อะซิโตนคีโตนที่ง่ายที่สุด

ในเคมีอินทรีย์คีโตน/ ˈ k iː t oʊ n /คือสารประกอบอินทรีย์ที่มีโครงสร้างR−C(=O)−R' โดยที่ R และ R' สามารถเป็น หมู่แทนที่ที่มีคาร์บอน ได้ หลากหลายชนิดคีโตนประกอบด้วยหมู่คาร์บอนิล−C(=O)− ( พันธะคู่คาร์บอน-ออกซิเจนC=O) คีโตนที่ได้จากแอลเคน เรียกว่าแอลคาโนน คีโตนที่ง่ายที่สุดคืออะซิโตน(โดยที่ R และ R' คือเมทิล ) มีสูตร(CH ) COคีโตนหลายชนิดมีความสำคัญอย่างมากในชีววิทยาและอุตสาหกรรม ตัวอย่างเช่นน้ำตาล หลายชนิด ( คีโตส ) สเตียรอยด์ หลายชนิด เช่น เทส โทสเตอโรนและตัวทำละลายอะซิโตน^{[ 1 ]}

คำว่าคีโตนมาจากคำว่า Aketonซึ่งเป็นคำภาษาเยอรมันโบราณที่หมายถึงอะซิโตน^{[ 2 ] [ 3 ]}

ตามกฎการตั้งชื่อ IUPACชื่อของคีโตนได้มาจากการเปลี่ยนคำต่อท้าย-aneของแอลเคน หลัก เป็น-anoneโดยทั่วไป ตำแหน่งของหมู่คาร์บอนิลจะถูกระบุด้วยตัวเลข แต่ชื่อที่ไม่เป็นระบบแบบดั้งเดิมยังคงใช้กันโดยทั่วไปสำหรับคีโตนที่สำคัญที่สุด เช่นอะซิโตนและเบนโซฟีโนนชื่อที่ไม่เป็นระบบเหล่านี้ถือเป็นชื่อ IUPAC ที่คงไว้^{[ 4 ]}แม้ว่าตำราเคมีเบื้องต้นบางเล่มจะใช้ชื่อที่เป็นระบบ เช่น "2-โพรพาโนน" หรือ "โพรพาน-2-โอน" สำหรับคีโตนที่ง่ายที่สุด ( C H −C(= O )−CH ) แทนที่จะใช้คำว่า "อะซิโตน"

ชื่ออนุพันธ์ของคีโตนได้มาจากการเขียนชื่อของ หมู่แอ ลคิลสองหมู่ที่ติดอยู่กับหมู่คาร์บอนิลแยกกัน ตามด้วยคำว่า "คีโตน" แยกต่างหาก ตามธรรมเนียมแล้ว ชื่อของหมู่แอลคิลจะเขียนเรียงลำดับตามความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้น เช่นเมทิลเอทิลคีโตนอย่างไรก็ตาม ตามกฎของระบบการตั้งชื่อของ IUPACหมู่แอลคิลจะเขียนเรียงตามตัวอักษร เช่นเอทิลเมทิลคีโตนเมื่อหมู่แอลคิลทั้งสองหมู่เหมือนกัน จะต้องเติมคำนำหน้า "ได-" ก่อนชื่อของหมู่แอลคิล ตำแหน่งของหมู่อื่นๆ จะระบุด้วยตัวอักษรกรีก โดยที่อะตอม คาร์บอนอัลฟาคืออะตอมที่อยู่ติดกับหมู่คาร์บอนิล

แม้ว่าจะไม่ค่อยได้ใช้บ่อยนัก แต่คำว่า oxoเป็นคำที่IUPACใช้เรียกหมู่ oxo (=O) และใช้เป็นคำนำหน้าเมื่อหมู่คีโตนไม่ได้มีลำดับความสำคัญสูงสุด อย่างไรก็ตาม ก็มีการใช้คำนำหน้าอื่นๆ ด้วยเช่นกัน สำหรับสารเคมีทั่วไปบางชนิด (ส่วนใหญ่ในชีวเคมี) คำว่าketoหมายถึงหมู่ฟังก์ชัน คี โตน

คาร์บอนของคีโตนมักถูกอธิบายว่าเป็นไฮบริด^sp2ซึ่งเป็นคำอธิบายที่รวมทั้งโครงสร้างอิเล็กตรอนและโมเลกุล คีโตนมีโครงสร้างแบบระนาบสามเหลี่ยมรอบคาร์บอนคีโตน โดยมีมุมพันธะ C–C–O และ C–C–C ประมาณ 120° คีโตนแตกต่างจากอัลดีไฮด์ตรงที่หมู่คาร์บอนิล (C=O) เชื่อมต่อกับคาร์บอนสองอะตอมภายในโครงสร้างคาร์บอนในอัลดีไฮด์ หมู่คาร์บอนิลเชื่อมต่อกับคาร์บอนหนึ่งอะตอมและไฮโดรเจนหนึ่งอะตอม และตั้งอยู่ที่ปลายของโซ่คาร์บอน คีโตนยังแตกต่างจากหมู่ฟังก์ชัน ที่มีคาร์บอนิลอื่นๆ เช่นกรดคาร์บอกซิลิกเอสเทอร์และอะไมด์^{[ 5 ]}

หมู่คาร์บอนิลเป็นสารมีขั้วเนื่องจากค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีของออกซิเจนสูงกว่าของคาร์บอน ดังนั้น คีโตนจึงเป็นนิวคลีโอฟิลิกที่ออกซิเจนและเป็นอิเล็กโทรฟิลิกที่คาร์บอน เนื่องจากหมู่คาร์บอนิลทำปฏิกิริยากับน้ำโดยพันธะไฮโดรเจนคีโตนจึงละลายในน้ำได้ดีกว่าสารประกอบเมทิลีนที่เกี่ยวข้อง คีโตนเป็นตัวรับพันธะไฮโดรเจน คีโตนโดยทั่วไปไม่ใช่ตัวให้พันธะไฮโดรเจนและไม่สามารถสร้างพันธะไฮโดรเจนกับตัวเองได้ เนื่องจากไม่สามารถทำหน้าที่ได้ทั้งเป็นตัวให้และตัวรับพันธะไฮโดรเจน คีโตนจึงมักไม่ "รวมตัวกันเอง" และระเหยง่ายกว่าแอลกอฮอล์และกรดคาร์บอกซิลิก ที่มี น้ำหนักโมเลกุลใกล้เคียงกันปัจจัยเหล่านี้เกี่ยวข้องกับการใช้คีโตนอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรมน้ำหอมและเป็นตัวทำละลาย

อัลดีไฮด์แตกต่างจากคีโตนตรงที่อัลดีไฮด์มีอะตอมไฮโดรเจนติดอยู่กับหมู่คาร์บอนิล ทำให้อัลดีไฮด์ถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายกว่า ในขณะที่คีโตนไม่มีอะตอมไฮโดรเจนติดอยู่กับหมู่คาร์บอนิล จึงทนต่อการออกซิเดชันได้มากกว่า คีโตนจะถูกออกซิไดซ์ได้ ก็ต่อเมื่อใช้ สารออกซิไดซ์ ที่ มีฤทธิ์แรงและสามารถตัดพันธะคาร์บอน-คาร์บอนได้ เท่านั้น

มีวิธีการมากมายในการเตรียมคีโตนทั้งในระดับอุตสาหกรรมและห้องปฏิบัติการทางวิชาการ นอกจากนี้ สิ่งมีชีวิตยังสามารถผลิตคีโตนได้หลายวิธี โปรดดูรายละเอียดในส่วนชีวเคมีด้านล่าง

ในภาคอุตสาหกรรม วิธีการที่สำคัญที่สุดน่าจะเกี่ยวข้องกับการออกซิเดชันของไฮโดรคาร์บอนซึ่งมักใช้ลมเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ตัวอย่างเช่นมีการผลิตไซโคลเฮกซาโนน ถึงหนึ่งพันล้านกิโลกรัมต่อปีโดยการออกซิเดชันแบบใช้อากาศของ ไซโคลเฮกเซนส่วนอะซิโตนนั้นเตรียมได้จากการออกซิเดชันของคิวมีนโดยใช้ลม

สำหรับการใช้งานเฉพาะทางหรือในงาน สังเคราะห์สารอินทรีย์ขนาดเล็กคีโตนมักถูกเตรียมโดยการออกซิเดชันของแอลกอฮอล์ทุติยภูมิ :

สารออกซิไดซ์แรงทั่วไป(แหล่งที่มาของ "O" ในปฏิกิริยาข้างต้น) ได้แก่โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนตหรือ สารประกอบ Cr(VI)ส่วนสภาวะที่อ่อนกว่านั้นจะใช้Dess–Martin periodinaneหรือวิธีMoffatt–Swern

มีการพัฒนาวิธีการอื่น ๆ อีกมากมาย ตัวอย่างเช่น: ^{[ 8 ]}

• โดยการไฮโดรไลซิสของเจมินัลเฮไลด์^{[ 9 ]}
• โดยการเติมน้ำให้กับอัลไคน์ [ ^{10 ] กระบวนการ}ดังกล่าวเกิดขึ้นผ่านทางอีโนลและต้องมีกรดและปรอท(II) ซัลเฟต ( HgSO ) การเกิดทอโทเมอไรเซชันของอีโนล-คีโตในภายหลังจะให้คีโตน ปฏิกิริยานี้จะให้คีโตนเสมอ แม้กระทั่งกับอัลไคน์ปลายสุด ข้อยกเว้นเพียงอย่างเดียวคือการเติมน้ำให้กับอะเซทิลีนซึ่งจะให้ผลเป็นอะเซทัลดีไฮด์
• จากไวเนรบอะไมด์โดยใช้รีเอเจนต์ออร์กาโนเมทัลลิกแบบสัดส่วนที่แน่นอน
• สามารถเตรียมอะริล คีโตนได้โดยใช้ ปฏิกิริยา Friedel–Crafts acylation [ ^{11 ] ปฏิกิริยา} Houben–Hoeschที่เกี่ยวข้อง^{[ 12 ]}และ การจัดเรียงตัว ใหม่ของFries ^{[ 10 ]}
• โอโซโนไลซิสและลำดับไดไฮดรอกซิเลชัน/ออกซิเดชันที่เกี่ยวข้อง จะแยกแอลคีนเพื่อให้ได้แอลดีไฮด์หรือคีโตน ขึ้นอยู่กับรูปแบบการแทนที่ของแอลคีน^{[ 13 ]}
• จากเปอร์ออกไซด์ ( การจัดเรียงตัวใหม่ของคอร์นบลูม-เดอลาแมร์ )
• การเกิดวงแหวนของกรดไดคาร์บอกซิลิก ( การเกิดวงแหวนแบบรูซิกา )
• การไฮโดรไลซิสของเกลือของสารประกอบไนโตร ทุติยภูมิ ( ปฏิกิริยา Nef ^{[ 14 ]} )
• การเติมหมู่แอลคิลลงในไทโอเอสเทอร์ด้วยสารประกอบออร์กาโนซิงค์ ( ปฏิกิริยาฟุกุยามา )
• การเติมหมู่แอลคิลลงในกรดคลอไรด์ด้วยสารประกอบออร์กาโนแคดเมียมหรือสารประกอบออร์กาโนคอปเปอร์
• ปฏิกิริยาDakin–Westเป็นวิธีที่มีประสิทธิภาพในการเตรียมเมทิลคีโตนบางชนิดจากกรดคาร์บอกซิลิก^{[ 15 ]}
• สามารถเตรียมคีโตนได้โดยการทำปฏิกิริยาของรีเอเจนต์ Grignardกับไนไตรล์ตามด้วยการไฮโดรไลซิส^{[ 16 ]}
• โดยการกำจัดหมู่คาร์บอกซิลออกจากแอนไฮไดรด์คาร์บอกซิลิก
• สามารถเตรียมคีโตนได้จากฮาโลคีโตนโดยกระบวนการรีดักชันดีฮาโลจีเนชันของฮาโลคีโตน
• ในการดีคาร์บอกซิเลชันของคีโตนคีโตนสมมาตรจะถูกเตรียมจากกรดคาร์บอกซิลิก^{[ 10 ] [ 17 ]}
• การไฮโดรไลซิสของเอไมด์ทุติยภูมิที่ไม่อิ่มตัว^{[ 18 ]}เอสเทอร์ของกรดβ- คี โต^{[ 10 ]}หรือ β- ไดคีโตน ( การสังเคราะห์เอสเทอร์อะซีโตอะซิติก )
• ^{การจัดเรียงตัวใหม่โดย ใช้}กรดเร่งปฏิกิริยาของ1,2-ไดออล [ ^{10 ]}หรือการออกซิเดชันแบบครีจีของสารเดียวกัน

คีโตนไม่ปรากฏในกรดอะมิโน มาตรฐาน กรดนิวคลีอิก หรือลิปิด การสร้างสารประกอบอินทรีย์ในการสังเคราะห์แสงเกิดขึ้นผ่านคีโตนไรบูโลส-1,5-บิสฟอสเฟต น้ำตาลหลายชนิดเป็นคีโตน ซึ่งเรียกรวมกันว่าคีโตส คีโตสที่รู้จักกันดีที่สุดคือฟรุกโตสโดยส่วนใหญ่จะอยู่ในรูปของเฮมิคีทัล แบบวงแหวน ซึ่งปกปิดหมู่ฟังก์ชันคีโตนการสังเคราะห์กรดไขมันดำเนินไปผ่านคีโตน อะซีโตอะซิเตตเป็นสารตัวกลางในวัฏจักรเครบส์ซึ่งปลดปล่อยพลังงานจากน้ำตาลและคาร์โบไฮเดรต^{[ 22 ]}

ในทางการแพทย์อะซีโตน อะซีโตอะซิเตต และเบตาไฮดรอกซีบิวทิเรตเรียกรวมกันว่าสารคีโตนซึ่งเกิดจากคาร์โบไฮเดรตกรดไขมันและกรดอะมิโนในสัตว์มีกระดูกสันหลัง ส่วนใหญ่ รวมถึงมนุษย์ สารคีโตนจะสูงขึ้นในเลือด ( ภาวะคีโตซิส ) หลังจากการอดอาหาร รวมถึงการนอนหลับหนึ่งคืน ในทั้งเลือดและปัสสาวะเมื่ออยู่ในภาวะอดอาหาร ในภาวะน้ำตาล ในเลือดต่ำเนื่องจากสาเหตุอื่นที่ไม่ใช่ภาวะอินซูลินสูง ใน ความผิดปกติทางเมตาบอลิซึมแต่กำเนิดต่างๆและที่เหนี่ยวนำให้เกิดขึ้นโดยเจตนาผ่านการรับประทานอาหารคีโตเจนิกและใน ภาวะ คีโตอะซิโดซิส (มักเกิดจากโรคเบาหวาน ) แม้ว่าภาวะคีโตอะซิโดซิสจะเป็นลักษณะเฉพาะของ โรคเบาหวานชนิดที่ 1ที่ควบคุมไม่ได้หรือไม่ได้รับการรักษา แต่ภาวะคีโตซิสหรือแม้แต่ภาวะคีโตอะซิโดซิสก็สามารถเกิดขึ้นได้ในโรคเบาหวานชนิดที่ 2ในบางกรณีเช่นกัน

คีโตนถูกผลิตในปริมาณมากในอุตสาหกรรมในฐานะตัวทำละลาย สารตั้งต้นของพอลิเมอร์ และยา ในแง่ของปริมาณ คีโตนที่สำคัญที่สุดคืออะซิโตนเมทิลเอทิลคีโตนและไซโคลเฮกซาโนน [ ^{23 ] นอกจาก}นี้ยังพบได้ทั่วไปในชีวเคมี แต่มีน้อยกว่าในเคมีอินทรีย์โดยทั่วไปการออกซิเดชัน บางส่วน ของไฮโดรคาร์บอนสามารถให้คีโตนเป็นสารตัวกลางหรือผลิตภัณฑ์ พร้อมกับสารประกอบออกซิเจนอื่นๆ อีกมากมาย

แม้ว่าจะเป็นเรื่องยากที่จะสรุปเกี่ยวกับความเป็นพิษของสารประกอบกลุ่มกว้างเช่นนี้ แต่โดยทั่วไปแล้วคีโตนอย่างง่ายนั้นไม่เป็นพิษมากนัก ลักษณะนี้เป็นหนึ่งในเหตุผลที่ทำให้คีโตนเป็นที่นิยมใช้เป็นตัวทำละลาย ข้อยกเว้นสำหรับกฎนี้คือ คีโตน ไม่อิ่มตัวเช่นเมทิลไวนิลคีโตนที่มีค่า LD เท่ากับ 7  มก./กก. (รับประทาน) ^{[ 23 ]}

• ไดคีโทน
• สารคีโตน
• คีโตซิส
• ไทโอคีโตน
• ไตรคีโทน
• ยีน

• สื่อที่เกี่ยวข้องกับคีโตนในวิกิมีเดียคอมมอนส์