Ketone

Ketone sind chemische Verbindungen, die als funktionelle Gruppe eine nicht endständige Carbonylgruppe (>C=O) enthalten. Eine Ketongruppe [C–C(O)–C] enthält drei Kohlenstoffatome. Alle Ketone enthalten mindestens drei Kohlenstoffatome. Im Gegensatz zu den Aldehyden ist hier der Carbonylkohlenstoff in beide Bindungsrichtungen mit Kohlenstoffatomen verbunden. Ketone kann man als Oxidationsprodukte sekundärer Alkohole auffassen. Die von den Alkanen ableitbaren Ketone nennt man auch Alkanone. Entsprechend bezeichnet man die auf Alkene und Alkine zurückzuführenden Ketone als Alkenone (siehe Enone) bzw. Alkinone. Das einfachste Keton ist Aceton. Ein einfaches aromatisches Keton ist Benzophenon (Diphenylketon). Ein gemischtes Keton ist Acetophenon (Methylphenylketon). Physiologisch entstehen bestimmte Ketone als Stoffwechselprodukt in der Leber.

Ketone

R¹ und R² sind organische Reste (Alkyl, Aryl o. ä.). Die Carbonylgruppe ist blau markiert.

Nomenklatur

Nach der IUPAC-Nomenklatur erhalten Ketone das Suffix -on, sofern die Carbonylgruppe die im Molekül enthaltene Gruppe mit höchster Priorität ist. Entsprechend heißt das vom Propan abgeleitete Keton Propanon (CH₃–CO–CH₃, Trivialname: Aceton). Bei Ketonen mit mehr als drei C-Atomen befindet sich die Carbonylgruppe in der Stammkette und erhält die kleinstmögliche Nummer, diese kann entweder vor dem Namen oder, bei komplizierteren Molekülen unumgänglich, direkt vor der Endung -on stehen. Beispielsweise heißt: CH₃–CH₂–CH₂–CO–CH₃ 2-Pentanon oder Pentan-2-on. Falls die Carbonylgruppe nicht die höchste Priorität besitzt, verwendet man das Präfix Oxo-. Zum Beispiel heißt CH₃–CO–CH₂–CHO 3-Oxobutanal.

Sehr häufig tragen die Ketone jedoch Namen, welche aus der Bezeichnung der Alkylreste gefolgt von der Endung -keton bestehen (Radikofunktionelle Nomenklatur). So wird Butanon auch Methylethylketon (MEK) genannt. Falls der eine Substituent eine Phenylgruppe ist, ist die Endung -phenon gebräuchlich, wie zum Beispiel bei Acetophenon.

Eigenschaften

Niedermolekulare Ketone sind farblose, leichtbewegliche Flüssigkeiten und aufgrund der Polarität der Carbonylgruppe in Wasser löslich. Niedermolekulare Ketone zeichnen sich durch einen meist angenehmen, fruchtigen Geruch aus. Höhermolekulare Ketone sind feste Stoffe.

Ketone besitzen auf Grund des +I-Effekts der Alkylsubstituenten am Carbonyl-Kohlenstoffatom eine niedrigere Reaktionsfreudigkeit als Aldehyde und neigen nicht zur Polymerisation. Im Unterschied zu den Aldehyden erfolgt mit Ketonen keine Reaktion bei der Fehling-Probe, da die Ketongruppe unter Erhalt des Kohlenstoffgerüsts nicht weiter oxidiert werden kann.

Herstellung

Ketone lassen sich durch Oxidation von sekundären Alkoholen herstellen.
Eine weitere Herstellungsmethode ist die Ozonolyse von Alkenen.
Die wichtigste Herstellungsmethode für aromatische Ketone ist die Friedel-Crafts-Acylierung.
Nach der Ketonsynthese von Gilman und van Ess erhält man aus einer Carbonsäure (R¹+1) und einer Lithiumalkyl-Verbindung (R²) durch Hydrolyse das analoge Keton
Eine weitere Herstellungsmethode ist die Umsetzung von Weinreb-Amiden mit Alkyl-Lithium-Verbindungen und anschließender wässrig-saurer Aufarbeitung.
Eine mittlerweile historische Synthese stellt die sogenannte Kalksalzdestillation dar, bei der Calciumsalze von Carbonsäuren trocken erhitzt und das gasförmig freiwerdende Keton rekondensiert wird (beispielsweise zur Darstellung von Aceton aus Calciumacetat).
Aceton fällt als Kuppelprodukt bei der industriellen Phenolsynthese nach dem Cumolhydroperoxid-Verfahren (Hock-Verfahren) an.
Wasseraddition an Alkine.[1]

Reaktionen

Ketone gehen, ähnlich wie Aldehyde, Additions- und Kondensationsreaktionen ein.

Ketone (R¹, R², R³ = Organyl-Rest) stehen mit ihrer tautomeren Form, den Enolen im Gleichgewicht (Keto-Enol-Tautomerie), wenn an das α-Kohlenstoffatom ein Wasserstoffatom gebunden ist:

Keto-Enol-Tautomerie

Zum Schutz gegen unerwünschte Reaktionen werden Ketone mit Diolen zu Vollacetalen (siehe Schutzgruppe) umgesetzt:

Bildung von Vollacetalen

Bei der Umsetzung des Vollacetals mit Wasser entsteht säurekatalysiert wieder das Keton, d. h. die Schutzgruppe wird abgespalten.

Ketone lassen sich im Gegensatz zu den Aldehyden nur unter drastischen Reaktionsbedingungen oxidativ angreifen. Dabei wird eine Bindung zwischen Carbonylkohlenstoff und einem Nachbarkohlenstoff gespalten. Die entstehenden Molekülbruchstücke sind Carbonsäuren.

Wichtige Vertreter der Ketone

Aceton, Cyclohexanon
Himbeerketon, Mycosporin
Butinon, der einfachste Vertreter der Ketone mit einer zusätzlichen C≡C-Dreifachbindung

Verwendung

Aceton: Lösungsmittel, Reinigungsmittel
Cyclohexanon: Herstellung von Perlon
Himbeerketon: Aromatisierung von Lebensmitteln (Geruch nach Himbeeren)

Spektroskopie von Ketonen

In IR-Spektren von Ketonen und Aldehyden findet man die charakteristische Bande der C=O-Valenzschwingung im Bereich von 1690 bis 1750 cm⁻¹.

Siehe auch

Literatur

K. Peter C. Vollhardt, Neil E. Schore: Organische Chemie. 4. Auflage. Wiley-VCH, Weinheim 2005, ISBN 3-527-31380-X.

Weblinks

Commons: Ketone – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Wiktionary: Keton – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2011, S. 479, ISBN 978-3-11-024894-4.

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[1] Joachim Buddrus: Grundlagen der Organischen Chemie, Walter de Gruyter Verlag, Berlin, 4. Auflage, 2011, S. 479, ISBN 978-3-11-024894-4.