I.5. Compuși carbonilici.

Compuşii carbonilici sunt compuşii organici care conţin grupa funcţională carbonil, în care atomul de carbon este legat de un atom de oxigen printr-o legătură dublă: C = O.

Compuşii carbonilici pot fi:

- Aldehide, în care grupa carbonil este legată de un atom de hidrogen și un radical organic (R):

- Cetone, în care grupa carbonil este legată de doi radicali organici (R și R'):

Denumirea aldehidelor:

Conform IUPAC, numele aldehidelor se formează adăugând sufixul –al la numele hidrocarburii corespunzătoare.

Uzual:

• aldehidă + numele acidului + sufixul -ă
• rădăcina numelui acidului + sufixul -aldehidă

Tabel cu denumirile uzuale și conform IUPAC ale câtorva aldehide

Exemple:

- Metan_al_ (aldehidă formică / formaldehidă) :

- Etan_al_ (aldehidă acetică / acetaldehidă) :

- Propan_al_ (aldehidă propionică / proprionaldehidă) :

- Butan_al_ (aldehidă butirică / butiraldehidă) :

- Pentan_al_ (aldehidă valerică / valeraldehidă):

- 3-metilbutan_al_ (aldehidă 3-metilbutirică / 3-metilbutiraldehidă) :

- 2-Propen_al_ (aldehidă acrilică / acroleină):

- Etandi_al_ (glioxal):

O=CH-CH=O

- Benzan_al_ (benzaldehidă / aldehida benzoică) :

- 4-metil-benz_aldehida_ (aldehida p-toluilică)

Denumirea cetonelor:

Conform IUPAC, numele cetonelor se formează adăugând sufixul –onă la numele hidrocarburii corespunzătoare (cu acelaşi număr de atomi de carbon).

Uzual:

• denumirea radicalilor legați la grupa carbonil + sufixul -cetonă

Exemple:

- Propan_onă_ (dimetilcetonă / acetonă) :

- 2-butan_onă_ (etilmetilcetonă) :

- 3-buten-2-onă :

- Butandi_onă_ :

- Fenil-metilcet_onă_ (acetofenonă) :

- Difenilcet_onă_ (benzofenonă) :

Proprietăți fizice:

La temperaturi obişnuite, metanalul se găseşte sub formă de gaz, acetaldehida şi acetona sunt lichide, iar celelalte aldehide şi cetone sunt lichide sau solide.

Punctele de topire şi de fierbere ale compuşilor carbonilici cresc cu creşterea masei moleculare. Compuşii carbonilici au puncte de fierbere mai mici decât cele ale alcoolilor cu masă moleculară comparabilă.

Miros:
Aldehida formică are un miros puternic, înțepător și sufocant. Termenii lichizi au miros specific, uneori plăcut. Aldehida acetică are un miros caracteristic, de mere verzi, totuși neplăcut în concentrație mare. Benzaldehida are miros de migdale amare.

Solubilitate:
Atomul de oxigen din grupa carbonil are două perechi de electroni neparticipanţi datorită cărora aldehidele şi cetonele formează legături de hidrogen cu moleculele de apă. Astfel, compuşii carbonilici cu masă moleculară mică, adică termenii inferiori ai seriei omoloage a compuşilor carbonilici, sunt solubili în apă. Însă, odată cu creşterea masei moleculare, solubilitatea în apă scade. Compuşii carbonilici sunt solubili şi în solvenţi organici, fiind, la rândul lor, buni solvenţi pentru lacuri, vopsele şi chiar unele mase plastice.

👀 Experiment: Oxidarea acetonei
🔥 Atenție! Permanganatul de potasiu este oxidant, nociv și periculos pentru mediu!
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu este caustic!
🔥 Atenție! Acetona este extrem de inflamabilă și nocivă!

Materiale necesare:
Pahar Berzelius, soluție de hidroxid de sodiu, soluție de permanganat de potasiu, acetonă, baie de apă.

Descrierea experimentului:

• Într-un pahar cu 20 ml apă, adaugă 2 ml soluție de NaOH, 5 picături de soluție de permanganat de potasiu și 1 ml de acetonă.
• Agită continuu.
• Ce observi ?

  Culoarea violetă a soluției se schimbă în verde. La temperatura camerei ionul permanganat, MnO₄^- (Mn⁺⁷), violet este redus la ionul manganat MnO₄^2- (Mn⁺⁶), verde.

• Încălzește soluția într-o baie de apă.
• Ce observi ?

  La încălzire, în soluție apare un precipitat brun. Ionul manganat (verde) MnO₄^2- (Mn⁺⁶), prin încălzire s-a transformat în dioxid de mangan MnO₂ (Mn⁺⁴), brun.

Concluzia experimentului:
Acetona se folosește la obținerea de sticlă organică (plexiglas, stiplex), a cloroformului, a explozivului numit peroxid de acetonă, ca solvent pentru acetilenă, lacuri, vopsele etc.

Proprietăți chimice:

- Aldehidele reduc hidroxidul diaminoargintic (reactivul Tollens) în mediu bazic la argint metalic, ce se depune sub forma unei oglinzi strălucitoare pe pereții eprubetei și se oxidează în acidul corespunzãtor.

Obținerea reactivului Tollens:
2AgNO₃ + 2NaOH → Ag₂O + 2NaNO₃ + H₂O
Ag₂O + 4NH₃ + H₂O → 2[Ag(NH₃)₂]OH

Oxidarea aldehidei formice cu reactivul Tollens:

- Reacția Fehling

Aldehidele, cu excepția celor aromatice, reduc soluția Fehling la oxid de cupru I (roșu) și se oxidează în acidul corespunzător:

Reactivul Fehling se prepară prin combinarea a două soluții denumite Fehling I și Fehling II. Fehling I este o soluție apoasă de sulfat de cupru, colorată în albastru intens. Fehling II este o soluție incoloră apoasă de tartrat dublu de sodiu și potasiu (sare Seignette) în combinație cu hidroxid de sodiu.

Testul Fehling: stânga negativ (colorația albastră), dreapta pozitiv (formarea de Cu₂O):

- Reacția Schiff este o reacție de recunoaștere numai pentru aldehide. Cetonele nu dau această reacție. Reactivul Schiff, incolor, se colorează în roz în prezența aldehidelor.

Reactivul Schiff se prezintă sub formă de soluție limpede, incoloră, cu miros de dioxid de sulf, solubilă în apă. Reacția are loc la temperaturi joase (gheață) pentru a împiedica deplasarea echilibrului primei reacții spre stânga.

Reactivul Schiff este compus din rosanilină și acid sulfuros dizolvate în apă. Atunci când reactivul este adăugat la o soluție care conține aldehide, se transformă într-un roz luminos.

Reactivul Schiff este de asemenea folosit pentru colorarea țesuturilor organice. Atunci când se utilizează în acest scop, mai multe picături de reactiv se adaugă la un diapozitiv care conține celule umane sau animale. Cei care conțin grupări aldehidice reacționează cu reactivul pentru a da o culoare roz, ceea ce face mai ușor observarea detaliilor sub un microscop luminos.

Utilizările compușilor carbonilici:

- Formaldehida (formolul) se folosește la obținerea de medicamente, coloranți, rășini și cleiuri, fenoplaste, formolului (soluție apoasă 40% pentru conservarea preparatelor anatomice), în industria pielăriei, ca dezinfectant etc.

- Acetaldehida se folosește la obținerea de acid acetic, a alcoolului etilic, a acetatului de etil, lacuri, argintare etc. Acetaldehida este o componentă semnificativă în fumul de tutun și produce dependența de fumat, în special în rândul adolescenților. Acetaldehida se face „vinovată” și pentru dependența de alcool sau de unele droguri.

- Acetona se folosește la obținerea de sticlă organică (plexiglas, stiplex), ca solvent industrial, la îndepărtarea ojei de pe unghii, la obținerea explozivului numit peroxid de acetonă (APEX, DADP sau TATP) etc. Acetona se folosește ca materie primă pentru obținerea unor produse farmaceutice, a cloroformului, a oxidului de mesitil (dizolvant), a metaacrilatului de metil (monomerul sticlei plexi), a uleiurilor de uns de calitate, ca dizolvant pentru acetilenă, lacuri, vopsele etc.

- Benzaldehida se folosește la obținerea de medicamente, acid benzilic, coloranți, parfumuri (are miros de migdale amare). Ea se găsește în mod natural în scoarța tulpinilor, frunzelor și semințelor plantelor, cum ar fi: migdale, cireșe, piersic, măr, paciuli, zambile etc.

- Cinamaldehida (sau aldehida cinamică), cu formula chimică C₆H₅CH=CH-CH=O. Este un compus răspândit în natură, predominant sub forma izomerului trans (E) și conferă scorțișoarei aroma și mirosul său specific. Cinamaldehida este utilizată ca aromatizant în diferite preparate alimentare (pentru guma de mestecat, înghețată, dulciuri, diverse băuturi) și în parfumerie, în agricultură ca fungicid, ca insecticid etc.

- Vanilina (3-metoxi-4-hidroxibenzaldehida) este o aldehidă foarte aromată care se extrage din fructul de vanilie sau care se obține pe cale sintetică. Ea este folosită în alimenție, în parfumerie și la produsele cosmetice. Vanilina, cea mai folosită esență alimentară, se obține din păstăile de vanilie care se formează după ce planta a înflorit.

- Jasmona este o cetonă conținută în florile parfumate ale iasomiei. Mirosul puternic plăcut și dulce al florilor de iasomie are un efect pozitiv asupra minții noastre : calmează corpul, mintea, aduce emoții pozitive și constructive.

- Fenil-metil-cetona (acetofenona) este cea mai simplă cetonă aromatică, fiind folosită în industria farmaceutică și a parfumurilor (aromă dulce și picantă, miros de portocale).