Los aldehídos y las cetonas son funciones en segundo grado de oxidación. Se consideran derivados de un hidrocarburo por sustitución de dos átomos de hidrógeno en un mismo carbono por uno de oxígeno, dando lugar a un grupo oxo (=O).
Es un compuesto de los derivado de los alcoholes, a los cuales se les ha eliminado dos átomos de hidrógeno, uno de la función hidroxilo y otro del carbono contiguo. Los aldehídos son compuestos de fórmula general R–CHO y las cetonas son compuestos de fórmula general R-CO-R´, donde los grupos R y R´ pueden ser alifáticos o aromáticos. Ambos tipos de compuestos se caracterizan por tener el grupo carbonilo por lo cual se les suele denominar como compuestos carbonílicos. Estos compuestos tienen una amplia aplicación tanto como reactivos y disolventes así como su empleo en la fabricación de telas, perfumes, plásticos y medicinas. En la naturaleza se encuentran ampliamente distribuidos como proteínas, carbohidratos y ácidos nucleicos tanto en el reino animal como vegetal.
Propiedades físicas.
No es de sorprender que los aldehídos y las cetonas se asemejen en la mayoría de sus propiedades como consecuencia de poseer el grupo carbonilo. Sin embargo, en los aldehídos el grupo carbonilo esta unido a un átomo de hidrógeno, mientras que en las cetonas se une a dos grupos orgánicos. Esta diferencia estructural afecta a sus propiedades de dos formas fundamentales:
- Los aldehídos se oxidan con facilidad mientras que las cetonas lo hacen con dificultad
- Los aldehídos suelen ser más reactivos que las cetonas en adiciones nucleofílicas, que es la reacción más característica de este tipo de compuestos
En el grupo carbonilo, el átomo de carbono se une a los otros tres átomos mediante enlaces de tipo sp2, que, como utilizan orbitales sp2 están situados sobre un plano formando ángulos de 120º aproximadamente.
Al ser los dos átomos del grupo carbonílico de diferente electronegatividad, determinan que el enlace carbono-oxígeno este polarizado, lo cual implica que el átomo de carbono del grupo carbonilo sea electrófilo. Asimismo, el oxígeno carbonílico tiene dos pares de electrones solitarios, que son ligeramente básicos. El comportamiento químico de este grupo funcional vendrá determinado en consecuencia por estas dos características. Al ser el grupo carbonilo un grupo muy polar determina el que los aldehídos y cetonas tengan puntos de ebullición más altos que los hidrocarburos del mismo peso molecular. Así, por ejemplo:
Sin embargo, los aldehídos y las cetonas no pueden formar enlaces de hidrógeno entre sí, por lo cual sus puntos de ebullición son menores que los de los correspondientes alcoholes
El oxígeno carbonílico polarizado negativamente determina que los aldehídos y las cetonas formen fuertes enlaces de hidrógeno con el agua, debido a lo cual, los aldehídos y cetonas de bajo peso molecular presentan una apreciable solubilidad en agua. Así, el etanal y la propanona (acetona) son completamente miscibles en agua. Sin embargo, esta solubilidad se ve limitada por el aumento de la cadena hidrocarbonada hidrofóbica a medida que aumenta el tamaño de la molécula. Por lo general, a partir de los seis átomos de carbono son insolubles en agua. Algunos aldehídos aromáticos obtenidos en la naturaleza presentan fragancias muy agradables como son el olor a vainilla, almendras amargas, canela, etc.
En lo que se refiere a las propiedades espectroscópicas de los aldehídos y cetonas, los grupos carbonilo de dichos compuestos producen bandas muy intensas en la región entre 1665-1780 cm-1 del espectro infrarrojo. La posición exacta de la banda depende de la estructura del aldehído o de la cetona. Los aldehídos presentan también dos bandas débiles a 2700-2775 cm-1 y 2820-2900 cm-1 del espectro infrarrojo correspondientes a la banda del enlace – C – H del aldehído. En el 1H-RMN, el hidrógeno del grupo formilo de los aldehídos este fuertemente desapantallado, apareciendo entre 9 y 10 ppm, lo cual es característico de este tipo de compuestos. El grupo carbonilo de las cetonas produce un desapantallamiento de los grupos alquilo vecinales a él dando señales en 2-3 ppm. Los grupos carbonilo de los aldehídos y cetonas saturadas tienen una banda de absorción débil en el espectro U.V. entre los 270-300 nm. Cuando dicho grupo esta conjugado con un doble enlace, esta banda se desvía a longitudes de onda más larga, entre 300-350 nm.
Obtención de aldehídos y cetonas.
Entre los métodos de laboratorio para la elaboración de estos compuestos hay algunos que implican oxidación o reducción, procesos mediante los cuales se convierte un alcohol, hidrocarburo o cloruro de ácido en un aldehído o cetona con el mismo número de átomos de carbono. Otros métodos pueden generar la creación de nuevos enlaces carbono-carbono y dan aldehídos y cetonas con un número de carbonos mayor que el de la materia prima del que se originan. Sin embargo, en los procesos industriales muchas veces se implican método especiales o modificaciones de los métodos de laboratorio utilizando reactivos más baratos para reducir costes. Así, los más importantes desde el punto de vista industrial como son el metanal (formaldehído) y acetona, se originan por oxidación de metanol y alcohol isopropílico (2-propanol) respectivamente, pero utilizando aire y en presencia de un catalizador.
Preparación de aldehídos.
Los aldehídos pueden prepararse por varios métodos en los que intervienen la oxidación o la reducción, pero hay que tener en cuenta que como los aldehídos se oxidan y se reducen con facilidad, deben emplearse técnicas o reactivos especiales. Ya hemos visto algunas formas de obtención de aldehídos y cetonas cuando se explicaron los temas de alquenos (ruptura oxidativa) y los alcoholes (oxidación) y que exponemos de forma sencilla:
Oxidación de alcoholes primarios.
Los alcoholes primarios pueden ser oxidados a aldehídos, sin embargo, este proceso presenta el inconveniente de que el aldehído puede ser fácilmente oxidado a ácido carboxílico, por lo cual se emplean oxidantes específicos como son el complejo formado por CrO3 con piridina y HCl (clorocromato de piridinio) o una variante del mismo que es el Reactivo de Collins (CrO3 con piridina), utilizando normalmente el CH2Cl2 como disolvente.
También se puede emplear el K2Cr2O7 disuelto en acetona (Reactivo de Jones) pero hay que tener mucho cuidado con su utilización por el peligro de posterior oxidación a ácido carboxílico.
Ruptura oxidativa de alquenos.
La ruptura oxidativa (ozonólisis) de un alqueno con al menos un hidrógeno vinílico da lugar a la formación de un aldehído. Si el compuesto fuese cíclico se obtendría un compuesto con dos grupos aldehído.
Métodos de reducción.
Ciertos derivados de los ácidos carboxílicos pueden ser reducidos a aldehídos empleando algunos reactivos específicos, como en los siguientes casos:
Un procedimiento análogo es el conocido como Reducción de Rosenmund, que consiste en la reducción de un cloruro de ácido.
Preparación de cetonas. Para la preparación de las cetonas se utilizan los siguientes métodos:
Oxidación de alcoholes secundarios.
La oxidación de los alcoholes secundarios con cualquiera de los oxidantes indicados en la oxidación de los aldehídos es efectivo para la oxidación, siendo la oxidación posterior muy difícil y la cetona es estable
