Ketone

Ein Keton ist eine organische Verbindung, die eine Carbonylgruppe – eine Kohlenstoff-Sauerstoff-Doppelbindung – aufweist, die an zwei kohlenstoffhaltige Gruppen gebunden ist, oft als R und R' bezeichnet. Das einfachste Keton ist Aceton, bei dem beide Gruppen Methylgruppen sind. Viele Ketone spielen eine bedeutende Rolle in der Biologie und Industrie, darunter bestimmte Zucker (Ketosen), Steroide wie Testosteron und das Lösungsmittel Aceton.

Der Begriff „Keton“ leitet sich von Aketon ab, einem alten deutschen Wort für Aceton. In der IUPAC-Nomenklatur wird bei Ketonnamen die Endung -an des Stammalkans durch -anon ersetzt, wobei eine Zahl oft die Position der Carbonylgruppe angibt. Allerdings werden gebräuchliche, nicht systematische Namen wie Aceton und Benzophenon als IUPAC-Namen beibehalten. Alternativ können Ketone benannt werden, indem die beiden an die Carbonylgruppe gebundenen Alkylgruppen aufgelistet werden, gefolgt von „Keton“ – traditionell in der Reihenfolge zunehmender Komplexität, aber die IUPAC-Regeln schreiben nun die alphabetische Reihenfolge vor. Sind die Alkylgruppen identisch, wird die Vorsilbe „Di-“ verwendet. Die Positionen von Substituenten werden durch griechische Buchstaben angegeben, wobei das α-Kohlenstoffatom benachbart zur Carbonylgruppe ist. Die Vorsilbe „Oxo“ wird verwendet, wenn die Keton-Gruppe nicht die höchste Priorität hat, während „Keto“ in biochemischen Zusammenhängen vorkommt.

Das Kohlenstoffatom des Ketons ist typischerweise sp²-hybridisiert, was eine trigonal-planare Geometrie um es herum mit Bindungswinkeln nahe 120° ergibt. Ketone unterscheiden sich von Aldehyden, bei denen die Carbonylgruppe an ein Kohlenstoff- und ein Wasserstoffatom am Ende einer Kette gebunden ist, sowie von anderen Carbonylgruppen wie denen in Carbonsäuren, Estern und Amiden. Die Carbonylgruppe ist aufgrund der höheren Elektronegativität des Sauerstoffs polar, was Ketone am Sauerstoff nucleophil und am Kohlenstoff elektrophil macht. Sie können Wasserstoffbrückenbindungen mit Wasser eingehen, was die Löslichkeit im Vergleich zu verwandten Methylenverbindungen erhöht, aber sie können keine Wasserstoffbrückenbindungen untereinander ausbilden. Dieses Fehlen einer Selbstassoziation macht Ketone flüchtiger als Alkohole oder Carbonsäuren mit ähnlichem Molekulargewicht, was zu ihrer Verwendung in der Parfümerie und als Lösungsmittel beiträgt.

Ketone werden nach ihren Substituenten klassifiziert: symmetrisch (z. B. Aceton, Benzophenon) oder unsymmetrisch (z. B. Acetophenon). Diketone umfassen Diacetyl, das früher als Butteraroma verwendet wurde, und Acetylaceton, das hauptsächlich als Enol vorliegt und dessen Enolat ein häufiger Ligand in der Koordinationschemie ist. Ungesättigte Ketone enthalten Alken- oder Alkin-Einheiten, wie z. B. Methylvinylketon, eine α,β-ungesättigte Carbonylverbindung. Zyklische Ketone reichen von Cyclopropanon bis zu größeren Ringen; Cyclohexanon ist ein Schlüsselprodukt bei der Nylonherstellung, Isophoron ist ein Polymer-Vorläufer und Muscon ist ein tierisches Pheromon.

Anders als Aldehyde besitzen Ketone kein Wasserstoffatom am Carbonylkohlenstoff, was sie resistent gegen Oxidation macht, es sei denn, starke Oxidationsmittel spalten Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen. In der Spektroskopie zeigen Ketone eine starke Infrarotabsorption nahe 1750 cm⁻¹ aufgrund der Carbonylstreckschwingung, mit niedrigerer Energie bei Aryl- oder ungesättigten Ketonen. Während die ¹H-NMR-Spektroskopie zur Identifizierung von Ketonen nicht nützlich ist, zeigen ¹³C-NMR-Spektren Signale nahe 200 ppm, die jedoch schwach und Aldehydsignalen ähnlich sind, sodass zur Unterscheidung mehrere Resonanzexperimente erforderlich sind.