Cetonas

As cetonas são compostos orgânicos que possuem um grupo carbonila (C=O) ligado a dois átomos de carbono. Elas são encontradas naturalmente em diversas substâncias, incluindo hormônios e feromônios, e são produzidas através de processos metabólicos no organismo. Por exemplo, a acetona, uma das cetonas mais simples, é um subproduto do metabolismo das gorduras e pode ser encontrada em pequenas quantidades no corpo humano. Além disso, elas se destacam na indústria, sendo amplamente utilizadas como solventes em produtos de limpeza, em tintas e em removedores de esmalte, devido à sua capacidade de dissolver uma grande variedade de substâncias.

Leia também: Álcoois — compostos orgânicos que possuem um grupo funcional hidroxila (-OH) ligado a um ou mais carbonos saturados

Tópicos deste artigo

• 1 - Resumo sobre cetonas
• 2 - O que são cetonas?
• 3 - Propriedades das cetonas
• 4 - Classificação das cetonas
  • → Classificação das cetonas quanto aos grupos ligados à carbonila
  • → Classificação das cetonas quanto à disposição das cadeias dos radicais
• 5 - Nomenclatura das cetonas
  • 1. Identificação da cadeia principal (quando a cadeia é ramificada)
  • 2. Numeração da cadeia
  • 3. Nome da cadeia principal
  • 4. Sufixo “-ona”
  • 5. Indicação da posição da carbonila
  • 6. Radicais e grupos substituintes
• 6 - Obtenção das cetonas
  • → Obtenção das cetonas por oxidação de álcool secundário
  • → Obtenção das cetonas por acilação de Friedel-Crafts
• 7 - Aplicação das cetonas
• 8 - Risco das cetonas
• 9 - Cetonas x aldeídos
• 10 - Exercícios resolvidos sobre cetonas

Resumo sobre cetonas

• Cetonas são um grupo de compostos orgânicos com um grupo funcional carbonila (C=O) ligado a dois átomos de carbono.

• A fórmula geral das cetonas é R1-CO-R2, na qual R1 e R2 são grupos alquila ou arila.

• Exemplos comuns incluem a acetona (CH₃COCH₃) e a metiletilcetona (CH₃COC₂H₅).

• As propriedades das cetonas incluem alta inflamabilidade e solubilidade em solventes orgânicos.

• São usadas na indústria de cosméticos, na indústria farmacêutica, na produção de plásticos e como solventes.

• Podem ser encontradas naturalmente nas frutas, nas plantas e no metabolismo humano.

• As cetonas são produzidas sinteticamente por oxidação de alcanos e por reações de Friedel-Crafts.

• Os riscos das cetonas à saúde incluem irritação respiratória e irritação da pele, além de potencial toxicidade hepática e renal.

• Apresentam impacto ambiental se não descartadas adequadamente, podendo contaminar a água e o ar.

O que são cetonas?

As cetonas são uma classe de compostos orgânicos caracterizados pela presença de um grupo funcional carbonila (C=O) ligado a dois grupos alquila “R” (cadeias de carbono e hidrogênio) ou arila “R`” (anéis aromáticos). Em outras palavras, são moléculas que contêm uma carbonila entre outros dois átomos de carbono (RCOR`), conforme dispõe a representação genérica abaixo:

Propriedades das cetonas

No que tange às propriedades das cetonas, podemos destacar as que ajudam a distingui-las de outros compostos carbonilados, bem como as que conferem características intrínsecas deste grupo funcional, como:

• Polaridade: São compostos polares devido ao grupo carbonila, que tem uma distribuição desigual de carga elétrica. Essa polaridade faz com que elas tenham interações dipolo-dipolo mais fortes comparadas aos compostos apolares de massa molecular semelhante.

• Solubilidade: As cetonas menores são solúveis em água devido à sua polaridade, mas a solubilidade diminui à medida que as cadeias carbônicas aumentam.

• Ponto de ebulição: Possuem pontos de ebulição mais altos do que os alcanos de peso molecular similar, mas geralmente mais baixos do que os álcoois. Por exemplo, a acetona (propanona) tem um ponto de ebulição de cerca de 56°C, enquanto o propano tem um ponto de ebulição de -42°C.

• Odor: Muitas cetonas têm odores distintos e agradáveis. A acetona, por exemplo, tem um cheiro doce e frutado, e a framboesa-cetona contribui para o aroma característico de framboesas.

• Reatividade química: O grupo carbonila (C=O) é altamente reativo. Essa reatividade permite que as cetonas participem de diversas reações químicas, e um exemplo disso é que elas podem ser reduzidas a álcoois secundários ou reagir com nucleófilos para formar cetais.

Classificação das cetonas

As cetonas podem ser classificadas de várias maneiras, principalmente com base na estrutura dos grupos que estão ligados à carbonila (C=O). Sendo assim, conforme dispõe as regras da Iupac (União Internacional de Química Pura e Aplicada), temos a seguinte classificação:

→ Classificação das cetonas quanto aos grupos ligados à carbonila

• Cetonas alifáticas: Têm somente grupos alquila ligados à carbonila, ou seja, não possui o anel aromático (benzeno). Além disso, elas podem ser lineares ou ramificadas, mas não cíclicas. Exemplo: acetona (propanona)​.

• Cetonas aromáticas: Possuem pelo menos um grupo arila (Ar) ligado à carbonila, ou seja, um radical aromático. Exemplo: acetofenona.

Importante: Nesse caso, se tiver somente um grupo aromático como radical, como no exemplo acima, ela poderá ser classificada também como mista, conforme será explicado a seguir.

• Cetonas mistas: Os grupos ligados ao grupo carbonila são diferentes. Exemplo: propiofenona (um grupo arila e um grupo alquil​a).

→ Classificação das cetonas quanto à disposição das cadeias dos radicais

• Cetonas alicíclicas: A carbonila está ligada a átomos de carbono que fazem parte de um anel alicíclico, ou seja, um anel de átomos de carbono que não contém átomos de outros elementos e não é aromático. Exemplo: ciclopentanona.

• Cetonas simétricas: Ambos os grupos ligados ao grupo carbonila são iguais. Caso contrário, será assimétrica. Exemplo: propan-3-ona (dois grupos etila -CH₂CH₃).

Nomenclatura das cetonas

Embora algumas cetonas tenham nomes triviais, como a acetona, a nomenclatura desse grupo segue regras específicas estabelecidas pela Iupac para garantir que o nome de cada composto químico seja único e descreva claramente sua estrutura. Diante disso, devemos seguir alguns passos para nomeá-las de forma sistemática:

1. Identificação da cadeia principal (quando a cadeia é ramificada)

Primeiro, identifique a cadeia carbônica mais longa que contém o grupo carbonila (C=O). Essa será a cadeia principal. Caso a cadeia não seja ramificada, pule esta etapa. Exemplo:

2. Numeração da cadeia

Numere os átomos de carbono da cadeia principal, começando pelo extremo mais próximo do grupo carbonila. Além disso, o carbono do grupo carbonila deve ter o menor número possível.

3. Nome da cadeia principal

Determine o nome da cadeia principal baseada no número de carbonos, usando os prefixos usuais.

No nosso exemplo, temos cinco átomos de carbono, portanto, o prefixo será “pent”. Além disso, como a cadeia principal apresenta apenas saturações (ligações simples), acrescenta-se o infixo “an”, ficando: “pentan”.

4. Sufixo “-ona”

Substitua o sufixo “-o” do alcano correspondente pelo sufixo “-ona” para indicar a presença do grupo carbonila. Por exemplo, caso fosse um alcano, o nome seria “pentano”, mas nesse caso fica “pentanona”;

5. Indicação da posição da carbonila

Depois, indique a posição do grupo carbonila na cadeia principal, colocando um número entre o nome da cadeia e o sufixo “-ona”. Este número corresponde ao carbono da cadeia principal ao qual o grupo carbonila está ligado.

6. Radicais e grupos substituintes

Se houver grupos ou radicais substituintes ligados à cadeia principal, nomeie-os e indique suas posições com números apropriados. Exemplo:

Nesse caso, a cadeia principal possui 8 átomos de carbono. Sabendo disso, devemos numerá-la e fazer a identificação dos grupos substituintes.

Ao escrever o nome do composto, devemos lembrar que os substituintes seguem em ordem alfabética. Diante disso, temos:

5-etil-7-metil-octan-3-ona

Obtenção das cetonas

A obtenção de cetonas pode ser realizada através de vários métodos tanto em laboratório quanto na indústria. Contudo, neste tópico, iremos falar apenas dos dois principais, os quais são a oxidação de álcool secundário e a acilação de Friedel-Crafts. Em vista disso, veja a seguir como cada deles ocorre:

→ Obtenção das cetonas por oxidação de álcool secundário

Este é um dos métodos mais comuns, visto que a oxidação de álcoois secundários leva à formação de cetonas, conforme dispõe a seguinte equação geral:

R₂CHOH → RCOR + H₂O

Nessa reação o reagente oxidante comumente usado inclui permanganato de potássio (KMnO₄​) e o dicromato de sódio (Na₂Cr_2​O₇​).

• Exemplo:

Produção de propanona a partir do álcool propan-2-ol.

→ Obtenção das cetonas por acilação de Friedel-Crafts

A reação de acilação de Friedel-Crafts é usada para sintetizar cetonas aromáticas. Nesse sentido, um cloreto de acila reage com um composto aromático na presença de um catalisador ácido de Lewis (geralmente cloreto de alumínio, AlCl₃​).

• Exemplo:

Produção de acetofenona a partir de benzeno e cloreto de acetila.

C₆H₆ + CH₃COCl → C₆H₅COCH₃ + HCl

Aplicação das cetonas

Quanto às aplicações, as cetonas são utilizadas em diversas indústrias, desde a farmacêutica até a de cosméticos, passando por plásticos e solventes e por alimentos e bebidas.

As cetonas são excelentes solventes para muitas substâncias orgânicas e são amplamente usadas em processos industriais. Um grande exemplo disso é a acetona, utilizada para dissolver plásticos e fibras sintéticas, remover esmalte de unhas e limpar equipamentos de laboratório.

Além disso, são reagentes úteis em sínteses orgânicas, como reações de adição nucleofílica, oxidações e reduções. Acrescenta-se, ainda, que, devido às suas propriedades solventes, elas também são usadas em produtos de limpeza para remover gorduras, óleos e outros resíduos. Como exemplo disso, temos a metiletilcetona, usada em limpadores industriais para limpar superfícies metálicas e outros materiais.

Outras aplicações incluem o fato de que são usadas na fabricação de polímeros e de plásticos devido à sua capacidade de dissolver certos tipos de materiais e de participar de reações químicas que formam polímeros. Ademais, são úteis como intermediários ou componentes ativos na síntese de medicamentos, como por exemplo, a progesterona, utilizada na produção de hormônios e de esteroides. Por fim, também são usadas no setor de cosméticos e no setor alimentício. Nesses dois últimos casos, temos a acetofenona, usada em perfumes e em colônias, além de, também, poder ser aplicada como aromatizante em alimentos e em bebidas.

Risco das cetonas

Apesar de suas inúmeras aplicações, as cetonas também apresentam alguns riscos à saúde e ao meio ambiente. Por isso, é importante estar ciente desses riscos para manuseá-las e usá-las com segurança. Pensando nisso, destacamos alguns pontos a serem considerados:

• Inflamabilidade: Muitas cetonas são altamente inflamáveis e podem formar misturas explosivas com o ar. Por exemplo, a acetona tem um ponto de fulgor baixo (-20°C), o que significa que pode pegar fogo facilmente à temperatura ambiente. De forma semelhante, a metiletilcetona também é inflamável e pode formar vapores que são explosivos quando misturados com o ar.

• Exposição: Podem causar diversos problemas de saúde, especialmente quando inaladas, ingeridas ou colocadas em contato com a pele. A inalação prolongada dos vapores de cetonas como a acetona e a metiletilcetona pode causar irritação nos olhos, no nariz e na garganta, além de tonturas, de dor de cabeça e de náusea. O contato com a pele pode resultar em irritação e em ressecamento, enquanto a ingestão pode levar à dor abdominal, à náusea, ao vômito e, em casos graves, a danos ao fígado e aos rins.

• Impacto ambiental: Podem contaminar fontes de água se despejadas inadequadamente, afetando a vida aquática. Além disso, a evaporação dessas substâncias no ar pode contribuir para a poluição atmosférica e para a formação de ozônio troposférico, que é prejudicial à saúde humana e ao meio ambiente.

Cetonas x aldeídos

Cetonas e aldeídos são duas diferentes classes de compostos orgânicos que compartilham algumas características em comum, como a presença da carbonila (C=O). Contudo, a diferença fundamental entre elas está na posição do grupo funcional. Enquanto, nas cetonas, a carbonila está ligada a dois grupos alquila ou arila, ou seja, está situada no meio da cadeia carbônica, nos aldeídos, ela está ligada a pelo menos um átomo de hidrogênio, ou seja, está na extremidade da cadeia carbônica. Nesse contexto, para uma melhor compreensão das diferenças e das semelhanças entre esses dois grupos, organizamos, no quadro abaixo, algumas informações sobre as principais características deles:

Portanto, nota-se que as cetonas e os aldeídos possuem propriedades parecidas, como polaridade e participação em reações químicas. No entanto, a diferença estrutural influencia suas reatividades e suas propriedades físicas, com aldeídos sendo mais reativos e geralmente possuindo pontos de ebulição mais baixos do que cetonas de massas moleculares semelhantes.

Exercícios resolvidos sobre cetonas

Questão 1

(UFPR) O aroma das flores é uma combinação de diversas substâncias orgânicas voláteis. Para cada flor, uma combinação específica de substâncias voláteis determina o aroma característico. A seguir, estão apresentadas algumas substâncias orgânicas presentes no aroma de algumas flores comuns.

(Fonte: http://www.compoundchem.com. Acessado em 25/07/2017.)

A função cetona está presente nas substâncias que compõem o aroma de:

A) cravos apenas.

B) jacintos e lírios.

C) violetas e rosas.

D) rosas e lírios.

E) cravos, jacintos, lírios, violetas e rosas.

Resolução:

Alternativa C.

Primeiro, devemos lembrar que as cetonas são caracterizadas pela presença de uma carbonila (C=O) entre dois carbonos. Posto isso, ao analisarmos os compostos apresentados, somente o α-lonona e o β-Damascenona, correspondentes aos aromas de violetas e de rosas, respectivamente, possuem o grupamento carbonila e especificamente entre carbonos.

Questão 2

(Fatec) Na indústria de alimentos, sua aplicação mais importante relaciona-se à extração de óleos e gorduras de sementes, como soja, amendoim e girassol. À temperatura ambiente, é um líquido que apresenta odor agradável, e muito utilizado como solvente de tintas, vernizes e esmaltes. Trata-se da cetona mais simples.

O nome oficial e a fórmula molecular da substância descrita pelo texto acima são, respectivamente:

A) butanal e C₄H₈O

B) butanona e C₄H₇OH

C) etanona e C₂H₄O

D) propanal e C₃H₆O

E) propanona e C₃H₆O

Resolução:

Alternativa E.

O texto menciona que a substância em questão se trata da cetona mais simples. Com base nisso, devemos lembrar que uma cetona deve ter no mínimo três carbonos, já que a carbonila fica localizada entre dois átomos de carbono. Logo, para três carbonos, o prefixo do nome deve ser “prop-”, nos permitindo eliminar as alternativas A, B e C. Além disso, por se tratar de uma cetona, o nome da substância tem que ter “ona” no final, e assim também eliminamos a alternativa D. Por fim, temos a nossa resposta: a propanona com fórmula molecular C₃H₆O.

Fontes

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