-on    Vyšší prioritu však mají karboxylové a sulfonové kyseliny. fenyl methyl keton    složením názvu základního uhlovodíku s příponou  –on  jednotnou předponou pro karbonylové sloučeniny (aldehydy i ketony) je předpona  oxo- dimethyl keton   acet on   acet yl benzen   aceto fen on   butan -2-on   ethylmethyl keton  

Slide10Fyzikální vlastnosti Ketony s menším počtem uhlíků jsou bezbarvé kapaliny.   Ketony s větším počtem uhlíků jsou pevné látky.  Ketony s menším počtem C mají  příjemnou ovocnou vůni.  Ketony s menším počtem uhlíků jsou rozpustné ve vodě. Chemické vlastnosti  špatně se oxidují- spíše dochází ke štěpení řetězce  nemají redukční vlastnosti  jsou méně reaktivní než aldehydy, nepolymerují  Ketony se od aldehydů odliší Fehlingovým činidlem  (CuSO 4  v prostředí vínanu sodnodraselného a NaOH) nebo Tollensovým činidlem (AgNO 3  v prostředí amoniaku) - ketony nereagují.

Slide11Chemické vlastnosti keto-enol tautomerie  chemická rovnováha mezi keto - formou ( keton ) a enol - formou ( alkohol)  enol a keto formy jsou navzájem tautomery - izomery  představuje migraci atomu vodíku doplněná prohozením jednoduché vazby a k ní přiléhající vazby dvojné  vnitřní přeměna obou forem zahrnuje pohyb alfa vodíku a posunutí potenciálů elektronů

Slide12Dimethylketon s vodou neomezeně mísitelná  bezbarvá kapalina specifického zápachu  keto-enol tautomerie CH 3  – CO – CH 3  hořlavá, směs par s kyslíkem  ( 2,5% - 12,8%) je výbušná propan-2-on  dráždí ke kašli, ospalost, závratě, bezvědomí   rovnováha posunuta výrazně ke keto tautomeru  rychle odpařuje, a to i z vody a půdy aceton Obr.7 Obr.8  v atmosféře má 22-ti denní poločas rozpadu a je degradován  UV zářením přes fotolýzu - na methan a ethan

Slide13Obr.11 B-17G pilotní kabina kabina bombometčíka Obr.10  US Navy batyskaf Trieste kuželové „okno“ z jednoho kusu Obr.9  Monterey Bay Aquarium   hloubka 10 m  akrylová okna až 33 cm  aby vydržely tlak vody Dimethylketon CH 3  – CO – CH 3  výroba polymetylmetakrylátu (PMMA) - akrylátové sklo nebo plexisklo („nerozbitné sklo“) propan-2-on aceton Obr.7 Obr.8 Použití

Slide14Obr.17Obr.16 Obr.15 Dimethylketon CH 3  – CO – CH 3  rozpouštědlo a extrakční činidlo pro pryskyřice, tuky a oleje, kalafuny, acetát celulózy … propan-2-on aceton Obr.7 Obr.8 Použití  odlakovače - odstranění laku na nehty  umělé nehty - lepidlo a odstraňování  rozpouštědlo - dvoudílné epoxidy a lepidla  výroba barev a laků  odmašťovače při přípravě kovu před lakováním  konečné čištění na desek s plošnými spoji

Slide15Obr.19Obr.18 Obr20 Dimethylketon CH 3  – CO – CH 3   odstranění pěny při čištění pěnových pistolí PU propan-2-on aceton Obr.7 Obr.8 Použití   zubní lékařství čištění skloviny a kořenových kanálků   farmaceutický průmysl - pomocná látka v některých lécích    rozpouštědlo pro některé plastů a syntetická vlákna  výroba bezdýmného střelného prachu  výroba umělého hedvábí  výroba bromacetonu – slzotvorný plyn

Slide16Obr.14Brom - chemický vzorek ampule bezpečně uzavřena  v akrylátové kostce Obr.13  akrylový klavír Kawai Obr.12   zlato ,  B-24 bombardér Dimethylketon CH 3  – CO – CH 3  výroba polymetylmetakrylátu (PMMA) - akrylátové sklo nebo plexisklo („nerozbitné sklo“) propan-2-on aceton Obr.7 Obr.8 Použití

Slide17Cyklohexanon málo rozpustná ve vodě  bezbarvá kapalina   rozpustná v běžných organických rozpouštědlech (CH 2 ) 5 CO  barva se na vzduchu pomalu mění na žlutou - oxidace  při vdechování a může způsobit závratě a bolesti hlavy  není karcinogenní Obr.7 Obr.8  snížení srdeční funkce, otoky, ztráta chuti a krátkodobá ztráta paměti

Slide18Cyklohexanon polovina je převedena na kyselinu adipovou (1 prekurzor)  většina cyklohexanonu je používána ve výrobě prekurzorů  nylonu 6,6 a nylonu 6    druhá se převede na oxim ;  oxim se pomocí kyseliny sírové  (katalyzátor) převede na kaprolaktam prekurzor Nylon 6  (CH 2 ) 5 CO Obr.7 Obr.8 Použití oxim kaprolaktam

Slide19Cyklohexanon cyklohexanon - nylon 6,6 a nylon 6   (CH 2 ) 5 CO Obr.7 Obr.8 Použití nylon 6 nylon 6,6  koberce a podlahové krytiny  punčochové zboží, sportovní oděvy  padáky, sítě, rybářské šňůry  výplet tenisových raket  kordy na pneumatiky, stavba lodí, letadel a raket  provazy, lana, hnací řemeny Obr.22 Obr.21

Slide20CitaceObr.3   CROSS, Charles R..  Soubor: Crafts James Mason.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 8.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Crafts_James_Mason.jpg Obr.4   JUHANSON.  Soubor: Maliny (Rubus idaeus) jpg. - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 8.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Raspberries_(Rubus_Idaeus).jpg Obr.5   RØNNING, Arnstein.  Soubor: Tyting.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 8.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Tyting.jpg Obr.2   AUTOR NEUVEDEN.  Soubor: Charles Friedel.jpeg - Wikimedie  [online]. [cit. 8.5.2013]. Dostupný na WWW: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Charles_Friedel.jpeg&filetimestamp=20060821113842& Obr.6   ZELL, H..  Soubor: Rubus fruticosus 003.JPG - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 8.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rubus_fruticosus_003.JPG Obr.7   HENNING, Torsten.  Soubor:GHS-pictogram-flamme.svg - Wikipedie  [online]. [cit. 1.2.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:GHS-pictogram-flamme.svg Obr.8   HENNING, Torsten.  Soubor:GHS-pictogram-exclam.svg - Wikimedie  [online]. [cit. 1.2.2013]. Dostupný na WWW: http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:GHS-pictogram-exclam.svg Obr.9   LEONARD G.  Soubor: KelpAquarium.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:KelpAquarium.jpg Obr.10   US NAVAL HISTORICAL CENTER PHOTOGRAPH.  Soubor: batyskaf Trieste sphere.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bathyscaphe_Trieste_sphere.jpg Obr.12   TRIOS2007.  Soubor: WWIIsweetheartpin.JPG - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:WWIIsweetheartpin.JPG Obr.11   US AIR FORCE.  Soubor: B-17G Nose v detail.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:B-17G_Nose_in_Detail.jpg Obr.1   WRIGHT, Joseph.  Soubor: JosephWright-Alchemist.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 20.2.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:JosephWright-Alchemist.jpg

Slide21CitaceObr.15   MINDERHOUD M..  Soubor: 004.jpg Kunstnagels - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kunstnagels_004.jpg Obr.16   CSCHIRP.  Soubor: Testpad.JPG - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Testpad.JPG Obr.17   BROŽ, Martin.  Soubor: Plosny spoj s SMD.png - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Plosny_spoj_s_SMD.png Obr.13   EUROTUBER.  Soubor: Kawai CR-40A.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawai_CR-40A.jpg Obr.14   ALCHEMIST-HP.  Soubor: Brom lahvičku akrylové cube.jpg - Wikimedia Commons [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_vial_in_acrylic_cube.jpg Obr.18   ČERNOV, Mstyslav.  Soubor: Policejní akce během protestů Gezi parku v Istanbulu. Události 16.června 2013-6.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Police_action_during_Gezi_park_protests_in_Istanbul._Events_of_June_16,_2013-6.jpg Obr.19   ČERNOV, Mstyslav.  Soubor: Teargass akce během protestů Gezi parku. Události 16. června 2013.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Teargass_action_during_Gezi_park_protests._Events_of_June_16,_2013.jpg Obr.20   HALEN, Timo.  Soubor: N110 ruuti.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 12.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N110_ruuti.jpg Obr.21   STRÖCK, Michael.  Soubor: Nylon6 a nylonové 66.png - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 15.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nylon6_and_Nylon_66.png Obr.22  GARDEN, Tranquil.  Soubor: Bronzenylons.jpg - Wikimedia Commons  [online]. [cit. 15.5.2013]. Dostupný na WWW: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bronzenylons.jpg

Slide22honza, j.; mareček, a.     chemie pro čtyřletá gymnázia (3.díl). Brno: DaTaPrint, 2000;ISBN 80-7182-057-1Literatura Pacák, J.                             Chemie pro 2. ročník gymnázií. Praha: SPN, 1985 Kotlík B., Růžičková K.    Chemie I. v kostce pro střední školy, Fragment 2002, ISBN: 80-7200-337-2 Vacík J. a kolektiv              Přehled středoškolské chemie, SPN 1995,  ISBN: 80-85937-08-5