ALDEÍDOS E CETONAS C.F.B-2014
I- Introdução:
Os aldeídos e as cetonas estão entre os produtos mais amplamente encontrados,
tanto na natureza como na indústria química. Na natureza, muitas substâncias
necessárias para os organismos vivos são aldeídos ou cetonas.
Na indústria química, os aldeídos simples e as cetonas são produzidos em larga
escala para uso como solventes e como materiais de partida para uma infinidade de
outros produtos. Por exemplo, mais de 1,4 milhões de toneladas por ano de formaldeído,
H2C=O, são produzidas nos Estados Unidos para uso em materiais isolantes em
construções e em resinas adesivas que ligam partículas de finas folhas de madeiras e
materiais aglomerados.
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1. Conceitos Fundamentais:
Aldeídos e Cetonas são grupos funcionais que contêm o oxigénio ligado
duplamente a um átomo de carbono: O Grupo Carbonila. O
arranjo, é um dos grupos funcionais mais importantes da química
orgânica. Além de Aldeídos e Cetonas, o grupo Carbonila está
presente em ácidos carboxílicos, ésteres, haletos ácidos e amidas.
Grupo Carbonila. Esse grupo possui um átomo de carbono sp² ligado a um
átomo de oxigénio que também possui
hibridização sp² por uma ligação dupla e a
outros dois substituintes; como o átomo de
carbono é trigonal, esses substituintes se
encontram no mesmo plano que o átomo de oxigénio e seus dois pares de electrões
livre:
Como existe uma ligação dupla entre os átomos de carbono e oxigénio este
grupo possui uma ligação sigma e uma ligação pi. A ligação dupla carbono-oxigénio é
forte, mesmo assim, possui uma reactividade considerável porque há uma diferença de
electronegatividade entre o carbono e oxigénio sendo este último mais electronegativo
ele atrai a densidade de electrões do
carbono para aumentar a polarização
da ligação onde o oxigénio ficará
negativo e o carbono positivo.
1.1- Aldeídos – Nomenclatura
Os aldeídos são compostos orgânicos caracterizados pela
presença do grupamento formila, que é o grupo Carbonila ligado
há um hidrogénio (H— C=O) e este grupo é ligado a um radical
alifático ou aromático. É obtido através da oxidação de álcoois
primários em meio ácido.
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1.1.1- Grupo Aldeído
O odor dos aldeídos que têm baixo peso molecular é irritante, porém, à medida
que o número de carbonos aumenta, torna-se mais agradável. Os aldeídos de maior
peso molecular, que possuem de 8 a 12 átomos de carbono, são muito utilizados na
indústria de cosméticos na fabricação de perfumes sintéticos.
Segundo a IUPAC, nomeia-se o aldeído substituindo-se a terminação do nome
do alceno correspondente por “al” como o grupo aldeído deve estar no final da cadeia
carbónica, sua posição não precisa ser indicada. Contudo, quando outros substituintes
estiverem presentes, considera-se que o grupo Carbonila ocupe a posição “1”.
Vejamos as estruturas a seguir:
O procedimento de nomeação de Aldeídos, ramificados ou não deve seguir os
seguintes passos:
1º - Assinalar a cadeia principal. 2º - Numerar a cadeia a partir do carbono do grupo
aldeído que irá adquirir o número 1. 3º - Começar o nome indicando a ramificação ou
ramificações.
1.1.1.1- Exemplo 1:
Metanal Etanal Propanal 2-Metilpropanal
(Formaldeído) (Acetaldeído) (Propionaldeído) (Isobutilaldeído)
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5-Cloro-Pentanal Benzaldeído 3-Fenil-4-Pentinal
1.2- Cetonas – Nomenclatura
As cetonas são compostas orgânicos caracterizados pela presença do
grupamento carbonila, ligado a dois radicais orgânicos.
Apresentam uma fórmula geral R-C(=O)-R', onde R e R' podem
ser iguais ou diferentes; alifáticos ou aromáticos; saturados ou
insaturados. R e R' podem também estar unidos. Nesse caso,
compõem um ciclo. R e R’ só não podem ser hidrogénios, pois caracteriza-se um
aldeído.
1.2.1- Grupo CetonaS
As Cetonas são formadas pela oxidação de álcoois secundários. Um átomo de
hidrogénio (ligado ao oxigénio) é retirado e o átomo de oxigénio passa a fazer uma
ligação dupla com o carbono da cadeia.
A nomenclatura das cetonas é feita substituindo-se a terminação “O” do nome
do alcano correspondente por “ONA”, numera-se então a cadeira de maneira a dar ao
carbono carbonílico o menor número possível e usa-se este número para indicar sua
posição.
1.2.1.1- Exemplo 2:
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3-Buten-2-Ona 2,2,4-trimetilpentanona
(Isopropil-terc-butil-cetona)
Acetofenona Ciclohexanona Benzofenona
1.3- Propriedades Físicas
O grupo carbonila é um grupo apolar, portanto, os aldeídos e cetonas possuem
um ponto de ebulição maior do que dos hidrocarbonetos de mesmo peso molecular,
porém, como os aldeídos e cetonas não podem formar pontes de hidrogénios entre si,
realizando apenas interacções dipolo-dipolo o que resulta em um ponto de ebulição
menor do que os álcoois correspondentes.
Quanto a solubilidade, ambos grupos funcionais formam pontes de hidrogénio
com a água, aquelas estruturas que possuírem pequeno peso molar são totalmente
solúveis na água.
1.3.1- Tabela 1.1 – Propriedades Físicas dos Aldeídos e Cetonas
Fórmula Nome Ponto de
Fusão
(°C)
Ponto de
Ebulição
(°C)
Solubulidade
em Água
HCHO Formaldeído -92 -21 Muito Solúvel
CH3CH2CHO Propanal -81 49 Muito Solúvel
CH3COCH2CH3 Butanona -86 79,6 Muito Solúvel
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CH3CH2COCH2CH
3
3-Pentanona -42 102 Solúvel
CH3COCH2CH2CH
3
2-Pentanona -39 102 Solúvel
C6H5COCH3 Acetofenona 21 202 Insolúvel
C6H5CHO Benzaldeído -26 178 Pouco Solúvel
CH3COCH3 Acetona -95 56,1 Infinito
CH3(CH2)4CHO Hexanal -51 131 Pouco Solúvel
CH3(CH2)3CHO Pentanal -91,5 102 Pouco Solúvel
1.3.2- Acetal e Hemicetal (Cetal)
Quando se dissolve um aldeído em um álcool, um equilíbrio se estabelece entre o
aldeído e um grupo chamado hemiacetal, ele é formado por uma adição do álcool ao
grupo carbonila.
A maior parte dos hemiacetais de cadeia aberta não é estável o suficiente para
permitir o seu isolamento, porém, os hemiacetais de cadeia fechada (cíclicos), com
anéis de 5 ou 6 membros são geralmente muito mais estáveis e são açúcares.
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O mecanismo para a formação de um acetal envolve uma eliminação de água,
catalisada por ácido, seguida de uma segunda adição do álcool. Todas as etapas na
formação de um acetal a partir de um aldeído são reversíveis, quando se dissolve um
aldeído em um grande excesso de álcool anidro e se adiciona uma pequena quantidade
de ácido o equilíbrio favorecerá a formação do acetal.
Depois que o equilíbrio é estabelecido, pode-se isolar o acetal pela evaporação
do excesso deste álcool, se então o acetal for colocado em água e adicionada outra
quantidade de ácido, todas as etapas se revertem e sob as mesmas condições (excesso
de água), o equilíbrio favorece a formação do aldeído.
Apesar dos acetais e cetais cíclicos (hemiacetais) serem hidrolisados a aldeído e
cetonas em ácido aquoso, eles são estáveis em base aquosa, devido a esta propriedade
eles nos dão um método conveniente para proteger grupos de aldeídos e cetonas em
soluções básicas e reacções indesejáveis.
1.4- Reacções envolvendo Aldeídos e Cetonas
Os compostos carbonílicos são preparados por oxidação de álcoois, utilizando o
Cromo +6; Os álcoois primários oxidam para aldeídos e os álcoois secundários
oxidam para cetonas.
1.4.1- Obtenção de Aldeídos a partir de Álcoois primários
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Os aldeídos podem ser preparados por diversos métodos que envolvem a
oxidação e redução. Os álcoois primários podem ser oxidados a aldeídos, um reagente
utilizado com este propósito é o complexo formado quando o óxido crómico (CrO3)
ou o dicromato de sódio (Na2Cr2O7) reage com a piridina (C5H5N):
Pelo esquema acima, podemos ver que o Álcool é oxidado à Aldeído, e se o
processo tiver uma continuidade ele se transformará em um ácido carboxílico. Por
exemplo, a oxidação de 1-Pentanol em Pentanal:
1.4.2- Obtenção de Cetonas a partir de Álcoois Secundários
Os álcoois secundários podem ser oxidados a cetonas, em geral, a reacção para
no estado de cetonas porque uma oxidação posterior requer a quebra de uma ligação
carbono-carbono.
O reagente utilizado é a adição de CrO3 ao ácido sulfúrico, á medida que o
ácido crômico oxida o álcool á cetonas, o cromo é reduzido do estado de oxidação +6
para o estado de oxidação +3, quando isto ocorre há uma mudança de açor que
acompanha esta mudança de estado. As oxidações dos álcoois secundários dão, em
geral, cetonas de excelente rendimento.
1.5- Adição de água a Aldeídos e Cetonas
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A água, que é um nucleófilo, é capaz de atacar o grupamento carbonila dos
aldeídos e cetonas, esse processo é chamado de hidratação. O processo de hidratação
gera um composto chamado de hidrato, esta reacção é catalisada por um ácido ou por
uma base. A redacção de hidratação é reversível, o produto é um diol, duas moléculas
“OH”.
1.5.1- Hidrogenação
Se aldeídos e cetonas são resultados da oxidação de álcoois primários e
secundários respectivamente, se sofrerem um processo de hidrogenação (redução),
eles voltam aos estados anteriormente. Quando ocorre uma redução com aldeído, ao
entrar em contacto com níquel e platina ele se transforma em um álcool primário, o
mesmo ocorre com a cetonas, que originará um álcool secundário.
R CHO + H2 Pt,Ni RCH2OH
aldeído álcool primário
R1 C = O – R2 + H2 Pt,Ni RCHR - OH
Cetona álcool secundário
1.6- Aplicação na Engenharia de Alimentos
Alguns aldeídos possuem aromas importantes na indústria de alimentos e são
usados como aromatizantes:
1.6.1- Acetaldeído
O acetaldeído é usado como aromatizante de frutas, principalmente maçã, pode
ser adicionado em balas, doces e sucos artificiais.
Alguns aldeídos e cetonas também são resultantes da
decomposição de carboidratos durante a torração do
café e compreendem cerca de 0,04% do café torrado, como a 2-Butanona e 3-metil-
butanal.
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Alguns destes aldeídos são encontrados em grande quantidade no café torrado
fresco, mas são perdidos durante a estocagem pelas reações de volatização e oxidação.
1.6.2- Acetona “SOJA”
A acetona (Propanona) se apresenta como um líquido de odor irritante e se
dissolve tanto em água como em solventes orgânicos, na
indústria alimentícia possui uma importante utilização:
extracção de óleos e gorduras de semente de plantas, que em geral, são a soja, girassol
e amendoim.
1.7- Malonaldeído
Há poucas dúvidas que o Malonaldeído, um produto secundário da oxidação de
um lipídeo seja tóxico as células do corpo, este aldeído por ser
formado dentro do alimento ou já vir em sua composição química,
acredita-se que o mesmo é cancerígeno, a maior parte destes produtos
da oxidação têm chamado a atenção da comunidade científica com
sua provável relação na incidência de câncer.
A oxidação lipídica é associada as carnes e o sal é utilizado como um
catalisador desta oxidação aumentando a quantidade de ácido tiobarbiturico (TBA) e
diminuindo a cor dos alimentos.
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2- Conclusão:
Com base nos estudos feitos concluímos que, os aldeídos mais simples são
solúveis em meio aquoso, pois podem estabelecer ligações de hidrogénio com as
moléculas da água. As cetonas possuem dois radicais hidrocarbonetos ligados entre si
pelo grupo carbonila. As cetonas mais simples como a propanona e a butanona são
líquidas em condições ambientes. Porém, com o aumento da cadeia carbónica a
solubilidade diminui progressivamente até conforme o tamanho da cadeia carbónica
tornam-se insolúveis. É importante a conversão do grupo acilo num grupo alquilo. Ela
pode realizar-se pela redução de Clemensen (amálgama de zinco e ácido clorídrico
concentrado), ou pela redução de Wolff-Kishner (hidrazina e base). Por exemplo: Em
geral, os grupos alquilo da cadeia não ramificada mais altas do que a do etilo não se
podem ligar, com bom rendimento, a um anel aromático por alquilação de Friedel-
Crafts, visto estarem sujeitos a rearranjos. A inserção desses grupos pode se fazer,
facilmente, no entanto, em duas operações: 1) formação de umas cetonas por acilação
de Friedel-Crafts (ou através da reacção de composto organocúprico com um cloreto
de acilo e 2) redução das cetonas pelos métodos de Clemensen ou de Wolff-Kishner.
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3- Referências Bibliografia:
- Livros
T. W. Graham Solomons, Química Orgânica Vol. 2, LTC, Rio de Janeiro, 1983.
K. Peter C. Vollardt, Quimica Orgânica, Bookman, Porto Alegre, 2004.
-Sites
www.unb.br/iq/litmo/disciplinas/QOF/Alde%EDdos%20e%20Cetonas.ppt
www.fisica.net/quimica/resumo31.htm
http://www2.ufp.pt/~pedros/qo2000/aldeidos.htm
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