T Омск Държавен университет
отдел органична химия
Алдехиди и кетони

Алдехидите и кетоните се различават по наличието на карбонилна група >C=О.

Карбонилната група е поляризирана по връзката C-O:

Алдехидите и кетоните могат да се разглеждат като производни алкани, които имат един от метил (-СН 3) или метиленови групи ( -CH 2 - ) се замества с карбонилна група:

Кетоните имат два алкилови радикала като заместители на карбонилната група, докато алдехидите имат един заместител. б-алкилова група, другата е водород. Тази разлика води до значителни различия в химични свойства (см. По-долу).

Номенклатура

НоменклатураIUPAC

При именуване на алдехиди и кетони, съгласно правилата на номенклатурата на IUPAC, се избира най-дългата въглеродна верига, която включва карбонилна група. Номерирането на въглеродните атоми в тази верига се извършва от ръба, където карбонилната група е по-близо, и при формирането на името до името на въглеводорода, съответстващо на броя на въглеродните атоми в основната верига (1-метан, 2- етан, 3-пропан, 4-бутан, 5 - пентан и т.н.) се добавя окончанието -а ех (за алдехиди) или -той за кетони.

Позицията на карбонилната група върху кетоните се обозначава с тире, ако са възможни множество изомери. Позицията на карбонилната група на алдехидите не се обозначава с число, тъй като във всички случаи е на първото число:

Рационална номенклатура

Кетоните често се наименуват на радикали, свързани чрез карбонилна група, с добавяне на думата кетон. Например, хексанон-3 или метилетил кетон , ацетон или диметил кетон.

Алдехидите могат да бъдат наречени производни етаналили ацеталдехид:

Друго име д - триметилетанал.

Химични свойства на карбонилните съединения

Всички реакции на карбонилни съединения могат да бъдат разделени на групи:

Реакции при карбонилната група (присъединяване)

Реакции върху въглеродния скелет

Окислителни реакции

Реакции на възстановяване

Реакции на присъединяване към карбонилната група (присъединяване на нуклеофилни реагенти)

1. водна връзка

Нововъзникващите скъпоценни диолинестабилен и равновесието в тази реакция е силно изместено наляво. Изключенията са алдехиди и кетони с електрон-оттеглящи групи, напр. хлоралили хексафлуороацетон, които съществуват във водната среда под формата скъпоценни диоли:

2. добавяне на бисулфит

Прикрепването става през по-нуклеофилния серен атом, а не през кислорода, въпреки че има отрицателен заряд. Образуват се производни алкансулфонови киселини(сол алкоксисулфонова киселина).

Нововъзникващите адуктинеразтворими в наситен разтвор на натриев бисулфит или в алкохоли и се утаяват като кристали. Така че е възможно да се отделят карбонилни съединения от смес с алкохоли. Карбонилното съединение се изолира в свободна форма от адуктпри третиране с киселина.

Когато реагират с кетони, бисулфитите се добавят само към метил кетони CH3-CO-R.

3. добавяне на цианиди

Реакцията се катализира от калиев цианид или натрий. Нововъзникващите оксинитрили(или цианохидрини) може да бъде хидролизиранпреди оксикарбоксилнакиселини:

4. добавяне на алкохоли

Когато се добави първата молекула алкохол, полуацетали. Реакцията се катализира от киселини или основи:

Добавянето на втора алкохолна молекула води до образуването ацетали. образование ацеталикатализира само в кисела среда:

Ацеталистабилни в неутрална и алкална среда, така че могат да се използват за временна защита на алдехидни групи. Ацеталиширок често срещанив природата.

5. свързване на реагенти Гринярд

Взаимодействие на органометални съединения от вида R-Mg-X(реактиви Гринярд), където X \u003d халоген, с карбонилни групи (нуклеофилно добавяне при множествена връзка ОТ=О):

Взаимодействие формалдехид, алдехиди, кетони и - води съответно до първични, вторични и третични алкохоли.

Третичните алкохоли се получават от кетони. Да, от метилетилкетон(бутанон-2) се получава 2-метилбутанол-2. Алдехидите при подобна реакция дават вторични алкохоли. от пропионовалдехид ( пропанал) се получава бутанол-2:

Първичните алкохоли се образуват от формалдехид. При взаимодействие на реагентите Гринярдс киселинни халогенидикарбоксилните киселини и естерите образуват третични алкохоли, които имат два еднакви алкилови заместителя. Това изразходва два мола от реагента Гринярд:

6. Добавяне на амоняк и амини

Първичните амини се добавят към алдехиди и кетони, за да се образуватимини (основания Шиф :

Подобна реакция на вторични амини с карбонилни съединения дава енамини :

Хидразинът и неговите производни също могат да взаимодействат с карбонилни съединения, за да образуват хидразони:

Хидроксиламинидобавете към алдехиди и кетони, за да се образуват алдоксимии кетоксими:

7. Алдол-кротониккондензация

Кондензация може да възникне както в кисела, така и в алкална среда.

Киселинно катализирана кондензация

влизат в конденз еноли протониранкарбонилна група на втората молекула на съединението:

катализирана с база кондензация

образование енолатен йон, генериране карбанион, протича по схемата:

По-нататък карбанионсе свързва с карбонилната група на втората молекула и продължава С-алкилиране, За разлика от термодинамичнонеблагоприятен о- алкилиране:

Нововъзникващите алдехиден алкохол (алдол) лесно губи вода в присъствието на каталитични количества основи или киселини, както и при леко нагряване, с образуването на a, b - ненаситено карбонилно съединение, което завършва реакцията на кондензация (R, X \u003d алкил или H):

По този начин, в алдолновата реакция относно- кондензация на кротон (вкл самокондензация) може да влезе както в алдехиди, така и в кетони, имащи алфа въглеродводородни атоми. В случая на кетони равновесното положение е неблагоприятно за образуване на продукти, но протичането на реакцията в специални условия(напр. чрез избягване на контакт на продукта с основен катализатор) могат да се постигнат значителни добиви. Кръстосаните реакции между алдехиди и кетони не са за лабораторна употреба, тъй като те образуват трудно се разделятсмес от четири продукта и без реакцияоригинални съединения. По-често за синтетични цели се извършва реакция между две карбонилни съединения, едното от които е източник на карбаниони ( метиленов компонент ), а другият служи карбонилна съставка (нямам алфа въглеродводородни атоми). Обикновено като карбонилни компоненти се използват формалдехид, ароматни алдехиди, естери на въглеродна, оксалова и мравчена киселина. Като метиленов компонент те се използват, наред с други неща, C-H киселинии дори производни на ацетиленови въглеводороди с крайна тройна връзка.

8. Реакция на Cannizzaro

Алдехиди, които нямат алфа въглеродводородните атоми, когато се нагряват със силни основи, влизат в окислително-редукционна реакция, когато една от молекулите се редуцира до алкохол поради окисляването на втората молекула до карбоксилна киселина. Такива реакции се наричат Реакции на Cannizzaro, и продължете по схемата:

Известни са и вътрешномолекулни окислително-редукционни реакции:

С особен вид вътрешномолекулно окисление-редукция е бензил пренареждане :

Реакции върху въглеродния скелет на алдехиди и кетони

Реакциите, засягащи въглеродния скелет, включват:

Кето-енолна тавтомерия на алдехиди и кетони;

Халогениране (халоформена реакция и заместване на a - въглеродни водородни атоми)

1. Кето-енол тавтомеризъм

Карбонилните съединения могат да съществуват едновременно в две форми - кетон и енол:

Превръщането на алдехидите и кетоните в еноли (ненаситени алкохоли) протича както спонтанно, така и с катализа от киселини и основи. Въпреки че енолните форми присъстват в алдехидите и кетоните в незначителни концентрации, те играят значителна роля в тяхната реактивност. Чрез образуването на еноли протичат редица важни реакции на алдехиди и кетони. Нека разгледаме механизмите на прехода на кетонни форми към еноли, възникващи под каталитичното действие на киселини и основи.

Енолизиране киселинно катализиран

Образуването на енол може да бъде киселинно катализирано съгласно схемата по-долу (R"=алкил или Н):

Реакцията започва с протонирането на кислородния атом на карбонилната група и завършва с елиминирането на протон вече от алфа въглеродатом. Така формално протонът играе ролята на катализатор.

Енолизиране , катализиранбаза

Образуването на енолатния йон протича по схемата:

При образуването на еноли по време на основна катализа, киселинността на алфа-въглеродните водородни атоми играе важна роля. Тяхната повишена киселинност се свързва с непосредствената близост до карбонилната група и нейния отрицателен индуктивен ефект, отнемащ електрони. S-N връзкии по този начин улесняване на елиминирането на протон. С други думи, елиминирането на протона се улеснява, тъй като полученият карбанион се стабилизира чрез делокализация на отрицателния заряд върху карбонилната група.

Халогени се добавят към образуваните еноли при C=C множествена връзка. Само за разлика от алкените, където такова добавяне е завършено чрез пълното свързване на халогена, в алдехидите и кетоните се добавя само един халогенен атом (към въглерода, съседен на карбонилната група). Вторият халогенен атом (върху карбонилната група) не се свързва и реакцията завършва с елиминиране на протон и регенериране на карбонилната група:

В кисела среда реакцията спира там. Заместване на втория водороден атом с халоген не се случва. Но в алкална среда възниква бърза реакция на заместване на втория и още по-бърза реакция на заместване на третия въглероден атом с халоген (увеличаването на броя на халогенните атоми при въглерода рязко повишава киселинността на неговите водороди):

В крайна сметка и трите водородни атома се заменят с халогени, последвано от елиминиране на групата CX 3като анион, последван от незабавен протонен обмен:

В резултат на това а трихалометан, наречен халоформ (йодоформ CHJ 3, бромоформ CHBr 3, хлороформ CHCI 3) и анион на карбоксилна киселина. А самият процес се нарича халоформна реакция. Всички метил кетони са обект на халоформна реакция. Халоформите се утаяват като цветна утайка (жълт йодоформ), имат специфична миризма и могат да служат като качествена реакция към наличието на метил кетони. Халоформната реакция се дава и от алкохоли, чието окисление може да образува метил кетони (например изопропанол). Окисляването се извършва от излишно количество халоген.

Окисляване на алдехиди и кетони

Алдехидите лесно се окисляват до съответните киселини:

Кетоните се окисляват трудно, при тежки условия. Окисляването се придружава от разкъсване на връзката С-С в близост до карбонилната група. Резултатът е набор от продукти на окисление - карбоксилни киселини с различна дължина на въглеродната верига:

Методи получаване

1. Окисляванепървичен алкохоли получават се алдехиди, а вторичните алкохоли дават кетони:

Окисляването може да се извърши по "сух" и "мокър" метод. Първият е да прекарате алкохолни пари през загрята до 300-350 ОТмеден оксид CuO. „Мокрият“ метод е окисляването на алкохоли с подкислен разтвор на калиев или натриев бихромат:

Когато се окислява по "мокър" метод, полученият алдехид трябва да се дестилира от реакционната сфера, в противен случай лесно се окислява допълнително до карбоксилна киселина:

2. Алдехиди и кетони получен с хидролиза гем-дихалоалкани

Първо, два халогенни атома се заместват с хидроксилни групи. Но нестабилен скъпоценни диолибързо се пренареждат в карбонилни съединения с елиминиране на водна молекула:

3. Озонолиза алкени

води до образуване на смеси от алдехиди и кетони, в зависимост от структурата на изходния алкен:

На първия етап на озониране се получава озонид, при разлагането на който с вода се образуват карбонилни съединения и водороден пероксид. За да се предотврати пероксидът да провокира по-нататъшно окисление на алдехидите, цинковият прах се добавя към водата по време на разлагането на озонидите. Озонирането на алкени е насочено не толкова към синтеза на алдехиди и кетони, колкото към определяне на местоположението на множествената връзка:

4. Присъединяване на вода към алкини

Добавянето на вода към тройна връзка в присъствието на живачни соли води, в случай на ацетилен, до ацеталдехид, а в случай на заместени ацетилени, до кетони. водасе присъединява според правилото на Марковников:

Структурата на алдехидите и кетоните

Алдехиди- органични вещества, чиито молекули съдържат карбонилна група:

свързан към водороден атом и въглеводороден радикал. Общата формула за алдехиди е:

В най-простия алдехид ролята на въглеводороден радикал се играе от друг водороден атом:

Формалдехид

Карбонилната група, свързана с водородния атом, често се нарича алдехид:

Кетоните са органични вещества, в молекулите на които карбонилната група е свързана с два въглеводородни радикала. Очевидно общата формула за кетоните е:

Карбонилната група на кетоните се нарича кето група.

В най-простия кетон, ацетон, карбонилната група е свързана с два метилови радикала:

Номенклатура и изомерия на алдехиди и кетони

В зависимост от структурата на въглеводородния радикал, свързан с алдехидната група, има наситени, ненаситени, ароматни, хетероциклени и други алдехиди:

В съответствие с номенклатурата на IUPAC имената на наситените алдехиди се образуват от името на алкан със същия брой въглеродни атоми от молекулата с помощта на наставката -ал. Например:

номерираневъглеродните атоми на главната верига започват от въглеродния атом на алдехидната група. Следователно алдехидната група винаги е разположена при първия въглероден атом и не е необходимо да се посочва нейната позиция.

Наред със систематичната номенклатура се използват и тривиални имена на широко използвани алдехиди. Тези имена обикновено произлизат от имената на карбоксилни киселини, съответстващи на алдехиди.

За титлата кетониспоред систематичната номенклатура кето групата се обозначава със суфикса -тойи число, което показва номера на въглеродния атом на карбонилната група (номерирането трябва да започне от края на веригата, най-близо до кето групата).

Например:

За алдехидисамо един тип структурен изомеризъм е характерен - изомерия на въглеродния скелет, което е възможно с бутанал, и за кетони- също карбонилна позиция изомерия. Освен това те също се характеризират междукласова изомерия(пропанал и пропанон).

Физични свойства на алдехидите и кетоните

В алдехидна или кетонна молекула, поради по-голямата електроотрицателност на кислородния атом в сравнение с въглеродния атом, връзката C=O е силно поляризиранпоради изместването на електронната плътност на π-връзката към кислорода:

Алдехиди и кетони полярни вещества с излишна електронна плътност върху кислородния атом. Нисшите членове на серията алдехиди и кетони (формалдехид, ацеталдехид, ацетон) са безкрайно разтворими във вода. Техните точки на кипене са по-ниски от тези на съответните алкохоли. Това се дължи на факта, че в молекулите на алдехидите и кетоните, за разлика от алкохолите, няма подвижни водородни атоми и те не образуват асоциирани връзки поради водородни връзки.

Нисшите алдехиди имат остра миризма; алдехидите, съдържащи от четири до шест въглеродни атома във веригата, имат неприятна миризма; висшите алдехиди и кетони имат флорални миризми и се използват в парфюмерията.

Наличието на алдехидна група в молекулата определя характерните свойства на алдехидите.

реакции на възстановяване.

1. Добавяне на водородкъм алдехидните молекули възниква при двойната връзка в карбонилната група:

Продуктът от хидрогенирането на алдехиди са първични алкохоли, кетоните са вторични алкохоли.

Така че, когато ацеталдехидът се хидрогенира върху никелов катализатор, се образува етилов алкохол, а когато ацетонът се хидрогенира, се образува пропанол-2.

2. Хидрогениране на алдехиди- реакция на редукция, при която степента на окисление на въглеродния атом, включен в карбонилната група, намалява.

Окислителни реакции.

Алдехидите могат не само да се редуцират, но и да се окисляват. При окисление алдехидите образуват карбоксилни киселини. Схематично този процес може да бъде представен по следния начин:

1. Окисляване от атмосферен кислород.Например, пропионовата киселина се образува от пропионалдехид (пропанал):

2. Окисляване със слаби окислители(амонячен разтвор на сребърен оксид). В опростена форма този процес може да бъде изразен чрез уравнението на реакцията:

Например:

По-точно този процес се отразява от уравненията:

Ако повърхността на съда, в който се провежда реакцията, е била предварително обезмаслена, тогава образуваното по време на реакцията сребро го покрива с равномерен тънък филм. Следователно тази реакция се нарича реакция на „сребърно огледало“. Използва се широко за изработка на огледала, сребърни декорации и коледна украса.

3. Окисляване с прясно утаен меден (II) хидроксид.Окислявайки алдехида, Cu 2+ се редуцира до Cu +. Образуваният по време на реакцията меден (I) хидроксид CuOH незабавно се разпада на червен меден (I) оксид и вода.

Тази реакция, като реакцията сребърно огледало”, се използва за откриване на алдехиди.

Кетоните не се окисляват нито от атмосферния кислород, нито от такъв слаб окислител като амонячен разтвор на сребърен оксид.

Химични свойства на алдехиди и киселини – реферат

Отделни представители на алдехидите и тяхното значение

Формалдехид(метанал, мравчен алдехид HCHO) е безцветен газ с остра миризма и точка на кипене от -21 ° C, лесно ще се разтвори във вода. Формалдехидът е отровен! Разтвор на формалдехид във вода (40%) се нарича формалин и се използва за дезинфекция с формалдехид и оцетна киселина. AT селско стопанствоформалинът се използва за обработка на семена, в кожарската промишленост - за обработка на кожа. За производството се използва формалдехид уротропин- лечебно вещество. Понякога компресиран под формата на брикети, уротропинът се използва като гориво (сух алкохол). Голямо количество формалдехид се изразходва при производството на фенолформалдехидни смоли и някои други вещества.

Оцетен алдехид(етанал, ацеталдехид CH 3 CHO) - течност с остра, неприятна миризма и точка на кипене 21 ° C, ще се разтвори добре във вода. Оцетната киселина и редица други вещества се получават от ацеталдехид в промишлен мащаб, той се използва за производството на различни пластмаси и ацетатни влакна. Оцетният алдехид е отровен!

Група атоми -

Наречен карбоксилна групаили карбоксил.

Органичните киселини, съдържащи една карбоксилна група в молекулата, са едноосновен.

Общата формула за тези киселини е RCOOH, например:

Наричат ​​се карбоксилни киселини, съдържащи две карбоксилни групи двуосновен. Те включват, например, оксалова и янтарна киселини:

Също така има многоосновенкарбоксилни киселини, съдържащи повече от две карбоксилни групи. Те включват, например, триосновна лимонена киселина:

В зависимост от естеството на въглеводородния радикал карбоксилните киселини се делят на маргинален, ненаситен, ароматен.

ограничаване, или наситени, карбоксилни киселини са, например, пропанова (пропионова) киселина:

или вече позната ни янтарна киселина.

Очевидно наситените карбоксилни киселини не съдържат π-връзки във въглеводородния радикал.

В молекулите на ненаситени карбоксилни киселини карбоксилната група е свързана с ненаситен, ненаситен въглеводороден радикал, например в акрилни (пропенови) молекули

CH 2 \u003d CH-COOH

или олеинова

CH 3 -(CH 2) 7 -CH \u003d CH-(CH 2) 7 -COOH

и други киселини.

Както се вижда от формулата на бензоената киселина, тя е ароматен, тъй като съдържа ароматен (бензен) пръстен в молекулата:

Името на карбоксилна киселина се образува от името на съответния алкан (алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата) с добавяне на наставката -ов— , край -и ази думи киселина. Номериране на въглеродни атоми започва с карбоксилна група. Например:

Броят на карбоксилните групи е посочен в името с префикси ди-, три-, тетра-:

Много киселини също имат исторически развити или тривиални имена.

Съставът на ограничаващите едноосновни карбоксилни киселини ще бъде изразен с общата формула C n H 2n O 2, или C n H 2n+1 COOH, или RCOOH.

Физични свойства на карбоксилните киселини

По-ниските киселини, т.е. киселините със сравнително малко молекулно тегло, съдържащи до четири въглеродни атома в молекула, са течности с характерна остра миризма (например миризма на оцетна киселина). Киселините, съдържащи от 4 до 9 въглеродни атома, са вискозни маслени течности с неприятна миризма; съдържащи повече от 9 въглеродни атома в молекула - твърди вещества, които не се разтварят във вода. Точките на кипене на ограничаващите едноосновни карбоксилни киселини се увеличават с увеличаване на броя на въглеродните атоми в молекулата и, следователно, с увеличаване на относителното молекулно тегло. И така, точката на кипене на мравчената киселина е 100,8 ° C, оцетната киселина - 118 ° C, пропионовата киселина - 141 ° C.

Най-простата карбоксилна киселина, мравчена HCOOH, с малко относително молекулно тегло (M r (HCOOH) = 46), при нормални условия е течност с точка на кипене 100,8 ° C. В същото време бутанът (M r (C 4 H 10) \u003d 58) е газообразен при същите условия и има точка на кипене от -0,5 ° C. Това несъответствие между точките на кипене и относителните молекулни тегла се обяснява с образуване на димери на карбоксилни киселинив който две киселинни молекули са свързани с две водородни връзки:

Появата на водородни връзки става ясна при разглеждане на структурата на молекулите на карбоксилната киселина.

Молекулите на наситени едноосновни карбоксилни киселини съдържат полярна група от атоми - карбоксил

И практически неполярен въглеводороден радикал. Карбоксилната група се привлича от водните молекули, образувайки водородни връзки с тях:

Мравчената и оцетната киселина са безкрайно разтворими във вода. Очевидно, с увеличаване на броя на атомите във въглеводородния радикал, разтворимостта на карбоксилните киселини намалява.

Химични свойства на карбоксилните киселини

Общите свойства, характерни за класа киселини (както органични, така и неорганични), се дължат на присъствието в молекулите на хидроксилна група, съдържаща силна полярна връзка между водородни и кислородни атоми. Нека разгледаме тези свойства на примера на водоразтворимите органични киселини.

1. Дисоциацияс образуването на водородни катиони и аниони на киселинния остатък:

По-точно този процес се описва с уравнение, което отчита участието на водните молекули в него:

Равновесието на дисоциация на карбоксилните киселини се измества наляво; по-голямата част от тях са слаби електролити. Въпреки това, киселият вкус на, например, оцетната и мравчената киселина се дължи на дисоциацията на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци.

Очевидно наличието на "киселинен" водород, т.е. водородът на карбоксилната група, в молекулите на карбоксилните киселини определя и други характерни свойства.

2. Взаимодействие с металистоящ в електрохимичната серия от напрежения до водород:

И така, желязото редуцира водорода от оцетна киселина:

3. Взаимодействие с основни оксидис образуването на сол и вода:

4. Взаимодействие с метални хидроксидис образуване на сол и вода (реакция на неутрализация):

5. Взаимодействие със соли на по-слаби киселинис образуването на последния. Така оцетната киселина измества стеариновата киселина от натриевия стеарат и въглеродната киселина от калиевия карбонат:

6. Взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохолис образуването на естери - реакцията на естерификация (една от най-важните реакции, характерни за карбоксилните киселини):

Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли се катализира от водородни катиони.

Реакцията на естерификация е обратима. Равновесието се измества към образуване на естер в присъствието на обезводняващи агенти и когато естерът се отстрани от реакционната смес.

При реакцията на обратна естерификация, която се нарича естерна хидролиза (реакция на естер с вода), се образуват киселина и алкохол:

Очевидно поливалентните алкохоли, например глицеролът, също могат да реагират с карбоксилни киселини, т.е. да влязат в реакция на естерификация:

Всички карбоксилни киселини (с изключение на мравчената), заедно с карбоксилна група, съдържат въглеводороден остатък в своите молекули. Разбира се, това не може да не повлияе на свойствата на киселините, които се определят от естеството на въглеводородния остатък.

7. Реакции на добавяне на множество връзки- в тях влизат ненаситени карбоксилни киселини. Например реакцията на присъединяване на водород е хидрогениране. За киселина, съдържаща една n-връзка в радикала, уравнението може да бъде написано в общ вид:

И така, когато олеиновата киселина се хидрогенира, се образува наситена стеаринова киселина:

Ненаситените карбоксилни киселини, подобно на други ненаситени съединения, добавят халогени към двойната връзка. Например акриловата киселина обезцветява бромната вода:

8. Реакции на заместване (с халогени)- в тях могат да влизат наситени карбоксилни киселини. Например чрез взаимодействие на оцетна киселина с хлор могат да се получат различни хлорни производни на киселини:

Химични свойства на карбоксилните киселини – компендиум

Отделни представители на карбоксилните киселини и тяхното значение

Мравчена (метанова) киселина HCOOH- течност с остра миризма и точка на кипене 100,8 ° C, силно разтворима във вода.

Мравчената киселина е отровна и при контакт с кожата причинява изгаряния! Жилната течност, отделяна от мравките, съдържа тази киселина.

Мравчената киселина има дезинфекциращо свойство и затова намира приложение в хранително-вкусовата, кожената и фармацевтичната промишленост и медицината. Използва се при боядисване на текстил и хартия.

Оцетна (етанова) киселина CH 3 COOH- безцветна течност с характерен остър мирис, смесима с вода във всяко съотношение. Водните разтвори на оцетна киселина се продават под името оцет (3-5% разтвор) и оцетна есенция (70-80% разтвор) и се използват широко в хранително-вкусовата промишленост. Оцетната киселина е добър разтворител за мнозина органична материяи следователно се използва при боядисване, в кожарската промишленост, в бояджийската и лаковата промишленост. В допълнение, оцетната киселина е суровина за производството на много технически важни органични съединения: например, тя се използва за получаване на вещества, използвани за борба с плевелите - хербициди. Оцетната киселина е основният компонент на винения оцет, чиято характерна миризма се дължи на нея. Той е продукт на окисляването на етанола и се образува от него, когато виното се съхранява на въздух.

Най-важните представители на най-високите лимитиращи едноосновни киселини са палмитинова C 15 H 31 COOH и стеаринова C 17 H 35 COOH киселини. За разлика от по-ниските киселини, тези вещества са твърди, слабо разтворими във вода.

Техните соли обаче - стеарати и палмити - са силно разтворими и имат детергентно действие, поради което се наричат ​​още сапуни. Ясно е, че тези вещества се произвеждат в голям мащаб.

От ненаситени висши карбоксилни киселини най-висока стойностТо има олеинова киселина C 17 H 33 COOH, или CH 3 - (CH 2) 7 - CH \u003d CH - (CH 2) 7 COOH. Това е маслоподобна течност без вкус и мирис. Солите му намират широко приложение в техниката.

Най-простият представител на двуосновните карбоксилни киселини е оксалова (етандиова) киселина HOOC-COOH, чиито соли се намират в много растения, като киселец и оксалис. Оксаловата киселина е безцветно кристално вещество, силно разтворимо във вода. Използва се при полиране на метали, в дървообработващата и кожарската промишленост.

Справочен материал за преминаване на теста:

периодичната таблица

Таблица за разтворимост

Първата група свойства са реакциите на присъединяване. В карбонилната група, между въглерода и кислорода, има двойна връзка, която, както си спомняте, се състои от сигма връзка и пи връзка. При допълнителни реакции пи връзката се разкъсва и се образуват две сигма връзки - едната с въглерода, втората с кислорода. Въглеродът има частичен положителен заряд, а кислородът има частичен отрицателен заряд. Следователно, отрицателно заредена частица от реагента, анион, е прикрепена към въглерода, а положително заредена част от молекулата е прикрепена към кислорода.

Първосвойство - хидрогениране, добавяне на водород.

Реакцията протича при нагряване. Използва се вече познатият ви катализатор за хидрогениране - никел. Първичните алкохоли се получават от алдехиди, вторичните алкохоли от кетони.

Във вторичните алкохоли хидроксо групата е свързана с вторичен въглероден атом.

Второсвойство - хидратация, добавяне на вода. Тази реакция е възможна само за формалдехид и ацеталдехид. Кетоните изобщо не реагират с вода.

Всички реакции на добавяне протичат по такъв начин, че плюс преминава към минус, а минус към плюс.

Както си спомняте от видеото за алкохолите, наличието на две хидроксо групи на един атом е почти невъзможна ситуация, такива вещества са изключително нестабилни. Така че, по-конкретно, тези два случая - формалдехид и ацеталдехид хидрат - са възможни, въпреки че съществуват само в разтвор.

Не е необходимо да знаете самите реакции. Най-вероятно въпросът на изпита може да звучи като констатация, например те реагират с вода и са изброени вещества. Сред списъка им може да бъде метанал или етанал.

третосвойство - добавяне на циановодородна киселина.

Отново плюс отива към минус, а минус към плюс. Получават се вещества, наречени хидроксинитрили. Отново, самата реакция не е често срещана, но трябва да знаете за това свойство.

Четвъртосвойство - добавяне на алкохоли.

Тук отново не е необходимо да знаете уравнението на реакцията наизуст, просто трябва да разберете, че такова взаимодействие е възможно.

Както обикновено в реакциите на присъединяване към карбонилна група - плюс към минус и минус към плюс.

Петосвойство - реакция с натриев хидросулфит.

И отново, реакцията е доста сложна, едва ли ще я научите, но това е една от качествените реакции за алдехиди, защото получената натриева сол се утаява. Тоест, всъщност трябва да знаете, че алдехидите реагират с натриев хидросулфит, това ще бъде достатъчно.

Това завършва първата група реакции. Втората група са реакциите на полимеризация и поликондензация.

2. Полимеризация и поликондензация на алдехиди

Вие сте запознати с полимеризацията: полиетилен, бутадиен и изопренов каучук, поливинилхлорид са продукти на комбиниране на много молекули (мономери) в една голяма, в една полимерна верига. Тоест получава се един продукт. По време на поликондензацията се случва същото, но освен полимера се получават и нискомолекулни продукти, например вода. Тоест има два продукта.

Така, шестосвойство - полимеризация. Кетоните не влизат в тези реакции, само полимеризацията на формалдехид е от промишлено значение.

Пи връзката се разкъсва и се образуват две сигма връзки със съседни мономери. Оказва се полиформалдехид, наричан още параформ. Най-вероятно въпросът на изпита може да звучи така: веществата влизат в реакцията на полимеризация. И е даден списък с вещества, сред които може да има формалдехид.

Седмото свойство е поликондензацията. Още веднъж: по време на поликондензацията, в допълнение към полимера, се получава и нискомолекулно съединение, например вода. Формалдехидът влиза в такава реакция с фенол. За по-голяма яснота първо написваме уравнението с две молекули фенол.

В резултат на това се получава такъв димер и се отцепва водна молекула. Сега пишем уравнението на реакцията в общ вид.

Продуктът на поликондензацията е фенолформалдехидна смола. Тя намира широко приложение— от лепила и лакове до пластмаси и компоненти от ПДЧ.

Сега третата група свойства са реакциите на окисление.

3. Окисляване на алдехиди и кетони

осмореакция в общ списъке качествена реакция към алдехидната група - окисление с амонячен разтвор на сребърен оксид. Сребърна огледална реакция. Веднага ще кажа, че кетоните не влизат в тази реакция, а само алдехиди.

Алдехидната група се окислява до карбоксилна, киселинна група, но в присъствието на амоняк, който е основа, веднага настъпва реакция на неутрализация и се получава сол - амониев ацетат. Среброто се утаява, покрива вътрешността на тръбата и създава огледална повърхност. Тази реакция се появява на изпита през цялото време.

Между другото, същата реакция е качествена и за други вещества, които имат алдехидна група, например мравчена киселина и нейните соли, както и глюкоза.

деветиреакцията е качествена и за алдехидната група - окисление с прясно утаен меден хидроксид две. Тук също отбелязвам, че кетоните не влизат в тази реакция.

Визуално първо ще се наблюдава образуването на жълта утайка, която след това става червена. В някои учебници се открива информация, че първо се образува само меден хидроксид, който има жълт цвят, който след това се разлага само на червен меден оксид и вода. Така че това не е вярно - според последните данни, в процеса на утаяване, размерът на частиците меден оксид се променя, които в крайна сметка достигат размери, боядисани точно в червено. Алдехидът се окислява до съответната карбоксилна киселина. Реакцията се появява на изпита много често.

Десетата реакция е окисляването на алдехиди с подкислен разтвор на калиев перманганат при нагряване.

Настъпва обезцветяване на разтвора. Алдехидната група се окислява до карбоксилна група, т.е. алдехидът се окислява до съответната киселина. За кетоните тази реакция няма практическо значение, тъй като настъпва разрушаване на молекулата и резултатът е смес от продукти.

Важно е да се отбележи, че мравченият алдехид, формалдехидът, се окислява до въглероден диоксид, тъй като самата мравчена киселина не е устойчива на силни окислители.

В резултат на това въглеродът преминава от степен на окисление 0 до степен на окисление +4. Позволете ми да ви напомня, че метанолът, като правило, при такива условия се окислява максимално до CO 2, прескачайки етапа на алдехид и киселина. Тази функция трябва да се помни.

Единадесетиреакция - изгаряне, пълно окисление. Както алдехидите, така и кетоните изгарят до въглероден диоксид и вода.

Нека напишем уравнението на реакцията в общ вид.

Според закона за запазване на масата трябва да има толкова атоми отляво, колкото са атомите отдясно. Защото всъщност химична реакцияатомите не отиват никъде, но редът на връзките между тях просто се променя. Така че ще има толкова молекули въглероден диоксид, колкото въглеродни атоми има в молекула на карбонилно съединение, тъй като молекулата съдържа един въглероден атом. Това е n CO 2 молекули. Ще има наполовина по-малко водни молекули от водородните атоми, тоест 2n/2, което означава само n.

Отляво и отдясно има еднакъв брой кислородни атоми. Отдясно има 2n от тях от въглероден диоксид, защото всяка молекула има два кислородни атома плюс n вода, за общо 3n. Отляво има същия брой кислородни атоми - 3n, но един от атомите е в молекулата на алдехида, което означава, че трябва да се извади от общия брой, за да се получи броя на атомите на молекулярен кислород. Оказва се, че 3n-1 атома съдържат молекулярен кислород, което означава, че има 2 пъти по-малко молекули, защото една молекула съдържа 2 атома. Това е (3n-1)/2 кислородни молекули.

Така съставихме уравнението за изгаряне на карбонилни съединения в общ вид.

И накрая дванадесетисвойство, свързано с реакциите на заместване, е халогенирането при алфа въглеродния атом. Нека се обърнем отново към структурата на алдехидната молекула. Кислородът привлича електронната плътност върху себе си, създавайки частичен положителен заряд върху въглерода. Метиловата група се опитва да компенсира този положителен заряд чрез изместване на електрони от водород към него по верига от сигма връзки. Връзката въглерод-водород става по-полярна и водородът се разпада по-лесно, когато се атакува с реагент. Този ефект се наблюдава само за алфа въглеродния атом, т.е. атома след алдехидната група, независимо от дължината на въглеводородния радикал.

Така е възможно да се получи например 2-хлороацеталдехид. Възможно е допълнително заместване на водородни атоми с трихлороетан.

Алдехидите и кетоните са производни на въглеводороди, които съдържат карбонилна група в своите молекули. Алдехидите се различават по структура от кетоните в позицията на карбонилната група. О физични свойстваалдехиди и кетони, както и тяхната класификация и номенклатура, говорим в тази статия.

Физически свойства

За разлика от алкохолите и фенолите, алдехидите и кетоните не се характеризират с образуване на водородни връзки, поради което техните точки на кипене и топене са много по-ниски. И така, формалдехидът е газ, ацеталдехидът кипи при температура 20,8 градуса, докато метанолът кипи при температура 64,7 градуса. По същия начин фенолът е кристално вещество, а бензалдехидът е течност.

Формалдехидът е безцветен газ с остра миризма. Останалите членове на алдехидната серия са течности, докато висшите алдехиди са твърди вещества. По-ниските членове на серията (формалдехид, ацеталдехид) са разтворими във вода и имат остра миризма. Висшите алдехиди са силно разтворими в повечето органични разтворители (алкохоли, етери), C3-C8 алдехидите имат много неприятна миризма, а висшите алдехиди се използват в парфюмерията поради флорални миризми.

Ориз. 1. Таблица класификация на алдехиди и кетони.

Общата формула за алдехиди и кетони е следната:

• формулата на алдехидите е R-COH
• формулата на кетоните е R-CO-R

Класификация и номенклатура

Алдехидите и кетоните се различават по вида на въглеродната верига, в която се намира карбонилната група. Помислете за мастни и ароматни съединения:

• ацикличен, ограничаващ. Първият член на хомоложната серия от алдехиди е мравчен алдехид (формалдехид, метанал) - CH 2 \u003d O.

Мравченият алдехид се използва като антисептик. С негова помощ се извършва дезинфекция на помещения, обработка на семена.

Вторият член на алдехидната серия е ацеталдехидът (ацеталдехид, етанал). Използва се като междинен продукт при синтеза на оцетна киселина и етилов алкохол от ацетилен.

Ориз. 2. Формула ацеталдехид.

• неограничен. Необходимо е да се спомене такъв ненаситен алдехид като акролеин (пропенал). Този алдехид се образува по време на термичното разлагане на глицерол и мазнини, от които глицеролът е неразделна част.
• ароматен. Първият член на хомоложната серия от ароматни алдехиди е бензалдехид (бензалдехид). Заслужава да се отбележи и алдехид от растителен произход, като ванилин (3-метокси-4-хидроксибензалдехид).

Ориз. 3. Ванилинова формула.

Кетоните могат да бъдат чисто ароматни и мастно-ароматни. Чисто ароматен е например дифенилкетонът (бензофенон). Масло-аромат е например метил-фенилкетон (ацетофенон)

Какво научихме?

В уроците по химия в 10 клас най-важната задача е изучаването на алдехиди и кетони. В алдехидите карбонилният въглероден атом е първичен, докато в кетоните е вторичен. Следователно в алдехидите карбонилната група винаги е свързана с водороден атом. Алдехидната група е по-реактивна от кетонната група, особено при окислителни реакции.

Тематическа викторина

Доклад за оценка

Среден рейтинг: 4.2. Общо получени оценки: 166.

5.1. основни характеристики

Свързаните класове алдехиди и кетони съдържат функционална карбонилна група и се означават като карбонилни съединения.Те също използват общото име оксо съединения,тъй като групата = O се нарича оксо група.

Алдехидите са съединения, в които карбонилната група е свързана с органичен радикал и водороден атом; кетони - карбонилни съединения с два органични радикала.

Групата -CH=O, която е част от алдехидите, се нарича алдехид,съответно група в кетони - кетон,или кето група.

В зависимост от природата на органичните радикали, алдехидите и кетоните могат да принадлежат към алифатниили ароматенред; кетоните са смесен(Таблица 5.1).

За разлика от алкохолите, алдехидите и кетоните нямат подвижни водородни атоми, свързани с кислородни атоми. В тази връзка алдехидите и кетоните не са свързани поради образуването на водородни връзки, но са склонни да образуват водородни връзки с водни молекули и следователно се разтварят добре в нея (особено първите членове на хомоложната серия).

Таблица 5.1.Алдехиди и кетони

5.2. Реакционни центрове на алдехиди и кетони

sp 2 -хибридизираният въглероден атом на карбонилната група образува три σ-връзки, разположени в една и съща равнина, и π-връзка с кислородния атом поради нехибридизираната р-орбитала. Поради разликата в електроотрицателността на въглеродните и кислородните атоми, π-връзката между тях е силно поляризирана (фиг. 5.1). В резултат на това върху въглеродния атом на карбонилната група възниква частичен положителен заряд δ+, а върху кислородния атом се появява частичен отрицателен заряд δ-. Тъй като въглеродният атом е с електронен дефицит, той представлява център за нуклеофилна атака.

Разпределението на електронната плътност в молекулите на алдехиди и кетони, като се вземе предвид прехвърлянето на електронното влияние на електрона

Ориз. 5.1.Електронна структура на карбонилната група

дефицитен въглероден атом на карбонилната група в σ-връзки е представен на схема 5.1.

Схема 5.1.Реакционни центрове в молекулата на алдехидите и кетоните

В молекулите на алдехидите и кетоните има няколко реакционни центъра:

Електрофилният център - въглеродният атом на карбонилната група - предопределя възможността за нуклеофилна атака;

Основният център - кислороден атом - определя възможността за атака от протон;

CH-киселинен център, чийто водороден атом има слаба протонна подвижност и може по-специално да бъде атакуван от силна основа.

Като цяло алдехидите и кетоните са силно реактивни.

5.3. Нуклеофилно добавяне

За алдехидите и кетоните най-характерни са реакциите на нуклеофилно присъединяване А Н.

Общо описание на механизма на нуклеофилно присъединяване А Н

Лекотата на нуклеофилната атака върху въглеродния атом на карбонилната група на алдехид или кетон зависи от големината на частичния

положителен заряд на въглеродния атом, неговата пространствена достъпност и киселинно-алкални свойства на средата.

Като се вземат предвид електронните ефекти на групите, свързани с карбонилния въглероден атом, стойността на частичния положителен заряд δ+ върху него в алдехиди и кетони намалява в следната серия:

Пространствената наличност на карбонилния въглероден атом намалява, когато водородът се замени с по-обемисти органични радикали, така че алдехидите са по-реактивни от кетоните.

Обща схема на реакциите на нуклеофилно присъединяване А Нкъм карбонилната група включва нуклеофилна атака върху карбонилния въглерод, последвана от добавяне на електрофил към кислородния атом.

В кисела среда активността на карбонилната група като правило се увеличава, тъй като поради протонирането на кислородния атом възниква положителен заряд върху въглеродния атом. Киселинната катализа обикновено се използва, когато атакуващият нуклеофил има ниска активност.

Съгласно горния механизъм се извършват редица важни реакции на алдехиди и кетони.

В организма протичат много реакции, характерни за алдехиди и кетони, тези реакции са представени в следващите раздели на учебника. Тази глава ще обсъди най-важните реакции на алдехиди и кетони, които са обобщени в схема 5.2.

добавяне на алкохоли. Алкохолите, когато взаимодействат с алдехиди, лесно се образуват полуацетали.Обикновено полуацеталите не се изолират поради тяхната нестабилност. При излишък на алкохол в кисела среда полуацеталите се превръщат в ацетали.

Използването на киселинен катализатор при превръщането на полуацетала в ацетал е ясно от реакционния механизъм по-долу. Централно място в него заема образуването на карбокатион (I), стабилизиран поради участието на несподелената електронна двойка на съседния кислороден атом (+М ефект на групата C 2 H 5 O).

Реакциите на образуване на полуацетали и ацетали са обратими, следователно ацеталите и полуацеталите лесно се хидролизират от излишък на вода в кисела среда. В алкална среда полуацеталите са стабилни, тъй като алкоксидионът е по-трудно напускаща група от хидроксидния йон.

Образуването на ацетали често се използва като временна защита на алдехидната група.

Водна връзка. Добавяне на вода към карбонилна група - хидратация- обратима реакция. Степента на хидратация на алдехид или кетон във воден разтвор зависи от структурата на субстрата.

Продуктът на хидратация, като правило, не може да бъде изолиран чрез дестилация в свободна форма, тъй като се разлага на първоначалните си компоненти. Формалдехидът във воден разтвор е хидратиран с повече от 99,9%, ацеталдехидът е приблизително половината, а ацетонът практически не е хидратиран.

Формалдехидът (формалдехид) има способността да коагулира протеините. Неговите 40% воден разтвор, Наречен формалин,използва се в медицината като дезинфектант и консервант на анатомични препарати.

Трихлороцетният алдехид (хлорал) е напълно хидратиран. Електрон-оттеглящата трихлорометилова група стабилизира хлоралхидрата до такава степен, че това кристално вещество отделя водата само по време на дестилация в присъствието на дехидратиращи вещества - сярна киселина и др.

В основата на фармакологичния ефект на CC1 хлоралхидрат s CH(OH)2 се крие специфичният ефект върху тялото на алдехидната група, който определя дезинфекциращите свойства. Халогенните атоми засилват неговото действие, а хидратирането на карбонилната група намалява токсичността на веществото като цяло.

Присъединяване на амини и техните производни. Амини и други азотсъдържащи съединения с обща формула NH 2 X (X = R, NHR) реагират с алдехиди и кетони в два етапа. Първо се образуват нуклеофилни присъединителни продукти, които след това, поради нестабилност, отделят водата. В тази връзка този процес обикновено се класифицира като реакция привързаност-откъсване.

В случай на първични амини, заместени имини(също наричан Шифови бази).

Имините са междинни продукти в много ензимни процеси. Получаването на имини протича чрез образуването на аминоалкохоли, които са относително стабилни, например при реакцията на формалдехид с α-аминокиселини (виж 12.1.4).

Имините са междинни продукти при производството на амини от алдехиди и кетони чрез редуктивно аминиране.Това общ начинсе състои във възстановяване на смес от карбонилно съединение с амоняк (или амин). Процесът протича по схемата на добавяне-разцепване с образуване на имин, който след това се редуцира до амин.

Когато алдехиди и кетони реагират с хидразинови производни, хидразони.Тази реакция може да се използва за изолиране на алдехиди и кетони от смеси и тяхната хроматографска идентификация.

Базите на Шиф и други подобни съединения лесно се хидролизират от водни разтвори на минерални киселини, за да се образуват изходните продукти.

В повечето случаи реакциите на алдехиди и кетони с азотни основи изискват киселинна катализа, която ускорява дехидратацията на присъединителния продукт. Въпреки това, ако киселинността на средата се увеличи твърде много, тогава реакцията ще се забави в резултат на превръщането на азотната основа в нереактивната спрегната киселина XNH 3+.

полимеризационни реакции. Тези реакции са характерни главно за алдехидите. При нагряване с минерални киселини алдехидните полимери се разлагат до изходните продукти.

Образуването на полимери може да се разглежда като резултат от нуклеофилна атака от кислороден атом на една алдехидна молекула върху карбонилния въглероден атом на друга молекула. Така че, когато формалинът стои, полимер на формалдехид, параформ, се утаява под формата на бяла утайка.

5.4. Реакции на кондензация

Наличието на СН-киселинен център в молекула на алдехид или кетон води до факта, че α-водородните атоми на тези карбонилни съединения имат известна протонна подвижност. Под действието на бази такива протони могат да се отцепят с образуването на съответните карбаниони. Карбанионите играят ролята на нуклеофили по отношение на карбонилния субстрат. Това прави възможно провеждането на реакции, при които една молекула, като нуклеофил, се добавя към карбонилната група на друга молекула на неутрално карбонилно съединение. Такива процеси се наричат ​​реакции на кондензация.

Кондензацията е реакция, която води до появата на нова връзка въглерод-въглерод и се образува нова, по-сложна молекула от две или повече относително прости молекули.

И така, в алкална среда две молекули ацеталдехид образуват хидроксиалдехид с два пъти повече въглеродни атоми.

Реакционният продукт, съдържащ хидроксилни и алдехидни групи, се нарича алдол(от думите алд егидаи алкохолол), а самата реакция се нарича алдолна кондензация,или добавяне на алдол.

Механизъм на алдолна кондензация. Под действието на база в карбонилно съединение се отцепва протон от α-позиция и се образува карбанион (I), в който отрицателният заряд се делокализира с участието на карбонилната група.

Анионът (I) е силен нуклеофил (показан в цвят в следващата стъпка от механизма), който се свързва с втората (нейонизирана) молекула на карбонилното съединение. В резултат на това взаимодействие възниква нов C-C връзкаи се образува междинен алкоксиден йон (II). Във водна среда този анион се стабилизира чрез отделяне на протон от водна молекула и се превръща в крайния продукт, алдол.

Реакцията на присъединяване на алдол е показана с помощта на пропанал като пример (молекулата, която се присъединява към C=O групата на друга молекула, е подчертана в цвят); подобна реакция е показана с помощта на ацетон като пример.

Продуктът на кондензацията, алдолът, е способен да отделя водата, за да образува α,β-ненаситено карбонилно съединение. Това обикновено се случва при повишени температури. В този случай се нарича реакцията като цяло кротонова кондензация.

Реакциите на кондензация могат да протичат и в смесена версия, като се използват различни карбонилни съединения и едно от тях може да не съдържа СН-киселинен център, като формалдехид и бензалдехид в следните реакции:

Алдолната кондензация е обратима реакция; обратният процес се нарича алдолно разцепване(или ретроалдолна реакция). И двете реакции протичат в много биохимични процеси.

5.5. Възстановяване и окисление

Възстановяванеалдехиди и кетони се извършва с помощта на сложни метални хидриди LiAlH 4 , NaBH 4 . Реакцията включва нуклеофилна атака на карбонилния въглерод от хидриден йон.

При последваща хидролиза на получения алкохолат се получава първичен или вторичен алкохол.

Окисляванеалдехиди до карбоксилни киселини се извършва под действието на повечето окислители, включително атмосферния кислород. Кетоните не се окисляват при меки условия.

Сребърният оксид под формата на амонячен комплекс 2 OH (реагент на Толенс) окислява алдехидите до карбоксилни киселини, при което се отделя метално сребро. Оттам и името - реакция "Сребърно огледало"

Алдехидите също лесно се окисляват от меден (II) хидроксид в алкална среда.

И двете реакции често се използват като качествени за откриване на алдехидната група, въпреки че са неспецифични по отношение на алдехидите: например многовалентни феноли, аминофеноли, ароматни амини, хидроксикетони и други лесно окисляеми съединения се подлагат на окисление с посочените реактиви.