I chetoni sono acidi: 9 fatti che dovresti sapere

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In questo articolo, "sono chetoni acidi", vengono discussi brevemente l'acidità dei chetoni e il confronto dell'acidità con altri composti.

chetoni sono quei composti, in cui due gruppi alchilici o arilici sono legati con il carbonio carbonilico. Gli atomi di idrogeno attaccati al gruppo alchilico o arilico sono acidi. A causa della presenza di questo idrogeno acido, i chetoni sono di natura acida. Ma l'acidità del chetone non è tanto quanto quella di qualsiasi acido (pka di chetone è da 17 a 21).

Concentriamoci sui seguenti argomenti sull'acidità del chetone.

Perché i chetoni sono acidi?

I chetoni sono composti acidi (pka =20). Per spiegare l'acidità del chetone, si ricorderà la definizione di acido-base (Bronsted-Lowry Scheme) che un acido è un donatore di protoni e una base è un accettore di protoni. Dopo la dissociazione di un acido, base coniugata e H+ verrà generato lo ione.

sono chetoni acidi
Donazione di protoni di chetone

Dal diagramma sopra si può vedere che il chetone dona il suo unico idrogeno e forma CH3 –CO-CH2- (ione enolato). Questa è la base coniugata del chetone (acetone). Nell'esempio sopra, lo ione idruro (H-) funge da base. Accetta l'idrogeno che l'acetone dona nella reazione di cui sopra. Lo ione enolato risultante ottiene la stabilizzazione a causa della delocalizzazione della carica negativa da un atomo di carbonio meno elettronegativo a un atomo di ossigeno più elettronegativo. Il doppio legame sarà sostituito dal legame CO al legame singolo CC dopo la delocalizzazione.

Ma lo ione enolato non è stabile come il chetone. L'enolo e il chetone sono in a equilibrio chimico che aiuta l'enolo a rilasciare un idrogeno per convertire l'enolo in un enolato.

I chetoni sono acidi nell'acqua?

Il pka il valore di acqua e chetone è rispettivamente 16 e 20. Pka il valore indica l'acqua come più acida del chetone (sostanza avente conf. inferiorea è più acido).

Il chetone reagisce con l'acqua in presenza di un acido. Anche il chetone è solubile in acqua a causa della formazione del legame idrogeno con l'acqua. Dopo aver reagito con acqua in presenza di acido, il chetone forma il geminal-diol e si stabilisce un equilibrio tra il chetone e il prodotto (geminal-diol).

Le fasi della reazione di cui sopra sono descritte di seguito-

  1. Protonazione del gruppo carbonile: il gruppo carbonile (C=O) è protonato dall'atomo di idrogeno di H3O+ (formato dalla reazione tra acqua e acido).
  2. Attacco nucleofilo dell'acqua: Nella seconda fase, la coppia solitaria di ossigeno attacca nel centro carbonilico protonato.
  3. Deprotonazione:  Uno degli atomi di idrogeno dalla molecola d'acqua (aggiunto al centro carbonilico) viene eliminato e si forma il prodotto desiderato geminal-diol.
Reazione del chetone con l'acqua
Reazione del chetone con l'acqua

I chetoni sono più acidi degli acidi carbossilici?

No, i chetoni non sono più acidi dell'acido carbossilico. Il pka il valore del chetone e dell'acido carbossilico è rispettivamente di 20 e 3-5.

La ragione della maggiore acidità dell'acido carbossilico è la stabilizzazione della sua base coniugata. La base coniugata dell'acido carbossilico (ione carbossilato) è stabilizzata grazie a due risonanze equivalenti. Ma la base coniugata del chetone (ione enolato) ottiene la stabilizzazione di una sola risonanza. Oltre a ciò, nell'acido carbossilico, il gruppo OH è direttamente legato al centro del carbonio carbonilico. A causa dell'elettrofilia di questo centro, il legame OH dell'acido carbossilico diventa polare e l'eliminazione degli ioni idrogeno sarà più facile.

Nel chetone non è presente un tale gruppo OH. I gruppi alchilici o arilici sono direttamente attaccati al centro del carbonio carbonilico. Pertanto, il trasferimento di protoni non sarà così favorevole rispetto agli acidi carbossilici.

Esistono alcuni reagenti (nucleofili) come reagenti organometallici, acetilidi, nitrili, ammine a cui si verifica l'aggiunta di carbonile con chetone ma deprotona un acido carbossilico. Questa è anche una prova che l'acidità degli acidi carbossilici è maggiore del chetone.

I chetoni sono più acidi degli esteri?

Sì, i chetoni sono più acidi dell'estere. Pka il valore conferma la natura più acida del chetone rispetto all'estere. Il pka il valore di chetone ed estere è quasi uguale a 20 e 25 rispettivamente.

Acidità tra estere e chetone
Risonanza Struttura dello ione enolato di chetone ed estere

 Nell'immagine sopra è descritta la struttura di risonanza dello ione enolato sia del chetone che dell'estere. Nel caso dell'estere, c'è una struttura di coniugazione aggiuntiva (V). In questa struttura il gruppo alcossilico (gruppo OR) dona elettroni al carbonio carbonilico (C=O).

Questa donazione di elettroni destabilizza questa struttura di risonanza perché la formazione di carica negativa sul carbonio collegato all'altro lato del carbonio carbonilico sarà sfavorita. La struttura di risonanza IV contribuisce meno rispetto a V. Pertanto, lo ione enolato dell'estere viene destabilizzato rispetto allo ione enolato del chetone perché nel chetone non si forma una struttura di risonanza così sfavorevole.

La base coniugata meno stabile diminuisce l'acidità dell'estere rispetto al chetone.

I chetoni sono più acidi delle aldeidi?

No, i chetoni sono meno acidi di un'aldeide. Pka di un l'aldeide e il chetone sono rispettivamente 17 e 20. Poiché un valore pka più basso indica più acidità, l'aldeide è più acida rispetto al chetone.

La differenza fondamentale tra aldeide e chetone è la sostituzione di un gruppo alchilico di chetone con idrogeno nell'aldeide. I gruppi alchilici sono generalmente di natura debolmente donatori di elettroni a causa dell'effetto +I. Questa proprietà di donazione di elettroni destabilizza l'anione perché il gruppo alchilico sta spingendo la densità elettronica verso le specie ricche di elettroni (carbanione).

Ma nell'aldeide non è presente alcun gruppo alchilico che possa spingere la densità elettronica verso il carbanione e destabilizzare lo ione enolato.

Pertanto, la base coniugata dell'aldeide è più stabile a causa dell'assenza del suddetto effetto destabilizzante rispetto alla base coniugata del chetone.

Perché i chetoni sono più acidi degli alcani?

Il legame CH di un chetone è più acido del legame CH di un alcano perché il pka il valore di chetone e alchene è rispettivamente di circa 20 e 50.

Questa differenza di pka ha dimostrato che la stabilizzazione della base coniugata dovuta alla delocalizzazione elettronica nel chetone. Lo ione enolato del chetone è stabilizzato per risonanza. Ma questa risonanza è assente nell'alcano. Grazie al gruppo C=O, lo ione idrogeno da un gruppo alchilico può essere eliminato facilmente. Perché il gruppo C=O è di natura elettrofila. Attrae la densità elettronica verso se stesso e l'eliminazione degli ioni idrogeno sarà facile.

Ma nell'alcano non è presente un tale gruppo carbonile e la risonanza dell'enolato non può aver luogo. Pertanto, la base coniugata dell'alcano non ha fattore di stabilizzazione. Pertanto, mostra meno acidità del chetone.