Keton

Keton (tên gọi tiếng Pháp: Cétone; thường được phát âm là xeton) là một hợp chất hữu cơ, trong đó nhóm carbonyl C=O liên kết trực tiếp với 2 gốc hydrocarbon. Công thức tổng quát R-CO-R'. Keton đơn giản nhất là aceton CH₃-CO-CH₃.

Phân loại các keton

Tùy theo gốc hydrocarbon mà keton được phân loại thành các nhóm khác nhau:

• Keton no: Khi tất cả các gốc hydrocarbon đều là gốc alkyl. Ví dụ: CH₃-CO-CH₃ (aceton)
• Keton không no: Khi 1 hoặc cả hai gốc hydrocarbon là gốc không no. Ví dụ: CH₂=CH-CO-CH₃ (methyl vinyl keton)
• Keton thơm: Khi gốc hydrocarbon có chứa vòng benzen. Ví dụ: C₆H₅-CO-CH₃ (acetonphenol)

Tùy vào số nhóm carbonyl mà keton được chia ra thành keton đơn nhóm carbonyl (có một nhóm C=O) hay đa nhóm carbonyl (có từ hai nhóm C=O trở lên).

Đồng phân, đồng cấu và tên gọi

Đồng cấu

Dãy đồng cấu của aceton là dãy đồng cấu của keton no đơn nhóm carbonyl có công thức tổng quát C_nH_2nO (n ≥ 3).

Isomerism

Các keton luôn có isomer tương ứng với aldehyd. Công thức C_nH_2nO (n ≥ 3) có thể có các loại isomer sau:

• Aldehyd no đơn chức
• Keton no đơn chức
• Alcohol đơn chức có 1 liên kết đôi
• Alcohol vòng no đơn chức
• Ete đơn chức có 1 liên kết đôi
• Ete vòng no đơn chức

Nomenclature

• Tên thông thường: Một số keton có tên thông thường. Ví dụ: CH₃-CO-CH₃ (axeton).
• Tên gốc-chức: Tên 2 gốc hydrocarbon + 'keton'. Ví dụ: CH₃-CO-CH₃ (dimetyl keton).
• Tên thay thế: Số chỉ vị trí nhánh + Tên nhánh + Tên chuỗi chính + Số chỉ vị trí nhóm carbonyl + 'on'. Ví dụ: CH₃-CO-CH₃ (propan-2-on, propanon).

Tính chất vật lý

Các keton thường là chất lỏng, các keton cao có dạng chất rắn có mùi tương đối dễ chịu. Aceton có khả năng hòa tan vô hạn trong nước các trong khi đồng đẳng cao hơn chỉ tan ít hoặc không tan. Aceton có khả năng hòa tan tốt các chất hữu cơ nên thường dùng để pha dung dịch tẩy sơn móng tay. Keton thường có nhiệt độ sôi cao hơn aldehyde do sự phân nhánh trong các gốc hydrocarbon làm nhiệt độ sôi cũng như tỉ khối giảm đi

Tính chất hóa học

Aceton rất ít phản ứng, chỉ cần nhớ một số phương pháp sau: Keton có phản ứng khử giống như aldehyde nhưng tạo ra alcohol bậc II:

CH₃-CO-CH₃ + H₂ --> CH₃-CH(OH)-CH₃

Keton khó bị oxy hóa do các gốc hydrocarbon ngăn cản không gian. Tuy nhiên, nó có thể bị oxy hóa khi đun nóng với dung dịch thuốc tím và axit sunfuric tạo thành hỗn hợp các axit cacboxylic.

Phản ứng ở gốc hydrocarbon:

CH₃-CO-CH₃ + Br₂ --> CH₃-CO-CH₂Br + HBr.

Phản ứng xảy ra khi sử dụng brom khan và có xúc tác axit axetic đun nóng.

Đặc tính

Một trong những điểm giúp phân biệt keton và aldehyde (một hợp chất có cấu trúc gần với keton) chính là sự khác biệt về liên kết giữa nhóm carbonyl với các nguyên tử hoặc gốc hydrocarbon. Ở aldehyde, có một nguyên tử hydro liên kết với nhóm carbonyl giúp cho nhóm này dễ bị oxy hóa hơn. Trong khi đó, ở keton, nhóm carbonyl liên kết với hai nhóm gốc hydrocarbon thay vì nguyên tử hydro. Do đó, keton sẽ khó bị oxy hóa hơn aldehyde và cần sử dụng các chất oxy hóa mạnh để phản ứng.

Quang phổ

• Quang phổ hồng ngoại: Các hợp chất keton và aldehyde sẽ hấp thụ tia hồng ngoại và cho số sóng mạnh gần 1700 cm. Vị trí chính xác của các hợp chất này phụ thuộc vào gốc hydrocarbon liên kết với nhóm carbonyl.
• Cộng hưởng từ hạt nhân: Cộng hưởng từ hạt nhân proton không thể chứng minh sự tồn tại của keton trong mẫu thử. Tuy nhiên, nếu sử dụng cộng hưởng từ hạt nhân carbon-13, nhóm keton, tùy vào cấu trúc phân tử hoặc gốc hydrocarbon liên kết với nhóm này, thường sẽ xuất hiện tín hiệu ở vùng trường thấp khoảng 200 ppm. Các tín hiệu này thường rất yếu do ảnh hưởng của hiệu ứng Overhauser. Vì aldehyde cũng có thể cộng hưởng ở độ dịch chuyển hóa học tương tự như keton, nhiều thí nghiệm cộng hưởng từ thường sẽ được sử dụng để phân biệt rõ ràng giữa hai hợp chất aldehyde và keton.

Xét nghiệm hữu cơ định tính

Keton cho kết quả dương tính trong xét nghiệm Brady, một phản ứng giữa một loại hợp chất keton với 2,4-dinitrophenylhydrazin để tạo hydrazon tương ứng. Ngoài ra, keton có thể phân biệt với aldehyde khi cho kết quả âm tính trong thí nghiệm phản ứng với dung dịch Tollens hoặc với dung dịch Fehling. Các loại keton có một gốc là nhóm methyl sẽ cho kết quả dương tính trong xét nghiệm iodoform. Đồng thời, keton cũng cho kết quả dương tính khi tác dụng với metadinitrobenzen (m-dinitrobenzen) trong dung môi natri hydroxide (NaOH) loãng để tạo màu tím.

Điều chế

Keton được sản xuất bằng cách oxy hóa nhẹ của rượu bậc II:

R-CH(OH)-R' + CuO --> R-CO-R' + Cu + H₂O. Phản ứng này yêu cầu điều kiện nhiệt độ.

Phương pháp đặc biệt để sản xuất aceton: Có thể tổng hợp từ benzen như sau:

Benzen + propen ---> Cumen --[O]---> Phenol + aceton

Liên kết ngoài

• Sách giáo khoa Hóa học lớp 11, Nhà xuất bản Giáo dục, Chương 58: aldehyde và Keton, trang 238