유기화학-작용기(Ketone)

케톤(Ketone(C=O))

일반식 RCOR' 로 나타내는 화합물을 말합니다. R, R'가 알킬기인 것을 지방족 케톤, R, R'의 한쪽 또는 양쪽이 아릴기인 것을 방향족 케톤이라고 합니다. R, R'가 헤테로 고리를 포함한 것도 있으며, 또 R과 R'가 결합해서 ＞C＝O기가 고리 안에 포함되는 고리 모양 케톤도 있습니다. R과 R'가 동일기인 경우를 단일 케톤, R과 R'가 다른 경우를 혼성 케톤이라고 해서 구별하는 일이 있지만, 화학적 성질에는 차이가 없습니다. 알파 위치에 있는 탄소에 연결된 수소는 다른 유기물질에 비해 산성을 띱니다. 공명 구조에 의한 안정화가 일어나기 때문입니다. 휘발성과 인화성이 있는 자극성의 물질로, 훌륭한 용매이기도 합니다. 프로판온(아세톤)은 그 중에서도 유명하다. 아세톤은 무색의 독특한 냄새가 나는 휘발성 액체로, 고무나 합성 수지를 잘 녹이므로 유기 용매로 많이 사용됩니다. 무기화학에서도 일산화탄소(CO) 화합물을 카르보닐 화합물이라고 부릅니다. 카르보닐 화합물은 일산화탄소가 금속 원자에 배위된 형태로 존재하는 화합물을 뜻합니다. 탄수화물에서 단당류의 일부는 환원기(=O)가 여러 개 붙은 케톤이며, 이것들을 묶어서 케토스(Ketose)라고 분류합니다. 과당과 타가토스가 여기에 속합니다.

 

케톤의 구조 및 성질

카보닐 탄소는 sp2 혼성화되어 있으며, 삼각 평면 구조입니다. 양쪽에 결합한 탄소들과 약 120°의 결합각을 이룹니다. 카보닐 산소의 전기음성도가 탄소보다 크기 때문에 케톤은 극성 화합물입니다. 산소에서 부분 음전하를 띠고, 탄소에서 부분 양전하를 띱니다. 분자간 쌍극자-쌍극자 상호작용으로 인해 비슷한 분자량의 탄화수소, 에터보다 끓는점이 높다. 하지만 분자간 수소 결합은 형성할 수 없어서 알코올과 카복실산보다는 끓는점이 낮고, 휘발성이 큽니다. 물과 수소 결합을 형성할 수 있어서 비교적 물에 잘 녹습니다. 케톤은 일반적인 알케인보다 높은 산성도를 갖습니다. 탈양성자 반응 후 형성되는 짝염기의 안정성 때문입니다. 케톤에서 탈양성자 반응이 진행될 경우 엔올 음이온이 만들어지고, 이 음이온의 음전하는 탄소 및 전기음성도가 큰 카보닐 산소에 공유되면서 보다 안정해집니다.

 

명명법

IUPAC 명명법

(C=O)를 포함한 가장 긴 사슬을 모체로 정하고, 알케인의 접미사를 '-one'으로 변경하여 이름 붙입니다. 카보닐기의 위치는 숫자로 표시하되, 낮은 번호가 되도록 합니다. ex) CH3-CO-C2H5 butan-2-one

고리형 케톤의 경우 번호는 언제나 카보닐 탄소로부터 시작하며, 이때 숫자 1은 이름에서 생략합니다.

 

관용명

카보닐 탄소에 결합한 두 알킬기를 먼저 명명한뒤, 케톤이라는 단어를 붙여서 명명합니다. 알킬기의 이름은 알파벳 순서로 정렬합니다.

ex) CH3-CO-C2H5 butan-2-one 관용명: ethyl methyl ketone

매우 자주 쓰이는 케톤의 경우에는 명명법과 상관없는 이름을 사용하기도 합니다. ex) 아세톤, 아세토페논, 벤조페논

 

케톤의 환원반응

케톤을 환원시키면 2차 알코올이 얻어집니다. 환원제로 리튬알루미늄하이드라이드(LiAlH4)를 쓸 때와 나트륨 보로하이드라이드(NaBH4)를 쓸 때 수율이 다르기는 하지만, 얻어지는 주산물은 모두 2차 알코올이 됩니다. 케톤은 환원시킬 수 있는 것과 달리 매우 강한 과망가니즈산칼륨과 같은 산화제를 써도 산화시킬 수 없습니다.

 

케톤의 제법

케톤은 2차 알코올을 산화시키거나 알카인에 물을 첨가하는 등의 방법으로 만들 수 있습니다.