케톤

Ketone
케톤 시체와 혼동하지 마세요
케톤기
아세톤

케톤 /γkitotonn/은 RC=O 구조의2 관능기이며, R은 탄소함유 치환기의 종류일 수 있다.케톤은 카르보닐기(탄소-산소 이중결합)를 포함한다.가장 단순한 케톤은 아세톤(R = R' = 메틸)이며, 공식은3 CHC(O3)CH이다.많은 케톤은 생물학과 산업에서 매우 중요하다.예로는 많은 당류, 많은 스테로이드류, 그리고 용제 아세톤이 [1]있습니다.

명명법과 어원

케톤이라는 단어는 '아세톤'[2][3]을 뜻하는 옛 독일어 아케톤에서 유래되었다.

IUPAC 명명법에 따르면 케톤명은 부모 알칸의 접미사 -ane를 -anone으로 변경함으로써 도출된다.일반적으로 카르보닐기의 위치는 숫자로 표시되지만, 전통적인 비체계적 이름은 여전히 아세톤 및 벤조페논과 같은 가장 중요한 케톤에 일반적으로 사용된다.일부 기초 화학 교과서에서는 아세톤 대신 가장 단순한 케톤(C H-CO-CH33)에 대해 "2-프로파논" 또는 "프로판-2-온"과 같은 계통 이름을 사용하지만, 이러한 비체계적 이름은 IUPAC [4]이름으로 간주됩니다.

케톤의 파생명은 카르보닐기에 부착된 두 알킬기의 이름을 구분하여 쓰고, 그 뒤에 별도의 단어로 "케톤"을 붙임으로써 얻어진다.알킬기의 이름은 복잡성이 증가하는 순서대로 작성됩니다. 예를 들어 메틸에틸케톤입니다.IUPAC 명명법에 따르면 알킬기는 알파벳 순으로 에틸메틸케톤으로 표기된다.두 알킬 그룹이 동일한 경우 접두사 "di-"가 알킬 그룹 이름 앞에 추가됩니다.다른 그룹의 위치는 그리스 문자로 나타내며, α-탄소는 카르보닐기와 인접한 원자이다.

oxo는 드물게 사용되기는 하지만 oxo group(=O)의 IUPAC 명명법이며 케톤이 가장 높은 우선순위를 가지지 않을 때 접두사로 사용된다.단, 다른 프레픽스도 사용됩니다.(주로 생화학에서) 일부 일반적인 화학물질의 경우, 케토는 케톤 관능기를 참조한다.

구조 및 속성

대표적인 케톤: 왼쪽부터 아세톤, 당대사 중간물인 옥살아세테이트, (파란색으로 강조된 에놀) 형태의 아세틸아세톤, 나일론의 전구물질인 시클로헥사논, 동물향인 무스콘 및 항생물질인 테트라사이클린.

케톤 탄소는 종종 "sp2 하이브리드화"라고 묘사되는데, 이는 그들의 전자적 구조와 분자적 구조를 모두 포함하는 기술이다.케톤은 케톤계 탄소 주위에 삼각 평면으로 되어 있으며, C-C-O 및 C-C 결합각은 약 120°이다.케톤은 카보닐기(CO)가 탄소 골격 내의 2개의 탄소에 결합되어 있다는 점에서 알데하이드와 다르다.알데하이드에서 카르보닐은 1개의 탄소 및 1개의 수소에 결합되어 탄소사슬의 끝에 위치한다.케톤은 또한 카르본산, 에스테르 및 [5]아미드와 같은 다른 카르보닐 함유 관능기와는 구별된다.

카보닐기는 산소의 전기음성도가 탄소보다 높기 때문에 극성이다.따라서 케톤은 산소에서는 친핵성이고 탄소에서는 친전자성이다.카르보닐기는 수소 결합에 의해 물과 상호작용하기 때문에 케톤은 일반적으로 관련된 메틸렌 화합물보다 물에 더 잘 용해된다.케톤은 수소 결합 수용체이다.케톤은 보통 수소 결합 공여체가 아니며 스스로 수소 결합을 할 수 없다.케톤은 수소 결합 공여체 및 수용체 역할을 모두 할 수 없기 때문에 "자기 연관성"이 없는 경향이 있으며 유사한 분자량의 알코올 및 카르본산보다 휘발성이 더 높습니다.이러한 인자는 향료 및 용매에 케톤이 침투하는 것과 관련이 있습니다.

케톤류

케톤은 치환기에 따라 분류된다.하나의 광범위한 분류는 카보닐 중심에 부착된 두 유기 치환기의 등가성에 따라 케톤을 대칭 유도체와 비대칭 유도체로 세분한다.아세톤과 벤조페논(CHC65(O65)CH)은 대칭 케톤이다.아세토페논(CHC65(O)CH3)은 비대칭 케톤이다.

디케톤류

주요 기사: dicarbonyl

많은 종류의 디케톤이 알려져 있으며, 어떤 것은 특이한 성질을 가지고 있다.가장 간단한 것은 디아세틸(CHC3(O)C(O)CH)로3, 한때 팝콘에서 버터 향료로 사용되었다.아세틸아세톤(펜탄-2,4-디온)은 모노에놀 CHC3(O)CH=C(OH)CH로3 주로 존재하기 때문에 사실상 잘못된 명칭(적절한 명칭)이다.그것의 에놀라트는 배위 화학에서 일반적인 배위자이다.

불포화 케톤

알켄과 알킨 단위를 포함하는 케톤은 종종 불포화 케톤이라고 불린다.이 등급의 화합물 중 가장 널리 사용되는 성분은 메틸비닐케톤, CHC3(O)CH2=CH로 로빈슨 환산 반응에 유용하다.혼란이 없도록 케톤 자체는 불포화 부위이다. 즉, 수소화 될 수 있다.

사이클릭 케톤

많은 케톤이 순환한다.가장 단순한 등급은 (CH2)nCO라는 공식입니다. 여기서 n은 사이클로프로파논의 경우 2에서 10까지 다양합니다.더 큰 파생상품이 존재합니다.시클로헥사논은 나일론 생산의 중요한 중간체이다.아세톤에서 파생된 이소포론은 불포화, 비대칭 케톤으로 다른 중합체의 전구체이다.무스코니, 3-메틸펜타데카논은 동물성 페로몬이다.또 다른 고리형 케톤은 CHO를 갖는46 시클로부타논이다.

케토에놀 호변이성체

주요 기사:에놀
케토에놀 호변이성1은 케토 형태, 2는 에놀 형태입니다.

적어도 1개의 α-수소를 가진 케톤은 케토-에놀 호변이성체이며, 호변이성체는 에놀이다.호변이성체화는 산과 염기 모두에 의해 촉매된다.보통 케토 형태가 에놀보다 안정적입니다.이 평형은 알킨의 수화작용을 통해 케톤을 제조할 수 있게 해준다.

케톤의 산/염기 특성

케톤 중 카르보닐에 인접한 C-H 결합은 알칸 중 C-H 결합(pKa 50 50)보다 산성(pKa 20 20)이 높다.이 차이는 탈양성자화 시 생성되는 에놀라트 이온의 공진 안정화를 반영한다.α-수소의 상대적 산도는 케톤과 다른 카르보닐 화합물의 에놀화 반응에 중요하다.또한 α-수소의 산도는 케톤과 다른 카르보닐 화합물이 화학량학 및 촉매 염기 중 하나로 핵 친화체로 반응할 수 있도록 한다.리튬디이소프로필아미드(-78a°C, THF 1.1 등가 LDA, ketone을 베이스에 첨가)와 같은 매우 강한 염기를 사용하여 덜 치환된 kinetic enolate를 선택적으로 생성하며, 반면 균등화 조건(높은 온도, keton)은 선택적으로 생성된다.예를 들어, EtOH의 NaOEt 또는 NaH)는 보다 치환된 열역학적 에놀라트를 제공한다.

케톤은 또한 브뢴스테드산이 존재하는 상태에서 카르보닐 산소에 양성자화가 진행되는 약한 염기이다.케토늄 이온(즉, 양성자화된 케톤)은 강한 산이며 pKa 값은 -5에서 -7 [6][7]사이인 것으로 추정됩니다.유기 화학에서 마주치는 산은 케톤을 완전히 양성자로 만들 정도로 강한 경우는 드물지만, 양성자화된 케톤들의 평형 농도의 형성은 예를 들어 아세탈의 형성과 같은 많은 일반적인 유기 반응의 메커니즘에서 중요한 단계이다.pK가a 5.2인 피리듐 양이온(pyridinium tosylate)만큼 약한 산은 양성자화에 매우 불리한 평형 상수(Keq < 10−10)에도 불구하고 이러한 맥락에서 촉매 역할을 할 수 있다.

특성화

알데히드는 카보닐기에 수소 원자가 붙어 있어 산화하기 쉽다는 점에서 케톤과 다르다.케톤은 카르보닐기에 결합된 수소 원자를 가지고 있지 않기 때문에 산화에 대한 저항성이 더 강하다.탄소-탄소 결합을 분해할 수 있는 강력한 산화제에 의해서만 산화된다.

분광학

케톤과 알데히드는 1700cm−1 부근의 적외선 스펙트럼에서 강하게 흡수된다.피크의 정확한 위치는 치환기에 따라 달라집니다.

H NMR 분광법은 일반적으로 케톤의 존재를 확인하는 데 유용하지 않지만, C NMR 스펙트럼은 구조에 따라 200ppm의 다운필드 신호를 나타낸다.그러한 신호는 핵 오버하우저 효과의 부재로 인해 일반적으로 약하다.알데하이드도 비슷한 화학적 이동으로 공명하기 때문에 알데하이드와 케톤을 확실히 구별하기 위해 여러 공명 실험을 사용한다.

정성적 유기시험

Ketones 브래디의 시험, 2,4-dinitrophenylhydrazine과 반응은 해당하는 히드라 존을 주는 것에서 긍정적인 결과를 준다.Ketones 알데히드에서 Tollens의 시약 또는 펠링 용액과 부정적인 결과를 줌으로써 구별할 수 있다.Methyl 케톤류는 요오드 포름 검사를 위해 긍정적인 결과를 주다.[8]때 m-dinitrobenzene로 희석하다 나트륨 수산화의 존재에violet 색을 일으키도록 화학 처리 Ketones 또한 긍정적인 결과를 주다.

합성

산업 규모와 학술 연구소에서 케톤을 제조하기 위한 많은 방법들이 존재한다.케톤은 또한 유기체에 의해 다양한 방법으로 생산됩니다; 아래의 생화학 섹션을 참조하십시오.

산업계에서 가장 중요한 방법은 탄화수소의 산화와 관련이 있을 수 있습니다.예를 들어 시클로헥산의 호기성 산화에 의해 연간 10억 킬로그램의 시클로헥사논이 생산된다.아세톤은 쿠멘의 공기 산화에 의해 제조된다.

전문적이거나 소규모 유기 합성 애플리케이션의 경우 케톤은 종종 2차 알코올의 산화에 의해 제조됩니다.

RCH2(OH) + O → RC=O2 + HO2

대표적인 강력한 산화제(위 반응에서 "O"의 공급원)는 과망간산칼륨 또는 Cr(VI) 화합물을 포함한다.보다 온화한 조건에서는 Dess-Martin Periodinane 또는 Moffatt-Swern 방법을 사용한다.

그 외의 많은 방법이 개발되고 있습니다.예를 들어 다음과 같습니다.[9]

반응

Haller-Bauer 반응은 엔올화되지 않는 케톤과 강한 아미드 염기 사이에서 발생합니다.벤조페논을 포함한 이 시제품에서, 사면체 중간체는 페닐 음이온을 방출하여 벤조아미드와 벤젠을 유기물로 제공한다.

케톤은 많은 유기 반응을 일으킨다.가장 중요한 반응은 친핵성 첨가에 대한 카르보닐 탄소의 민감성과 에놀레이트가 전자 친필에 첨가되는 경향에서 비롯된다.친핵성 첨가에는 일반성의 [9]대략적인 순서가 포함된다.

생화학

다음 항목도 참조하십시오.코엔자임 Q10 및 폴리케티드

케톤은 자연에 만연해 있다.광합성 시 유기화합물의 형성은 케톤 리불로스-1,5-이인산을 통해 일어난다.많은 설탕은 케톤이며, 총칭하여 케토스라고 알려져 있다.가장 잘 알려진 케토스는 과당이다; 그것은 대부분 케톤 관능기를 가리는 고리형 헤미케탈로 존재한다.지방산 합성은 케톤을 통해 진행된다.아세토아세테이트는 크렙스 회로의 중간생성물로 당과 [22]탄수화물로부터 에너지를 방출한다.

의학에서 아세톤, 아세토아세트산, 그리고 베타-히드록시부틸레이트는 사람을 포함한 대부분의 척추동물에서 탄수화물, 지방산, 아미노산으로부터 생성된 케톤체라고 총칭한다.케톤체는 공복 후 혈액(케톤증), 수면, 기아, 저혈당, 고인슐린증 이외의 원인에 의해, 선천적으로 발생하는 다양한 대사 오류, 케톤성 식단에 의해 의도적으로 유발되는 케톤산증(보통 당뇨병에 의한)을 포함한 혈액(케톤증)에서 증가한다.케토산증은 분해되거나 치료되지 않은 제1형 당뇨병의 특징이지만, 케토산증 또는 케토산증은 일부 상황에서 제2형 당뇨병에서도 발생할 수 있다.

적용들

케톤은 용제, 고분자 전구체 및 의약품으로 산업계에서 대규모로 생산됩니다.규모면에서 가장 중요한 케톤은 아세톤, 메틸에틸케톤, 시클로헥사논이다.[23]그것들은 또한 생화학에서 흔하지만, 일반적인 유기화학에서는 그렇지 않다.탄화수소의 연소는 케톤과 다른 여러 종류의 화합물을 생성하는 제어되지 않은 산화 과정입니다.

독성

이러한 광범위한 화합물의 독성을 일반화하기는 어렵지만, 단순 케톤은 일반적으로 독성이 강하지 않다.이러한 특성이 솔벤트로 인기 있는 이유 중 하나입니다.LD가 7mg/kg(구강)[23]인50 메틸비닐케톤과 같은 불포화케톤은 예외이다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Raymond, Kenneth W. (2010). General Organic and Biological Chemistry (3rd ed.). Wiley. p. 297.
  2. ^ Harper, Douglas. "ketone". Online Etymology Dictionary.
  3. ^ "케톤"이라는 단어는 1848년 독일의 화학자 레오폴드 그멜린에 의해 만들어졌습니다.참고 자료: Leopold Gmelin, ed., Handbuch der Organischen Chemie: Organische Chemie im Allgemaen …(유기화학 핸드북:일반적으로 유기화학...), 제4판(Heidelberg, (독일):Karl Winter, 1848), 제1권, 제40페이지.(40페이지부터) "Zu diesen Syndesmiden scheinen diejenigen Verbindungen zu gehören, die als als im Allegemainen (Ketone?) bezeichnet werden" (이들 합성물*에는 일반적으로 아세톤으로 표기되어 있다.)") [*주의:1844년, 프랑스의 화학자 오귀스트 로랑은 유기 화합물에 대한 새로운 명명법을 제안했다.그의 새로운 등급의 화합물 중 하나는 "신데스미드"로, 두 개 이상의 단순한 유기 분자의 조합으로 형성되었다.예를 들어 아세톤은 금속 아세테이트의 건조 증류에 의해 형성될 수 있으므로 아세톤은 두 아세테이트 이온의 합성물이었다.참고: Laurent, Auguste (1844) "분류 키미크", Comptesrendus, 19:1089–1100; 특히 페이지 1097을 참조하십시오.
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외부 링크

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