Cetona

Acetona , la cetona más simple

En química orgánica , una cetona / ˈ k iː t oʊ n / es un compuesto orgánico con la estructura R−C(=O)−R' , donde R y R' pueden ser diversos sustituyentes que contienen carbono . Las cetonas contienen un grupo carbonilo −C(=O)− (un doble enlace carbono-oxígeno C=O). Una cetona derivada de un alcano es una alcanona . La cetona más simple es la acetona (donde R y R' son metilo ), con la fórmula (CH ₃ ) ₂ CO . Muchas cetonas son de gran importancia en biología e industria. Algunos ejemplos son muchos azúcares ( cetosas ), muchos esteroides , por ejemplo, la testosterona , y el disolvente acetona . ^{[ 1 ]}

La palabra cetona deriva de Aketon , una antigua palabra alemana para acetona . ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Según las reglas de la nomenclatura IUPAC , los nombres de las cetonas se derivan cambiando el sufijo -ano del alcano principal por -anona . Normalmente, la posición del grupo carbonilo se indica con un número, pero los nombres tradicionales no sistemáticos todavía se utilizan generalmente para las cetonas más importantes, por ejemplo, acetona y benzofenona . Estos nombres no sistemáticos se consideran nombres IUPAC conservados, ^{[ 4 ]} aunque algunos libros de texto de química introductoria utilizan nombres sistemáticos como "2-propanona" o "propan-2-ona" para la cetona más simple ( C₆H₅ − _C (= O )−CH₃ ₎ en lugar de "acetona".

Los nombres derivados de las cetonas se obtienen escribiendo por separado los nombres de los dos grupos alquilo unidos al grupo carbonilo, seguidos de la palabra «cetona». Tradicionalmente, los nombres de los grupos alquilo se escribían en orden de complejidad creciente, por ejemplo, metil etil cetona . Sin embargo, según las reglas de la nomenclatura IUPAC , los grupos alquilo se escriben alfabéticamente, por ejemplo, etil metil cetona . Cuando los dos grupos alquilo son iguales, se añade el prefijo «di-» antes del nombre del grupo alquilo. Las posiciones de los demás grupos se indican con letras griegas , siendo el carbono α el átomo adyacente al grupo carbonilo.

Aunque se usa con poca frecuencia, oxo es la nomenclatura IUPAC para el grupo oxo (=O) y se usa como prefijo cuando la cetona no tiene la máxima prioridad. Sin embargo, también se usan otros prefijos. Para algunos compuestos químicos comunes (principalmente en bioquímica), ceto se refiere al grupo funcional cetona .

El carbono cetónico se describe a menudo como hibridado ^sp² , una descripción que incluye tanto su estructura electrónica como molecular. Las cetonas son trigonales planas alrededor del carbono cetónico, con ángulos de enlace C–C–O y C–C–C de aproximadamente 120°. Las cetonas se diferencian de los aldehídos en que el grupo carbonilo (C=O) está unido a dos carbonos dentro de un esqueleto de carbono . En los aldehídos, el carbonilo está unido a un carbono y un hidrógeno y se encuentra en los extremos de las cadenas de carbono. Las cetonas también se distinguen de otros grupos funcionales que contienen carbonilo , como los ácidos carboxílicos , los ésteres y las amidas . ^{[ 5 ]}

El grupo carbonilo es polar porque la electronegatividad del oxígeno es mayor que la del carbono. Por lo tanto, las cetonas son nucleofílicas en el oxígeno y electrófilas en el carbono. Debido a que el grupo carbonilo interactúa con el agua mediante enlaces de hidrógeno , las cetonas suelen ser más solubles en agua que los compuestos de metileno relacionados. Las cetonas son aceptoras de enlaces de hidrógeno. Generalmente no son donadoras de enlaces de hidrógeno y no pueden formar enlaces de hidrógeno consigo mismas. Debido a su incapacidad para actuar como donadoras y aceptoras de enlaces de hidrógeno, las cetonas tienden a no "autoasociarse" y son más volátiles que los alcoholes y ácidos carboxílicos de pesos moleculares comparables . Estos factores explican la omnipresencia de las cetonas en perfumería y como disolventes.

Un aldehído se diferencia de una cetona en que posee un átomo de hidrógeno unido a su grupo carbonilo, lo que facilita su oxidación. Las cetonas, en cambio, carecen de un átomo de hidrógeno unido al grupo carbonilo y, por lo tanto, son más resistentes a la oxidación. Solo se oxidan mediante agentes oxidantes potentes capaces de romper los enlaces carbono-carbono.

Existen numerosos métodos para la preparación de cetonas a escala industrial y en laboratorios académicos. Los organismos también producen cetonas de diversas maneras; véase la sección de bioquímica a continuación.

En la industria, el método más importante probablemente implica la oxidación de hidrocarburos , a menudo con aire. Por ejemplo, se producen anualmente mil millones de kilogramos de ciclohexanona mediante la oxidación aeróbica del ciclohexano . La acetona se prepara mediante la oxidación con aire del cumeno .

Para aplicaciones de síntesis orgánica especializadas o a pequeña escala , las cetonas se preparan a menudo mediante la oxidación de alcoholes secundarios :

Entre los oxidantes fuertes típicos (fuente de "O" en la reacción anterior) se incluyen el permanganato de potasio o un compuesto de Cr(VI) . Para condiciones más suaves, se utilizan los métodos de periodinano de Dess-Martin o de Moffatt-Swern .

Se han desarrollado muchos otros métodos, por ejemplo: ^{[ 8 ]}

• Por hidrólisis de haluro geminal . ^{[ 9 ]}
• Por hidratación de alquinos . ^{[ 10 ]} Estos procesos ocurren a través de enoles y requieren la presencia de un ácido y sulfato de mercurio(II) ( HgSO ₄ ). La tautomerización enol-ceto subsiguiente produce una cetona. Esta reacción siempre produce una cetona, incluso con un alquino terminal, siendo la única excepción la hidratación del acetileno , que produce acetaldehído .
• A partir de amidas de Weinreb utilizando reactivos organometálicos estequiométricos.
• Las arilcetonas se pueden preparar mediante la acilación de Friedel-Crafts , ^{[ 11 ]} la reacción relacionada de Houben-Hoesch , ^{[ 12 ]} y el reordenamiento de Fries . ^{[ 10 ]}
• La ozonólisis y las secuencias de dihidroxilación/oxidación relacionadas escinden los alquenos para dar aldehídos o cetonas, dependiendo del patrón de sustitución del alqueno. ^{[ 13 ]}
• A partir de peróxidos ( reordenamiento de Kornblum-DeLaMare ).
• Ciclación de ácidos dicarboxílicos ( ciclación de Ruzicka )
• Hidrólisis de sales de compuestos nitro secundarios ( reacción de Nef ^{[ 14 ]} )
• Alquilación de tioésteres con compuestos organozinc ( acoplamiento de Fukuyama ).
• Alquilación de cloruro de ácido con compuestos de organocadmio o compuestos de organocobre .
• La reacción de Dakin-West proporciona un método eficiente para la preparación de ciertas metilcetonas a partir de ácidos carboxílicos. ^{[ 15 ]}
• Las cetonas se pueden preparar mediante la reacción de reactivos de Grignard con nitrilos , seguida de hidrólisis. ^{[ 16 ]}
• Por descarboxilación del anhídrido carboxílico .
• Las cetonas se pueden preparar a partir de halocetonas mediante la deshalogenación reductiva de halocetonas .
• En la descarboxilación cetónica se preparan cetonas simétricas a partir de ácidos carboxílicos. ^{[ 10 ] [ 17 ]}
• Hidrólisis de amidas secundarias insaturadas , ^{[ 18 ]} ésteres de β - cetoácidos , ^{[ 10 ]} o β- dicetonas (la síntesis de ésteres acetoacéticos ).
• Reordenamiento catalizado por ácido de 1,2-dioles , ^{[ 10 ]} u oxidación de Criegee de los mismos.

Las cetonas no aparecen en los aminoácidos estándar , los ácidos nucleicos ni los lípidos. La formación de compuestos orgánicos en la fotosíntesis se produce a través de la cetona ribulosa-1,5-bisfosfato . Muchos azúcares son cetonas, conocidas colectivamente como cetosas . La cetona más conocida es la fructosa ; existe principalmente como un hemicetal cíclico , que enmascara el grupo funcional cetona. La síntesis de ácidos grasos se lleva a cabo a través de cetonas. El acetoacetato es un intermediario en el ciclo de Krebs que libera energía de azúcares y carbohidratos. ^{[ 22 ]}

En medicina, la acetona , el acetoacetato y el beta-hidroxibutirato se denominan colectivamente cuerpos cetónicos , generados a partir de carbohidratos , ácidos grasos y aminoácidos en la mayoría de los vertebrados , incluidos los humanos. Los cuerpos cetónicos se elevan en la sangre ( cetosis ) después del ayuno, incluso tras una noche de sueño; en sangre y orina durante la inanición ; en la hipoglucemia , debida a causas distintas del hiperinsulinismo ; en diversos errores congénitos del metabolismo , e inducidos intencionalmente mediante una dieta cetogénica , y en la cetoacidosis (generalmente debida a la diabetes mellitus). Si bien la cetoacidosis es característica de la diabetes tipo 1 descompensada o no tratada , la cetosis o incluso la cetoacidosis también pueden ocurrir en la diabetes tipo 2 en algunas circunstancias.

Las cetonas se producen a gran escala en la industria como disolventes, precursores de polímeros y productos farmacéuticos. En términos de escala, las cetonas más importantes son la acetona , la metiletilcetona y la ciclohexanona . ^{[ 23 ]} También son comunes en bioquímica, aunque en menor medida que en química orgánica en general. La oxidación parcial de hidrocarburos puede generar cetonas como intermedios o productos, junto con muchos otros compuestos oxigenados.

Aunque es difícil generalizar sobre la toxicidad de una clase tan amplia de compuestos, las cetonas simples, en general, no son altamente tóxicas. Esta característica es una de las razones de su popularidad como disolventes. Una excepción a esta regla son las cetonas insaturadas , como la metil vinil cetona, con una LD50 de 7 _mg  /kg (oral). ^{[ 23 ]}

• Dicetona
• cuerpos cetónicos
• Cetosis
• Tiocetona
• Tricetona
• Y ninguno

• Contenido multimedia relacionado con las cetonas en Wikimedia Commons.