Альдегиды – что это, применение, свойства, формула

Альдегиды

Альдегиды – летучие жидкости органического состава, являющиеся продуктом неполного окисления спиртов. Карбонильная группа в молекулах альдегидов связана с одним атомом водорода и одной группой R.

Не часто встречаются в природе в отдельном виде, но, несомненно, играют важную роль в физиологических процессах растений и животных. Общая формула альдегидов CnH2nO.

Многие альдегиды имеют специфический запах. Высшие альдегиды, в особенности непредельные, используются в пищевой промышленности и парфюмерии.

Номенклатура и изомерия альдегидов

Названия альдегидов формируются путем добавления суффикса “аль” к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода: метаналь, этаналь, пропаналь, бутаналь, пентаналь и т.д.

Вы можете встретить их молекулярные формулы, где группа OH записана наоборот – HO. Например: метаналь – HCHO, этаналь – CH3CHO, пропаналь – C2H5CHO. Это делают специально для того, чтобы их было легче отличить от спиртов.

Многие альдегиды имеют тривиальные названия. Наиболее известные: метаналь – формальдегид, этаналь – ацетальдегид. Замечу, что формалином называется 40% раствор формальдегида.

Для альдегидов характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия с кетонами.

Получение альдегидов и кетонов
  • Окисление спиртов

Важно заметить, что при окислении первичных спиртов образуются альдегиды, при окислении вторичных спиртов – кетоны. Окисление с помощью оксида меди относится к лабораторным способам получения альдегидов.

Этот способ также просто осуществить в лабораторных условиях. При пиролизе (нагревании без доступа кислорода) кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот возможно получение кетонов.

В присутствии катализатора и при нагревании спиртов от гидроксогруппы и прилежащего к ней атома углерода отщепляется по атому водорода. В результате образуется карбонильная группа.

Реакцией Кучерова называют гидратацию алкинов в присутствии солей двухвалентной ртути.

В результате такой реакции ацетилен превращается в уксусный альдегид. Все остальные его гомологи: пропин, бутин, пентин и т.д. превращаются в соответствующие кетоны.

Для получения альдегида два атома галогена должны находиться у первичного атома углерода, для получения кетонов – у вторичного.

В результате такого гидролиза образуются двухатомные спирты, в которых две OH-группы прилежат к одному атому углерода. Такие соединения неустойчивы и распадаются на карбонильное соединение (альдегид или кетон) и воду.

В промышленности окислением метана при температуре 500 °C и в присутствии катализатора получают формальдегид.

В прошлой теме, посвященной фенолам, мы касались данного способа. В результате такой реакции образуется не только фенол, но и ацетон.

Химические свойства альдегидов и кетонов

Запомните, что для альдегидов и кетонов характерны реакции присоединения по карбонильной группе. Это является важным отличием альдегидов от карбоновых кислот, для которых реакции присоединения не характерны.

Для понимания механизма реакции важно вспомнить об электроотрицательности. В карбонильной группе кислорд, как более электроотрицательный элемент, тянет электронную плотность на себя от углерода. На атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на атоме углерода частичный положительный (δ+).

Основы школьного курса физики подсказывают, что отрицательный заряд притягивает положительный: именно так и будет происходить при присоединении различных молекул к карбонильной группе альдегидов и кетонов.

Реакция гидрирования альдегидов происходит по типу присоединения, сопровождается разрывом двойной связи в карбонильной группе. Гидрирование альдегидов приводит к образованию первичных, а гидрирование кетонов – вторичных спиртов.

Читайте также:
Фосфорная кислота - формула, характеристика, получение и применение

В результате полного окисления, горения, образуется углекислый газ и вода.

Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот в лабораторных условиях. Это осуществляется с помощью известной реакции серебряного зеркала. Данная реакция является качественной для альдегидов.

Кетоны, в отличие от альдегидов, в реакции окисления не вступают.

Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли

Важно заметить, что при окислении метаналя, образовавшаяся муравьиная кислота тут же окисляется до угольной кислоты, которая распадается на углекислый газ и воду. Это связано с интересным фактом – наличием альдегидной группы у муравьиной кислоты.

Окисление также возможно другим реагентом – гидроксидом меди II. Эта реакция также относится к качественным для альдегидов, в результате образуется кирпично-красный осадок оксида меди I.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Физические и химические свойства альдегидов

Общая формула предельных альдегидов и кетонов CnH2nO. В названии альдегидов присутствует суффикс –аль.

Простейшие представители альдегидов – формальдегид (муравьиный альдегид) –СН2 = О, ацетальдегид (уксусный альдегид) – СН3-СН = О. Существуют циклические альдегиды, например, циклогексан-карбальдегид; ароматические альдегиды имеют тривиальные названия – бензальдегид, ванилин.

Атом углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp 2 -гибридизации и образует 3σ-связи (две связи С-Н и одну связь С-О). π-связь образована р-электронами атомов углерода и кислорода. Двойная связь С = О является сочетанием σ- и π-связей. Электронная плотность смещена в сторону атома кислорода.

Для альдегидов характерна изомерия углеродного скелета, а также межклассовая изомерия с кетонами:

Химические свойства альдегидов

В молекулах альдегидов имеется несколько реакционных центров: электрофильный центр (карбонильный атом углерода), участвующий в реакциях нуклеофильного присоединения; основный центр – атом кислорода с неподеленными электронными парами; α-СН кислотный центр, отвечающий за реакции конденсации; связь С-Н, разрывающаяся в реакциях окисления.

1. Реакции присоединения:

— воды с образованием гем-диолов

— спиртов с образованием полуацеталей

— тиолов с образованием дитиоацеталей (в кислой среде)

— гидросульфита натрия с образованием α-гидроксисульфонатов натрия

— аминов с образованием N-замещенных иминов (основания Шиффа)

— гидразинов с образованием гидразонов

— циановодородной кислоты с образованием нитрилов

— восстановление. При взаимодействии альдегидов с водородом получаются первичные спирты:

— реакция «серебряного зеркала» — окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра

R-CH = O + Ag2O → R-CO-OH + 2Ag↓;

— окисление альдегидов гидроксидом меди (II), в результате которого выпадает осадок оксида меди (I) красного цвета

Эти реакции являются качественными реакциями на альдегиды.

Физические свойства альдегидов

Первый представитель гомологического ряда альдегидов – формальдегид (муравьиный альдегид) – газообразное вещество (н.у.), альдегиды неразветвленного строения и состава С212 – жидкости, С13 и длиннее – твердые вещества. Чем больше атомов углерода входит в состав неразветвленного альдегида, тем выше его температура кипения. С увеличением молекулярной массы альдегидов увеличиваются значения величин их вязкости, плотности и показателя преломления. Формальдегид и ацетальдегид способны смешиваться с водой в неограниченных количествах, однако, с ростом углеводородной цепи эта способность альдегидов снижается. Низшие альдегиды обладают резким запахом.

Читайте также:
Фосфат кальция - формула, свойства, вред и его польза

Получение альдегидов

Основные способы получения альдегидов:

— гидроформилирование алкенов. Эта реакция заключается в присоединении СО и водорода к алкену в присутствии карбонилов некоторых металлов VIII группы, например, октакарбонилдикобальта (Cо2(СО)8) Реакция проводится при нагревании до 130С и давлении 300 атм

— гидратация алкинов. Взаимодействие алкинов с водой происходит в присутствии солей ртути (II) и в кислой среде:

— окисление первичных спиртов (реакция протекает при нагревании)

Применение альдегидов

Альдегиды нашли широкое применение в качестве сырья для синтеза различных продуктов. Так, из формальдегида (крупнотоннажное производство) получают различные смолы (фенол-формальдегидные и т.д.), лекарственные препараты (уротропин); ацетальдегид — сырье для синтеза уксусной кислоты, этанола, различных производных пиридина и т.д. Многие альдегиды (масляный, коричный и др.) используют в качестве ингредиентов в парфюмерии.

Примеры решения задач

Задание Бромированием СnH2n+2получили 9,5 г монобромида, который при обработке разбавленным раствором NaOH превратился в кислородсодержащее соединение. Пары его с воздухом пропущены над раскаленной медной сеткой. При обработке образовавшегося при этом нового газообразного вещества избытком аммиачного раствора Ag2O выделилось 43,2 г осадка. Какой углеводород был взят и в каком количестве, если выход на стадии бромирования 50%, остальные реакции протекают количественно.
Решение Запишем уравнения всех протекающих реакций:

R-CH = O + Ag2O → R-CO-OH + 2Ag↓.

Осадок выделившийся в последней реакции – это серебро, следовательно, можно найти количество вещества выделившегося серебра:

v(Ag) = m/M = 43,2/108 = 0,4 моль.

По условию задачи, после пропускания вещества полученного в реакции 2 над раскаленной металлической сеткой образовался газ, а единственный газ –альдегид – это метаналь, следовательно, исходное вещество – это метан.

Количество вещества бромметана:

v(CH3Br) = m/M = 9,5/95 = 0,1 моль.

Тогда, количество вещества метана, необходимое для 50% выхода бромметана – 0,2 моль. М(CH4) = 16 г/моль. Следовательно масса и объем метана:

Задание Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: бутен-1 → 1-бромбутан + NaOH → А – Н2 → В + [Ag(NH3)2]OH → С + HCl → D.
Решение Для получения 1-бромбутана из бутена-1 необходимо провести реакцию гидробромирования в присутствии пероксидных соединений R2O2 (реакция протекает против правила Марковникова):

При взаимодействии с водным раствором щелочи 1-бромбутан подвергается гидролизу с образованием бутанола-1 (А):

Бутанол-1 при дегидрировании образует альдегид – бутаналь (В):

Аммиачный раствор оксида серебра окисляет бутаналь до аммонийной соли – бутирата аммония (С):

Бутират аммония при взаимодействии с соляной кислотой образует масляную (бутановую) кислоту (D):

Альдегиды. Свойства. Получение. Применение

Урок 35. Химия 9 класс ФГОС

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока “Альдегиды. Свойства. Получение. Применение”

Альдегиды. Свойства. Получение и применение

Каждый из вас может представить себе запах гиацинтов. Этот аромат обусловлен наличием альдегида, который так и называют – гиацинтовый. А что же представляют собой альдегиды?

Альдегиды – это производные углеводородов, в молекулах которых атом водорода замещён на группу ― CHО. Эта группа называется альдегидной и для альдегидов она является функциональной, то есть определяет принадлежность к данному классу соединений.

Общая формула альдегидов R – CHO, где R – углеводородный заместитель или атом водорода. Кроме этого, использую ещё и общую формулу CnH2nO, которая отражает молекулярный состав альдегидов, или такую формулу, как CnH2n+1CHO.

Первым представителем альдегидов является метаналь – HCHO или формальдегид, вторым альдегидом является этаналь – CH3 CHO, или ацетальдегид, третьим представителем – пропаналь, или пропионовый альдегид – CH3 CH2 CHO.

Названия альдегидов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса –аль.

Метаналь при н.у. является бесцветным газом.

Альдегиды, у который от двух до двенадцати атомов углерода – жидкости, у которых больше атомов углерода – твёрдые вещества. Низшие альдегиды имеют резкий запах, у альдегидов, которые имеют от четырех до шести атомов углерода, неприятный запах, высшие альдегиды обладают цветочными запахами. Низшие альдегиды хорошо растворяются в воде. Сорока процентный раствор метаналя называют формалином. С увеличением молярной массы альдегидов их растворимость в воде уменьшается. Температуры кипения и плавления альдегидов с увеличением молярной массы возрастают.

Альдегиды – химически активные соединения, для которых характерны реакции присоединения по связи С=О и окисления по связи С–Н в альдегидной группе.

Например, при пропускании паров этаналя вместе с водородом над катализатором происходит присоединение водорода и образуется спирт этанол

Если к аммиачному раствору оксида серебра (I) прилить раствор этаналя и смесь нагреть, то происходит окисление альдегида с образованием кислоты. Внутренняя поверхность пробирки, в которой нагревается смесь, покрывается при этом тонким слоем серебра. Это так называемая реакция «серебряного зеркала», которая может служить качественной реакцией на альдегиды.

Если приготовить гидроксид меди (II) смешением растворов гидроксида натрия и сульфата меди (II), а затем к этому свежеприготовленному осадку гидроксида меди (II) прилить раствор этаналя и смесь нагреть, то происходит окисление альдегида до кислоты, а гидроксид меди (II) превращается в оксид меди (I) красного цвета. Эта реакция также используется для качественного обнаружения альдегидов.

В лаборатории альдегиды получают окислением спиртов, в качестве окислителя используют оксид меди (II).

В промышленности метаналь получают окислением метанола кислородом воздуха в присутствии медного или серебряного катализатора:

Этаналь был выделен в лаборатории немецким химиком Ю. Либихом в 1835 году, а метаналь был получен в лаборатории немецким химиком А. Гофманом в 1868 году.

Основное количество получаемого в промышленности метаналя расходуется на производство фенолформальдегидных смол и пластмасс, полиформальдегид используют для изготовления плёнок и волокон, метаналь применяют при производстве некоторых лекарственных веществ, в частности уротропина. Метаналь используется для получения формалина, который обладает сильными дезинфицирующими свойствами, поэтому его применяют для дезинфекции и дубления кож, хранения анатомических препаратов, в сельском хозяйстве – для протравливания семян. Этаналь используют в промышленных масштабах для получения уксусной кислоты и её производных.

Таким образом, альдегиды – производные углеводородов, у которых атом водорода замещён на альдегидную группу. Общая формула альдегидов – CnH2n+1CHO. Для альдегидов характерны реакции присоединения по двойной связи и окисления по связи С–Н в альдегидной группе. К основным промышленным способам получения альдегидов относят окисление спиртов. Метаналь и этаналь используют во многих отраслях производства.

Урок 23. Альдегиды

Определение. Гомологический ряд, номенклатура, изомерия

Альдегиды — это производные углеводородов, которые содержат альдегидную группу:

Альдегидная группа состоит из карбонильной группы С=О, соединённой с атомом водорода. Карбонильная группа в молекулах альдегидов всегда находится на конце углеродной цепи.

Предельные альдегиды образуют гомологический ряд с общей формулой:

Если использовать эту общую формулу, то следует помнить, что минимальное значение n (числа атомов углерода) равно нулю.

Если n = 0 получаем

метанАЛЬ, муравьиный альдегид, формальдегид;

Если n = 1 получаем

этанАЛЬ, уксусный альдегид, ацетальдегид.

Вопрос. Какой суффикс обозначает наличие в молекуле альдегидной группы?

Названия альдегидов составляют, добавляя суффикс АЛЬ к названию соответствующего углеводорода. При этом учитываются все атомы углерода. Кроме того, используются тривиальные названия, которые совпадают с названиями соответствующих кислот (см. урок 24.1). И, наконец, для некоторых альдегидов используют названия, имеющие латинский корень, например формальдегид — от лат. formika — «муравей».

Задание 23.1. Составьте формулу и название альдегида с n = 3. Имеет ли он изомеры?

Начиная с n = 3 у альдегидов появляются изомеры положения карбонильной группы:

Задание 23.2. Допишите атомы водорода к этим цепочкам и убедитесь, что это — изомеры. Является ли вещество (2) альдегидом?

Но при перемещении карбонильной группы в середину молекулы исчезает альдегидная группа: вещество (2) не альдегид, это — кетон:

По номенклатуре ИЮПАК кетоны называют, добавляя суффикс ОН к названию соответствующего углеводорода.

Задание 23.3. Составьте формулы и названия альдегидов с n = 4. Дайте им названия.

Изомерия альдегидов связана со строением углеводородного радикала:

Строение молекул

Отличительным признаком альдегидов является наличие в их молекуле альдегидной группы. В её состав входят атомы углерода и кислорода, связанные двойной связью.

Вопрос. Какой тип реакций характерен для соединений с двойной связью?

Поэтому альдегиды легко вступают в реакции присоединения по месту разрыва π-связи карбонильной группы.

Кроме того, в состав альдегидной группы входит атом водорода, соединённый с карбонильной группой.

Вопрос. Является ли эта связь полярной?

За счёт разрыва полярной С–Н связи альдегидной группы альдегиды очень легко окисляются. Атом кислорода альдегидной группы делает эту группу в целом сильно полярной. Поэтому альдегидная группа влияет на углеводородный радикал, и в радикале возможны реакции замещения.

Свойства альдегидов

Физические свойства

В альдегидах отсутствует гидроксогруппа, за счёт которой между молекулами спиртов возникали водородные связи.

Вопрос. Какие соединения (спирты или альдегиды) имеют бОльшую температуру кипения?

Поэтому альдегиды, в отличие от спиртов, легче испаряются, имеют меньшие температуры кипения. Например, формальдегид — газ с резким запахом, а метанол — жидкость. Низшие альдегиды могут растворяться в воде. Раствор формальдегида в воде (формалин) применяется в медицине, кожевенной промышленности. Его применение основано на том, что формальдегид активно реагирует с белками, вызывая в них необратимые изменения (денатурацию). Следовательно, формальдегид сильно ядовит.

Химические свойства

При рассмотрении строения молекулы альдегидов были сделаны выводы, что для них должны быть характерны реакции присоединения, замещения (в углеводородном радикале), и окисления.

Примером реакции присоединения к карбонильной группе может служить реакция гидрирования, т. е. присоединения водорода:

Вопрос. К какому классу относится полученное соединение? Назовите его.

При окислении альдегидов образуются кислоты:

Окисление альдегидов происходит даже при их хранении, т. е. в обычных условиях. Реакции окисления альдегидов используют для того, чтобы обнаружить их в растворах. Например, если к раствору альдегида добавить аммиачный раствор оксида серебра и нагреть, то на стенках сосуда появится зеркало. Это выделилось чистое серебро, которое блестящим тонким слоем покрыло стекло:

Эта реакция получила название «реакция серебряного зеркала».

Альдегид можно превратить в кислоту (окислить) и при помощи гидроксида меди (II). Если к осадку Сu(ОН)2 добавить раствор альдегида и нагреть, то образуется жёлтый осадок СuОН, переходящий в красный оксид меди (I). В результате образуется оранжевый осадок:

Если эту же смесь долго греть, то на стенках пробирки выделится в виде блестящего слоя чистая медь «медное зеркало». Поэтому эту реакцию часто называют реакцией «медного зеркала».

Запомните: реакции «серебряного зеркала» и «медного зеркала» — качественные реакции на альдегидную группу.

Задание 23.4. Составьте уравнения качественных реакций для формальдегида.

Вопрос. Можно ли при помощи гидроксида меди (II) различить растворы глицерина и уксусного альдегида? Укажите условия и эффекты обеих реакций.

Получение и применение альдегидов на примере уксусного альдегида

Уксусный альдегид получают в больших количествах при помощи реакции Кучерова*:

* Кучеров Михаил Григорьевич (3.06.1850–26.06.1911) — русский химик-органик, открыл (1881) реакцию каталитической гидратации ацетиленовых углеводородов с образованием карбонилсодержащих соединений.

В небольших количествах этот альдегид можно получить окислением этанола:

Задание 23.5. В уроках 20.3 и 22.4 посмотрите на соответствующие уравнения реакций; обратите внимание, за счёт каких атомов они происходят, и попробуйте составить аналогичные уравнения реакций:

  1. пропин + вода →
  2. пропанол-1 + СuО →
  3. пропанол-2 + СuО →

Сделайте вывод: всегда ли в этих реакциях получаются альдегиды?

Если Вы всё сделали правильно, в реакциях 1 и 3 получается ацетон (кетон), а в реакции 2 — пропаналь.

Уксусный альдегид применяют для получения уксусной кислоты, этилового спирта, лекарств и других веществ.

Выводы

Альдегиды — это производные углеводородов, содержащие альдегидную группу. Для них должны быть характерны реакции

  • присоединения (за счёт карбонильной группы);
  • замещения (в углеводородном радикале);
  • окисления.

Альдегиды – получение и применение, физические и химические свойства

Полезно знать

Когда кислород образует двойную связь с углеродом, получается карбонильная функциональная группа (КГ) — СНО. Такое сочетание даёт широкий спектр функциональных возможностей.

Структура и номенклатура

В формальдегиде, простейшем альдегиде, молекула связана с двумя атомами водорода, а во всех других с одной. Его формула — HCHO, а, например, ацетальдегид выглядит как CH3CHO. Углерод, связанный с КГ, может быть частью алкильных или неалкильных групп, или они могут быть ациклическими, ароматическими или гетероциклическими кольцами. Органические соединения с двумя альдегидными группами — диальдегиды. Существует два основных способа именования альдегидов. Первый — основан на системе, используемой Международным союзом теоретической и прикладной химии, и его часто называют систематической номенклатурой. Этот метод предполагает самую длинную цепь атомов углерода, которая содержит карбонильную группу в качестве исходного алкана. При этом не принято использовать числовое определение КГ, поскольку она всегда находится в конце родительской цепи. Например, название может быть 2-метилбутаналь, или изомасляный альдегид будет указан как 2-метилпропаналь.

Другой метод — общая номенклатура. Он состоит в том, чтобы называть соединения по общему наименованию соответствующей карбоновой кислоты. То есть структура та же, что и у альдегида, только вместо CHO появляется COOH, как у уксусной кислоты — CH3COOH или C2H4O2. Пример использования методов на общем имени CH2=CHCHO:

  • по нормам Международного союза соединение будет называться — 2-пропеналь;
  • по общей номенклатуре — акролеин (название происходит от акриловой кислоты, родительской карбоновой группы).

К альдегидам относят, например, формальдегид — СН2О (метаналь, муравьиный альдегид), ацетальдегид — C2H4O (этаналь, уксусный альдегид), пропионовый альдегид (пропаналь), бутиральдегид (бутаналь), пентаналь или валериановый альдегид и другие.

Отличительные свойства

  1. Температуры плавления и кипения карбонилсодержащих соединений значительно выше, чем у тех, что состоят только из углерода и водорода. Например, бутан (CH3CH2CH2CH3), пропаналь (CH3CH2CHO) и ацетон (CH3COCH3) имеют одинаковую молекулярную массу, но углеводородный бутан закипает уже при 0 градусов Цельсия, тогда как ацетон только при +56. Ацетальдегид кипит при комнатной температуре, валериановый — при +100,4 градусах Цельсия, а изовалериановый — при +92,5. Другие альдегиды, за исключением высокомолекулярных, в обычных условиях представляют собой жидкости.
  2. Углеводороды нерастворимы в воде, потому что водные молекулы полярны. Однако альдегиды с менее чем примерно пятью атомами углерода могут растворяться, но углеводородная часть их молекул выше этого числа делает их нерастворимыми.

Альдегиды имеют высокий дипольный момент относительно других углеводородных соединений. Следует отметить, что есть ещё соединения с похожим составом — CnH2nO. Они также содержат карбонильную группу, связанную с двумя радикалами углеводорода, и имеют характерную изомерию — кетоны. Химические свойства кетонов несколько отличаются от альдегидных, это можно наглядно увидеть, если составить сравнительную таблицу.

Промышленное производство

  1. Окисление. Один из основных методов. Первичные спирты могут быть окислены до альдегидов (RCH2OH до RCHO, где R — алкильная или арильная группа). Это обычно нелегко сделать, потому что большинство реагентов будут дополнительно окислять альдегид до карбоновой кислоты. Поэтому для производства в промышленных масштабах первичный спирт пропускают через горячий катализатор — гидроксид меди, а иногда через аммиачный раствор оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»). Однако этот способ не подходит для небольших лабораторий, для таких объёмов выгоднее использовать другой реактив — хлорхромат пиридиния. Например, путём окисления метанола получают муравьиную кислоту — CH2O2.
  2. Метод восстановления карбоновых кислот до альдегидов в один этап был бы полезен, но не было разработано никакого общего способа достижения этой цели. Однако ацилхлориды восстанавливаются несколькими реагентами.
  3. Формильную группу (-CHO) можно поместить в ароматическое кольцо несколькими способами (ArH до ArCHO). Самый распространённый называется реакция Реймера-Тимана: фенолы превращаются в фенольные альдегиды путём обработки хлороформом в основном растворе.
  4. Ацетилен, который представляет собой алкин, реагирует с водой в присутствии солей ртути с образованием ацетальдегида.
  5. В процессе, называемом гидроформилированием, алкены могут быть обработаны монооксидом углерода (CO), водородом (H2) и катализатором на основе переходного металла. Катализация проводится чаще всего кобальтом (Co), родием (Rh) или рутением (Ru), с получением альдегидов. Например, использование такого метода даёт смесь бутаналя и 2-метилпропаналя.

Гидроформилирование является более важным методом для коммерческого применения, где он известен как оксопроцесс, чем для лабораторных синтезов. Оксоальдегиды сами по себе не имеют большого значения в качестве конечных продуктов. Обычно они восстанавливаются до спиртов или окисляются до карбоновых кислот. Оксоспирты используются как сырьё для синтеза моющих средств и текстильных волокон. Оксокарбоновые кислоты превращаются в сложные эфиры и применяются как промышленные или лабораторные растворители.

Где и как используются альдегиды

Сотни отдельных альдегидных соединений ежедневно используются химиками для синтеза других веществ, но они менее важны в промышленном производстве, то есть в масштабе тонн. Только формальдегид широко используется во всём мире, что определяется общим объёмом используемого химического вещества в год. Получают его путём окисления метанола. В итоге соединение представляет собой газ, но обычно его применяют в виде 37% водного раствора, называемого формалином. Используют его для дубления, консервации и бальзамирования, а также как бактерицидное, фунгицидное и инсектицидного средства для обработки растений. Но наибольшее его применение относится к производству некоторых полимерных материалов. Например, синтетическая смола бакелит образуется во время реакции между формальдегидом и фенолом. Это не просто линейная цепочка, а целая трёхмерная структура. Такие полимеры используются не только как пластмассы, но и чаще всего из них делают клей и различные покрытия. Например, фанера состоит из тонких слоёв дерева, склеенных одним из таких соединений.

Другие альдегиды промышленного значения в основном используют в качестве растворителей, отдушек, ароматизаторов. Они также являются промежуточными продуктами при изготовлении пластмасс, красителей и фармацевтических препаратов. Это паральдегид, гексаналь, гексилкоричный и ортофталевый альдегиды.

Некоторые альдегидные соединения встречаются в природе. Среди них:

  • бензальдегид — обеспечивает запах и вкус миндального ореха;
  • коричный альдегид, или масло корицы;
  • ванилин — основной ароматизатор ванильных бобов.

Кроме того, некоторые альдегиды вовлечены в биологическую жизнь людей и других живых организмов. Примерами таких соединений являются:

  1. Углеводы, включая сахара, крахмал и целлюлозу, которые основаны на соединениях, обладающих альдегидной или кетонной группой наряду с гидроксильной.
  2. Стероидные гормоны, многие из которых, в том числе прогестерон, тестостерон, кортизон и альдостерон, являются кетонами.
  3. Ретиналь альдегид, который после объединения с белком в сетчатке глаза, образующего родопсин, является основным соединением, участвующим в процессе зрения.

Альдегиды с высокой молекулярной массой, например, бензальдегид, фенилацетальдегид (фенилуксусный альдегид) имеют приятный запах и содержатся в эфирных маслах некоторых растений. Поэтому такие соединения часто используются для производства парфюмерии. Духи с их использованием могут быть цветочными, фруктовыми или цитрусовыми.

Воздействие на человека

  1. Алкоголь. Употребление даже качественных алкогольных напитков резко повышает концентрацию токсичного соединения в крови до очень высоких уровней в течение короткого периода времени (2−4 часа). Этанол быстро превращается в ацетальдегид.
  2. Сигаретный дым. В процессе горения табака образуется альдегид, вдыхаемый человеком, при этом риску подвержены не только сами курильщики, но также люди, которые находятся рядом.
  3. Загрязнённый воздух. В помещениях источником альдегидов могут стать строительные материалы, напольные покрытия, краски и обработанная древесина. Выхлопные газы от транспортных средств, работа электростанций и заводов, сжигание мусора — основные причины появления токсичных соединений на открытых пространствах.
  4. Еда. Ферментированные продукты питания и напитки, молочные продукты, чай, кофе, хлеб, спелые фрукты содержат различные уровни ацетальдегида. Употребление большого количества рафинированного сахара приводит к увеличению содержания альдегидов в крови.

Длительное воздействие ацетальдегида на организм человека увеличивает риск развития таких патологий, как цирроз печени, рак желудка и пищевода, остеопороз и болезнь Альцгеймера.

Альдегиды

Карточка контроля знаний (скачать PDF 253КБ)

Альдегиды – органические соединения, содержащие карбонильную группу (>С=О), в которой атом углерода связан с радикалом и одним атомом водорода, исключение составляет муравьиный альдегид: Н – СН = О.

Классификация альдегидов

1) В зависимости от насыщенности углеводородного заместителя:

— предельные (насыщенные) альдегиды: ацетальдегид СН3 – СН=О

— непредельные (ненасыщенные) альдегиды: акролеин СН2 = СН – СН=О

2) По числу карбонильных групп:

— альдегиды с одной карбонильной группой: формальдегид Н – СН = О

— многоатомные альдегиды: например, диальдегид глиоксаль: О=СН – СН=О

Общая формула предельных альдегидов: R–CН=O или СnH2nO, где R – атом водорода или углеводородный радикал, n – количество атомов углерода.

Номенклатура альдегидов

По номенклатуре ИЮПАК названия простых альдегидов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса –аль. Нумерация цепи начинается с карбонильного атома углерода.

4 3 2 1

Тривиальные названия производят от тривиальных названий тех кислот. в которые альдегиды превращаются при окислении.

систематическое(по ИЮПАК)

тривиальное

муравьиный альдегид (формальдегид)

уксусный альдегид (ацетальдегид)

пропан аль

2-метил-пропан аль

пентан аль

бутен-2- аль

Изомерия альдегидов

Для альдегидов характерна структурная изомерия:

1) Углеродного скелета, начинается с С4Н8О

4 3 2 1

3 2 1

2) Межклассовая изомерия с кетонами (начиная с С3Н6О):

Простейший альдегид – муравьиный – газ с весьма резким запахом. Альдегиды до С12Н24О – жидкости, хорошо растворимые в воде, а альдегиды нормального строения с более длинным неразветвлённым углеродным скелетом, являются твёрдыми веществами. Альдегиды обладают удушливым запахом, который при многократном разведении становится приятным, напоминая запах плодов. Альдегиды кипят при более низкой температуре, чем спирты с тем же числом углеродных атомов, это связано с отсутствием в альдегидах водородных связей. В то же время температура кипения альдегидов выше, чем у соответствующих по молекулярной массе углеводородов, что связано с высокой полярностью альдегидов.

Строение альдегидов

Ввиду большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с атомом углерода, связь С=О сильно поляризована за счет смещения электронной плотности к атому кислорода, в результате чего на атоме кислорода возникает частичный отрицательный (δ – ), а на атоме углерода – частичный положительный (δ + ) заряды:

По этой причины альдегиды обладают высокой реакционной способностью, активно вступают в реакции присоединения.

Химические свойства альдегидов

1) Реакции присоединения:

а) реакция гидрирования (Pt/Ni, t 0 )

б) реакция присоединения гидросульфита натрия NaHSO3

в) реакция полимеризации

В водных растворах формальдегид образует полимер, называемый параформом.

формальдегид полиоксиметилен или параформ

2) Реакции окисления:

б) реакция “серебряного зеркала”

Муравьиный альдегид (формальдегид) занимает особое место в ряду альдегидов. В связи с отсутствием у муравьиного альдегида радикала, ему присущи некоторые специфические свойства. Окисление формальдегида осуществляется до углекислого газа СО2.

Реакции с аммиачным раствором оксида серебра (I) и гидроксидом меди (II) могут

являются качественными реакциями на альдегиды.

3) Реакция поликонденсации

Особое практическое значение имеет реакция поликонденсации формальдегида с фенолом с образованием фенолформальдегидных смол (см. химические свойства фенола).

1) Окисление первичных спиртов

2) Дегидрирование первичных спиртов. Реакцию проводят, пропуская пары спирта над нагретым до 200-300°С катализатором, в качестве которого используются медь, никель, кобальт и др.

3) Гидролиз дигалогенопроизводных углеводородов, однако только тех, у которых оба атома галогена расположены у одного из концевых атомов углерода.

4) Получение этаналя

а) окисление этилена кислородом воздуха в присутствии солей меди и палладия

б) гидратация ацетилена (реакция Кучерова)

5) Получение метаналя

Окисление метана при 500 o С в присутствии оксидов азота

Применение альдегидов

Из альдегидов наибольшее применение имеет формальдегид. Используется обычно в виде водного раствора – формалина.

1) Получение фенолформальдегидных и мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол, полиоксиметиленовых полимеров.

2) Синтез лекарственных средств (уротропин).

3) Дезинфицирующее средство (40% водный раствор – формалин).

4) Консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).

5) В сельском хозяйстве формалин необходим для протравливания семян.

6) В кожевенном производстве формалин оказывает дубящее действие на белки кожи, делает их более твердыми, негниющими.

7) В мебельной и деревообрабатывающей промышленности

Уксусный альдегид применяется в широких масштабах в промышленности органического синтеза: для получения уксусной кислоты, этанола, бутадиена, ацетатного волокна, альдегидных полимеров.

Альдегиды: их строение, физические и химические свойства

Содержание:

Альдегиды представляют собой органические соединения, в которых углерод имеет двойную связь с кислородом и одинарную с водородом либо атомом, который имеет обозначение R в структурных схемах. Многие из альдегидов обладают приятным запахом, вследствие чего находят активное применение в разных промышленных целях. Получают альдегиды из спиртов путем их дегидрирования. Об их физических и химических свойствах, применении и получении наша сегодняшняя статья.

Химические свойства

Практически все альдегиды способны вступать в разнообразные химические реакции, включая полимеризацию. Сочетание их с другими видами молекул ведет к созданию так званных конденсационных полимеров, которые активно используются, например, при производстве пластмассы, в качестве растворителей и парфюмерных ингредиентов.

А некоторые альдегиды даже принимают активное участие в физиологических процессах, так они являются частью:

  • витамина А, очень важного для зрения,
  • пиридоксальфосфата – одной из форм витамина В6,
  • глюкозы и прочих редуцированных сахаров,
  • некоторых природных и синтетических гормонов.

Важным отличием альдегидов от тех же углеродов является наличие у них карбонильной группы. Карбонильная группа эта изначально полярна, то есть электроны образующие связь С=О притягиваются больше к кислороду, нежели к углероду. Благодаря этому первый из электронов получает отрицательный заряд, а второй положительный.

Также стоит заметить, что альдегиды имеют более высокий дипольный момент по сравнению с остальными углеводородными соединениями.

Физические свойства

Температура кипения альдегидов и их плавления гораздо выше у карбонилсодержащих соединений, нежели у просто состоящих из углерода и водорода. К примеру, бутан и ацетон имея одинаковую молекулярную массу, закипают очень по разному: бутан закипает уже при 0 С, в то время как ацетону для кипения необходимо уже +56 С.

В отличие от углеводородов альдегиды способны растворятся в воде, но не все, а только имеющие менее пяти атомов углерода в молекуле. Но если углеводородная часть их молекул выше этого числа, это делает их нерастворимыми в воде.

Структура

Формальгид – простейший альдегид, имеет молекулу, связанную с двумя атомами водорода. У всех других альдегидов молекулы связаны лишь с одним атомом водорода.

Углерод, связанный с карбонильной группой может быть частью алкильных либо неалкильных групп, они в свою очередь могут быть ациклическими, ароматическими или гетероциклическими кольцами. Органические соединения, обладающие двумя альдегидными группами называются диальдегидами.

Номенклатура

Есть два способа наименования альдегидов. Один из них основан на системе, разработанной Международным союзом теоретической и прикладной химии, его еще называют систематической номенклатурой. Он предполагает использовать в качестве исходного алкана самую длинную цепь атомов углерода, содержащую карбонильную группу в качестве исходного алкана. Числовое определение исходной карбонильной группы при этом использовать не принято, так как она всегда находится в конце родительской цепи. Например, название может быть 2-метилбутаналь, или изомасляный альдегид будет указан как 2-метилпропаналь.

Другой метод представляет собой общую номенклатуру. Принцип общей номенклатуры заключается в том, чтобы называть соединения по общему наименованию соответствующей карбоновой кислоты. Иными словами структура та же, что и у альдегида, только вместо CHO появляется COOH, как у уксусной кислоты — CH3COOH или C2H4O2.

Производство

Так как альдегиды одни из ключевых строительных блоков органической химии, то не удивительно, что для их получения и производства существует множество разных методов:

  • Окисление. Представляет собой один из основных методов для получения альдегидов. Обычно спирты могут быть окислены до состояния альдегидов. Для этого первичный спирт пропускается через горячий катализатор (гидроксид меди) или через аммиачный раствор оксида серебра (так званая реакция серебряного зеркала). Увы, но этот способ не подходит для маленьких лабораторий.
  • Гидроформилирование – еще один способ для получения альдегидов, когда алкены обрабатываются монооксидом углерода, водородом и катализатором на основе переходного металла.
  • Один из альдегидов (ацетальдегид) может быть получены путем взаимодействия ацетилена с водой.

Для коммерческого получения альдегидов чаще всего применяют гидроформилирование.

Практическое применение

Альдегиды находят многообразное применение в разных сферах человеческой жизни. Сотни их соединений используются химиками для синтеза других веществ. Например, благодаря формальдегиду мы получаем формалин, который в свою очередь активно применяется для дубления, консервации и бальзамирования, а также в качестве фунгицидного и бактериального средства для обработки растений.

Альдегиды, имеющие высокую молекулярную массу (к примеру, бензальдегид и фенилацетальдегид) обладают приятным запахом и поэтому используются в парфюмерии при производстве духов.

Видео

И в завершении образовательное видео по теме нашей статьи.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: