طرق تحضير الكيتونات

ما هي طرق تحضير الكيتونات؟

تشكل الكيتونات فئة مهمة من المركبات العضوية التي تحتوي على مجموعة الكربونيل. إنّ إزالة الكحول الناتجة عن اختزال الألدهيد الرخيص أو الكيتون المستخدم كمؤكسد يواجه مشكلة كون الكحول أقل تطايرًا من مركب الكربونيل المقابل. تعد الكيتونات فئة من مركبات الكربونيل حيث تشكل ذرة الكربون وذرة الأكسجين رابطة تساهمية وتنضم بقية الرابطتين مع ذرة الكربون أو جذور الهيدروكربونات الأخرى (مجموعة أريل أو ألكيل).

الكيتونات: هي عبارة عن مركب عضوي يحتوي على مجموعات الكربونيل (C = O). الصيغة العامة للكيتون هي (R (C = O) R’) حيث يمكن أن تكون (R وR’) مجموعات ألكيل أو أريل. يتم تصنيفها إلى فئتين بواسطة بدائلها: الكيتونات المتماثلة (عندما يتم ربط مجموعتين متطابقتين بمجموعة الكربونيل) والكيتونات غير المتماثلة (عندما يتم إلحاق مجموعتين مختلفتين بمجموعة الكربونيل).

توجد طرق عديدة لتحضير الكيتونات على نطاق صناعي وفي المختبرات وتشمل الطرق القياسية أكسدة الكحول والهيدروكربونات وما إلى ذلك.

كيف من الممكن التعرف على الكيتون؟

يُظهر اختبار اليودوفورم وجود ألدهيد أو كيتون تكون فيه مجموعة الميثيل إحدى المجموعات المرتبطة مباشرةً بكربون الكربونيل. يعتبر كيتون مثل هذا كيتون من الميثيل ويستخدم كاشف (Tollens) (اختبار المرآة الفضية) لإجراء التجربة حيث يتم إضافة بضع قطرات من الألدهيد أو الكيتون إلى الكاشف الطازج ومن ثمّ التبخير برفق لبضع دقائق في حوض ماء ساخن فيتكون راسب فضي رمادي أو مرآة فضية على أنبوب الاختبار بواسطة محلول عديم اللون.

هل الكيتونات تعطي اختبار فيلينج؟

تضاف المادة المراد فحصها إلى محلول (Fehling) وتسخن الخليط فتتأكسد الألدهيدات لكن الكيتونات لا تتفاعل ما لم تكن كيتونات ألفا هيدروكسي. يمكن استخدام (Fehling) لمراقبة نسبة الجلوكوز في الدم لتشخيص مرض السكري ويستخدم كاشف شيف في اختبار الألدهيد أو الكيتون وهو يتألف من محلول صبغة الفوشسين ثنائي أكسيد الكبريت.

تستعيد الألدهيدات الأليفاتية اللون بسرعة في حين أنّ الكاشف لا يتأثر بالكيتونات العطرية. يستخدم كاشف شيف للكشف عن وجود مجموعة الألدهيد والكيتون وهو يتألف من صبغة الفوشسين حامض الكبريت ويحدد الوجود المفاجئ للون الأحمر / الوردي الأليفاتية الألدهيد، يستغرق ازدهار الكيتونات الأليفاتية والألدهيدات العطرية وقتًا في اللون الوردي ببطء.

طرق تحضير الكيتونات:

يتم تحضير الكيتونات بأكسدة الكحولات الثانوية مع جميع الكواشف المؤكسدة. يتم تحضير الكيتونات أيضًا عن طريق تحلل الأوزون للألكينات التي يتم استبدالها بالإضافة إلى ذلك يتم تحضير الكيتونات عن طريق ترطيب الألكينات الطرفية أو عن طريق أسيل البنزين فريدل كرافتس.

الكحول الثانوي: عبارة عن كحول به مجموعة هيدروكسيل مرتبطة بكربون يحتوي أيضًا على ذرة هيدروجين واحدة مرتبطة به أي أنّ الكربون يحتوي على مجموعتين (R) غير الكحول. يتفاعل الكحول مع عامل مؤكسد مثل ثنائي كرومات البوتاسيوم أو حمض الكروميك لتكوين إستر كرومات. ثمّ تقوم القاعدة بإزالة البروتون من إستر الكرومات لتكوين كاربونيل مع فقدان أنواع الكروم.

يتم تحضير الكيتونات من تحلل الأوزون للألكينات غير المستبدلة الأحادية (أي الألكينات التي تحتوي على مجموعتين من الألكيل مرتبطة بنفس الكربون الموجود في الألكين). تحلل الأوزون هو عملية يستخدم فيها الأوزون (O3) لشق رابطة مزدوجة وإنشاء جزيئين أصغر من الكربونيل. أولاً يضاف الأوزون إلى الرابطة المزدوجة لتشكيل أوزونيد ثمّ يحدث التحلل المائي للأوزون ممّا يؤدي إلى شق الجزيء لتكوين الجزيئين الأصغر.

يستخدم ترطيب الألكينات الطرفية لتحضير الكيتونات تؤدي إضافة مجموعة هيدروكسيل إلى ألكين إلى توترها الذي يشكل فيما بعد كربونيل تشكل إضافة ماركوفنيكوف لمجموعة هيدروكسيل إلى ألكين كيتون. تفاعل (Oxymercuration) هو تفاعل ألكين مع أسيتات الزئبق (II) في (THF) المائي لتكوين أيون زئبق ثلاثي الأعضاء.

الزئبق هو أيون زئبق موجب الشحنة إنّ عملية إزالة الترسبات هي الخطوة الثانية في ترطيب الألكينات حيث يتم تقليل مجموعة الأسيتو كسيميركوري مع بوروهيدريد الصوديوم إلى ذرة هيدروجين. يتم ترطيب الألكينات لتشكيل (enols) التي يتم شدها فورًا لتكوين الكيتونات، (Tautomers) هي مركبات تختلف فقط في موضع بروتون واحد ويتم استخدام حمض مثل حمض الكبريتيك وملح الزئبق ككواشف.

يؤدي بروتونات الألكين بحمض إلى تكوين وسيط كربوني ثابت الكربوهيدرات عبارة عن كربون ذو شحنة موجبة ويحدث التفاعل من خلال (carbocation) مستوٍ وبالتالي فهو ليس انتقائيًا فراغيًا والماء هو النوكليوفيل الذي يهاجم الكربوهيدرات المحبة للكهرباء.

مجموعة الأسيل ({\ rm {RCO} – RCO−) تصبح مرتبطة بحلقة عطرية مع أسيل فريدل كرافتس ممّا ينتج عنه كيتون أريل، ({\ rm {Ar {-} COR} Ar − COR). يستخدم أسيل فريدل كرافتس كلوريد حامض بدلاً من هاليدات الألكيل المستخدمة في ألكلة فريدل كرافتس ويتفاعل حمض لويس مع هاليد الأسيل لتكوين أيون أسيليوم كهربائي ({\ rm {RCO} ^ + RCO).

تعمل الإلكترونات (piπ) الموجودة في الحلقة العطرية بمثابة محب للنواة وتهاجم الكربون الموجب. الحلقة العطرية تفقد عطريتها وتشكل وسيط كاتيون سيكلوهيكسادينيل ويؤدي نزع البروتون من الكربون (sp3) إلى إصلاح الحلقة العطرية.

تحضير الكيتونات من كلوريد الأسيل:

يخضع النتريل للمعالجة بالنتريل باستخدام كاشف (Grignard) ويخضع لمزيد من التحلل المائي لتكوين الكيتونات.

تحضير الكيتونات العطرية – تحضير الكيتون من البنزين والبنزين البديل:

يمكن تكوين الكيتون العطري من البنزين أو البنزين البديل. أنسب تقنية تحضير للألدهيد العطري هي تفاعل أسيلة فريدل كرافتس في هذا التفاعل يخضع البنزين أو البنزين البديل للمعالجة بكلوريد حامض أو أنهيدريد حمض لتكوين الكيتونات، يحدث التفاعل في وجود محفز مثل حمض لويس مثل (AlCl₃) اللامائي (كلوريد الألومنيوم اللامائي).

الاستبدال العطري المحب للإلكتروفيلي لحلقة البنزين بكلوريدات الحمض في وجود حمض لويس مثل (AlCl₃) ينتج عنه تكوين الكيتونات ويُعرف هذا التفاعل عمومًا باسم تفاعل الأسيلة لدى (Friedel Craft).

تحضير الكيتونات عن طريق نزع الهيدروجين من الكحول:

نزع الهيدروجين من الكحول: هو تفاعل يتم فيه إزالة جزيئين هيدروجين من جزيء كحول عند الأكسدة أثناء أكسدة الكحول تنكسر روابط (C – O) و(O – H) لتشكيل روابط (C = O) وتخضع الكحوليات الثانوية في وجود عوامل مؤكسدة قوية لنزع الهيدروجين لإنتاج الكيتونات.