Альдегиды и кетоны

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.

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.

Читайте также:
Гидролиз солей

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.

Альдегиды и кетоны — номенклатура, получение, химические свойства

Строение альдегидов и кетонов

Альдегиды – органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу С=O , соединенную с атомом водорода и углеводородным радикалом.
Общая формула альдегидов имеет вид:

В простейшем альдегиде – формальдегиде роль углеводородного радикала играет другой атом водорода:

Карбонильную группу, связанную с атомом водорода, часто называют альдегидной:

Кетоны – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Очевидно, общая формула кетонов имеет вид:

Карбонильную группу кетонов называют кетогруппой.
В простейшем кетоне – ацетоне – карбонильная группа связана с двумя метильными радикалами:

Номенклатура и изомерия альдегидов и кетонов

В зависимости от строения углеводородного радикала, связного с альдегидной группой, различают предельные, непредельные, ароматические, гетероциклические и другие альдегиды:

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия предельных альдегидов образуются от названия алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле с помощью суффикса -аль. Например:

Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы. Поэтому альдегидная группа всегда располагается при первом атоме углерода, и указывать ее положение нет необходимости.

Наряду с систематической номенклатурой используют и тривиальные названия широко применяемых альдегидов. Эти названия, как правило, образованы от названий карбоновых кислот, соответствующих альдегидам.

Для названия кетонов по систематической номенклатуре кетогруппу обозначают суффиксом -он и цифрой, которая указывает номер атома углерода карбонильной группы (нумерацию следует начинать от ближайшего к кетогруппе конца цепи). Например:

Для альдегидов характерен только один вид структурной изомерии — изомерия углеродного скелета, которая возможна с бутаналя, а для кетонов также и изомерия положения карбонильной группы. Кроме этого, для них характерна и межклассовая изомерия (пропаналь и пропанон).

Физические свойства альдегидов

В молекуле альдегида или кетона вследствие большей электороотрицательности атома кислорода по сравнению с углеродным атомом связь С=O сильно поляризована за счет смещения электронной плотности π-связи к кислороду:

Альдегиды и кетоны — полярные вещества с избыточной электронной плотностью на атоме кислорода. Низшие члены ряда альдегидов и кетонов (формальдегид, уксусный альдегид, ацетон) растворимы в воде неограниченно. Их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Это связано с тем, что в молекулах альдегидов и кетонов в отличие от спиртов нет подвижных атомов водорода и они не образуют ассоциатов за счет водородных связей. Низшие альдегиды имеют резкий запах; у альдегидов, содержащих от четырех до шести атомов углерода в цепи, неприятный запах; высшие альдегиды и кетоны обладают цветочными запахами и применяются в парфюмерии.

Читайте также:
Окислительно-восстановительные реакции

Химические свойства альдегидов и кетонов

Наличие альдегидной группы в молекуле определяет характерные свойства альдегидов.

1. Реакции восстановления.

Присоединение водорода к молекулам альдегидов происходит по двойной связи в карбонильной группе. Продуктом гидрирования альдегидов являются первичные спирты, кетонов — вторичные спирты. Так, при гидрировании уксусного альдегида на никелевом катализаторе образуется этиловый спирт, при гидрировании ацетона — пропанол-2.

Гидрирование альдегидов — реакция восстановления, при которой понижается степень окисления атома углерода, входящего в карбонильную группу.

2. Реакции окисления. Альдегиды способны не только восстанавливаться, но и окисляться. При окислении альдегиды образуют карбоновые кислоты.

Окисление кислородом воздуха. Например, из пропионового альдегида (пропаналя) образуется пропионовая кислота:

Окисление слабыми окислителями (аммиачный раствор оксида серебра).

Если поверхность сосуда, в котором проводится реакция, была предварительно обезжирена, то образующееся в ходе реакции серебро покрывает ее тонкой ровной пленкой. Получается замечательное серебряное зеркало. Поэтому эту реакцию называют реакцией «серебряного зеркала». Ее широко используют для изготовления зеркал, серебрения украшений и елочных игрушек.

3. Реакция полимеризации:

Получение альдегидов и кетонов

Применение альдегидов и кетонов

Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) H2C=O:
а) для получение фенолформальдегидных смол;
б) получение мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол;
в) полиоксиметиленовые полимеры;
г) синтез лекарственных средств (уротропин);
д) дезинфицирующее средство;
е) консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).

Уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид) СН3СН=О:
а) производство уксусной кислоты;
б) органический синтез.

Ацетон СН3-СО-СН3:
а) растворитель лаков, красок, ацетатов целлюлозы;
б) сырье для синтеза различных органических веществ.

Химия. 10 класс

Конспект урока

Химия, 10 класс

Урок № 8. Альдегиды и кетоны

Перечень вопросов, рассматриваемых в теме: карбонильные соединения разделяются на 2 класса: альдегиды и кетоны. По физическим свойствам только формальдегид –газ. С увеличением молекулярной массы повышается температура кипения и плавления. Они выше, чем у соответствующих алканов. Карбонильная группа влияет на реакционную способность. Характерные типы реакций – присоединения и окисления.

Альдегиды – органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу С=O , соединенную с атомом водорода и углеводородным радикалом.

Альдегидная группа – карбонильная группа, связанная с атомом водорода

Карбонильная группа – функциональная группа =С=O органических соединений.

Карбонильная соединения – органические соединения, в молекуле которых имеется карбонильная группа.

Кетоны – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.

Кетонная группа – карбонильная группа кетонов

Реакция «серебряного зеркала – восстановление серебра из аммиачного раствора. Используется для обнаружения альдегидной группы.

Поликонденсация – реакция синтеза полимеров, обычно сопровождающийся выделением низкомолекулярных побочных продуктов (воды).

Фенолформальдегидная смола – синтетические смолы со свойствами реактопластов или термореактопластов. Являются жидкими или твёрдыми продуктами поликонденсации фенола с формальдегидом.

Формалин – водный раствор формальдегида.

Основная литература: Рудзитис, Г. Е., Фельдман, Ф. Г. Химия. 10 класс. Базовый уровень; учебник/ Г. Е. Рудзитис, Ф. Г, Фельдман – М.: Просвещение, 2018. – 224 с.

Дополнительная литература:

1. Рябов, М.А. Сборник задач, упражнений и тесто по химии. К учебникам Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман «Химия. 10 класс» и «Химия. 11 класс»: учебное пособие / М.А. Рябов. – М.: Экзамен. – 2013. – 256 с.

2. Рудзитис, Г.Е. Химия. 10 класс : учебное пособие для общеобразовательных организаций. Углублённый уровень / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М. : Просвещение. – 2018. – 352 с.

Читайте также:
Химия d-элементов (медь, серебро, цинк, хром, марганец, железо)

Открытые электронные ресурсы:

  • Единое окно доступа к информационным ресурсам [Электронный ресурс]. М. 2005 – 2018. URL: http://window.edu.ru/ (дата обращения: 01.06.2018).

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ МАТЕРИАЛ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ

Органические соединения, в молекуле которых имеется карбонильная группа, называются карбонильными соединениями. Они делятся на два класса: альдегиды и кетоны.

Альдегиды – органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу С=O, соединенную с атомом водорода и углеводородным радикалом. Карбонильную группу, связанную с атомом водорода, часто называют альдегидной.

Кетоны – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Карбонильную группу кетонов называют кетогруппой.

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК название предельных альдегидов образуются из названия алкана с тем числом атомов углерода в молекуле с помощью суффикса – аль.

Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы.

Для названия кетонов по систематической номенклатуре кетогруппу обозначают суффиксом – он и цифрой, которая указывает номер атома углерода карбонильной группы (нумерацию следует начинать от ближайшего к кетогруппе конца цепи).

Первый член гомологического ряда предельных альдегидов формальдегид – бесцветный газ, несколько последующих альдегидов – жидкости. Высшие альдегиды – твердые вещества. Низшие члены ряда альдегидов и кетонов (формальдегид, уксусный альдегид, ацетон) растворимы в воде неограниченно. Их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Это связано с тем, что в молекулах альдегидов и кетонов в отличие от спиртов нет подвижных атомов водорода и они не образуют ассоциатов за счет водородных связей. Низшие альдегиды имеют резкий запах; у альдегидов, содержащих от четырех до шести атомов углерода в цепи, неприятный запах; высшие альдегиды и кетоны обладают цветочными запахами и применяются в парфюмерии.

Химические свойства альдегидов и кетонов обусловлены наличием в их молекуле активной карбонильной группы. Поэтому для них характерны реакции присоединения по двойной связи. Кроме того, характерны реакции окисления. Альдегиды легче вступают в реакции окисления, чем кетоны.

ПРИМЕРЫ И РАЗБОР РЕШЕНИЯ ЗАДАНИЙ ТРЕНИРОВОЧНОГО МОДУЛЯ

  1. Какую массу этаналя можно получить из 44,8 л ацетилена (н.у.) по реакции Кучерова, если массовая доля выхода составляет 70 % (Ответ 1237,5 г.)

1.Запишем уравнения реакций

2.Рассчитаем количества вещества ацетилена

3.Определяем количество вещества этаналя

4. Определяем массу этаналя

M (CH3COH) =2 моль х 44г/моль=88 г

5. Определяем массу этаналя практически получаемого

M (CH3COH) =70% х 88 г /100%=61,6г

  1. Выберите правильное название вещества

  1. Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы. Поэтому альдегидная группа всегда располагается при первом атоме углерода.
  2. Положение заместителей указывают цифрой атома углерода, у которого она располагается.
  3. Если заместителей несколько, то это указывается в названии.

Альдегиды и кетоны

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильные соединения (оксосоединения) — органические вещества, в молекулах которых имеется карбонильная группа (карбонил)

Общая формула карбонильных соединений:

В зависимости от типа заместителя Х эти соединения подразделяют на:

  • альдегиды (Х=Н);
  • кетоны (Х=R, R’);
  • карбоновые кислоты (Х=ОН) и их производные (Х=OR, NH2, NHR, Hal и т.д.)

Общая формула предельных альдегидов и кетонов СnH2nO .

В молекулах альдегидов карбонильная группа связана с атомов водорода:

Эта группа является функциональной группой этого класса соединений и называется альдегидной группой, сокращенно она записывается – СНО.

Альдегиды — это органические соединения, молекулы которых содержат альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом.

Общая формула: R–CН=O или

Читайте также:
ЕГЭ по химии 2017. Задание №34

R = H, алкил, арил

Пер­вый член ряда аль­де­ги­дов – фор­маль­де­гид, в его мо­ле­ку­ле кар­бо­ниль­ная груп­па свя­за­на толь­ко с ато­ма­ми во­до­ро­да — H2C=O.

Кетоны — органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.

Общие формулы: R2C=O, R–CO–R’ или

R, R’ = алкил, арил

Функциональную карбонильную группу кетонов называют кетогруппой.

Простейший представитель кетонов – ацетон CH3—C (O)—CH3.

Альдегиды – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа находится на конце углеродной цепи.

Кетоны – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа находится внутри углеродной цепи.

Если в молекулах альдегидов или кетонов содержатся две карбонильные группы, то такие соединения являются диальдегидами или дикетонами соответственно.

Например, диальдегидом является глиоксаль, а дикетоном – диацетил.

Химия

Лучшие условия по продуктам Тинькофф по этой ссылке

Дарим 500 ₽ на баланс сим-карты и 1000 ₽ при сохранении номера

. 500 руб. на счет при заказе сим-карты по этой ссылке

Лучшие условия по продуктам
ТИНЬКОФФ по данной ссылке

План урока:

Приятный цветочный запах духов, аромат ванильных булочек, корицы и фруктов кроются в альдегидах и кетонах. Жидкость для снятия лака и строительные растворители также производят из карбонильных соединений. Без альдегидов и кетонов невозможно представить жизнь человека.

Карбонильные соединения – молекулы, содержащие карбонильную группу С=О. Они состоят из двух классов– альдегидов (R-CHO) и кетонов (R-CO-R’).

Общая формула гомологического ряд карбонильных соединений: CnH2nO.

Строение альдегидов и кетонов

Для карбонильных (входящих в состав функциональной группы альдегидов или кетонов)углеродных атомов характерна sp 2 -гибридизация. Все σ-связи располагаются под углом 120˚.

Кислородный атом более электроотрицателен, поэтому связь С=О поляризована. Он стягивает на себя электронную плотность, поэтому на кислороде образуется частично отрицательный заряд δ – , а на углероде из функциональной группы – частично положительный заряд δ + .

Классификация альдегидов и кетонов

В классификации заключено отличительное строение молекулы. В основе одной из классификаций лежит строение радикала.

Также альдегиды и кетоны можно классифицировать по количеству карбонильных групп.

Номенклатура альдегидов и кетонов

В соответствии с систематической номенклатурой в альдегидах добавляется суффикс «-аль» (например, метанАЛЬ), а в кетонах –«-он» (например, метанОН).

Алгоритм составления названия

  • Нахождение главной углеродной цепи.
  • Нумерация главной цепи, начиная с углеродного атома функциональной группы.
  • Название углеводородного радикала.
  • Если в молекуле присутствует альдегидная группа, то к названию прибавляется суффикс -аль. Если в соединении есть одна кетонная группа, то к названию прибавляется суффикс -он, а есть кетонных группы две, то к названию прибавляется суффикс -дион.

Гомологический ряд альдегидов и кетонов

Ряд альдегидов начинается с соединения с одним углеродным атомом – с метаналя. Он содержится во многих природных объектах, например, в деревьях. Характерный запах новой мебели – это запах метаналя, который при больших концентрациях опасен для здоровья человека и животных.

Гомологический ряд кетонов начинается с пропанона. Это соединение широко известен как хороший растворитель. Ацетон характеризуется резким характерным запахом.

Изомерия карбонильных соединений

Для карбонильных соединений свойственна как структурная, так и пространственная изомерия. Пространственная изомерия включает оптическую и цис-транс. Оптическая изомерия возможна при наличии ассиметричного атома углерода в молекуле, а цис-транс-изомерия – при наличии кратной связи.

Оптическая изомерия альдегида.

Структурная изомерия альдегидов

Структурная изомерия кетонов

Способы получения альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения можно получить несколькими способами.

Окисление спиртов

Окисление протекает при нагревании. Альдегиды получают с помощью реакций окисления первичных спиртов, а кетоны – вторичных.

Читайте также:
Растворы

Дегидрирование спиртов

Реакция заключается в пропускании спиртовых паров над медью.

Взаимодействие алкинов с водой, или реакция Кучерова

Для проведения реакции необходим катализатор в виде соли ртути (II).

Гидролиз дигалогенпроизводных алканов

В ходе щелочного гидролиза образуется диол, содержащий две гидроксильные группы –ОН у одного атома углерода. Эта структура неустойчива, поэтому быстро образуется в альдегид или кетон.

Пиролиз солей карбоновых кислот

Для проведения данной реакции необходимо нагревание и наличие двухвалентных металлов. В результате образуются кетоны и карбонаты.

Кумольный метод получения пропанона

В промышленности пропанон, или более известный как ацетон, получают с помощью каталитического окисления кумола. Синтез пропанона проходит в два этапа.

Физические свойства альдегидов и кетонов

У соединений этого класса атомы не могут формировать водородные связи. Эта особенность отражается в низких температурах плавления и кипения, по сравнению со спиртами. У кетонов температура плавления и кипения немного выше, чем у альдегидов.

Существование в виде характерно только для формальдегида. Альдегиды с двумя-пятью и кетоны с тремя-четырьмя углеродными атомами – жидкости. Агрегатное состояние высших соединений – твердое. Низшие карбонильные молекулы растворимы в воде, а по мере увеличения углеродной цепи эта способность падает. Все альдегиды и кетоны хорошо растворимы в органических растворителях.

Особенность представителей класса заключается в особенных ароматах. Низшие альдегиды и кетоны отличаются резким запахом, средние имеют неприятный запах, а высшие обладают цветочными ароматами. Альдегиды опасны при вдыхании, т.к. поражают слизистые, а также оказывают негативное влияние на нервную систему.

Формальдегид – опасный для здоровья бесцветный газ. Его можно отличить по резкому запаху. Формальдегид относится к группе веществ раздражающего или слезоточивого действия. Водный раствор 40-% формальдегида – формалин, который обладает дезинфицирующим эффектом и используется для хранения биологических объектов.

Ацетальдегид – бесцветная жидкость с низкой температурой кипения в 21˚С. Обладает запахом зеленой листвы. Негативно влияет на организм человека и животных.

Некоторые альдегиды люди используют как источник витаминов. Например, в пиродоксале содержится витамин В6.

Некоторые насекомые в качестве защиты используют сильные запахи, в состав которых входят альдегиды. Эти соединения оказывают раздражающее действие.

Химические свойства альдегидов и кетонов

Реакции определяются наличием группы С=О, которая создает активное вещество. Для альдегидов свойственна большая реакционная способность по сравнению с кетонами.

Реакции присоединения

Данные реакции проходят по двойной связи.

  • Взаимодействие с водородом

Гидрирование альдегидов приводит к образованию первичных спиртов, а кетонов – вторичных.

  • Взаимодействие с водой

Гидратация возможна только для формальдегида и уксусного альдегида. В результате гидратации формальдегида синтезируется гидратная форма, которая существует только при низких температурах.

  • Присоединение спиртов

При взаимодействии спиртов и альдегидов образуются полуацетали, которые существуют только при низких температурах. Реакции протекает при участии катализатора – кислоты или щелочи.

При реакции полуацеталя с еще одной молекулы спирта в присутствии протона Н + полуацетальный гидроксил замещается на алкоксильную группу и образуется ацеталь.

  • Присоединение циановодородной кислоты

Окисление

Альдегиды легко поддаются окислению. Кетоны окисляются только при участии сильных окислителей и при высоких температурах.

  • Окисление гидроксидом меди (II)

Для данной реакции требуется свежеприготовленный гидроксид меди (II). Характерная черта реакции – образование краснокирпичного осадка оксида меди (I)Cu2O.

  • Окисление аммиачным раствором оксида серебра

Особенность данной реакции заключается в том, что на стенках пробирки образуется небольшой слой металлического серебра («серебряное зеркало»).

Читайте также:
Электролиз

Упрощенная форма уравнения:

  • Жесткое окисление

Окислителями могут быть перманганаты и соединения хрома (VI).

Кетоны подвергаются окислению только под действием перманганатов и дихроматов при нагревании.

  • Горение (полное окисление)

Реакции замещения

При взаимодействии с галогенами образуется галогензамещенный (у ближайшего к функциональной группе атома углерода) альдегид или кетон.

Поликонденсация

Формальдегид может реагировать с фенолом при наличии катализатора – кислоты или щелочи.

Полимеризация

Реакция полимеризации возможна для легких альдегидов.

Применение альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения широко применяются во многих отраслях. Им характерна высокая реакционная активность.

Формальдегид применяется для получения пластмасс, формальдегидных смол, а также в производстве лекарств и продуктов органического синтеза и в обработке кож в кожевенной промышленности. При взаимодействии формальдегида и аммиака образуется уротропин – мочегонный препарат. Иногда прессованный уротропин используют как сухое горючее.

Ацетальдегид используется в получении уксусной кислоты, уксусного ангидрида, этилацетата и др.

Ацетон применяется в лакокрасочной промышленности, в производстве ацетатного шелка, пироксилина (бездымного пороха), киноплёнки.

Метаналь в основном используют для получения формальдегидной смолы, которая применяется в производстве пластмасс, клея, лаков.

Ванилин – альдегид, который используют в пищевой промышленности (в особенности при изготовлении выпечки) и парфюмерии. Он имеет характерный сладкий запах.

Цитраль – альдегид с цитрусовым ароматом. Его применяют в качестве отдушки моющих средств и косметики. Цитраль также входит в состав организмов муравьев. Он используется в медицине для понижения давления, а также для изготовления препаратов улучшающих зрение, антисептиков и антибактериальных средств.

Бензальдегид содержится в эфирных маслах и обладает запахом горького миндаля. Он в виде гликозида содержится в семенах миндаля, косточках вишни, абрикоса и персика.

Альдегиды и кетоны

1. Альдегиды и кетоны

Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие в своем составе карбонильную группу Поэтому их еще называют карбонильными соединениями.

В альдегидах карбонильная группа связана с углеводородным радикалом и атомом водорода. Общая формула альдегидов группировка получила название альдегидная группа.

В кетонах карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.

Обшая формула кетонов . Карбонильную группу в кетонах часто называют кетогруппой.

В зависимости от строения углеводородного радикала альдегиды и кетоны подразделяют на алифатические, алициклические и ароматические. Среди алифатических альдегидов и кетонов различают насыщенные и ненасыщенные (предельные и непредельные).

1.1. Альдегиды и кетоны алифатического ряда

Номенклатура альдегидов и кетонов весьма многообразна. Используют как тривиальные названия, так и номенклатуру ИЮПАК. Поэтому многие карбонильные соединения имеют несколько названий.

Тривиальные названия альдегидов происходят от названия кислот, в которые они превращаются при окислении. По заместительной номенклатуре ИЮПАК названия альдегидов образуют от названия углеводородов с тем же числом атомов углерода (включая углерод альдегидной группы), прибавляя суффикс – аль . Нумерацию главной углеродной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы.

Нередко в названиях альдегидов положения заместителей указывают греческими буквами α , β , γ и т. д. При этом буквой α обозначают атом углерода, соединенный с альдегидной группой:

Кетонную группу по заместительной номенклатуре обозначают суффиксом -он и цифрой обозначают атом углерода, входящий в кетогруппу. Нумерацию проводят таким образом, чтобы атом углерода карбонильной группы получил меньший номер:

По радикало-функциональной номенклатуре названия кетонов состоят из названия углеводородных остатков в порядке алфавита и суффикса -кетон.

1.1.2. Способы получения

1. Реакция окисления спиртов. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов.

2. Реакция гидратации алкинов (реакция Кучерова). В условиях реакции Кучерова из ацетилена образуется уксусный альдегид, все гомологи ацетилена дают кетоны.

Читайте также:
Атом, молекула, вещество

3. Реакция гидролиза дигалогеналканов. При гидролизе геминальных дигалогеналканов с атомами галогена у первичного атома углерода об разуются альдегиды, а у вторичного – кетоны:

4. Реакция термического разложения солей карбоновых кислот. Из смешанной соли муравьиной и другой карбоновой кислоты при термическом разложении (пиролизе) получают альдегиды, а в остальных случаях образуются кетоны:

1.1.3. Физические свойства

Насыщенные альдегиды и кетоны являются бесцветными жидкостями со своеобразным запахом (формальдегид – газ с острым запахом). Карбонильные соединения имеют более низкие температуры кипения, чем соответствующие спирты, т. к. не способны образовывать водородные связи.

Кетоны являются хорошими растворителями. Высшие альдегиды обладают цветочным запахом и широко применяются в парфюмерии.

Альдегиды раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, пагубно влияют на нервную систему. С увеличением числа атомов углерода в молекуле раздражающее действие ослабевает. Ненасыщенные альдегиды обладают более сильным раздражающим действием, чем насыщенные.

1.1.4. Химические свойства

Химические свойства альдегидов и кетонов определяются наличием в их молекуле карбонильной группы, которая является сильно полярной группой и имеет значительную поляризуемость.

Карбонильная группа образована из двух атомов с сильно различающимися электроотрицательностями. Атом углерода карбонильной группы находится в состоянии sp2-гибридизации и связан с тремя окружающими его атомами σ -связями, расположенными в одной плоскости под углом 12O°. Негибридизованная р-орбиталь атома углерода перекрывается с p-орбиталью атома кислорода, образуя π -связь.

Атом кислорода, как более электроотрицательный элемент, притягивает к себе σ – и π -электроны. В результате этого двойная связь карбонильной группы сильно поляризована, на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд, а на атоме углерода – частичный положительный. Благодаря такой поляризации альдегиды и кетоны способны вступать в реакцию с нуклеофильными реагентами, которые атакуют атом углерода карбонильной группы. Альдегиды, как правило, более реакционноспособны, чем кетоны. Поскольку алкильные радикалы за счет +I-эффекта уменьшают положительный заряд на атоме углерода карбонильной группы, наличие в молекуле кетона двухалкильных групп приводит к большему понижению положительного заряда, чем в молекуле альдегида.

Все реакции альдегидов и кетонов условно можно разделить на следующие группы:

  • реакции нуклеофильного присоединения (AN);
  • реакции присоединения-отщепления;
  • реакция конденсации;
  • реакция с участием α -углеродного атома;
  • реакции полимеризации;
  • реакции окисления и восстановления.

1.1.4.1. Реакции нуклеофильного присоединения

1. Присоединение синильной кислоты. Синильная (циановодородная) кислота присоединяется к карбонильным соединениям, образуя циангидрины или α -гидроксинитрилы:

Кетоны также образуют α -гидроксинитрилы:

Образующиеся нитрилы можно легко гидролизовать до соответственных α -гидроксикислот, что используется в синтезе этих кислот.

2. Присоединение гидросульфита натрия. Альдегиды и кетоны (содержащие группировку Н3С–СО–R) реагируют с гидросульфитом (бисульфитом) натрия, образуя бисульфитные соединения.

Бисульфитные соединения – твердые вещества, трудно растворимые в воде, легко образуются, поэтому применяются для качественного обнаружения альдегидов, а также для выделения альдегидов из реакционной среды.

3. Присоединение воды. Растворение альдегидов в воде сопровождается образованием гидратов. Реакция представляет собой обратимый процесс. Продукты реакции гидратации обычно неустойчивы и выделить их практически невозможно из-за разложения на исходные компоненты:

4. Присоединение спиртов. В спиртовом растворе альдегиды образуют полуацетали, а в присутствии следов минеральных кислот – ацетали:

Кетоны из-за низкой реакционной способности и пространственных препятствий со спиртами не взаимодействуют.

1.1.4.2. Реакции присоединения-отщепления

Альдегиды и кетоны взаимодействуют с азотистыми основаниями с образованием неустойчивых продуктов нуклеофильного присоединения, которые стабилизируются благодаря отщеплению молекулы воды. Эта группа реакций получила название реакций присоединения-отщепления.

Читайте также:
Классификация и общие свойства основных классов неорганических веществ

1. Взаимодействие с аммиаком. Альдегиды, присоединяя молекулу аммиака, образуют альдимины. В процессе реакции в начале образуется неустойчивый аминоспирт, от которого затем отщепляется вода.

Кетоны также взаимодействуют с аммиаком, но при этом образуются продукты более сложного строения.

2. Взаимодействие с аминами. Первичные амины, реагируя с альдегидами или кетонами. лают имины. Если реакция протекает с ароматическими аминами, то образующиеся имины называют также основаниями Шиффа.

3. Взаимодействие с гидроксиламином. Продукты конденсации альдегидов и кетонов с гидроксиламином называют альдоксимами и кетоксимами.

Реакцию образования оксимов используют для выделения и идентификации альдегидов и кетонов.

4. Взаимодействие с гидразином. Подобно взаимодействию с первичными аминами протекают реакции оксосоединении с гидразином, фенилгидразином, семикарбазидом, тиосемикарбазидом.

Образующиеся производные оксосоединений обычно представляют собой кристаллические вещества с четкими температурами плавления. Эти реакции используются для идентификации исходных оксосоединений.

1.1.4.3. Реакции конденсации

1. Альдольная конденсация. Альдегиды и кетоны, содержащие атомы водорода у α -углеродного атома, в присутствии каталитических количеств основания способны вступать в реакцию самоконденсации, называемую альдольной конденсацией. При этом молекулы альдегидов соединяются друг с другом посредством связей С–С и образуют альдоль – β -гидроксиальдегид:

При нагревании β -оксиальдегиды легко теряют воду, превращаясь в α , β -ненасыщенные альдегиды.

Легкость, с котором происходит отщепление воды, объясняется подвижностью α -водородного атома и образованием сопряженной системы двойных связей. Реакция образования ненасыщенного альдегида из альдоля известна в органической химии под названием кротоновая конденсация.

2. Сложноэфирная конденсация (реакция Тищенко). При нагревании альдегидов в присутствии этилата алюминия образуются сложные эфиры карбоновых кислот:

В этой реакции одна молекула альдегида восстанавливается до спирта, а вторая – окисляется до кислоты. Такая реакция самоокисления-самовосстановления, получила название диспропорционирования или дисмутации.

1.1.4.4. Реакции с участием α -углеродного атома

Электроноакцепторное влияние карбонильной группы приводит к повышению подвижности атомов водорода, находящихся при α -углеродном атоме (СН-кислоты):

К числу реакций, протекающих с участием α -углеродного атома относится реакция галогенирования и рассмотренная ранее альдольная конденсация.

Реакция галогенирования. Альдегиды и кетоны легко вступают в реакции с галогенами с образованием α -галогенпроизводных:

α -Галогенопроизводные альдегидов и кетонов проявляют слезоточивое действие и называются лакриматорами (от лат. lacrima – слеза).

При галогенировании соединений типа (СН3–СО–) в щелочной среде образуются тригалогенкарбонильные соединения, которые затем расщепляются с образованием карбоксильного аниона и тригалогеналкана (CHHal3). Например, в случае йодирования в щелочной среде происходит выделение желтых кристаллов йодоформа:

Реакция образования йодоформа (йодоформная проба) используется в аналитической практике.

1.1.4.5. Реакции восстановления и окисления

1. Реакции восстановления. Реакцию восстановления альдегидов и кетонов широко используют для получения спиртов. Карбонильные соединения восстанавливаются как при каталитическом гидрировании, так при действии таких восстановителей, как алюмогидрид лития LiAlH4. Альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов:

Кетоны восстанавливаются до вторичных спиртов:

2. Реакции окисления. Альдегиды и кетоны по разному относятся к действию окислителей.

Альдегиды очень легко окисляются, даже при действии слабых окислителей (ионы Ag+. Cu2+).

2.1. Реакция «серебряного зеркала». При действии аммиачного раствора нитрата серебра (реакти в Толлеса) на альдегид происходит окислительно-восстановительная реакция. Альдегид окисляется в соответствующую кислоту, а катион серебра восстанавливается в металлическое серебро, которое дает блестящий налет на стенках пробирки.

Эта реакция является качественной для обнаружения альдегидной группы.

2.2. Реакции взаимодействия альдегидов с медно-виннокислым комплексом. Альдегиды также восстанавливаются реактивом Фелинга (смесь раствора сульфата меди со щелочным раствором натрийкалиевой соли виннокаменной кислоты):

Кетоны к действию этих окислителей инертны. Не окисляются они и кислородом воздуха. Только при действии более сильных окислителей кетоны удается окислить. При этом происходит разрыв углерод-углеродной связи между атомом углерода карбонильной группы и углеводородного радикала и образуется смесь кислот.

Читайте также:
Элементы группы VIIА

1.1.4.6. Реакции полимеризации

Альдегиды, в отличие от кетонов, способны полимеризоваться. Реакция полимеризации протекает в обычных условиях и ускоряется в присутствии минеральных кислот. При хранении 4O % водного раствора формальдегида (формалин), особенно при температуре ниже 9 °С, наблюдается выпадение белого осадка продукта линейной полимеризации (параформа):

Уксусный альдегид в присутствии следов серной кислоты приводит к образованию, в зависимости от условий, двух циклических продуктов – паральдегида и метальдегида:

Паральдегид – жидкость, метальдегид – твердое вещество, используется в быту как сухое горючее под названием «сухой спирт».

Изомерия, строение и гомологический ряд альдегидов и кетонов

К кислородсодержащим производным углеводородов, содержащим в молекуле функциональную группу , относятся альдегиды и кетоны. Отличаясь друг от друга по ряду свойств, эти вещества характеризуются заметным сходством. Изомерия альдегидов и кетонов также имеет общие черты, обусловленные близостью строения.

Строение альдегидов и кетонов

Определяющий элемент структуры производных углеводородов – функциональная группа атомов. Она служит критерием для отнесения соединения к тому или иному классу органических веществ.

Карбонильная группа

Группа называется карбонилом. Она образована посредством двойной связи, поскольку оба входящих в ее состав атома – углерод и кислород – sp2-гибридизованы.

В карбонильной группе атом углерода затрачивает на -связь одну из трех валентностей, образованных гибридными sp2-облаками, и на -связь – валентность, создаваемую единственным негибридным 2p-облаком. Кислородный атом вступает в -связь с углеродом, затрачивая единственную свободную гибридную орбиталь, и в -связь – через 2p-орбиталь аналогично углероду. Два оставшихся гибридных облака кислорода содержат неподеленные электронные пары и не создают свободных валентностей.

Благодаря высокой электроотрицательности кислород оттягивает в свою сторону электронную плотность по обоим компонентам двойной связи, и она оказывается сильно поляризованной. За счет -электронов, обладающих большой подвижностью и легко смещающихся к кислороду, дипольный момент связи C=O почти вчетверо выше, чем у одинарной связи С-O, характерной для спиртов.

На диполе C=O кислород обладает частичным отрицательным, а углерод – положительным зарядом. Это приводит к поляризации связей С-O у соседнего с карбонилом углеродного атома (отрицательный индуктивный, или I-эффект) и оказывает влияние на химические свойства.

Общая структура молекул альдегидов и кетонов

Состав карбонильных соединений описывается общей формулой . Различия между альдегидами и кетонами состоят в разном строении углеводородных остатков.

В альдегидах одна из свободных валентностей углерода группы присоединяет алкильный радикал, а вторая – атом водорода. В кетонах обе валентности связывают карбонил с алкильными остатками. Общее строение молекул соединений обоих классов имеет следующий вид:

Номенклатура

Наименования альдегидов строятся путем прибавления суффикса «-аль» либо «-диаль» к названию углеводорода, представляющего алкильный остаток. Нумерацию цепи начинают от углеродного атома, входящего в состав карбонила, но в наименовании локант «1» не указывается:

Если радикал -CHO (альдегидная группа) присоединяется непосредственно к одному из атомов углеродной цепи, он считается равноправным с другими альдегидными группами. В этом случае группы -CHO получают наименование «карбальдегид», не участвуют в нумерации и указываются после названия углеводорода:

Наименования кетонов составляются путем добавления суффикса «-он» либо «-дион» к названию образующего главную цепочку углеводорода:

Гомологические ряды альдегидов и кетонов

Ряды, образуемые насыщенными карбонильными соединениями, представлены в таблице:

Изомерия кетонов и альдегидов

Соединения состава образуют изомеры по структурным признакам: строению образующей молекулу углеродной цепи, местоположению карбонильных групп и наличию изомеров в других классах органических веществ.

Читайте также:
Простые и сложные эфиры

Позиция функциональной группы

Изомерия данного типа свойственна кетонам с :

Строение углеродного скелета

Изомерия по отсутствию либо наличию и характеру ветвления углеродной цепи свойственна всем карбонильным соединениям: альдегидам с и кетонам с . Ацетальдегид и формальдегид изомеров не имеют.

Например, альдегиды состава образуют изомеры:

Межклассовая изомерия

Из единой для двух классов соединений общей формулы следует, что альдегиды и кетоны одинакового атомного состава – взаимные изомеры:

Кроме того, они обладают межклассовой изомерией с такими соединениями, как:

  • непредельные спирты – алкенолы (при );
  • простые эфиры (при );
  • циклические оксиды (при ).

Физические свойства

Формальдегид и уксусный альдегид в стандартных условиях – токсичные газы с резким запахом. Альдегиды и кетоны с C3 по C12– жидкости.

Поскольку в группе отсутствует поляризованный водород, молекулы не могут быть ассоциированы посредством водородных связей, и жидкие карбонильные соединения более летучи, чем соответствующие спирты. Однако они растворяются в воде за счет взаимодействия кислорода карбонильной группы и поляризованных водородных атомов молекулы воды.

Химические свойства

Химические свойства альдегидов и кетонов определяются в первую очередь группой , благодаря которой эти вещества химически активны. При этом альдегиды отличаются большей реакционной способностью, чем кетоны.

1. Присоединение к карбонилу по месту двойной связи

Синильная кислота присоединяются по нуклеофильному механизму:

Аналогично протекают реакции присоединения солей и спиртов.

При восстановлении (гидрировании) присоединение водорода идет на катализаторе:

2. Окисление

К действию окислителей альдегиды и кетоны относятся различно. Альдегиды охотно вступают в реакцию и в мягких условиях благодаря наличию водорода при карбонильной группе, которая окисляется до карбоксильной. Продукт реакции – кислота:

Альдегиды дают качественные реакции при окислении свежеприготовленным гидроксидом меди или реактивом Толленса (оксид серебра в аммиачном растворе):

Кетоны ведут себя подобно третичным спиртам и не реагируют со слабыми окислителями. Под действием сильных окислителей происходит распад молекулы кетона.

Карбонильные соединения горят с выделением тепла по схеме:

3. Реакции в алкильном радикале

Карбонил оказывает влияние на реакционную активность углеводородного остатка, сообщая особую подвижность водородным атомам, стоящим при α-расположенном (соседнем с группой ) углероде. Этот водород легко подвергается замещению, например, галогеном:

Получение альдегидов и кетонов

  1. Окисление и дегидрирование спиртов
  2. Гидролиз дигалогенпроизводных
  3. Гидратация алкинов
  4. Дегидрирование спиртов. Процесс протекает на катализаторе (оксид меди) с нагреванием:

Применение карбонильных соединений

Благодаря высокой реакционной активности соединения, содержащие карбонил, широко используются в различных сферах.

Формальдегид лидирует по объемам мирового производства. Он применяется в фармацевтике, производстве полиуретанов, смол, взрывчатых веществ. Используется в качестве консерванта биопрепаратов и в сельском хозяйстве для обработки зерна.

Уксусный альдегид – основа для получения этанола, уксусной кислоты, бутадиена и других востребованных промышленностью веществ.

Альдегиды играют значительную роль в синтезе спиртов и карбоновых кислот, душистых веществ и антиоксидантов.

Ацетон – один из самых распространенных органических растворителей, компонент лаков, красок, клеев. Используется в производстве различных реактивов.

Бутанон (метилэтилкетон) и другие низшие кетоны также являются эффективными растворителями и находят применение в химической промышленности, например, в производстве полимерных материалов.

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: :???: :?: :!: