ปฏิกิริยาเคมี
อัลดีไฮด์ และคีโทน เป็นสารประพกอบที่ว่องไวต่อปฏิกิริยามาก เกิดปฏิกิริยาได้หลายประเภท
คาร์บอนของหมู่คาร์บอนิลที่มีความเป็นบวกเล็กน้อย จึงเกิดปฏิกิริยาการเติมนิวคลีโอไฟล์ ออกซิเจนของ
หมู่คาร์บอนิลมีความเป็นลบเล็กน้อยจึงสามารถเกิดปฏิกิริยากับกรดโดยการเติมโปรตอน (PROTONATION)
ได้ ส่วนไฮโดรเจนที่ตำแหน่งอัลฟ่า มีความเป็นกรดเล็กน้อย ปฏิกิริยาเคมีของอัลดีไฮด์และคีโทนที่สำคัญมีดังนี้
1.ปฏิกิริยาการเติมที่หมู่คาร์บอนิล
พันธะคู่ของคาร์บอนและออกซิเจนในหมู่คาร์บอนิลเป็นพันธะที่มีขั่ว ดังนั้นรีเอเจนต์ที่เป็นอิเล็กโทรไฟล์จึงเข้าทำ
ปฏิกิริยาที่ออกซิเจนในขณะที่นิวคลีโอไฟล์เข้าทำปฏิกิริยาที่คาร์บอน ในปฏิกิริยาการเติมรีเอเจนต์ที่ไม่สมมาตร
ผลผลิตที่ได้จะเกิดจากการเกิดพันธะระหว่างออกซิเจนกับหมู่ที่เป็นบวก และระหว่างคาร์บอนกับหมู่ที่เป็นลบ
ดังแสดงในแผนผังข้างนี้ซึ่งเป็นปฏิกิริยาการเติมรีอเเจนต์ต่างๆ กลไกของปฏิกิริยาการเติมที่หมู่คาร์บอนิลนี้
อาจเกิดได้ 2 วิธี คือ
ก. ปฏิกิริยาการเติมน้ำ
เมื่อสารประกอบคาร์บอนิลละลายน้ำ โมเลกุลของน้ำจะเติมลงไปที่พันธะคู่ของหมู่คาร์บอนิล เกิดไฮเดรตของ
อัลดีไฮด์หรือคีโทนเรียกว่า เจม-ไดออล โดยทั่งไปไฮเดรตจะเสถียรเมื่อมีน้ำอยู่ในปริมาณมากเท่านั้น และจะกลับ
ไปเป็นสารประกอบคาร์บอนิลเมื่อทำการกลั่น หรือเกิดปฏิกิริยาการขจัดน้ำ นอกจากนี้เสถียรภาพของไฮเดรตยัง
ขึ้นอยู่กับหมู่ที่ติดอยู่กับหมู่คาร์บอนิล ฟอร์มาลดีไฮด์และอะซีทาลดีไฮด์ในน้ำจะเปลี่ยนไปเป็นไฮเดรตเกือบทั้งหมด
ในขณะที่อะลเฟติกคีโทนเกิดไฮเดรตน้อย ไฮเดรตที่เสถียรและเป็นที่รู้จักดีตัวหนึ่งคือ คลอราลไฮเดรต ซึ่งเป็น
ของแข็ง คลอราลไฮเดรตเป็นสารที่มีฤทธิ์ทำให้เกิดการมึนเมา ใช้เป็นส่วนประกอบอย่างหนึ่งของยาเสพติดบางชนิด
ข. ปฏิกิริยาการเติมแอลกอฮอล์
เมื่ออัลดีไฮ และคีโทนเกิดปฏิกิริยาการเติมแอลกอฮอล์ 1 โมลจะได้ เฮมีอะซีทาล หรือ เฮมิคีทาล ตามลำดับ เมื่อ
มีกรดที่ปราศจากน้ำเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาจะอยู่ในสภาวะสมดุลอย่างรวดเร็ว โดยทั่วไปแล้ว เฮมิอะซีทาลและเฮมิคีทาล
มักจะมีเสถียรภาพไม่สูงพอที่จะแยกออกมาจากปฏิกิริยาได้ อัลดีไฮด์หรือคีโทนที่มีหมู่ไฮดรอกซิลอยู่ในโมเลกุล
ก็สามารถเกิดเฮมิอะซีทาล และเฮมิคีทาลที่เป็นวงได้ โดยการเกิดปฏิกิริยาภายในโมเลกุลระหว่างหมู่ -OH และ
ปฏิกิริยานี้มีความสำคัญในเรื่องของโครงสร้างของมอนอแซกคาไรด์ ในกรณีที่ใช้แอลกอฮอล์ปริมาณมากเกินพอ
ทำปฏิกิริยากับอัลดีไฮด์ และคีโทน เมื่อมีกรดเป็นตัวเร่ง เฮมิอะซีทาลและเฮมิคีทาลที่เกิดขึ้นเป็นสาร
มัธยันตร์ จะทำปฏิกิริยาต่อกับแอลกอฮอล์อีกหนึ่งโมล ให้สารผลิตที่เสถียรคือ อะซีทาล และ คีทาล ตามลำดับ
อะซีทาล และคีทาลสามารถเกิดการแยกสลายด้วยน้ำในสารละลายกรดกลับไปเป็นสารประกอบคาร์บอนิลตามเดิม
แต่จะเสถียรในสารละลายเบส
ค. ปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนไซยาไนด์
ไฮโดรเจนไซยาไนด์เติมลงไปที่หมู่คาร์บอนิลให้ผลผลิตเป็นไซยาไนด์ไฮดริน สารประกอบนี้มีหมู่ฟังก์ชัน 2 ชนิด
และเป็รสารมัธยันตร์ที่สำคัญในการสังเคราะห์กรดไฮดรอกซี และกรดอะมิโน เนื่องจากหมู่ -OH เกิดการแยกสลาย
ด้วยน้ำให้กรดคาร์บอซินิกได้โดยง่าย
ง. ปฏิกิริยาการเติมกรีญาร์รีเอเจนต์
ปฏิกิริยานี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการสังเคราะห์สารอินทรีย์ วิธีทำให้สามารถสังเคราะห์แอลกอฮอล์ที่มีโครงสร้างซับซ้อน
ได้โดยง่าย แอลกอฮอล์ที่เตรียมได้นั้นมีทั้งชนิดปฐมภูมิ ทุติยภูมิหรือตติยภูมิ ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับประเภทของสารประกอบ
คาร์บอนิลและกรีญาร์รีเจนต์คู่ที่เตกต่างกันได้ซึ่งทำให้สามารถเลือกใช้สารตั้งต้นได้หลายชนิดตามความเหมาะสม
จ. ปฏิกิริยารีดักชั่น
อัลดีไฮด์เกิดปฏิกิริยารีดักชั่นให้แอลกอฮอล์ปฐมภูมิ ส่วนคีโทนจะถูกรีดิวซ์ให้แอลกอฮอล์ทุติยภูมิ เมื่อมีโลหะไฮไดรด์
หรือไฮโดรเจนและตัวเร่งเป็นตัวรีดิวซ์ โลหะไฮไดรด์จะเติมลงที่พันธะคู่ของหมู่คาร์บอนิล จากนั้นจึงเกิดปฏิกิริยาการ
แยกสลายด้วยน้ำ ให้แอลกอฮอล์ โลหะไฮไดรด์ที่นิยมใช้ได้แก่ ลิเทียมอะลูมินัมไฮไดรด์ และ โซเดียมโบโรไฮไดรด์
ในปฏิกิริยาการเติมไฮโดรเจนโดยมีตัวเร่งไฮโดรเจนจะเติมลงที่พันธะคู่ระหว่างคาร์บอนและพันธะคู่ของหมู่คาร์บอนิล
ส่วนโลหะไฮไดรด์จะเลือกเติมเฉพาะที่พันธะคู่ของหมู่คาร์บอนิลเท่านั้น ดังนั้นในปฏิกิริยาที่ต้องการรีดิวซ์เฉพาะหมู่
คาร์บอนิลของอัลดีไฮด์ และคีโทน ที่ไม่อิ่มตัวจึงต้องใช้โลหะไฮไดรด์เป็นรีเอเจนต์เพื่อให้ C = C ยังคงเดิมไม่
เปลี่ยนแปลง
ฉ. ปฏิกิรินาการเติมโซดียมไบซัลไฟท์
อัลดีไฮด์ เมทิลคีโทน และคีโทนที่เป็นวงบางตัว สามารถเกิดปฏิกิริยาการเติมโซเดียมไบซัลไฟต์ ให้ผลผลิตเป็นเกลือ
ที่มีลักษณะเป็นผลึกสีขาว เกลือไบซัลไฟต์ที่เกิดขึ้นนี้สามารถเปลี่ยนกลับไปเป็นสารประกอบคาร์บอนิลตัวเดิมได้เมื่อเติม
กรดเจือจาง ปฏิกิริยานี้จึงมีประโยชน์ในการใช้แยกสารประกอบคาร์บอนิลออกจากสารประกอบอื่นในสารผสม
ช. ปฏิกิริยาการเติมแอมโมเนีย และอนุพันธ์ของเอมีน
ปฏิกิริยานี้มีกรดเป็นตัวเร่ง ถ้ารีเอเจนต์เป็นแอมโมเนีย ปฏิกิริยาจะผันกลับได้ ผลผลิตที่เกิดจากการเติมนั้นไม่เสถียร
เมื่อสูญเสียโมเลกุลของน้ำจะทำให้ผลผลิตเป็น อิมีน แต่ถ้ารีเอเจนต์เป็นอนุพันธ์ของเอมีนจะเกิดผลผลิตเป็นอนุพันธ์
ของสารประกอบคาร์บอนิลที่เสถียร และสามารถใช้ประโยชน์ในการบ่งบอกชนิดของอัลดีไฮด์ และคีโทนได้ เนื่องจาก
อนุพันธ์เหล่านี้จะมีลักษณะเป็นผลึกซึ่งมีจุดหลอมเหลวเฉพาะตัวแตกต่างกันตามชนิดของอัลดีไฮด์ และคีโทน
2.ปฏิกิริยาออกซิเดชั่น
อัลดีไฮด์ถูกออกซิไดส์ไปเป็นกรดคาร์บอซิลิกได้โดยง่าย ส่วนคีโทนถูกออกซิไดส์ได้ยาก ตัวออกซิไดส์ที่อ่อนเช่น
ไอออนของทองแดง และเงิน ก็สามารถออกซิไดส์อัลดีไฮด์ได้ ตัวออกซิไดส์อื่นๆ ที่ใช้ในปฏิกิริยาออกซิเดชั่นของ
อัลดีไฮด์โดยทั่วไปได้แก่ เกลือเปอร์แมงกาเนต และเกลือไดโครเมต ปฏิกิริเดชั่นโดย ไอออนของทองแดงนั้นใช้
รีเอเจนต์ 2 ชนิดคือ สารละะลายเฟห์ลิง และสารละลายเบเนดิก สารละลายทั้งสองชนิดนี้ใช้ทดสอบอัลดีไฮด์ชนิด
อะลิกเฟติก โดยจะเกิดตะกอนสีแดงสำหรับผลการทดสอบที่เป็นบวก สารละลายทอลเลนส์ คือสารละลายด่างของ
ไออออนเชิงซ้อนของเงินและแอมโมเนีย ใช้ทดสอบอัลดีไฮด์ เช่นกันโดยจะเกดคราบเงิน จับที่ข้างหลอดทดลอง
สำหรับผลการทดสอบที่เป็นบวก สารละลายทอลเลนส์นี้ใช้ทดสอบอัลดีไฮด์ทั้งสองชนิดอะลิเฟติกและอะโรเมติก
3.ปฏิกิริยาของอีนอเลตอนไอออน
โดยทั่วไปแล้วพันธะ C-H มักจะเสถียรและไม่มีขั่ว แต่เมื่อพันธะ C-H อยู่ติดกับหมู่คาร์บอนิล ความมีขั่วของ C = O
มีผลทำให้ อัลฟา-ไฮโดรเจนมีความเป็นกรด โดยคาร์บอนของหมู่คาร์บอนิล ซึ่งมีประจุบวกเล็กน้อย ดึงดูดอิเล็กตรอน
จากพันธะ C - H ที่อยู่ข้างเคียง เบสแก่ เช่น -OH หรือ -OR สามารถดึงอัลฟาไฮโโรเจนที่มีความเป็นกรดนี้ได้เกิด
ไอออนที่เรียกว่า อีนอเลตอนไอออน การไม่อยู่ประจำที่ของอิเล็กตรอนหรือการเกิดเรโซแนนซ์ทำให้อีนอเลตอนไอออนมี
เสถียรภาพจึงเกิดขึ้นได้ ปฏิกิริยาของอีนอเลตอนไอออนที่สำคัญ ได้แก่
ก. การควบแน่นอัลดอล
อีนอเลตอนไอออนเป็นนิวคลีโอไฟล์ที่แรง เนื่องอัลฟาคาร์บอนมีประจุเป็นลบพอควร ดังนั้นจึงสามารถเข้าทำปฏิกิริยา
กับหมู่คาร์บอนิลของอัลดีไฮด์หรือคีโทนอีกโมเลกุลหนึ่งได้ ผลผลิตที่ได้จากการรวมตัวกันของอัลดีไฮด์หรือคีโทน
2 โมเลกุล และมีจำนวนคาร์บอนเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า ปฏิกิริยานี้เรียกว่า การควบแน่นอัลดอล และผลผลิตที่เกิดขึ้นเรียก
ว่า อัลดอล คำว่า "อัลดอล" นี้มาจากการรวมคำว่า อัลดีไฮด์และแอลกอฮอล์เข้าด้วยกัน เพราะโคงสร้างของอัลดอล
ประกอบด้วยหมู่ฟังก์ชั่นนี้คือเป็น บีตา-ไฮดรอกซีอัลดีไฮด์ หรือ บีตา-ไฮดรอกซีคีโทน
ปฏิกิริยาการควบแน่นอัลดอลมีดังนี้
ขั้นที่ 1 โมเลกุลของอัลดีไฮด์หรือคีโทนที่มี อัลฟา-ไฮโดรเจน ทำปฏิกิริยากับเบสเปลี่ยนไปเป็นอีนอเลตอนไอออน
ขั้นที่ 2 อีนอเลตอนไอออนทำหน้าที่เป็นนิวคลีโอไฟล์เข่ทำปฏิกิริยาที่ C = O ของอัลดีไฮด์หรือคีโทนโมเลกุลอื่นที่ยังไม่
เปลี่ยนแปลง เกิดพันธะ C-C ใหม่เชื่อมระหว่างอีนอเลตและสารประกอบคาร์บอนิล
ขั้นที่ 3 อออกซิเจนที่มีประจุลบดึงโปรตรอนจากน้ำให้ผลผลิตสุดท้ายคืออัลดอล เมื่อนำอัลดอลมาให้ความร้อนหรือ
เติมกรดจะขจัดโมเลกุลของน้ำออกให้ผลผลิตเป็นสารประกอบคาร์บอนิลไม่อิ่มตัวที่ตำแหน่ง สารประกอบคาร์บอนิล
ที่ไม่มีอัลฟาไฮโโรเจนไม่สามารถเกิดปฏิกิริยาการควบแน่นอัลดอลได้เพราะไม่สามารถเกิดอีนอเลตอนไอออน อัลดีไฮ
ข้างต้นนี้ไม่สามารถเกิดอีนอเลตอนไอออนได้จึงไม่เกิดการควบแน่น แต่เมื่อนำไปผสมกับสารประกอบคาร์บอนิลที่มี
อัลฟาไฮโดรเจน ก็สามารถเกิดปฏิกิริยา การควบแน่นอัลดอลแบบข้ามได้
ข. การแทนที่ด้วยแฮโลเจน และการเกิดแฮโลฟอร์ม
อัลดีไฮด์ และคีโทนในสารละลายเบสเกิดปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยแฮโลเจนด้วย อัลฟา-คาร์บอนได้โดยผ่านอีนอเลตอน
ไอออน ถ้ามีอัลฟาไฮโดรเจนมากกว่า 1 ชนิด ผลผลิตที่เกิดขึ้นก็อาจเป็นสารผสม เช่น เมทิลคีโทนมี อัลฟาไฮโโรเจน
ที่ว่องไวเป็นพิเศษ เมทิลคีโทนเกิดปฏิกิริยากับไอโอดีนในสารละลายเบส เกิดผลผลิตเป็นของแข็งสีเหลือง เรียกว่า
ไอโอโดฟอร์ม ปฏิกิริยานี้ใช้ทดสอบสารประกอบคาร์บอนิลที่มีหมู่ และเนื่องจากไอโอดีนเป็นตัวออกซิไดส์ที่อ่อน
ดังนั้นแอลกอฮอล์ที่มีโครงสร้างเป็น ก็ให้ผลการทดสอบเป็นบวกด้วย เพราะสามารถถูกออกซิไดส์ให้เมทิลคีโทน