Cétone
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Unecétoneest uncomposé organiquefaisant partie de la famille descomposés carbonylés,c'est-à-dire dont l'un des atomes de carbone porte un groupe carbonyle.
Contrairement auxaldéhydes(qui n’ont autour de ce groupe qu’un carbone primaire), c'est un carbonesecondaire(lié à deux carbones voisins) qui porte le groupe carbonyle pour les cétones.
Une cétone contient la séquence R-CO-R1(image ci-contre), où R et R1sont deschaînes carbonées,et pas de simples atomes d'hydrogène liés au carbone central porteur de la fonction carbonyle[1].
Nomenclature
[modifier|modifier le code]- Si la fonctioncarbonyleest la fonction caractéristique prioritaire, le nom de la cétone s'obtient en ajoutant lesuffixe-oneau nom de l'hydrocarburecorrespondant, en précisant la place de la liaison carbonyle dans la chaîne carbonée.
- Sinon, on rajoute lepréfixeoxo-,en précisant sa place dans la chaîne carbonée[2].
Exemple
[modifier|modifier le code]On peut par exemple citer l'acétone(dont le nom normalisé est la propan-2-one) CH3-CO-CH3.
Propriétés, réactivité
[modifier|modifier le code]Les cétones possèdent les propriétés générales descomposés carbonylés.
Elles sont moins facilementoxydablesenacidesque lesaldéhydes.Les hydrogènes portés par lescarbones voisinsdes cétones sont relativementacidesdu fait de la polarité de la liaison C=O[1].
Formation
[modifier|modifier le code]On obtient les cétones avec uneoxydationménagée d'unalcoolsecondaire. Cela nécessite un fort agent oxydant. Cependant, ici, il n'y a pas de "risque": une cétone après être formée ne peut plus être oxydée, contrairement à l'aldéhyde, qui peut encore l'être enacide carboxylique.
Par oxydation industrielle
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- Oxydation par O2de l'air.
- On peut utiliser comme catalyseur Fe2O3ou MnO3à400°C,ou un catalyseur à base d'argent vers600°C.
- Déshydrogénation catalytique des alcools secondaires.
- L'alcool est gazeux. On utilise comme catalyseur CuO vers400à500°C,Ag, Cu vers300°C,ZnO ou encore ZrO vers300à400°C.
- Procédé de Wacker-Hœchst.
Par oxydation chimique
[modifier|modifier le code]On utilise souvent le dichromate de potassium, ou leCr(VI)(via duPCCpar exemple), mais le réactif le plus couramment utilisé est leréactif de Jones:CrO3en présence d'acide sulfurique dans l'acétone. Parfois, si la présence d'un acide est gênante, on utilise leréactif de Sarett:CrO3dans la pyridine.
Par hydrolyse des alcynes
[modifier|modifier le code]En ajoutant de l'eau à unalcyneen milieu acide, un groupecarbonylese formera sur le carbone porteur de la triple liaison ayant le moins d'hydrogènes(règle de Markovnikov), à condition d'avoir dumercureoxydé +2 commecatalyseur(Hg2+). L'autre carbone porteur de la triple liaison sera réduit en gagnant deux hydrogènes.
Par ozonolyse des alcènes
[modifier|modifier le code]L'ozonolyseconsiste à traiter un réactif à l'ozoneet à l'eau.Ici, l'alcènesubit une ozonolyse pour former un groupecarbonyle,à condition d'avoir commecatalyseurde l'acide éthanoïque(ou acide acétique) et duzincoxydé+2 (Zn2+). Ceci forme un intermédiaire cyclique très instable: l'ozonide, qui se transforme ensuite en cétone ou enaldéhyde.Afin d'obtenir une cétone à partir d'un alcène, au moins un carbone porteur de la double liaison doit être exclusivement lié à d'autres carbones, faute de quoi, un aldéhyde sera formé. La réaction dégage également duperoxyde d'hydrogène.
Par exemple, en traitant le2-méthylbut-2-èneà l'ozone et à l'eau (avec les catalyseurs nécessaires), on obtient lapropanone(une cétone), l'éthanalou l'acétaldéhyde (un aldéhyde) et le peroxyde d'hydrogène.
Par une réaction de Friedel-Crafts sur un composé aromatique
[modifier|modifier le code]Le principe consiste à mettre en présence un benzène avec unchlorure d'acyleet du AlCl3.Le résultat est une cétone fixée sur le benzène et du HCl. Le mécanisme de réaction suit le principe d'une addition électrophile sur un aromatique, d'où la présence d'AlCl3(acide de Lewis) qui va servir à créer un électrophile (voirRéaction de Friedel-Crafts).
Utilisation
[modifier|modifier le code]Les cétones sont utilisées dans la fabrication de matières plastiques, comme solvants, mais aussi comme colorants en parfumerie et pour les médicaments comme lesaldéhydes.
Les cétones sont utilisées pour améliorer les performances d'un athlète[3],[4].
Acétalisation
[modifier|modifier le code]L'acétalisationest une réaction réversible permettant de transformer un composé carbonylé et deux alcools (ou un diol) enacétal.Cette réaction permet de protéger le groupe carbonyle, ou l'alcool.
Réaction
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Conditions
[modifier|modifier le code]Caractéristiques et remarques
[modifier|modifier le code]Quand on utilise un aldéhyde, on nomme le produit obtenu « acétal ». Quand on utilise une cétone, on nomme le produit obtenu « cétal ». Cependant, de plus en plus on utilise le terme acétal comme terme générique pour désigner les deux produits. On appelle par contre toujours la réaction (aussi bien pour les aldéhydes et pour les cétones) «acétalisation».
Cette réaction est en général en défaveur du cétal (contrairement aux acétals). Si on veut la favoriser dans le sens de la formation de celui-ci, on utilise un excès d'alcool (qui sert par la même occasion de solvant). Il faut aussi distiller l'eau (distillation hétéroazéotropique) à l'aide de l'appareil de Dean et Stark. Pour favoriser la réaction inverse, c'est le contraire: on met un excès d'eau pour hydrolyser le cétal.
Quand on veut protéger la fonction carbonyle, on utilise le plus souvent un diol, comme l'éthane-1,2-diol:
Acétalisation d'une cétone par l'éthane-1,2-diol.
Cette réaction peut aussi très bien servir à protéger une fonction alcool, en particulier lesdiols vicinaux.
- Dans certains cas, la réaction peut s'arrêter à l'hémiacétal (cas des hémiacétals cycliques).
Action d'un réactif de Grignard
[modifier|modifier le code]Unréactif de Grignardréagit sur une cétone pour former unalcoolatetertiaire. Le carbone porteur de l'organomagnésienest ajouté sur le carbone porteur du groupe carbonyle. En milieu aqueux, l'alcoolate, base forte, gagne un proton pour former un alcool.
Réaction de Wittig
[modifier|modifier le code]Laréaction de Wittigtransforme une cétone en dérivééthylénique.Elle transforme la liaison C=O en liaison C=C.
Réaction de Shapiro
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Réduction des cétones
[modifier|modifier le code]En alcools
[modifier|modifier le code]Industriellement
[modifier|modifier le code]On utilise ledihydrogèneH2dans un solvant inerte, en présence d'un catalyseur (catalyse hétérogène). Il s'agit bien souvent de métaux, comme leplatine(Pt), lepalladium(Pd), lenickel(Ni) ou lerhodium(Rh).
Si la cétone possède aussi une liaison C=C, celle-ci aussi est hydrogénée (la réaction est plus facile sur C=C que sur C=O). Pour éviter cela, il faut effectuer une addition nucléophile d'hydrures. La réaction estexothermique.
Réduction d'une cétone par le dihydrogène, catalysée par le nickel.
Par les hydrures
[modifier|modifier le code]Voir addition nucléophiles d'hydrures (plus bas).
En alcane
[modifier|modifier le code]D'hydrures (LiAlH4,NaBH4)
[modifier|modifier le code]L'addition d'hydrurespermet la réduction de l'oxygènedu groupecarbonylesans toutefois altérer une double liaison (la partiealcène) d'une molécule, comparativement à la simple addition d'hydrogène.
Une cétone portant également un alcène, lorsque traitée à un hydrure, produit un alcoolate qui porte un alcène. Cet alcoolate, traité avec un acide faible (comme l'eau) est alors transformé enalcoolqui porte un alcène.
Organomagnésiensmixtes, ouorganolithiens.
Cétolisation (condensation de deux cétones)
[modifier|modifier le code]Transformation enesterà l'aide d'un peroxyde comme l'eau oxygénée ou un peracide comme l'acide méta-chloroperbenzoïque (mCPBA).
On peut également obtenir un dérivé carbonylé (cétone ou aldéhyde) par hydrolyse d'une fonction imine, de formule générale RR'C=N, en catalyse acide ou basique. Cette hydrolyse permet par exemple d'obtenir une cétone comme produit final de l'addition d'un réactif de Grignard (organomagnésien mixte) sur un nitrile.
Tests de reconnaissance
[modifier|modifier le code]- Additions de composés de type Z-NH2(amines): formation d'un précipité.
- Réaction haloforme: caractérise les cétones alpha-méthylées. En présence d'un halogène en milieu basique, il se forme un haloforme. Par exemple, avec l'iode et la propanone, on aurait un iodoforme (précipité jaune).
Mais ces méthodes utilisant des réactions chimiques avec la cétone, la détruisent. On utilise maintenant plus volontiers les méthodes de spectrométrie (RMN et infrarouge) permettent de détecter cette fonction sans destruction de l'échantillon.
Articles connexes
[modifier|modifier le code]Notes et références
[modifier|modifier le code]- Jacques Metzger, «Aldéhydes et cétones»
,surUniversalis Edu(consulté le)
- (en)K.-H. Hellwich, R. M. Hartshorn, A. Yerin, T. Damhus, A. T. Hutton, «Brief Guide to the Nomenclature of Organic Chemistry»[PDF],suriupac.org,(consulté le)
- «Alaphilippe et la polémique des Cétones»
- «Effets des cétones sur les sportifs»
