Chetoni: struttura, nomenclatura e sintesi
I chetoni sono composti organici che presentano un gruppo carbonilico, in cui il carbonio è ibridato sp2. La produzione di chetoni nel fegato aumenta durante periodi di intenso esercizio fisico o in assenza di zucchero nel sangue, portando il corpo verso uno stato di chetosi.
Struttura e Nomenclatura
I chetoni derivano dai corrispondenti idrocarburi cambiando il suffisso -o dell’alcano in -one. La catena più lunga contenente il gruppo carbonilico viene numerata in modo che la posizione abbia il numero più basso possibile. I nomi comuni dei chetoni includono i gruppi alchilici legati al gruppo carbonilico seguito dalla parola “chetone”.
Esempi di Nomenclatura
– CH3CH2-CO-CH3: 2-butanone o metiletilchetone
– CH2CH-CO-CH3: 3-buten-2-one o metilvinilchetone
Sintesi dei Chetoni
I chetoni possono essere ottenuti attraverso diverse vie sintetiche, tra cui l’ossidazione degli alcoli secondari, l’acilazione di Friedel-Craft, l’idratazione degli acetileni, l’ozonolisi degli alcheni e la reazione dei nitrili con reattivi di Grignard.
Tipologie di Reazioni
Le reazioni dei chetoni possono essere classificate in reazioni di addizione al carbonile, formazione di enoli ed enolati, e reazioni di ossidoriduzione. Queste reazioni coinvolgono l’attacco di una specie nucleofila al carbonio carbonilico, seguito dalla formazione di un intermedio tetraedrico e la successiva protonazione o associazione con un acido di Lewis per formare il prodotto.
Reattività
I chetoni sono coinvolti in una varietà di reazioni chimiche grazie alla loro struttura. La reattività dei chetoni è determinata dall’elettronegatività degli atomi vicini al gruppo carbonilico, che influisce sulle reazioni di addizione e di ossidoriduzione in cui sono coinvolti.
Reazioni di Addizione Catalizzate dagli Acidi
Nelle reazioni catalizzate dagli acidi, si verifica un processo che coinvolge l’associazione dell’elettrofilo all’ossigeno e un successivo attacco nucleofilo al carbonio carbonilico. Questo meccanismo comporta diverse reazioni che portano alla formazione di nuovi composti organici.
# Addizione di Alcoli
Gli alcoli si aggiungono al carbonio carbonilico formando un emichetale attraverso la seguente reazione:
R2C=O + R’OH → R2C(OH)-OR’
In presenza di acidi minerali, gli emichetali reagiscono ulteriormente con un’altra molecola di alcool generando 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 stericamente ingombrati, per formare una cianidrina attraverso la seguente reazione:
R2C=O + HCN → R2C(OH)C≡N
# Addizione di Idrossilammina
I chetoni condensano con l’idrossilammina per dare le ossime in una reazione del tipo:
C6H5COCH3 + NH2OH → C6H5C(CH3)NOH
# Riduzione con Sodio Boroidruro
I chetoni possono essere ridotti ad alcoli secondari in presenza di sodio boroidruro secondo la seguente equazione:
R2C=O → R2CHOH
# Idrogenazione Catalitica
L’Idrogenazione Catalitica è un processo ampiamente utilizzato a livello industriale per ridurre i chetoni ad alcoli secondari. I catalizzatori comuni sono il nichel, il palladio o il platino.
Altre Reazioni di Riduzione
# Riduzione di Wolff-Kishner
La Riduzione di Wolff-Kishner implica la riduzione dei chetoni a idrocarburi in presenza di idrazina, basi forti, e glicole etilenico come solvente, come mostra l’esempio:
ciclopentanone + NH2NH2 → ciclopentano + N2 + H2O
# Riduzione di Clemmensen
La Riduzione di Clemmensen consente la trasformazione del gruppo carbonilico di un chetone in un gruppo metilenico in presenza di amalgama di zinco e acido cloridrico.
C6H5COCH2CH3 → C6H5CH2CH2CH3
Infine, le reazioni di alogenazione e ossidazione rappresentano ulteriori processi che coinvolgono i chetoni e portano alla formazione di nuovi composti organici.
Utilizzi dei Chetoni Ciclici
I chetoni ciclici, durante un processo di ossidazione in presenza di agenti ossidanti come il permanganato di potassio o il bicromato di potassio, si trasformano in acidi bicarbossilici. Ad esempio, il cicloesanone si converte in acido esandioico.
Applicazioni
I chetoni, oltre ad essere utilizzati nelle sintesi organiche, trovano impiego in diversi settori:
1.
Solventi
: Vengono impiegati come solventi per alcuni tipi di plastica e fibre sintetiche; per esempio, l’acetone è usato come solvente negli smalti per unghie.
2.
Profumi
: Alcuni chetoni conferiscono fragranze particolari ai profumi, come nel caso dell’acetofenone.
3.
Produzione di Polimeri
: I chetoni ciclici sono precursori di polimeri; ad esempio, il cicloesanone è utilizzato nella fabbricazione del nylon.
4.
Industria
: Trovano impiego anche nella produzione di adesivi, vernici e gomme sintetiche.
I chetoni ciclici sono composti versatili che grazie alle loro proprietà chimiche trovano applicazioni in svariati settori industriali e commerciali.
