Jsou ketony kyselé: 9 faktů, které byste měli vědět

by

V tomto článku je krátce diskutováno „jsou ketony kyselé“, kyselost ketonů a srovnání kyselosti s jinými sloučeninami.

Ketony jsou ty sloučeniny, ve kterých jsou dvě alkylové nebo arylové skupiny navázány na karbonylový uhlík. Atomy vodíku připojené k alkylové nebo arylové skupině jsou kyselé. Kvůli přítomnosti tohoto kyselého vodíku jsou ketony kyselé povahy. Ale kyselost ketonu není taková jako u jiných kyselin (pka ketonu je 17 až 21).

Zaměřme se na následující témata o kyselosti ketonu.

Proč jsou ketony kyselé?

Ketony jsou kyselé sloučeniny (pka =20). Pro vysvětlení kyselosti ketonu bude připomenuta definice acidobazické báze (Bronsted-Lowryho schéma), že kyselina je donor protonu a báze je akceptor protonu. Po disociaci kyseliny, konjugované báze a H+ bude generován iont.

jsou ketony kyselé
Protonový dar ketonu

Z výše uvedeného diagramu je vidět, že keton daruje svůj jeden vodík a tvoří CH3 –CO- CH2- (enolátový iont). Jedná se o konjugovanou bázi ketonu (acetonu). Ve výše uvedeném příkladu hydridový iont (H-) funguje jako základna. Přijímá vodík, který aceton poskytuje ve výše uvedené reakci. Výsledný enolátový iont se stabilizuje díky delokalizaci záporného náboje z méně elektronegativního atomu uhlíku na více elektronegativní atom kyslíku. Dvojná vazba bude po delokalizaci nahrazena z CO vazby na CC jednoduchou.

Ale enolátový iont není tak stabilní jako keton. Enol a keton jsou v a chemická rovnováha což pomáhá enolu uvolnit jeden vodík pro přeměnu enolu na enolát.

Jsou ketony ve vodě kyselé?

Pka hodnota vody je 16 a ketonu 20. Pka hodnota označuje vodu jako kyselejší než keton (látka mající nižší pka je kyselejší).

Keton reaguje s vodou v přítomnosti kyseliny. Keton je také rozpustný ve vodě v důsledku tvorby vodíkové vazby s vodou. Po reakci s vodou v přítomnosti kyseliny keton tvoří geminální diol a mezi ketonem a produktem (geminálním diolem) je ustavena rovnováha.

Kroky výše uvedené reakce jsou popsány níže -

  1. Protonace karbonylové skupiny: karbonylová skupina (C=O) je protonována atomem vodíku H3O+ (vzniká reakcí mezi vodou a kyselinou).
  2. Nukleofilní napadení vodou: Ve druhém kroku osamocený pár kyslíku útočí na protonované karbonylové centrum.
  3. Deprotonace:  Jeden z atomů vodíku z molekuly vody (přidaný do karbonylového centra) je eliminován a vzniká požadovaný produkt geminální diol.
Reakce ketonu s vodou
Reakce ketonu s vodou

Jsou ketony kyselejší než karboxylové kyseliny?

Ne, ketony nejsou kyselejší než karboxylová kyselina. Pka hodnota ketonu a karboxylové kyseliny je 20, respektive 3-5.

Důvodem vyšší kyselosti karboxylové kyseliny je stabilizace její konjugované báze. Konjugovaná báze karboxylové kyseliny (karboxylátový iont) je stabilizována díky dvěma ekvivalentním rezonancím. Ale konjugovaný bas ketonu (enolátový iont) získá stabilizaci pouze jednou rezonancí. Kromě toho je v karboxylové kyselině OH skupina přímo navázána na karbonylové uhlíkové centrum. Díky elektrofilitě tohoto centra se OH vazba karboxylové kyseliny stane polární a eliminace vodíkových iontů bude snadnější.

V ketonu žádná taková OH skupina není přítomna. Alkylové nebo arylové skupiny jsou přímo připojeny ke karbonylovému uhlíkovému centru. Přenos protonů tedy nebude tak příznivý s ohledem na karboxylové kyseliny.

Existují některá činidla (nukleofily), jako jsou organokovová činidla, acetylidy, nitrily, aminy, u kterých dochází ke karbonylové adici s ketonem, ale deprotonuje karboxylovou kyselinu. To je také důkaz, že kyselost karboxylových kyselin je vyšší než ketonová.

Jsou ketony kyselejší než estery?

Ano, ketony jsou kyselejší než ester. Pka hodnota potvrzuje kyselejší povahu ketonu s ohledem na ester. Pka hodnota ketonu a esteru je téměř rovna 20 a 25, v tomto pořadí.

Kyselost mezi esterem a ketonem
Rezonanční struktura enolátového iontu ketonu a esteru

 Na obrázku výše je popsána rezonanční struktura enolátového iontu ketonu i esteru. V případě esteru existuje další konjugační struktura (V). V této struktuře alkoxy skupina (OR skupina) daruje elektrony karbonylovému uhlíku (C=O).

Tento dar elektronů destabilizuje tuto rezonanční strukturu, protože vznik záporného náboje na uhlíku připojeném k druhé straně karbonylového uhlíku bude nepříznivý. Rezonanční struktura IV přispívá méně vzhledem k V. Enolátový iont esteru se tedy destabilizuje než enolátový ion ketonu, protože v ketonu se žádná taková nepříznivá rezonanční struktura nevytváří.

Méně stabilní konjugovaná báze snižuje kyselost esteru ve srovnání s ketonem.

Jsou ketony kyselejší než aldehydy?

Ne, ketony jsou méně kyselé než aldehyd. Pka z an aldehydu a ketonu je 17, respektive 20. Protože nižší hodnota pka znamená vyšší kyselost, aldehyd je kyselejší s ohledem na keton.

Základní rozdíl mezi aldehydem a ketonem je nahrazení jedné alkylové skupiny ketonu vodíkem v aldehydu. Alkylové skupiny jsou obecně slabě donory elektronů, protože mají +I efekt. Tato vlastnost darování elektronů destabilizuje aniont, protože alkylová skupina tlačí elektronovou hustotu směrem k elektronově bohatému druhu (karbanion).

Ale v aldehydu není přítomna žádná taková alkylová skupina, která by mohla tlačit elektronovou hustotu směrem ke karbanionu a destabilizovat enolátový iont.

Konjugovaná báze aldehydu je tedy stabilnější díky absenci výše uvedeného destabilizačního účinku ve srovnání s konjugovanou bází ketonu.

Proč jsou ketony kyselejší než alkany?

Vazba CH ketonu je kyselejší než vazba CH alkanu, protože pka hodnota ketonu a alkenu je přibližně 20, respektive 50.

Tento rozdíl v pka prokázali, že stabilizace konjugované báze v důsledku delokalizace elektronů v ketonu. Enolátový iont ketonu je rezonančně stabilizovaný. Ale tato rezonance v alkanu chybí. Vzhledem k tomu, že má C=O skupinu, může být vodíkový iont z jedné alkylové skupiny snadno eliminován. Protože skupina C=O je elektrofilní povahy. Přitahuje k sobě elektronovou hustotu a eliminace vodíkových iontů bude snadná.

Ale v alkanu žádná taková karbonylová skupina není přítomna a rezonance enolátu nemůže nastat. Konjugovaná báze alkanu tedy nemá žádný stabilizační faktor. Vykazuje tedy méně kyselosti než keton.