Chetoni: nomenclatura, sintesi, reazioni

I chetoni sono composti organici che hanno formula generale RCOR’ e presentano pertanto un gruppo carbonilico in cui il carbonio è ibridato sp². Essi sono sempre presenti nel sangue ma la loro produzione nel fegato aumenta durante i periodi di intenso esercizio fisico o in assenza di zucchero nel sangue, che porta il corpo verso uno stato di chetosi.

Nomenclatura dei chetoni

Secondo la nomenclatura I.U.P.A.C. i nomi dei chetoni derivano dagli idrocarburi corrispondenti cambiando in –one il suffisso –o dell’ alcano corrispondente alla catena più lunga contenente il gruppo carbonilico numerando la catena carboniosa in modo che la sua posizione abbia il numero più basso possibile.

Il numero è messo immediatamente prima del nome oppure precede il suffisso nel caso che questo sia utilizzato insieme ad altri suffissi.

Quando il gruppo carbonilico del chetone è presente ad altri gruppi funzionali a maggiore priorità può essere indicato dal prefisso oxo– o cheto– preceduto dal relativo numero.
I nomi comuni dei chetoni sono formati, tranne qualche caso particolare in cui si adoperano nomi d’uso, nominando i gruppi alchilici legati al gruppo carbonilico e aggiungendo la parola chetone.

Esempi

CH₃CH₂-CO-CH₃ è detto 2-butanone o metiletilchetone, CH₂CH-CO-CH₃ è detto 3-buten-2-one o metilvinilchetone e CH₃-CO-CH₂CH₂COOH è detto acido 4-oxopentanoico o acido levulinico in quanto si forma dal levulosio

Sintesi

I chetoni possono essere ottenuti attraverso molte vie sintetiche tra cui:

• Ossidazione degli alcoli secondari : R₂CHOH → R₂C=O
• Acilazione di Friedel-Craft: C₆H₆ + RCOCl → C₆H₅COR
• Idratazione degli acetileni RC≡CH → RCOCH₃
• Ozonolisi degli alcheni : (CH₃)₂C=CHCH₃ → CH₃COCH₃ + CH₃CHO
• Reazione di nitrili con reattivi di Grignard: RC≡N + R’MgX → RCOR’

Tipi di reazioni

Le reazioni dei chetoni possono essere classificate in:

• Reazioni di addizione al carbonile
• Reazione degli enoli e degli enolati
• Reazioni di ossidoriduzione

La reazione coinvolge l’attacco di una specie nucleofila al carbonio carbonilico con formazione di un intermedio tetraedrico in cui l’ossigeno è caricato negativamente. La specie viene poi protonata o associata ad un acido di Lewis con formazione del prodotto.

Reattività

In alternativa, nelle reazioni catalizzate dagli acidi si verifica prima una associazione dell’elettrofilo all’ossigeno con conseguente attivazione del carbonio carbonilico al successivo attacco nucleofilo.

• Addizione di alcoli

Gli alcoli si addizionano al carbonio carbonilico per dare un emichetale:
R₂C=O + R’OH → R₂C(OH)-OR’

In presenza di acidi minerali gli emichetali reagiscono con un’altra molecola di alcol per dare il chetale:
R₂C(OH)-OR’ + R’OH → R₂C(OR’)₂

• Addizione di acido cianidrico

L’acido cianidrico si addiziona ai chetoni ad eccezione di quelli molto ingombrati stericamente per dare una cianidrina:
R₂C=O + HCN → R₂C(OH)C≡N

• Addizione di idrossilammina

I chetoni condensano con l’idrossilammina per dare le ossime:
C₆H₅COCH₃ + NH₂OH → C₆H₅C(CH₃)NOH

• Riduzione con sodio boroidruro

I chetoni si riducono ad alcoli secondari in presenza di sodio boroidruro:
R₂C=O → R₂CHOH

• Idrogenazione catalitica

La reazione avviene a livello industriale e costituisce il metodo migliore per ridurre i chetoni ad alcoli secondari. Vengono usati quali catalizzatori il nichel, il palladio o il platino:
cicloesanone → cicloesanolo

• Riduzione a idrocarburi
• Riduzione di Wolff-Kishner. I chetoni vengono ridotti a idrocarburi in presenza di un eccesso di idrazina e basi forti ad elevate temperature in presenza di glicole etilenico quale solvente:

ciclopentanone + NH₂NH₂ → ciclopentano +  N₂ + H₂O

• Riduzione di Clemmensen. Il gruppo carbonilico di un chetone può essere ridotto a un gruppo metilenico in presenza di amalgama di zinco e acido cloridrico:

C₆H₅COCH₂CH₃→ C₆H₅CH₂CH₂CH₃

• Alogenazione. L’addizione avviene su un carbonio adiacente a un chetone enolizzabile:

• Ossidazione

I chetoni ciclici vengono ossidati ad acidi bicarbossilici in presenza di ossidanti come il permanganato di potassio o il bicromato di potassio:
cicloesanone →acido esandioico

Usi

I chetoni, oltre che nelle sintesi organiche,  trovano utilizzo quali:

1. Solventi per alcuni tipi di platica e fibre sintetiche; l’acetone viene utilizzato quale solvente degli smalti per unghie
2. Composti che conferiscono particolari fragranze ai profumi come l’acetofenone
3. Precursori di polimeri come il cicloesanone utilizzato per la produzione di nylon
4. Nella produzione di adesivi, di vernici, di gomme sintetiche