Laboratorio di chimica in casa/Acetone

L'acetone (IUPAC: propanone o propan-2-one) è un liquido trasparente, volatile, miscibile con l'acqua in ogni proporzione, dall'odore caratteristico (simile a quello della benzina ma più floreale e molto penetrante). Dal punto di vista chimico è il più semplice dei chetoni e non contiene altri gruppi funzionali (ad eccezione dei due metili che costituiscono i carboni 1 e 3 della catena idrocarburica del propano). La sua tossicità (sia a breve termine che cronica) è molto bassa; tuttavia il composto può causare secchezza della pelle e grave irritazione oculare se spruzzato negli occhi. I suoi vapori, ad alte concentrazione, possono provocare alterazioni momentanee del sistema nervoso centrale (provocando sonnolenza, vertigini e sintomi simili) e sono altamente infiammabili.
Viene venduto come solvente per vernici nei negozi di bricolage o in ferramenta.

Proprietà

L'acetone è una molecola elettricamente neutra, che in acqua si scioglie rimanendo indissociata. Essa dispone tuttavia possiede un atomo di ossigeno che presenta un pronunciato dipolo negativo (in modo analogo all'ossigeno dell'acqua), il che la rende una molecola polare, con deboli proprietà di base di Lewis (in acqua tuttavia non dissocia OH^-). Ciò le permette di essere solubile sia in acqua che in alcol ed altri solventi debolmente polari come benzina, toluene, etere e cloroformio e di sciogliere diversi sali (specialmente alogenuri di metalli di transizione) quali CuCl₂, AlCl₃, FeCl₃, idrossidi di metalli alcalini e sali di ammonio. Non è invece in grado di sciogliere la maggior parte dei sali di metalli alcalini ed alcalino-terrosi, i solfati ed i fosfati.

In soluzione acquosa essa instaura due tipi di reazione in equilibrio: l'idratazione per formare un diolo geminale e la tautomeria con il rispettivo enolo. A seconda del tipo di urto che subisce da una molecola di acqua, uno ione idronio o uno ione idrossido, essa può trasformarsi nelle specie chimiche enunciate prima.

Tautomeria cheto-enolica spontanea

Tautomeria cheto-enolica catalizzata da una base

La reazione di idratazione non ha alcun ruolo significativo, mentre la tautomeria cheto-enolica è uno step fondamentale in molte reazioni. In entrambi i casi tuttavia si può notare che gli attacchi nucleofili alla molecola avvengono o colpendo il carbonio carbonilico (il quale ha un leggero dipolo positivo) oppure tramite un urto efficace di una base molto forte con uno degli idrogeni debolmente acidi.

Purificazione

L'acetone commerciale può contenere grandi quantità di acqua disciolta, specialmente quello usato per la rimozione dello smalto dalle unghie pitturate, il quale contiene anche profumi, tensioattivi e coloranti.
Dal diluente per vernici può essere rimossa l'acqua disciolta anidrificando l'acetone con Na₂SO₄. MgSO₄, CaCl₂ ecc. Mentre l'acetone per unghie può essere purificato per distillazione (acetone T_eb 56 °C) seguita da anidrificazione con i sali menzionati prima.

Sintesi

L'acetone può essere sintetizzato in maniera molto semplice riscaldando dell'acetato di calcio ad alta temperatura. La reazione decompone il sale per dare carbonato di calcio ed acetone:

Ca(CH₃CO₂)₂ ${\xrightarrow {\Delta \;T}}$ CaCO₃ + (CH₃)₂CO↑

L'acetone è anche un prodotto della fermentazione anaerobica dato da alcuni batteri del genere penicillum.

Reazioni

L'acetone, essendo economico, poco tossico e facilmente reperibile viene usato estensivamente come solvente e come precursore di diversi composti chimici:

Reazione all'aloformio

Una delle reazioni più importanti e semplici da realizzare con l'acetone è la reazione dell'aloformio, in cui il chetone reagisce con 6 equivalenti di un ipoalogenito (ipoclorito, ipobromito, ipoiodito) per dare un equivalente di acetato ed un equivalente del rispettivo aloformio (cloroformio, bromoformio, iodoformio).
Di seguito viene bilanciata la reazione fra ipoclorito di sodio (candeggina) ed acetone:

(CH₃)₂CO + 6 NaClO → CHCl_3(l)↓ + NaCH₃CO₂ + 2 NaOH + 3 NaCl

Il cloroformio, immiscibile in acqua, compare come una sospensione nebulosa bianca che si deposita sul fondo sotto forma di olio trasparente, mentre l'acetato, il cloruro e l'idrossido di sodio rimangono in soluzione.

Formazione di chetimmine

I chetoni reagiscono con le ammine primarie (R-NH₂) per dare chetimmine. Un esempio è la reazione fra acetone e Anilina in ambiente acido:

Condensazione aldolica

Essendo un composto carbonilico (cioè dotato di un gruppo >C=O) con almeno un idrogeno in posizione α (cioè legato al carbonio adiacente al chetone) esso può legarsi con un altro composto carbonilico come un'aldeide, un altro chetone o una molecola di sé stesso per dare un aldolo oppure un alchene (a seconda delle condizioni di reazione).

Catalisi basica	Catalisi Acida

Data la molteplicità di prodotti ottenibili, questa reazione è spesso di difficile utilizzo in laboratorio ma da la possibilità di ottenere un gran numero di composti diversi da un piccolo numero di precursori cambiando semplicemente catalizzatore e condizioni di reazione.
Di seguito viene illustrata la condensazione aldolica fra due molecole di acetone, a dare diacetone alcol (l'aldolo) che in seguito può essere disidratato ad ossido di mesitile.

In realtà la reazione può dare una grande quantità di sottoprodotti, in concentrazioni diverse, a seconda delle condizioni di reazione. Fra le varie reazioni che possono avvenire durante l'autocondensazione dell'acetone vi sono:

• Formazione di aldoli semplici (esempio di prima)
• Condensazione degli aldoli per dare doppi legami (esempio di prima)
• Polimerizzazione degli aldoli (sia i prodotti che i reagenti contengono un gruppo C=O in grado di reagire con un altro gruppo C=O per allungare sempre di più la catena)
• Addizione di Michael ad un doppio legame (vedere la sintesi dell'isoforone)
• Reazioni intramolecolari di ciclizzazione (vedere la sintesi del mesitilene o dell'isoforone) quali:
  • Annulazione di Robinson (in ambiente basico)
  • Ciclizzazione di Nazarov (in ambiente acido)
• Reazione di Diels-Alder fra prodotti di condensazione che contengono due doppi legami distanti un carbonio dall'altro.

Qui ne sono riportati alcuni:

Formazione di acetali

Un'altra reazione dei composti carbonilici è la condensazione con una o più molecole di alcol per dare i rispettivi emiacetali ed acetali. In particolare, gli acetali dell'acetone vengono usati come gruppi protettivi per i dioli vicinali (R-CH(OH)-CH(OH)-R) e prendono il nome di "gruppi acetonidi".