Cétone

Une cétone est un composé organique, faisant partie de la famille des composés carbonylés, dont l'un des carbones porte un groupement carbonyle.



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Groupe fonctionnel - Cétone

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  • groupement fonctionnel : C=O (carbone trigonal plan)... Hex-5-ène-3-one (le groupe cétone est prioritaire comparé à la double liaison).... c'est une réaction spécifique et les liaisons éthyléniques ne sont pas hydrogénées.... (source : pedagogie.ac-montpellier)
  • La réaction suivante sert à passer d'un dérivé carbonylé, à l'alcane.... dans le cas de cétones cycliques, où on peut agrandir le cycle d'un carbone..... Cependant, l'énolate de la cétone est plus réactif (il est plus... (source : perso.numericable)

Une cétone est un composé organique, faisant partie de la famille des composés carbonylés, dont l'un des carbones porte un groupement carbonyle. Les aldéhydes ont un carbone primaire et les cétones un carbone secondaire (lié à précisément 2 atomes de carbones voisins) qui porte le groupement carbonyle. Une cétone contient par conséquent la séquence :

Image:Cetone.gif
où R1 et R2 sont des chaînes carbonées, et pas de simples atomes d'hydrogène

On peut par exemple citer l'acétone (propan-2-one) CH3-CO-CH3.

Acetone (propan-2-one)

Nomenclature

Le nom de la cétone s'obtient en ajoutant le suffixe -one au nom de l'hydrocarbure correspondante, en précisant la place de la liaison carbonyle dans la chaîne carbonée

On rajoute le préfixe oxo-, en précisant sa place dans la chaîne carbonée

Propriétés, réactivité

Elles sont générales aux aldéhydes ainsi qu'aux cétones. Voir l'article général composé carbonylé.

Formation

On obtient les cétones avec une oxydation ménagée d'un alcool secondaire. Cela nécessite un fort agent oxydant. Cependant, ici, il n'y a pas de "risque" : une cétone après être constituée ne peut plus être oxydée, au contraire de l'aldéhyde, qui peut toujours l'être en acide carboxylique.

Oxydation industrielle

Équation-bilan de l'oxydation d'un alcool secondaire en cétone par le dioxygène

On peut utiliser comme catalyseur Fe2O3 ou MnO3 à 400 °C, ou un catalyseur à base d'argent vers 600 °C.

L'alcool est gazeux. On utilise comme catalyseur CuO vers 400 à 500 °C, Ag, Cu vers 300 °C, ZnO ou encore ZrO vers 300 à 400 °C.

Oxydation chimique

On utilise fréquemment le dichromate de potassium, ou le Cr (VI) (via du PCC par exemple), mais le réactif le plus fréquemment utilisé est le réactif de Jones : CrO3 en présence d'acide sulfurique dans l'acétone. Quelquefois, si la présence d'un acide est gênante, on utilise le réactif de Sarett : CrO3 dans la pyridine.

Demi-équation électronique du couple redox alcool secondaire-cétone

Hydrolyse des alcynes

En ajoutant de l'eau à un alcyne en milieu acide, un groupement carbonyle se formera sur le carbone porteur de la triple liaison ayant le moins d'hydrogènes (règle de Markovnikov), à condition d'avoir du mercure oxydé +2 comme catalyseur (Hg2+). L'autre carbone porteur de la triple liaison sera réduit en gagnant deux atomes d'hydrogène.

Équation-bilan de l'hydrolyse des alcynes en cétones

Par ozonolyse des alcènes

L'ozonolyse consiste à traiter un réactif à l'ozone ainsi qu'à l'eau. Ici, l'alcène subit une ozonolyse pour former un groupement carbonyle, à condition d'avoir comme catalyseur de l'acide éthanoïque (ou acide acétique) et du zinc oxydé +2 (Zn2+). Ceci forme un intermédiaire cyclique particulièrement instable : l'ozonide, qui se transforme ensuite en cétone ou en aldéhyde. 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 constitué. La réaction dégage aussi du peroxyde d'hydrogène.

A titre d'exemple, en traitant le 2-méthylbut-2-ène à l'ozone ainsi qu'à l'eau (avec les catalyseurs nécessaires), on obtient la propanone (une cétone), l'éthanal ou l'acétaldéhyde (un aldéhyde) et le peroxyde d'hydrogène.

Équation bilan de l'ozonolyse d'un alcène, le 2-méthylbut-2-ène

Acétalisation

L'acétalisation est une réaction réversible servant à transformer un composé carbonylé et deux alcools (ou un diol) en acétal. Cette réaction permet en fait de protéger le groupe carbonyle, ou l'alcool.

Conditions
  • Chauffage
  • Catalyse acide (en général APTS ou HCl anhydre)

Caractéristiques et remarques

  • Lorsque on utilise un aldéhyde, on appelle le produit obtenu «acétal». Lorsque on utilise une cétone, on appelle le produit obtenu «cétal». Cependant, de plus en plus on utilise le terme acétal comme terme générique pour désigner les 2 produits. On nomme par contre toujours la réaction (aussi bien pour les aldéhydes et pour les cétones) «acétalisation».
  • Cette réaction est généralement en défaveur du cétal (contrairement aux acétals). Si on veut la faciliter dans le sens de la formation de ce dernier, on utilise un excès d'alcool (qui sert par la même occasion de solvant). Il faut aussi distiller l'eau (distillation hétéroazéotropique) avec l'appareil de Dean et Stark. Pour faciliter la réaction inverse, c'est le contraire : on met un excès d'eau pour hydrolyser le cétal.
  • Lorsque on veut protéger la fonction carbonyle, on utilise le plus fréquemment un diol, comme l'éthane-1, 2-diol :
Acétalisation d'une cétone par l'éthane-1,2-diol
  • Cette réaction peut aussi particulièrement bien servir à protéger une fonction alcool, surtouts les diols vicinaux.
  • Occasionnellemen, la réaction peut s'arrêter à l'hémiacétal (cas des hémiacétals cycliques).

Action d'un organomagnésien

Un organomagnésien mixte réagit sur une cétone pour former un alcoolate tertiaire. Le carbone porteur de l'organomagnésien est ajouté sur le carbone porteur du groupement carbonyle. En milieu aqueux, l'alcoolate, base forte, gagne un proton pour former un alcool.

Actoin d'un organomagnésien sur une cétone pour former un alcoolate tertiaire

Réaction de Wittig

La réaction de Wittig transforme une cétone en dérivé éthylènique. Il transforme en fait la liaison C=O en liaison C=C.

Réduction des cétones

Industriellement

On utilise le dihydrogène H2 dans un solvant inerte, en présence d'un catalyseur (catalyse hétérogène). Il s'agit fréquemment de métaux, comme le platine (Pt), le palladium (Pd), le nickel (Ni) ou le rhodium (Rh). Si jamais 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 est exothermique.

Réduction d'une cétone par le dihydrogène, catalysée par le nickel

Par les hydrures

Voir addition nucléophiles d'hydrures (plus bas).

En alcane

d'hydrures (LiAlH4, NaBH4)

L'addition d'hydrures permet la réduction de l'oxygène du groupement carbonyle sans cependant altérer une double liaison (la partie alcène) d'une molécule, comparativement à la simple addition d'hydrogène.

Une cétone portant aussi un alcène, quand traitée à un hydrure, produit un alcoolate qui porte un alcène. Cet alcoolate, traité avec un acide faible (comme l'eau) est alors transformé en alcool qui porte un alcène.

Réduction sélective d'une cétone en alcool secondaire par un hydrure

d'organométalliques

organomagnésiens mixtes, ou organolithiens.

Oxydation de Bæyer-Villiger

transformation en Ester

On peut aussi 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

  • 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. A titre d'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 désormais plus volontiers les méthodes de spectrométrie (RMN et infrarouge) permettent de détecter cette fonction sans destruction de l'échantillon.

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