Ketonlar: Yapısı, Adlandırılması ve Aldehitlerden Farkları

Ketonların tanımı ve karbonil grubunun yapısı

Keton, karbonil grubunun, yani C=O grubunun iki karbon atomuna bağlı olduğu organik bileşiktir. Genel gösterimi R–C(=O)–R′ biçimindedir. Burada R ve R′, karbonil karbonuna bağlanan karbonlu grupları belirtir. Karbonil karbonuna doğrudan bağlı en az bir hidrojen varsa yapı keton değil, aldehit özelliği gösterir. Bu nedenle ketonlarda karbonil grubu zincirin ortasında bulunur; zincirin ucunda, karbonil karbonuna bağlı bir hidrojen bulunmaz.

Karbonil grubunda karbon ve oksijen arasında bir sigma bağı ile bir pi bağı vardır. Karbonil karbonu sp2 hibritleşmesine sahiptir ve çevresindeki bağlar yaklaşık düzlemsel, üçgen biçimli bir düzen oluşturur. Oksijen karbon atomundan daha elektronegatif olduğu için ortak elektronları kendisine daha fazla çeker. Bu durum C=O bağını polar yapar; oksijen kısmi negatif, karbonil karbonu ise kısmi pozitif karakter kazanır. Ketonların bazı tepkimelere yatkınlığının temelinde bu kutupluluk bulunur.

Örneğin CH3–C(=O)–CH3 yapısında karbonil karbonu iki metil grubuna bağlıdır. Bu madde ketondur ve yaygın adı asetondur. Buna karşılık CH3–CH2–CHO yapısında karbonil karbonuna bir hidrojen bağlı olduğu için bu yapı aldehittir. Ketonları yapıdan ayırt ederken önce C=O grubunu bulmak, sonra bu grubun karbon atomuna bağlı iki tarafın da karbon içerip içermediğini kontrol etmek gerekir.

Ketonların adlandırılması

Ketonlar adlandırılırken önce karbonil grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir. Bu zincir, karşılık gelen alkanın adına -on eki getirilerek adlandırılır. Karbonil karbonu ana zincirin bir parçası olmalıdır; yalnızca yan grup gibi değerlendirilmez. Zincir, karbonil grubuna en küçük numarayı verecek uçtan numaralandırılır. Daha sonra karbonil grubunun yeri, -on ekinden önce bir numarayla gösterilir; varsa alkil dalları da kendi numaralarıyla yazılır.

Örneğin CH3–CO–CH2–CH3 yapısında dört karbonlu ana zincir bütandır. Karbonil grubu ikinci karbon üzerindedir; bu nedenle ad 2-bütanon veya sistematik yazımla bütan-2-on olur. CH3–CO–CH(CH3)–CH3 yapısında ana zincir yine dört karbonludur. Karbonil en küçük numarayı alacak şekilde numaralandırıldığında yapı 3-metilbütan-2-on adını alır. Karbonil grubunun numarası, dalın numarasından önce öncelikle belirlenir.

Adlandırılmış bir ketonun yapısını çizerken -on ekinin gösterdiği karbonil karbonunu ana zincire yerleştirmek gerekir. Örneğin heksan-3-on adı, altı karbonlu zincirde üçüncü karbonun oksijene çift bağlı olduğunu anlatır: CH3–CH2–CO–CH2–CH2–CH3. Keton adlandırmasında en sık hata, zinciri karbonil grubunu içermeyecek biçimde seçmek veya zinciri yanlış uçtan numaralandırmaktır.

Ketonlarda zincir ve karbonil konumu

Ketonun ana zinciri, karbonil karbonunu içeren en uzun karbon zinciridir. Karbonil karbonu zincirin içinde yer aldığı için numaralandırma, C=O grubunun mümkün olan en küçük numarayı alacağı yönde yapılır. Bu konum, ketonun adının ayrılmaz parçasıdır ve aynı karbon sayısına sahip zincirlerde farklı yapıların birbirinden ayrılmasını sağlar. Örneğin pentan-2-on ile pentan-3-on aynı molekül formülüne sahip olabilir; fakat karbonil grubunun zincirdeki yeri farklı olduğundan ayrı bileşiklerdir. Dallanmış yapılarda önce karbonil konumu en aza indirilir, ardından dalların numaraları belirlenir.

Aldehit-keton izomerliği ve ayırt edilmesi

Aldehitler ve ketonlar, aynı sayıda karbon, hidrojen ve oksijen atomu içeren fakat farklı fonksiyonel gruplara sahip yapısal izomerler olabilir. Doymuş, açık zincirli aldehit ve ketonlar için molekül formülü çoğunlukla CnH2nO biçimindedir; ancak bu ortak formül, yapıların aynı olduğu anlamına gelmez. Aldehitte karbonil karbonuna en az bir hidrojen bağlıdır ve uçta –CHO grubu bulunur. Ketonda ise karbonil karbonuna iki karbon grubu bağlıdır ve –CO– grubu zincirin içinde yer alır.

Örneğin propanal CH3–CH2–CHO, propanon ise CH3–CO–CH3 biçimindedir. İkisinin molekül formülü C3H6O olsa da propanal aldehit, propanon ketondur. Ayırt etme işleminde molekül formülüne bakmak yeterli değildir; yapı formülünde karbonil karbonunun komşularına bakılmalıdır. Ayrıca adlandırmada aldehitler -al, ketonlar ise -on eki alır. Ketonların aldehitlerden ayrılmasında bir başka temel nokta yükseltgenmedir: aldehitler daha kolay yükseltgenirken ketonlar olağan koşullarda yükseltgenmeye karşı daha dirençlidir.

Ketonların temel fiziksel ve kimyasal özellikleri

Ketonlardaki polar C=O bağı, moleküller arasında dipol-dipol etkileşimleri oluşmasını sağlar. Keton molekülleri kendi aralarında alkol molekülleri gibi güçlü hidrojen bağları kuramaz; çünkü karbonil grubunda O–H bağı yoktur. Bu nedenle benzer büyüklükteki alkollere göre kaynama sıcaklıkları genellikle daha düşüktür. Buna karşılık polar karbonil grubu, küçük ketonların su molekülleriyle etkileşmesini kolaylaştırır; karbon zinciri büyüdükçe hidrokarbon kısmının etkisi arttığı için suda çözünürlük genel olarak azalır. Ketonların fiziksel davranışını değerlendirirken karbonil grubunun kutupluluğu ile karbon zincirinin uzunluğunu birlikte düşünmek gerekir.

Kimyasal açıdan karbonil karbonu, C=O bağının kutuplu olması nedeniyle elektron bakımından fakir bir bölgedir. Bu yapı ketonların çeşitli tepkimelere girebilmesini açıklar; ancak karbonil grubuna katılma ve su katılması gibi ayrıntılı mekanizmalar, ayrı bir tepkime konusu olarak ele alınır. Ketonlar ayrıca aldehitlerden farklı olarak yükseltgenmeye karşı daha dayanıklıdır. Basit ketonlarda karbonil karbonunun iki yanında karbon grupları bulunduğundan, yükseltgenme sırasında karbon-karbon bağlarının parçalanması gerekebilir.

Aseton, yani propanon, renksiz bir sıvıdır ve ketonların günlük kullanımdaki en bilinen örneklerindendir. Oje ve lak çözücülerinde, boya ve vernik çıkarıcılarda, ayrıca bazı ilaç ve kimyasal maddelerin üretiminde çözücü olarak kullanılır.

Ketonların yükseltgenme, indirgenme ve yaygın kullanım özellikleri

Organik kimyada yükseltgenme, karbonun oksijenle bağlarının artması ya da hidrojenle bağlarının azalması; indirgenme ise karbonun hidrojenle bağlarının artması ya da oksijenle bağlarının azalması olarak açıklanabilir. Ketonlarda karbonil karbonunun iki karbon grubuna bağlı olması, aldehitlerde bulunan karbonil karbonu üzerindeki hidrojenin bulunmaması anlamına gelir. Bu nedenle ketonlar aldehitler kadar kolay yükseltgenmez. Kuvvetli yükseltgenme koşullarında ketonlarda karbon-karbon bağlarının kopması ve daha küçük karbonlu ürünlerin oluşması mümkün olabilir; lise düzeyinde ayırt edici nokta, ketonların aldehitlere göre yükseltgenmeye daha dirençli olmasıdır.

Ketonların karbonil grubunun indirgenmesiyle karbonil karbonuna hidrojen eklenmiş olur ve ikincil alkol oluşur. Örneğin propanonun indirgenmesiyle propan-2-ol elde edilir: CH3–CO–CH3 → CH3–CHOH–CH3. Oluşan alkolde, hidroksil grubunun bağlı olduğu karbon iki karbon grubuna bağlı olduğu için bu ürün ikincil alkoldür. Ters yönde düşünüldüğünde, karbonil bileşiği ile ilgili C–O ve C–H bağlarının değişimi yükseltgenme-indirgenme ilişkisini gösterir.

Ketonların hazırlanma yöntemleri bu konunun dışında ayrı bir başlık olarak incelenir; burada yalnızca ketonların yükseltgenme ve indirgenme davranışları ele alınır. Ketonların ileri düzey yoğunlaşma ve özel tepkimeleri de temel özelliklerin ötesinde ayrı bir konudur.