Ketonlar Nedir? Yapısı, Adlandırılması ve Tepkimeleri

Karbonil karbonunun iki tarafı neden keton tanımını belirler?

Bir ketonda karbonil karbonu iki ayrı karbon grubuna bağlıdır. Bu gruplar basit bir ketonda alkil grubu olabilir: $R-CO-R'$. Karbonil karbonuna bağlı bir hidrojen bulunmaz; ketonu aldehitten ayıran yapısal nokta budur.

Açık zincirli metanal dışındaki aldehitlerde karbonil karbonu bir karbon grubuna ve bir hidrojene bağlıdır. Metanalde ise karbonil karbonuna iki hidrojen bağlıdır. Açık zincirli aldehitlerde karbonil karbonu zincirin ucunda bulunur. Aromatik aldehitlerde karbonil grubu halkaya bağlı formil grubu şeklinde olabilir. Ketonlarda ise karbonil karbonunun iki yanında karbon grubu bulunduğundan yapı zincirin içindedir. Örneğin $CH_3-CO-CH_3$ propanondur; $CH_3-CH_2-CHO$ ise propanaldehittir.

Bu ayrım yalnızca adlandırma farkı değildir. Karbonil karbonuna bağlı hidrojenin bulunup bulunmaması, oksitlenme davranışını da etkiler. Aldehitler uygun ve görece ılımlı yükseltgenme koşullarında karboksilik asit türlerine yükseltgenebilirken ketonlar bu koşullarda aldehitler kadar kolay yükseltgenmez. Ketonların daha sert koşullarda karbon-karbon bağlarının kopmasıyla parçalanabilmesi, 'ketonlar hiçbir koşulda yükseltgenmez' cümlesinin aşırı genelleme olduğunu gösterir.

Keton adlandırmasında karbonil konumunu nasıl bulursunuz?

Ketonların adlandırılmasında önce karbonil grubunu içeren en uzun karbon zinciri seçilir. Zincir, karbonil karbonuna en küçük numara gelecek yönden numaralandırılır. Ana zincirin sonundaki '-an' eki, keton fonksiyonunu gösterecek şekilde '-on' olarak değiştirilir ve karbonil karbonunun numarası belirtilir.

Örnekler:

• $CH_3-CO-CH_3$: üç karbonlu zincirde karbonil ikinci karbon üzerinde görünür; adlandırma propanon veya 2-propanondur. Üç karbonlu zincirde başka konum mümkün olmadığı için yalnızca propanon adı da kullanılır.
• $CH_3-CO-CH_2-CH_3$: dört karbonlu zincir iki yönden numaralanabilir. Karbonile en yakın yön seçilir ve bileşik 2-butanon olur.
• $CH_3-CH_2-CO-CH_2-CH_3$: beş karbonlu zincirde karbonil ortadadır; bileşik 3-pentanon adını alır.

Ketonun zincir uzunluğu arttıkça karbonil grubunun konumu için farklı yapı olasılıkları ortaya çıkabilir. Örneğin 2-pentanon ve 3-pentanon aynı molekül formülüne sahip, fakat karbonil konumları farklı ketonlardır; bunlar konum izomeridir. Karbonil grubunun aldehit biçiminde bulunması ise fonksiyonel grup izomerliği doğurabilir.

Aldehit-keton izomerliğini formül üzerinden nasıl ayırt edersiniz?

Aldehit ve ketonlar, uygun karbon sayısına ulaşıldığında aynı molekül formülüne sahip olabilir. Örneğin $C_3H_6O$ formülü hem propanaldehidi ($CH_3CH_2CHO$) hem de propanonu ($CH_3COCH_3$) gösterebilir. Atomların sayısı aynı olsa da bağlanma biçimi ve fonksiyonel grup farklıdır; bu nedenle bunlar fonksiyonel grup izomeridir.

Bir soruda yalnızca molekül formülü veriliyorsa hemen 'bu bileşik ketondur' denemez. Önce olası yapılar çizilmeli, karbonil karbonunun iki karbon grubuna mı yoksa bir karbon grubu ile bir hidrojene mi bağlı olduğu kontrol edilmelidir. $C_3H_6O$ için üç karbonlu zincirde karbonil ortada bulunursa keton, uçta bulunursa aldehit elde edilir.

Ketonlarda karbonil grubunun iki yanında aynı gruplar varsa simetrik, farklı gruplar varsa asimetrik yapıdan söz edilebilir. Bu ayrım, özellikle yapı çizimlerini karşılaştırırken işe yarar; ancak tek başına keton olup olmadığını belirleyen ölçüt, karbonil karbonunun iki karbon grubuna bağlı olmasıdır.

Su katımı: karbonil çift bağına ne eklenir?

Aldehit ve ketonlar suyla denge halinde gem-diol oluşturabilir; hidratın miktarı karbonil bileşiğinin yapısına, sterik ve elektronik etkilere ve çözünürlüğüne bağlıdır. Keton için genel dönüşüm şu şekilde yazılır:

$R-CO-R' + H_2O \rightleftharpoons R-C(OH)_2-R'$

Üründe daha önce karbonil olan karbon, iki hidroksil grubunun bağlı olduğu bir karbon hâline gelir; bu ürüne keton hidratı veya gem-diol denir. Buradaki iki hidroksil grubunun aynı karbon üzerinde bulunması önemlidir. Bu nedenle ürün, iki ayrı karbon üzerine birer hidroksil eklenmiş gibi yazılmamalıdır.

Bu dönüşüm çoğu durumda bir denge olarak düşünülmelidir; verilen koşullara göre başlangıç ketonu ve hidrat birlikte bulunabilir. Suda çözünen küçük ketonlarda suyla temas daha kolay gerçekleşirken karbon zinciri büyüdükçe suyla uyum azalır. Bunun temel nedeni, molekülün hidrokarbon kısmının büyümesiyle polar karbonil grubunun suyla etkileşiminin toplam davranış üzerindeki etkisinin azalmasıdır.

Ketonun suda çözünmesi ile su katımı aynı kavram değildir. Çözünme, moleküllerin su içinde dağılmasıdır; su katımı ise suyun karbonil grubuna bağlanarak yeni bir hidrat türü oluşturmasıdır. Bir soruda bu iki olayın birbirinin eş anlamlısı gibi kullanılmasına dikkat edilmelidir.

Asetonun çözücü olarak kullanılmasını moleküler yapı açıklar

Asetonun sistematik adı propanondur ve yapısı $CH_3COCH_3$ şeklindedir. Karbonil oksijeni polar olduğu için aseton birçok organik maddeyle etkileşebilir; küçük molekül yapısı da suyla karışabilirliğine katkı sağlar. Bu özellikler, asetonun organik çözücü olarak kullanılmasının temelini oluşturur.

Tırnak cilası çıkarıcıdaki aseton, cilayı oluşturan bazı organik bileşenleri çözerek yüzeyden uzaklaştırır. Burada asetonun görevi yeni bir keton oluşturmak değil, cila bileşenlerini uygun bir çözücü ortamında çözmektir. Bu ayrım, 'aseton cila ile tepkimeye girer' ifadesiyle 'aseton cilayı çözer' ifadesi arasındaki farkı gösterir.

Butanon da endüstriyel çözücü olarak kullanılan ketonlara örnektir. Ancak bir ketonun kullanım alanı yalnızca fonksiyonel grup adına bakılarak belirlenemez; uçuculuk, çözünürlük ve güvenlik koşulları da dikkate alınmalıdır. Laboratuvarda uçucu maddelerle çalışırken uygun havalandırma ve güvenlik uygulamaları gerekir.

Çözümlü örnekler: yapıdan adlandırmaya ve su katımına

Örnek 1 — Verilen yapıdan adlandırma ve aldehit karşılaştırması

Verilen: $CH_3-CH_2-CO-CH_2-CH_3$

1. Karbonil grubunu bulun: Ortadaki $CO$ grubu karbon-oksijen çift bağını temsil eder.
2. Karbonil karbonunun iki tarafını kontrol edin: Bir tarafında $CH_2CH_3$, diğer tarafında $CH_2CH_3$ vardır. Yani karbonil karbonuna iki karbon grubu bağlıdır; bileşik ketondur.
3. En uzun zinciri sayın: Toplam beş karbon vardır.
4. Karbonile en küçük numarayı verin: Karbonil üçüncü karbondadır. Zinciri ters yönden saysanız da aynı numara çıkar.
5. Sonucu yazın: Bileşik 3-pentanondur.
6. Formül bağlantısını kurun: Doymuş, açık zincirli tek karbonil bileşiği için molekül formülü $C_5H_{10}O$ olur. Aynı formüle sahip pentanal ise fonksiyonel grup izomeridir.

Sonuç: Verilen yapı 3-pentanon; aldehit karşılığı ise pentanal olabilir. Yapıdaki karbonil konumu, yalnızca ismi değil, aldehit-keton ayrımını da belirler.

Örnek 2 — Propanonun su katımı

Verilen: Propanon, $CH_3-CO-CH_3$ ve $H_2O$

1. Karbonil karbonunu belirleyin: Ortadaki karbon, oksijene çift bağla bağlıdır.
2. Su katımını yazın: Karbonil grubuna suyun bileşenleri eklenir; karbonil oksijeni hidroksil grubuna dönüşür ve karbonil karbonuna bir hidrojen ile ikinci bir hidroksil bağlanır.
3. Ürünü düzenleyin: $CH_3-CO-CH_3 + H_2O \rightleftharpoons CH_3-C(OH)_2-CH_3$.
4. Ürünü adlandırın: Bu yapı propanon hidratı, yani propan-2,2-diol olarak gösterilebilir.
5. Koşulu belirtin: Bu ifade su katımı dengesini temsil eder; hidratın miktarı karbonil bileşiğinin yapısına, sterik ve elektronik etkilere ve çözünürlüğüne bağlıdır.

Sonuç: Propanonun su katım ürünü $CH_3-C(OH)_2-CH_3$ yapısındaki gem-dioldür; iki hidroksil aynı karbon üzerindedir.