Zhrnutie na pH, Karbonylové zlúčeniny a Reakcie

## Úvod Karbonylové zlúčeniny sú organické deriváty obsahujúce charakteristickú karbonylovú skupinu: skupinu s dvojitou väzbou medzi uhlíkom a kyslíkom. Táto skupina určuje väčšinu fyzikálnych a chemických vlastností zlúčenín, ako sú reaktivita, polarita a bod varu. > **Definícia:** Karbonylová skupina je funkčná skupina s väzbou C=O, kde karbonylový uhlík je elektrofilný a karbonylový kyslík je elektronegatívny. ## Základná klasifikácia ### Aldehydy a ketóny - **Aldehydy** majú vzorec R–CHO, kde na karbonyl je naviazaný aspoň jeden vodík. Názvoslovie: prípona *-al*. - **Ketóny** majú vzorec R¹–CO–R², kde sú na karbonyl viazané dva organické zvyšky (alkyl/aryl). Názvoslovie: prípona *-ón* alebo slovo ketón. > **Definícia:** Aldehydová skupina: –CHO; Ketónová skupina: >C=O (s dvoma substituentmi). ## Štruktúra a dôsledky na vlastnosti - Karbonylová skupina je polarizovaná: kyslík nesie čiastočný záporný náboj a uhlík čiastočný kladný. To robí karbonylový uhlík elektrofilným. - Geometria pri C=O: planárny sp2 hybridizovaný uhlík, uhlík a kyslík a pripojené atómy ležia v jednej rovine. ### Vplyv na fyzikálne vlastnosti - Polarita → silné dipól-dipólové interakcie. - Schopnosť tvoriť vodíkové väzby: karbonylový kyslík môže prijímať H-väzby s donorom (napr. H–O), ale molekuly aldehydov/ketónov nemajú H priamo na O, preto medzi sebou nevytvárajú klasické medzimolekulárne vodíkové väzby ako alkoholy. - Rozpustnosť vo vode: nízkomolekulové aldehydy a ketóny (napr. formaldehyd, acetaldehyd, acetón) sú dobre rozpustné, rozpustnosť klesá s rastúcim reťazcom. - Stav pri izbovej teplote: malé sú kvapaliny (okrem formaldehydu – plyn), vyššie môžu byť tuhé. | Vlastnosť | Aldehydy | Ketóny | |---|---:|---:| | Polarita | + | + | | Medzimolekulové H-väzby | nie (len prijímateľ) | nie (len prijímateľ) | | Bod varu (porovnanie s alkoholmi) | nižší než alkoholy rovnakého mol. hm. | nižší než alkoholy rovnakého mol. hm. | | Rozpustnosť vo vode | vyššia u malých členov | vyššia u malých členov | Fun fact: Acetaldehyd a acetón majú veľmi odlišné body varu napriek podobnej molekulovej hmotnosti; etanol má vyšší bod varu kvôli tvorbe vodíkových väzieb medzi svojimi molekulami. ### Praktický príklad (porovnanie b.v.): - Etanol: $78{,}15\ ^\circ\mathrm{C}$ - Acetaldehyd: $20{,}2\ ^\circ\mathrm{C}$ - Acetón: $56{,}0\ ^\circ\mathrm{C}$ Vysvetlenie: etanol tvorí silné medzimolekulárne vodíkové väzby, acetaldehyd medzi sebou netvorí H-väzby, acetón má stredné dipól-dipólové interakcie. ## Hlavné typy reakcií karbonylových zlúčenín 1. Adície alkoholov (vznik hemiacetálov a acetálov) - a) Hemiacetál (poloacetál) vzniká adíciou jednej molekuly alkoholu na karbonyl. - b) Acetál vzniká po ďalšej adícii alkoholu v kyslom prostredí; tvorba acetálov je reverzibilná a používa sa na ochranu aldehydovej skupiny. > **Definícia:** Hemiacetál: funkčný medziprodukt pri adícii alkoholu na karbonyl; acetál: úplný produkt po pripojení dvoch alkoholových zvyškov. 2. Adícia vody (hydrácia) – tvorba gem-diolov, zvyčajne v roztokoch a často reverzibilné. 3. Redukcia - Aldehydy redukujú na primárne alkoholy. - Ketóny redukujú na sekundárne alkoholy. 4. Oxidácia - Aldehydy sú ľahko oxidovateľné na karboxylové kyseliny. - Ketóny sa za bežných podmienok oxidujú ťažšie. - Dôkazové reakcie: Tollensovo činidlo, Fehlingovo činidlo, Benedictovo činidlo. 5. Aldolová kondenzácia - Prebieha medzi dvoma molekulami karbonylovej zlúčeniny, ak aspoň jedna má kyslý $$-vodík na $$-uhlíku (t.j. $$-uhlík = alfa-uhlík vedľa C=O). - Mechanizmus v zásaditom prostredí zahŕňa tvorbu enolátu alebo karbaniónu, adíciu na druhú molekulu a následné vytvorenie aldolu. 6. Haloformová reakcia - Charakteristická pre methylketóny (napr. acetón), vedie k vzniku haloformu (napr. jodoform) a karboxylátu. Fun fact: Tollensov test používalie v laboratóriách na jednoducho rozlíšenie aldehydov podľa tvorby „strieborného zrkadla“ na stenách skúmavky. ## Mechanizmy – struč