|
T Omsk Pambansang Unibersidad |
||
|
departamento organikong kimika |
||
|
Aldehydes at ketones |
||
Ang mga aldehydes at ketone ay naiiba sa pagkakaroon ng isang carbonyl group >C=O.
Ang pangkat ng carbonyl ay polarized ng bono C-O:
Ang mga aldehydes at ketone ay maaaring ituring na mga derivatives alkanes, na mayroong isa sa methyl (-CH 3) o mga pangkat ng methylene ( -CH 2 - ) ay pinalitan ng isang pangkat ng carbonyl:
Ang mga ketone ay may dalawang alkyl radical bilang mga substituent sa carbonyl group, habang ang aldehydes ay may isang substituent. b- isang pangkat ng alkyl, ang isa ay isang hydrogen. Ang pagkakaibang ito ay humahantong sa mga makabuluhang pagkakaiba sa mga katangian ng kemikal (cm. sa ibaba).
Nomenclature
NomenclatureIUPAC
Kapag pinangalanan ang mga aldehydes at ketone, ayon sa mga patakaran ng IUPAC nomenclature, ang pinakamahabang carbon chain ay pinili, na kinabibilangan ng isang carbonyl group. Ang pagbilang ng mga carbon atom sa chain na ito ay isinasagawa mula sa gilid kung saan mas malapit ang carbonyl group, at kapag bumubuo ng pangalan sa pangalan ng hydrocarbon na tumutugma sa bilang ng mga carbon atoms sa pangunahing chain (1-methane, 2- ethane, 3-propane, 4-butane, 5 - pentane, atbp.) ang pagtatapos ay idinagdag -a eh (para sa aldehydes) o -siya para sa ketones.
Ang posisyon ng pangkat ng carbonyl sa mga ketone ay ipinahiwatig ng isang gitling kung posible ang maraming isomer. Ang posisyon ng carbonyl group ng aldehydes ay hindi ipinahiwatig ng isang numero, dahil sa lahat ng mga kaso ito ay nasa unang numero:
Rational nomenclature
Ang mga ketone ay madalas na pinangalanan pagkatapos ng mga radical na konektado sa pamamagitan ng isang carbonyl group, kasama ang pagdaragdag ng salita ketone. Halimbawa, hexanone-3 o methylethyl ketone , acetone o dimethyl keto n.
Ang mga aldehydes ay maaaring pangalanan bilang mga derivatives ethanal o acetaldehyde:
Ibang pangalan e - trimethylethanol.
Mga kemikal na katangian ng mga carbonyl compound
Ang lahat ng mga reaksyon ng carbonyl compound ay maaaring nahahati sa mga grupo:
Mga reaksyon sa pangkat ng carbonyl (dagdag)
Mga reaksyon sa carbon skeleton
Mga reaksyon ng oksihenasyon
Mga reaksyon sa pagbawi
Mga reaksyon sa pagdaragdag sa pangkat ng carbonyl (pagdaragdag ng mga nucleophilic reagents)
1. koneksyon ng tubig
Ang resulta hiyas-diols hindi matatag at ang ekwilibriyo sa reaksyong ito ay malakas na inilipat sa kaliwa. Ang mga eksepsiyon ay ang mga aldehydes at ketone na may mga grupong nag-withdraw ng elektron, halimbawa, chloral o hexafluoroacetone, na umiiral sa aquatic na kapaligiran sa anyo hiyas-diols:
2. pagdaragdag ng bisulfite
Ang attachment ay dumadaan sa mas nucleophilic sulfur atom, hindi oxygen, bagama't mayroon itong negatibong singil. Ang mga derivative ay nabuo mga alkanesulfonic acid(mga asin alkoxysulfonic acid).
Ang resulta mga dagdag hindi matutunaw sa saturated sodium bisulfite solution o sa mga alkohol at namuo bilang mga kristal. Kaya posible na paghiwalayin ang mga carbonyl compound mula sa isang halo na may mga alkohol. Ang carbonyl compound ay nakahiwalay sa libreng anyo mula sa dagdag kapag ginagamot sa acid.
Kapag tumutugon sa mga ketone, ang mga bisulfite ay nagdaragdag lamang sa methyl ketones CH 3 -CO-R.
3. pagdaragdag ng cyanide
Ang reaksyon ay na-catalyzed ng potassium cyanide o sodium. Ang resulta oxynitriles(o mga cyanohydrin) ay maaaring maging hydrolyzed dati oxycarboxylic mga acid:
4. pagdaragdag ng mga alkohol
Kapag ang unang molekula ng alkohol ay idinagdag, hemiacetals. Ang reaksyon ay na-catalyze ng mga acid o base:
Ang pagdaragdag ng pangalawang molekula ng alkohol ay humahantong sa pagbuo acetals. Edukasyon acetals catalyzed lamang sa isang acidic na kapaligiran:
Acetalsmatatag sa neutral at alkaline na kapaligiran, upang magamit ang mga ito para sa pansamantalang proteksyon ng mga grupo ng aldehyde. Acetals malawak karaniwan sa kalikasan.
5. koneksyon ng mga reagents Grignard
Pakikipag-ugnayan ng mga organometallic compound ng uri R-Mg-X(mga reagent Grignard), kung saan ang X \u003d halogen, na may mga carbonyl group (nucleophilic na karagdagan sa isang maramihang bono MULA SA=O):
Pakikipag-ugnayan formaldehyde, aldehydes, ketones at - humahantong sa pangunahin, pangalawa at tersiyaryong alkohol, ayon sa pagkakabanggit.
Ang mga tertiary alcohol ay nakukuha mula sa mga ketones. Oo, mula sa methyl ethyl ketone(butanone-2) ay nakuha 2-methylbutanol-2. Ang mga aldehydes sa isang katulad na reaksyon ay nagbibigay ng pangalawang alkohol. Mula sa propionic aldehyde ( propanal) lumalabas ang butanol-2:
Ang mga pangunahing alkohol ay nabuo mula sa formaldehyde. Kapag nakikipag-ugnayan sa mga reagents Grignard Sa acid halides Ang mga carboxylic acid at ester ay bumubuo ng mga tertiary alcohol, na mayroong dalawang magkaparehong alkyl substituents. Kumokonsumo ito ng dalawang moles ng reagent Grignard:
6. Pagdaragdag ng ammonia at amines
Ang mga pangunahing amin ay nagdaragdag sa mga aldehydes at ketone upang mabuoimines (bakuran Schiff :
Ang isang katulad na reaksyon ng mga pangalawang amin na may mga carbonyl compound ay nagbibigay enamines :
Ang hydrazine at ang mga derivatives nito ay maaari ding makipag-ugnayan sa mga carbonyl compound upang mabuo mga hydrazone:
Hydroxylamines idagdag sa aldehydes at ketones upang mabuo mga aldoxime at mga ketoxime:
7. Aldol-crotonic paghalay
Maaaring mangyari ang condensation sa parehong acidic at alkaline na kapaligiran.
Acid catalyzed condensation
pumasok sa condensation enol at protonated carbonyl group ng pangalawang molekula ng compound:
base catalyzed condensation
Edukasyon enolate ion, pagbuo
carbanion, nagpapatuloy ayon sa pamamaraan:
Dagdag pa carbanion nakakabit sa pangkat ng carbonyl ng pangalawang molekula, at nagpapatuloy C-alkylation, Hindi tulad ng thermodynamically disadvantageous O- alkylation:
Ang umuusbong aldehyde na alkohol (aldol) madaling mawalan ng tubig sa pagkakaroon ng mga catalytic na halaga ng mga base o acid, pati na rin sa bahagyang pag-init, na may pagbuo ng a, b - unsaturated carbonyl compound, nakumpleto nito ang reaksyon ng condensation (R, X \u003d alkyl o H):
Kaya, sa reaksyon ng aldoln tungkol sa- croton condensation (kabilang ang self-condensation) ay maaaring pumasok sa parehong aldehydes at ketones na may alpha carbon mga atomo ng hydrogen. Sa kaso ng mga ketone, ang posisyon ng balanse ay hindi kanais-nais para sa pagbuo ng mga produkto, gayunpaman, isinasagawa ang reaksyon sa mga espesyal na kondisyon(hal. sa pamamagitan ng pag-iwas sa pakikipag-ugnay sa produkto na may pangunahing katalista) maaaring makamit ang malaking ani. Ang mga cross-reaksyon sa pagitan ng aldehydes at ketones ay hindi ginagamit sa laboratoryo dahil nabuo ang mga ito mahirap paghiwalayin pinaghalong apat na produkto at walang reaksyon orihinal na mga compound. Mas madalas, para sa mga layuning gawa ng tao, ang isang reaksyon ay isinasagawa sa pagitan ng dalawang carbonyl compound, na ang isa ay pinagmumulan ng mga carbanion ( sangkap ng methylene ), at ang iba ay nagsisilbi bahagi ng carbonyl (hindi pagkakaroon alpha carbon mga atomo ng hydrogen). Karaniwan, ang formaldehyde, aromatic aldehydes, ester ng carbonic, oxalic at formic acid ay ginagamit bilang bahagi ng carbonyl. Bilang isang bahagi ng methylene, ginagamit ang mga ito, bukod sa iba pang mga bagay, Mga C-H acid at maging ang mga derivatives ng acetylenic hydrocarbons na may terminal na triple bond.
8. Reaksyon ng Cannizzaro
Aldehydes na wala alpha carbon Ang mga atomo ng hydrogen, kapag pinainit na may malakas na mga base, ay pumapasok sa isang reaksyon ng pagbabawas ng oksihenasyon, kapag ang isa sa mga molekula ay nabawasan sa alkohol dahil sa oksihenasyon ng pangalawang molekula sa isang carboxylic acid. Ang mga ganitong reaksyon ay tinatawag Mga reaksyon ng Cannizzaro, at magpatuloy ayon sa scheme:
Ang mga reaksyon ng intramolecular oxidation-reduction ay kilala rin:
Sa isang kakaibang uri ng intramolecular oxidation-reduction ay benzyl muling pagsasaayos :
Mga reaksyon sa carbon skeleton ng aldehydes at ketones
Ang mga reaksyon na nakakaapekto sa carbon skeleton ay kinabibilangan ng:
Keto-enol tautomerism ng aldehydes at ketones;
Halogenation (haloform reaction at pagpapalit ng a - carbon hydrogen atoms)
1. Keto-enol tautomerism
Ang mga carbonyl compound ay maaaring magkasama sa dalawang anyo - ketone at enol:
Ang pagbabagong-anyo ng aldehydes at ketones sa enols (unsaturated alcohols) ay nagpapatuloy sa parehong spontaneously at may catalysis ng acids at bases. Bagaman ang mga anyo ng enol ay naroroon sa mga aldehydes at ketones sa hindi gaanong kahalagahan, gumaganap sila ng isang mahalagang papel sa kanilang reaktibiti. Sa pamamagitan ng pagbuo ng mga enol, maraming mahahalagang reaksyon ng aldehydes at ketone ang nagaganap. Isaalang-alang natin ang mga mekanismo ng paglipat ng mga anyo ng ketone sa mga enol na nagaganap sa ilalim ng catalytic action ng mga acid at base.
Enolisasyon acid catalyzed
Ang pagbuo ng enol ay maaaring maging acid catalyzed ayon sa scheme sa ibaba (R"=alkyl o H):
Ang reaksyon ay nagsisimula sa protonation ng oxygen atom ng carbonyl group at nagtatapos sa pag-aalis ng isang proton na mula sa alpha carbon atom. Kaya, pormal, ang proton ay gumaganap ng papel ng isang katalista.
Enolisasyon , catalyze batayan
Ang pagbuo ng enolate ion ay nagpapatuloy ayon sa pamamaraan:
Sa pagbuo ng mga enol sa panahon ng base catalysis, ang kaasiman ng alpha-carbon hydrogen atoms ay may mahalagang papel. Ang kanilang tumaas na kaasiman ay nauugnay sa malapit sa pangkat ng carbonyl at ang negatibong epekto ng pasaklaw nito, na nag-withdraw ng mga electron. Mga koneksyon sa S-N at sa gayon ay pinapadali ang pag-aalis ng isang proton. Sa madaling salita, ang pag-aalis ng proton ay pinadali dahil ang nagresultang carbanion ay nagpapatatag sa pamamagitan ng delokalisasi ng negatibong singil sa pangkat ng carbonyl.
Ang mga halogen ay idinaragdag sa mga nabuong enol sa C=C multiple bond. Tanging hindi katulad ng mga alkenes, kung saan ang naturang karagdagan ay nakumpleto sa pamamagitan ng kumpletong pagbubuklod ng halogen, sa mga aldehydes at ketone ay isang halogen atom lamang ang idinaragdag (sa carbon na katabi ng carbonyl group). Ang pangalawang halogen atom (sa pangkat ng carbonyl) ay hindi nakakabit, at ang reaksyon ay nagtatapos sa pag-aalis ng isang proton at ang pagbabagong-buhay ng pangkat ng carbonyl:
Sa isang acidic na kapaligiran, ang reaksyon ay hihinto doon. Ang pagpapalit ng pangalawang hydrogen atom ng isang halogen ay hindi nangyayari. Ngunit sa isang alkaline na daluyan, ang isang mabilis na reaksyon ng pagpapalit ng pangalawa ay nangyayari, at isang mas mabilis na reaksyon ng pagpapalit ng ikatlong carbon atom para sa isang halogen (isang pagtaas sa bilang ng mga halogen atoms sa carbon ay matalas na nagpapataas ng kaasiman ng mga hydrogen nito):
Sa huli, ang lahat ng tatlong hydrogen atoms ay pinalitan ng mga halogens, na sinusundan ng pag-aalis ng grupo CX 3 bilang isang anion, na sinusundan ng agarang pagpapalitan ng proton:
Bilang resulta, a trihalomethane, tinatawag na haloform (iodoform CHJ 3, bromoform Sinabi ni CHBr 3, kloropormo CHCl 3) at isang anion ng isang carboxylic acid. At ang proseso mismo ay tinatawag na haloform reaction. Ang anumang methyl ketones ay napapailalim sa reaksyon ng haloform. Ang mga haloform ay namuo bilang isang may kulay na namuo (dilaw na iodoform), may tiyak na amoy, at maaaring magsilbi bilang isang husay na reaksyon sa pagkakaroon ng methyl ketones. Ang reaksyon ng haloform ay ibinibigay din ng mga alkohol, ang oksihenasyon nito ay maaaring bumuo ng methyl ketones (halimbawa, isopropanol). Ang oksihenasyon ay isinasagawa ng labis na halaga ng halogen.
Oxidation ng aldehydes at ketones
Ang mga aldehydes ay madaling na-oxidize sa kaukulang mga acid:
Ang mga ketone ay na-oxidized nang may kahirapan, sa ilalim ng malupit na mga kondisyon. Ang oksihenasyon ay sinamahan ng pagkasira ng C-C bond sa paligid ng carbonyl group. Ang resulta ay isang hanay ng mga produkto ng oksihenasyon - mga carboxylic acid na may iba't ibang haba ng carbon chain:
Paraan tumatanggap
1. Oksihenasyon pangunahin mga alak ang mga aldehydes ay nakuha, at ang pangalawang alkohol ay nagbibigay ng mga ketone:
Ang oksihenasyon ay maaaring isagawa sa pamamagitan ng "tuyo" at "basa" na mga pamamaraan. Ang una ay ang pagpasa ng singaw ng alkohol sa isang pinainit hanggang 300-350 MULA SA tansong oksido CuO. Ang "basa" na paraan ay ang oksihenasyon ng mga alkohol na may acidified na solusyon ng potassium o sodium bichromate:
Kapag na-oxidize ng "basa" na pamamaraan, ang nagreresultang aldehyde ay dapat na distilled off mula sa reaction sphere, kung hindi, ito ay madaling ma-oxidize pa, sa isang carboxylic acid:
2. Aldehydes at ketones nakuha sa hydrolysis hiyas-dihaloalkanes
Una, ang dalawang halogen atom ay pinalitan ng mga hydroxyl group. Ngunit hindi matatag hiyas-diols mabilis na muling ayusin sa mga carbonyl compound na may pag-aalis ng isang molekula ng tubig:
3. Ozonolysis
mga alkenes
humahantong sa pagbuo ng mga mixtures ng aldehydes at ketones, depende sa istraktura ng inisyal alkene:
Sa unang yugto ng ozonation, ang ozonide ay nakuha, sa pagkabulok kung saan may tubig, carbonyl compound at hydrogen peroxide ay nabuo. Upang maiwasan ang peroxide mula sa pagpukaw ng karagdagang oksihenasyon ng mga aldehydes, ang zinc dust ay idinagdag sa tubig sa panahon ng agnas ng mga ozonides. Ang ozonation ng alkene ay hindi masyadong naglalayon sa synthesis ng aldehydes at ketones kundi sa pagtukoy sa lokasyon ng maramihang bono:
4. Pagdaragdag ng tubig sa alkynes
Ang pagdaragdag ng tubig sa isang triple bond sa pagkakaroon ng mga mercury salt ay humahantong, sa kaso ng acetylene, sa acetaldehyde, at sa kaso ng mga substituted acetylenes, sa mga ketone. Tubigsumali ayon sa panuntunan ni Markovnikov:
Ang istraktura ng aldehydes at ketones
Aldehydes- mga organikong sangkap na naglalaman ng mga molekula pangkat ng carbonyl:
bonded sa isang hydrogen atom at isang hydrocarbon radical. Ang pangkalahatang formula para sa aldehydes ay:
Sa pinakasimpleng aldehyde, ang papel ng hydrocarbon radical ay ginagampanan ng isa pang hydrogen atom:
Formaldehyde Ang carbonyl group na nakakabit sa hydrogen atom ay madalas na tinutukoy bilang aldehyde:
Ang mga ketone ay mga organikong sangkap sa mga molekula kung saan ang pangkat ng carbonyl ay nakagapos sa dalawang hydrocarbon radical. Malinaw, ang pangkalahatang formula para sa mga ketone ay:
Ang carbonyl group ng ketones ay tinatawag pangkat ng keto.
Sa pinakasimpleng ketone, acetone, ang carbonyl group ay nakagapos sa dalawang methyl radical:
Nomenclature at isomerism ng aldehydes at ketones
Depende sa istraktura ng hydrocarbon radical na nauugnay sa aldehyde group, mayroong saturated, unsaturated, aromatic, heterocyclic at iba pang aldehydes:
Alinsunod sa IUPAC nomenclature, ang mga pangalan ng saturated aldehydes ay nabuo mula sa pangalan ng isang alkane na may parehong bilang ng mga carbon atom mula sa molekula gamit ang suffix. -al. Halimbawa:
pagnunumero ang mga carbon atom ng pangunahing chain ay nagsisimula sa carbon atom ng aldehyde group. Samakatuwid, ang pangkat ng aldehyde ay palaging matatagpuan sa unang carbon atom, at hindi kinakailangang ipahiwatig ang posisyon nito.
Kasama ng sistematikong katawagan, ginagamit din ang mga maliit na pangalan ng malawakang ginagamit na aldehydes. Ang mga pangalang ito ay karaniwang hinango sa mga pangalan ng mga carboxylic acid na nauugnay sa aldehydes.
Para sa pamagat ketones ayon sa sistematikong katawagan, ang pangkat ng keto ay tinutukoy ng panlapi -siya at isang numero na nagsasaad ng bilang ng carbon atom ng pangkat ng carbonyl (dapat magsimula sa dulo ng chain na pinakamalapit sa pangkat ng keto).
Halimbawa:
Para sa aldehydes isang uri lamang ng structural isomerism ang katangian - isomerism ng carbon skeleton, na posible sa butanal, at para sa ketones- gayundin isomerismo ng posisyon ng carbonyl. Bilang karagdagan, sila ay nailalarawan din interclass isomerism(propanal at propanone).
Mga pisikal na katangian ng aldehydes at ketones
Sa isang aldehyde o ketone molecule, dahil sa mas malaking electronegativity ng oxygen atom kumpara sa carbon atom, ang bond Ang C=O ay lubos na polarized dahil sa paglipat ng density ng elektron ng π-bond sa oxygen:
Aldehydes at ketones polar substance na may labis na electron density sa oxygen atom. Ang mga mas mababang miyembro ng serye ng mga aldehydes at ketones (formaldehyde, acetaldehyde, acetone) ay walang katapusang natutunaw sa tubig. Ang kanilang mga boiling point ay mas mababa kaysa sa mga katumbas na alkohol. Ito ay dahil sa ang katunayan na sa mga molekula ng aldehydes at ketones, hindi katulad ng mga alkohol, walang mga mobile na atomo ng hydrogen at hindi sila bumubuo ng mga iniuugnay dahil sa mga bono ng hydrogen.
Ang mas mababang aldehydes ay may masangsang na amoy; Ang mga aldehyde na naglalaman ng apat hanggang anim na carbon atom sa kadena ay may hindi kanais-nais na amoy; ang mas mataas na aldehydes at ketones ay may mga bulaklak na amoy at ginagamit sa pabango.
Ang pagkakaroon ng isang pangkat ng aldehyde sa isang molekula ay tumutukoy sa mga katangian ng aldehydes.
mga reaksyon sa pagbawi.
1. Pagdaragdag ng hydrogen sa mga molekulang aldehyde ay nangyayari sa dobleng bono sa pangkat ng carbonyl:
Ang produkto ng hydrogenation ng aldehydes ay mga pangunahing alkohol, ang mga ketone ay pangalawang alkohol.
Kaya, kapag ang acetaldehyde ay hydrogenated sa isang nickel catalyst, ang ethyl alcohol ay nabuo, at kapag ang acetone ay hydrogenated, ang propanol-2 ay nabuo.
2. Hydrogenation ng aldehydes- reaksyon ng pagbabawas, kung saan bumababa ang antas ng oksihenasyon ng carbon atom na kasama sa carbonyl group.
Mga reaksyon ng oksihenasyon.
Ang mga aldehydes ay hindi lamang mababawasan, ngunit na-oxidized din. Kapag na-oxidize, ang mga aldehydes ay bumubuo ng mga carboxylic acid. Sa eskematiko, ang prosesong ito ay maaaring ilarawan bilang mga sumusunod:
1. Oxidation sa pamamagitan ng atmospheric oxygen. Halimbawa, ang propionic acid ay nabuo mula sa propionaldehyde (propanal):
2. Oxidation na may mahinang oxidizing agent(ammonia solution ng silver oxide). Sa isang pinasimpleng anyo, ang prosesong ito ay maaaring ipahayag sa pamamagitan ng equation ng reaksyon:
Halimbawa:
Mas tiyak, ang prosesong ito ay makikita ng mga equation:
Kung ang ibabaw ng sisidlan kung saan isinasagawa ang reaksyon ay dati nang degreased, kung gayon ang pilak na nabuo sa panahon ng reaksyon ay sumasakop dito ng isang kahit na manipis na pelikula. Samakatuwid, ang reaksyong ito ay tinatawag na "salamin na pilak" na reaksyon. Ito ay malawakang ginagamit para sa paggawa ng mga salamin, mga dekorasyong pilak at mga dekorasyong Pasko.
3. Oxidation na may bagong precipitated copper (II) hydroxide. Oxidizing ang aldehyde, Cu 2+ ay nabawasan sa Cu + . Ang tanso (I) hydroxide CuOH na nabuo sa panahon ng reaksyon ay agad na nabubulok sa pulang tanso (I) oxide at tubig.
Ang reaksyong ito, tulad ng reaksyon salamin na pilak”, ay ginagamit upang makita ang mga aldehydes.
Ang mga ketone ay hindi na-oxidized alinman sa pamamagitan ng atmospheric oxygen o ng isang mahinang oxidizing agent bilang isang ammonia solution ng silver oxide.
Mga kemikal na katangian ng aldehydes at acids - abstract
Mga indibidwal na kinatawan ng aldehydes at ang kanilang kahulugan
Formaldehyde(methanal, formic aldehyde HCHO) ay isang walang kulay na gas na may masangsang na amoy at kumukulo na -21 ° C, madali nating matutunaw sa tubig. Ang formaldehyde ay nakakalason! Ang solusyon ng formaldehyde sa tubig (40%) ay tinatawag na formalin at ginagamit para sa formaldehyde at acetic disinfection. AT agrikultura ang formalin ay ginagamit para sa pagbibihis ng mga buto, sa industriya ng katad - para sa pagproseso ng katad. Formaldehyde ay ginagamit sa paggawa urotropin- gamot na sangkap. Minsan naka-compress sa anyo ng mga briquettes, ang urotropin ay ginagamit bilang isang gasolina (dry alcohol). Ang isang malaking halaga ng formaldehyde ay natupok sa paggawa ng phenol-formaldehyde resins at ilang iba pang mga sangkap.
Acetic aldehyde(ethanol, acetaldehyde CH 3 CHO) - isang likido na may matalim, hindi kanais-nais na amoy at isang kumukulong punto ng 21 ° C, matutunaw tayo nang maayos sa tubig. Ang acetic acid at isang bilang ng iba pang mga sangkap ay nakuha mula sa acetaldehyde sa isang pang-industriya na sukat, ginagamit ito para sa paggawa ng iba't ibang mga plastik at acetate fibers. Ang acetic aldehyde ay lason!
Isang pangkat ng mga atomo -
tinawag pangkat ng carboxyl, o carboxyl.
Ang mga organikong acid na naglalaman ng isang pangkat ng carboxyl sa molekula ay monobasic.
Ang pangkalahatang formula para sa mga acid na ito ay RCOOH, halimbawa:
Ang mga carboxylic acid na naglalaman ng dalawang grupo ng carboxyl ay tinatawag dibasic. Kabilang dito, halimbawa, ang mga oxalic at succinic acid:
meron polybasic mga carboxylic acid na naglalaman ng higit sa dalawang grupo ng carboxyl. Kabilang dito, halimbawa, ang tribasic citric acid:
Depende sa likas na katangian ng hydrocarbon radical, ang mga carboxylic acid ay nahahati sa marginal, unsaturated, aromatic.
naglilimita, o saturated, carboxylic acid ay, halimbawa, propanoic (propionic) acid:
o pamilyar na sa atin ang succinic acid.
Malinaw, ang mga saturated carboxylic acid ay hindi naglalaman ng mga π-bond sa hydrocarbon radical.
Sa mga molecule ng unsaturated carboxylic acids, ang carboxyl group ay nakagapos sa isang unsaturated, unsaturated hydrocarbon radical, halimbawa, sa acrylic (propene) molecules
CH 2 \u003d CH-COOH
o oleic
CH 3 -(CH 2) 7 -CH \u003d CH-(CH 2) 7 -COOH
at iba pang mga acid.
Tulad ng makikita mula sa formula ng benzoic acid, ito ay mabango, dahil naglalaman ito ng mabangong (benzene) na singsing sa molekula:
Ang pangalan ng isang carboxylic acid ay nabuo mula sa pangalan ng kaukulang alkane (isang alkane na may parehong bilang ng mga carbon atom sa molekula) na may pagdaragdag ng suffix. -ov— , pagtatapos -at ako at mga salita acid. Pagbilang ng mga carbon atom nagsisimula sa isang pangkat ng carboxyl. Halimbawa:
Ang bilang ng mga pangkat ng carboxyl ay ipinahiwatig sa pangalan sa pamamagitan ng mga prefix di-, tri-, tetra-:
Maraming mga acid ang mayroon ding makasaysayang nabuo, o walang kuwentang, mga pangalan.
Ang komposisyon ng paglilimita ng mga monobasic carboxylic acid ay ipapahayag ng pangkalahatang formula C n H 2n O 2, o C n H 2n+1 COOH, o RCOOH.
Mga pisikal na katangian ng mga carboxylic acid
Ang mas mababang mga acid, ibig sabihin, ang mga acid na may medyo maliit na molekular na timbang, na naglalaman ng hanggang apat na carbon atoms sa isang molekula, ay mga likido na may katangian na masangsang na amoy (halimbawa, ang amoy ng acetic acid). Ang mga acid na naglalaman ng 4 hanggang 9 na carbon atom ay malapot na madulas na likido na may hindi kanais-nais na amoy; naglalaman ng higit sa 9 na carbon atom sa isang molekula - mga solidong hindi natutunaw sa tubig. Ang mga kumukulo na punto ng paglilimita sa mga monobasic na carboxylic acid ay tumataas nang may pagtaas sa bilang ng mga atomo ng carbon sa molekula at, dahil dito, na may pagtaas sa relatibong timbang ng molekular. Kaya, ang kumukulong punto ng formic acid ay 100.8 °C, acetic acid - 118 °C, propionic acid - 141 °C.
Ang pinakasimpleng carboxylic acid, formic HCOOH, na may maliit na kamag-anak na molekular na timbang (M r (HCOOH) = 46), sa ilalim ng normal na mga kondisyon ay isang likido na may kumukulo na 100.8 °C. Kasabay nito, ang butane (M r (C 4 H 10) \u003d 58) ay puno ng gas sa ilalim ng parehong mga kondisyon at may kumukulo na -0.5 ° C. Ang pagkakaibang ito sa pagitan ng mga kumukulo at kamag-anak na molekular na timbang ay ipinaliwanag ng pagbuo ng mga dimer ng mga carboxylic acid kung saan ang dalawang acid molecule ay pinagbuklod ng dalawa hydrogen bonds:
Ang paglitaw ng mga bono ng hydrogen ay nagiging malinaw kapag isinasaalang-alang ang istraktura ng mga molekula ng carboxylic acid.
Ang mga molekula ng saturated monobasic carboxylic acid ay naglalaman ng isang polar group ng mga atoms - carboxyl
At halos non-polar hydrocarbon radical. Ang pangkat ng carboxyl ay naaakit sa mga molekula ng tubig, na bumubuo ng mga bono ng hydrogen sa kanila:
Ang mga formic at acetic acid ay walang katapusang natutunaw sa tubig. Malinaw, na may pagtaas sa bilang ng mga atom sa hydrocarbon radical, bumababa ang solubility ng mga carboxylic acid.
Mga kemikal na katangian ng mga carboxylic acid
Ang mga pangkalahatang katangian na katangian ng klase ng mga acid (parehong organic at inorganic) ay dahil sa presensya sa mga molecule ng isang hydroxyl group na naglalaman ng isang malakas na polar bond sa pagitan ng hydrogen at oxygen atoms. Isaalang-alang natin ang mga katangiang ito gamit ang halimbawa ng mga organikong acid na nalulusaw sa tubig.
1. Dissociation sa pagbuo ng mga hydrogen cation at anion ng acid residue:
Mas tiyak, ang prosesong ito ay inilarawan ng isang equation na isinasaalang-alang ang pakikilahok ng mga molekula ng tubig dito:
Ang equilibrium ng dissociation ng mga carboxylic acid ay inilipat sa kaliwa; ang karamihan sa kanila ay mahina electrolytes. Gayunpaman, ang maasim na lasa ng, halimbawa, acetic at formic acids ay dahil sa paghihiwalay sa mga hydrogen cation at anion ng acidic residues.
Malinaw, ang pagkakaroon ng "acidic" hydrogen, i.e., ang hydrogen ng carboxyl group, sa mga molekula ng carboxylic acid ay tumutukoy din sa iba pang mga katangian ng katangian.
2. Pakikipag-ugnayan sa mga metal nakatayo sa serye ng electrochemical ng mga boltahe hanggang sa hydrogen:
Kaya, binabawasan ng iron ang hydrogen mula sa acetic acid:
3. Pakikipag-ugnayan sa mga pangunahing oksido sa pagbuo ng asin at tubig:
4. Pakikipag-ugnayan sa metal hydroxides sa pagbuo ng asin at tubig (reaksyon ng neutralisasyon):
5. Pakikipag-ugnayan sa mga asing-gamot ng mas mahinang mga acid sa pagbuo ng huli. Kaya, pinapalitan ng acetic acid ang stearic acid mula sa sodium stearate at carbonic acid mula sa potassium carbonate:
6. Pakikipag-ugnayan ng mga carboxylic acid sa mga alkohol na may pagbuo ng mga ester - ang reaksyon ng esterification (isa sa pinakamahalagang reaksyon na katangian ng mga carboxylic acid):
Ang pakikipag-ugnayan ng mga carboxylic acid sa mga alkohol ay na-catalyzed ng mga hydrogen cation.
Ang reaksyon ng esterification ay nababaligtad. Ang ekwilibriyo ay lumilipat patungo sa pagbuo ng ester sa pagkakaroon ng mga ahente ng dewatering at kapag ang ester ay tinanggal mula sa pinaghalong reaksyon.
Sa reverse esterification reaction, na tinatawag na ester hydrolysis (reaksyon ng isang ester sa tubig), isang acid at isang alkohol ay nabuo:
Malinaw, ang mga polyhydric alcohol, halimbawa, glycerol, ay maaari ding tumugon sa mga carboxylic acid, ibig sabihin, pumasok sa isang reaksyon ng esterification:
Ang lahat ng carboxylic acids (maliban sa formic), kasama ang isang carboxyl group, ay naglalaman ng hydrocarbon residue sa kanilang mga molecule. Siyempre, hindi ito makakaapekto sa mga katangian ng mga acid, na tinutukoy ng likas na katangian ng nalalabi ng hydrocarbon.
7. Maramihang mga reaksyon sa pagdaragdag ng bono- ang mga unsaturated carboxylic acid ay pumapasok sa kanila. Halimbawa, ang reaksyon ng pagdaragdag ng hydrogen ay hydrogenation. Para sa isang acid na naglalaman ng isang n-bond sa radical, ang equation ay maaaring isulat sa pangkalahatang anyo:
Kaya, kapag ang oleic acid ay hydrogenated, nabuo ang saturated stearic acid:
Ang mga unsaturated carboxylic acid, tulad ng iba pang unsaturated compound, ay nagdaragdag ng mga halogens sa double bond. Halimbawa, ang acrylic acid ay nag-decolorize ng bromine na tubig:
8. Mga reaksyon ng pagpapalit (na may mga halogens)- Ang mga saturated carboxylic acid ay maaaring pumasok sa kanila. Halimbawa, sa pamamagitan ng pagtugon sa acetic acid sa chlorine, ang iba't ibang chlorine derivatives ng mga acid ay maaaring makuha:
Mga kemikal na katangian ng mga carboxylic acid - compendium
Mga indibidwal na kinatawan ng mga carboxylic acid at ang kanilang kahalagahan
Formic (methane) acid HCOOH- likido na may masangsang na amoy at kumukulo na 100.8 ° C, lubos na natutunaw sa tubig.
Ang formic acid ay nakakalason at nagiging sanhi ng paso kung ito ay madikit sa balat! Ang nakatutusok na likido na itinago ng mga langgam ay naglalaman ng acid na ito.
Ang formic acid ay may disinfectant na ari-arian at samakatuwid ay nahahanap ang aplikasyon nito sa mga industriya ng pagkain, katad at parmasyutiko, at gamot. Ginagamit ito sa pagtitina ng mga tela at papel.
Acetic (ethanoic) acid CH 3 COOH- isang walang kulay na likido na may isang katangian ng masangsang na amoy, nahahalo sa tubig sa anumang ratio. Ang mga may tubig na solusyon ng acetic acid ay ibinebenta sa ilalim ng pangalan ng suka (3-5% na solusyon) at suka (70-80% na solusyon) at malawakang ginagamit sa industriya ng pagkain. Acetic acid - magandang solvent marami organikong bagay at samakatuwid ay ginagamit sa pagtitina, sa industriya ng katad, sa industriya ng pintura at barnisan. Bilang karagdagan, ang acetic acid ay isang hilaw na materyal para sa paggawa ng maraming teknikal na mahahalagang organikong compound: halimbawa, ginagamit ito upang makakuha ng mga sangkap na ginagamit upang kontrolin ang mga damo - mga herbicide. Ang acetic acid ay ang pangunahing bahagi ng suka ng alak, ang katangian na amoy nito ay dahil dito. Ito ay isang produkto ng oksihenasyon ng ethanol at nabuo mula dito kapag ang alak ay nakaimbak sa hangin.
Ang pinakamahalagang kinatawan ng pinakamataas na naglilimita sa mga monobasic acid ay palmitic C 15 H 31 COOH at stearic C 17 H 35 COOH acids. Hindi tulad ng mas mababang mga acid, ang mga sangkap na ito ay solid, mahinang natutunaw sa tubig.
Gayunpaman, ang kanilang mga asing-gamot - stearates at palmitates - ay lubos na natutunaw at may detergent effect, kaya naman tinatawag din itong mga sabon. Malinaw na ang mga sangkap na ito ay ginawa sa isang malaking sukat.
Mula sa unsaturated mas mataas na carboxylic acids pinakamataas na halaga Mayroon itong oleic acid C 17 H 33 COOH, o CH 3 - (CH 2) 7 - CH \u003d CH - (CH 2) 7 COOH. Ito ay parang langis na likido na walang lasa o amoy. Ang mga asin nito ay malawakang ginagamit sa teknolohiya.
Ang pinakasimpleng kinatawan ng mga dibasic carboxylic acid ay oxalic (ethanedioic) acid HOOC-COOH, ang mga asin nito ay matatagpuan sa maraming halaman, tulad ng sorrel at oxalis. Ang oxalic acid ay isang walang kulay na mala-kristal na substansiya, lubos na natutunaw sa tubig. Ito ay ginagamit sa buli ng mga metal, sa woodworking at mga industriya ng katad.
Sangguniang materyal para sa pagpasa sa pagsusulit:
periodic table
Talahanayan ng solubility
Ang unang pangkat ng mga katangian ay mga reaksyon sa karagdagan. Sa pangkat ng carbonyl, sa pagitan ng carbon at oxygen, mayroong isang dobleng bono, na, tulad ng naaalala mo, ay binubuo ng isang sigma bond at isang pi bond. Bilang karagdagan sa mga reaksyon, ang pi bond break at dalawang sigma bond ay nabuo, ang isa ay may carbon, ang isa ay may oxygen. Ang carbon ay may bahagyang positibong singil, at ang oxygen ay may bahagyang negatibong singil. Samakatuwid, ang isang negatibong sisingilin na particle ng reagent, isang anion, ay nakakabit sa carbon, at isang positibong sisingilin na bahagi ng molekula ay nakakabit sa oxygen.
Una hydrogenation ng ari-arian, pagdaragdag ng hydrogen.
Nagaganap ang reaksyon kapag pinainit. Ang hydrogenation catalyst na kilala mo na, nickel, ay ginagamit. Ang mga pangunahing alkohol ay nakuha mula sa aldehydes, pangalawang alkohol mula sa mga ketone.
Sa pangalawang alkohol, ang pangkat ng hydroxo ay nakatali sa pangalawang carbon atom.
Pangalawa hydration ng ari-arian, pagdaragdag ng tubig. Ang reaksyong ito ay posible lamang para sa formaldehyde at acetaldehyde. Ang mga ketone ay hindi tumutugon sa tubig.
Ang lahat ng mga reaksyon sa karagdagan ay nagpapatuloy sa paraang ang plus ay napupunta sa minus, at minus sa plus.
Tulad ng naaalala mo mula sa video tungkol sa mga alkohol, ang pagkakaroon ng dalawang pangkat ng hydroxo sa isang atom ay halos imposibleng sitwasyon, ang mga naturang sangkap ay lubhang hindi matatag. Kaya, partikular, ang dalawang kaso na ito ng formaldehyde hydrate at acetaldehyde ay posible, bagama't umiiral lamang ang mga ito sa solusyon.
Hindi kailangang malaman ang mga reaksyon mismo. Malamang, ang tanong sa pagsusulit ay maaaring mukhang isang pahayag ng katotohanan, halimbawa, tumutugon sila sa tubig at nakalista ang mga sangkap. Kabilang sa kanilang listahan ay maaaring methanal o ethanal.
Pangatlo pagdaragdag ng pag-aari ng hydrocyanic acid.
Muli, ang plus ay napupunta sa minus, at minus sa plus. Ang mga sangkap na tinatawag na hydroxynitriles ay nakuha. Muli, ang reaksyon mismo ay hindi karaniwan, ngunit kailangan mong malaman ang tungkol sa ari-arian na ito.
Pang-apat pagdaragdag ng ari-arian ng mga alkohol.
Dito muli, hindi mo kailangang malaman ang equation ng reaksyon sa pamamagitan ng puso, kailangan mo lamang na maunawaan na ang gayong pakikipag-ugnayan ay posible.
Gaya ng dati sa mga reaksyon ng karagdagan sa isang carbonyl group, plus sa minus, at minus sa plus.
Panglima reaksyon ng ari-arian na may sodium hydrosulfite.
At muli, ang reaksyon ay medyo kumplikado, malamang na hindi ito matutunan, ngunit ito ay isa sa mga husay na reaksyon para sa aldehydes, dahil ang nagresultang sodium salt ay namuo. Iyon ay, sa katunayan, dapat mong malaman na ang aldehydes ay tumutugon sa sodium hydrosulfite, ito ay magiging sapat.
Ito ay nagtatapos sa unang pangkat ng mga reaksyon. Ang pangalawang pangkat ay polymerization at polycondensation reactions.
2. Polymerization at polycondensation ng aldehydes
Pamilyar ka sa polymerization: polyethylene, butadiene at isoprene rubbers, polyvinyl chloride ang mga produkto ng pagsasama-sama ng maraming molekula (monomer) sa isang malaki, sa isang solong polymer chain. Ibig sabihin, isang produkto ang nakuha. Sa panahon ng polycondensation, ang parehong bagay ay nangyayari, ngunit bilang karagdagan sa polimer, ang mga produktong mababa ang molekular na timbang, tulad ng tubig, ay nakuha din. Ibig sabihin, may dalawang produkto.
Kaya, pang-anim polymerization ng ari-arian. Ang mga ketone ay hindi pumapasok sa mga reaksyong ito; tanging ang polymerization ng formaldehyde ang may kahalagahan sa industriya.
Ang pi bond break at dalawang sigma bond ay nabuo kasama ng mga kalapit na monomer. Ito ay lumalabas na polyformaldehyde, na tinatawag ding paraform. Malamang, ang tanong sa pagsusulit ay maaaring ganito ang tunog: ang mga sangkap ay pumapasok sa reaksyon ng polimerisasyon. At ang isang listahan ng mga sangkap ay ibinigay, bukod sa kung saan maaaring mayroong formaldehyde.
Ang ikapitong ari-arian ay polycondensation. Muli: sa panahon ng polycondensation, bilang karagdagan sa polimer, ang isang mababang-molekular na tambalan ay nakuha din, halimbawa, tubig. Ang formaldehyde ay pumapasok sa gayong reaksyon sa phenol. Para sa kalinawan, isinusulat muna namin ang equation na may dalawang molekulang phenol.
Bilang isang resulta, ang naturang dimer ay nakuha at isang molekula ng tubig ay nahati. Ngayon isinusulat namin ang equation ng reaksyon sa pangkalahatang anyo.
Ang produktong polycondensation ay phenol-formaldehyde resin. Nahanap niya malawak na aplikasyon mula sa mga pandikit at barnis hanggang sa mga plastik at mga bahagi ng chipboard.
Ngayon ang ikatlong pangkat ng mga katangian oksihenasyon reaksyon.
3. Oxidation ng aldehydes at ketones
ikawalo reaksyon sa pangkalahatang listahan ay isang qualitative reaction sa aldehyde group oxidation na may ammonia solution ng silver oxide. Reaksyon ng salamin na pilak. Sasabihin ko kaagad na ang mga ketone ay hindi pumapasok sa reaksyong ito, mga aldehydes lamang.
Ang pangkat ng aldehyde ay na-oxidized sa isang carboxyl, acidic na grupo, ngunit sa pagkakaroon ng ammonia, na isang base, isang reaksyon ng neutralisasyon ay agad na nangyayari at isang asin, ammonium acetate, ay nakuha. Ang pilak ay namuo, pinahiran ang loob ng tubo at lumilikha ng parang salamin na ibabaw. Ang reaksyong ito ay nangyayari sa pagsusulit sa lahat ng oras.
Sa pamamagitan ng paraan, ang parehong reaksyon ay husay para sa iba pang mga sangkap na mayroong isang pangkat ng aldehyde, halimbawa, formic acid at mga asing-gamot nito, pati na rin ang glucose.
ikasiyam ang reaksyon ay husay din para sa aldehyde group oxidation na may bagong precipitated copper hydroxide two. Dito, din, napansin ko na ang mga ketone ay hindi pumapasok sa reaksyong ito.
Biswal, ang pagbuo ng isang dilaw na precipitate ay makikita muna, na pagkatapos ay nagiging pula. Sa ilang mga aklat-aralin, ang impormasyon ay natagpuan na ang tansong hydroxide lamang ang unang nabuo, na may dilaw na kulay, na pagkatapos ay nabubulok sa pulang tansong oksido lamang at tubig. Kaya hindi ito totoo ayon sa pinakahuling data, sa proseso ng pag-ulan, nagbabago ang laki ng mga particle ng copper oxide, na sa huli ay umaabot sa mga sukat na eksaktong pininturahan ng pula. Ang aldehyde ay na-oxidized sa kaukulang carboxylic acid. Ang reaksyon ay nangyayari sa pagsusulit nang madalas.
Ang ikasampung reaksyon ay ang oksihenasyon ng aldehydes na may acidified na solusyon ng potassium permanganate kapag pinainit.
Ang pagkawalan ng kulay ng solusyon ay nangyayari. Ang pangkat ng aldehyde ay na-oxidized sa isang pangkat ng carboxyl, iyon ay, ang aldehyde ay na-oxidized sa kaukulang acid. Para sa mga ketone, ang reaksyong ito ay walang praktikal na kahulugan, dahil ang pagkasira ng molekula ay nangyayari at ang resulta ay isang halo ng mga produkto.
Mahalagang tandaan na ang formic aldehyde, formaldehyde, ay nag-oxidize sa carbon dioxide, dahil ang kaukulang formic acid mismo ay hindi lumalaban sa malakas na oxidizing agent.
Bilang resulta, ang carbon ay napupunta mula sa oxidation state 0 hanggang oxidation state +4. Hayaan mong ipaalala ko sa iyo na ang methanol, bilang panuntunan, sa ilalim ng gayong mga kondisyon ay na-oxidized sa maximum sa CO 2, na nilaktawan ang yugto ng parehong aldehyde at acid. Ang tampok na ito ay dapat tandaan.
Pang-labing-isa reaksyon pagkasunog, kumpletong oksihenasyon. Ang parehong mga aldehydes at ketone ay nasusunog sa carbon dioxide at tubig.
Isulat natin ang equation ng reaksyon sa pangkalahatang anyo.
Ayon sa batas ng konserbasyon ng masa, dapat mayroong kasing dami ng mga atomo sa kaliwa gaya ng mga atomo sa kanan. Dahil kung tutuusin mga reaksiyong kemikal Ang mga atomo ay hindi napupunta kahit saan, ngunit ang pagkakasunud-sunod ng mga bono sa pagitan nila ay nagbabago lamang. Kaya magkakaroon ng kasing dami ng mga molecule ng carbon dioxide gaya ng mga carbon atom sa isang molekula ng isang carbonyl compound, dahil ang molekula ay naglalaman ng isang carbon atom. Iyon ay n CO 2 molecules. Magkakaroon ng kalahati ng maraming mga molekula ng tubig bilang mga atomo ng hydrogen, iyon ay, 2n / 2, na nangangahulugang n lamang.
Mayroong parehong bilang ng mga atomo ng oxygen sa kaliwa at sa kanan. Sa kanan, mayroong 2n sa kanila mula sa carbon dioxide, dahil ang bawat molekula ay may dalawang atomo ng oxygen, kasama ang n ng tubig, para sa kabuuang 3n. Sa kaliwa, mayroong parehong bilang ng mga atomo ng oxygen na 3n, ngunit ang isa sa mga atomo ay nasa molekula ng aldehyde, na nangangahulugang dapat itong ibawas sa kabuuan upang makuha ang bilang ng mga atomo sa bawat molekular na oxygen. Lumalabas na ang 3n-1 atoms ay naglalaman ng molecular oxygen, na nangangahulugang mayroong 2 beses na mas kaunting mga molekula, dahil ang isang molekula ay naglalaman ng 2 atoms. Iyon ay (3n-1)/2 oxygen molecules.
Kaya, pinagsama-sama namin ang equation para sa pagkasunog ng mga carbonyl compound sa isang pangkalahatang anyo.
At sa wakas ikalabindalawa ari-arian na nauugnay sa mga reaksyon ng pagpapalit halogenation sa alpha carbon atom. Muli nating buksan ang istraktura ng molekula ng aldehyde. Ang oxygen ay kumukuha ng electron density papunta sa sarili nito, na lumilikha ng bahagyang positibong singil sa carbon. Ang methyl group ay sumusubok na magbayad para sa positibong singil na ito sa pamamagitan ng paglilipat ng mga electron mula sa hydrogen patungo dito kasama ang isang chain ng sigma bond. Ang carbon-hydrogen bond ay nagiging mas polar at ang hydrogen ay mas madaling masira kapag inaatake ng isang reagent. Ang epektong ito ay sinusunod lamang para sa alpha carbon atom, iyon ay, ang atom na sumusunod sa aldehyde group, anuman ang haba ng hydrocarbon radical.
Kaya, posible na makakuha, halimbawa, 2-chloroacetaldehyde. Ang karagdagang pagpapalit ng mga atomo ng hydrogen sa trichloroethane ay posible.
Ang mga aldehydes at ketones ay mga derivatives ng hydrocarbons na naglalaman ng carbonyl group sa kanilang mga molekula. Ang mga aldehydes ay naiiba sa istraktura mula sa mga ketone sa posisyon ng carbonyl group. Pinag-uusapan natin ang mga pisikal na katangian ng aldehydes at ketones, pati na rin ang kanilang pag-uuri at nomenclature, sa artikulong ito.
Mga katangiang pisikal
Hindi tulad ng mga alkohol at phenol, ang mga aldehydes at ketone ay hindi nailalarawan sa pamamagitan ng pagbuo ng mga bono ng hydrogen, kaya naman ang kanilang mga kumukulo at natutunaw na punto ay mas mababa. Kaya, ang formaldehyde ay isang gas, ang acetaldehyde ay kumukulo sa temperatura na 20.8 degrees, habang ang methanol ay kumukulo sa temperatura na 64.7 degrees. Katulad nito, ang phenol ay isang mala-kristal na sangkap, at ang benzaldehyde ay isang likido.
Ang formaldehyde ay isang walang kulay na gas na may masangsang na amoy. Ang natitirang mga miyembro ng serye ng aldehyde ay mga likido, habang ang mas mataas na aldehydes ay mga solido. Ang mga mas mababang miyembro ng serye (formaldehyde, acetaldehyde) ay natutunaw sa tubig at may masangsang na amoy. Ang mas mataas na aldehydes ay lubos na natutunaw sa karamihan ng mga organikong solvent (alcohols, ethers), C 3 -C 8 aldehydes ay may napaka hindi kanais-nais na amoy, at mas mataas na aldehydes ang ginagamit sa pabango dahil sa mga floral odors.
kanin. 1. Pag-uuri ng talahanayan ng mga aldehydes at ketones.
Ang pangkalahatang formula para sa aldehydes at ketones ay ang mga sumusunod:
- ang formula ng aldehydes ay R-COH
- ang formula ng ketones ay R-CO-R
Pag-uuri at katawagan
Ang mga aldehydes at ketone ay naiiba sa uri ng carbon chain kung saan matatagpuan ang carbonyl group. Isaalang-alang ang mataba at mabangong mga compound:
- acyclic, nililimitahan. Ang unang miyembro ng homologous series ng aldehydes ay formic aldehyde (formaldehyde, methanal) - CH 2 \u003d O.
Ang formic aldehyde ay ginagamit bilang isang antiseptiko. Sa tulong nito pagdidisimpekta ng mga lugar, ang pagbibihis ng mga buto ay isinasagawa.
Ang pangalawang miyembro ng serye ng aldehyde ay acetaldehyde (acetaldehyde, ethanal). Ito ay ginagamit bilang isang intermediate sa synthesis ng acetic acid at ethyl alcohol mula sa acetylene.
kanin. 2. Formula acetaldehyde.
- walang limitasyon. Kinakailangang banggitin ang gayong unsaturated aldehyde bilang acrolein (propenal). Ang aldehyde na ito ay nabuo sa panahon ng thermal decomposition ng gliserol at taba, kung saan ang gliserol ay isang mahalagang bahagi.
- mabango. Ang unang miyembro ng homologous na serye ng aromatic aldehydes ay benzaldehyde (benzaldehyde). Kapansin-pansin din ang isang aldehyde na pinagmulan ng halaman, tulad ng vanillin (3-methoxy-4-hydroxybenzaldehyde).
kanin. 3. Vanillin formula.
Ang mga ketone ay maaaring puro aromatic at fat-aromatic. Ang puro aromatic ay, halimbawa, diphenylketone (benzophenone). Ang fat-aromatic ay, halimbawa, methyl-phenylketone (acetophenone)
Ano ang natutunan natin?
Sa mga aralin sa kimika sa ika-10 baitang, ang pinakamahalagang gawain ay pag-aralan ang mga aldehydes at ketones. Sa aldehydes, ang carbonyl carbon atom ay pangunahin, habang sa ketones ito ay pangalawa. Samakatuwid, sa aldehydes, ang carbonyl group ay palaging nakatali sa isang hydrogen atom. Ang pangkat ng aldehyde ay mas reaktibo kaysa sa pangkat ng ketone, lalo na sa mga reaksyon ng oksihenasyon.
Pagsusulit sa paksa
Pagsusuri ng Ulat
Average na rating: 4.2. Kabuuang mga rating na natanggap: 166.
5.1. pangkalahatang katangian
Ang mga kaugnay na klase ng aldehydes at ketones ay naglalaman ng isang functional na carbonyl group at tinutukoy bilang mga carbonyl compound. Ginagamit din nila ang karaniwang pangalan mga compound ng oxo, dahil ang pangkat = O ay tinatawag na pangkat ng oxo.
Ang mga aldehydes ay mga compound kung saan ang carbonyl group ay nakagapos sa isang organic radical at isang hydrogen atom; ketones - carbonyl compounds na may dalawang organic radicals.
Ang pangkat -CH=O, na bahagi ng aldehydes, ay tinatawag aldehyde, ayon sa pagkakabanggit isang pangkat sa mga ketone - ketone, o pangkat ng keto.
Depende sa likas na katangian ng mga organikong radikal, maaaring kabilang ang mga aldehydes at ketone aliphatic o mabango hilera; ang mga ketone ay magkakahalo(Talahanayan 5.1).
Hindi tulad ng mga alkohol, ang mga aldehydes at ketone ay walang mga mobile hydrogen atom na nakagapos sa mga atomo ng oxygen. Sa pagsasaalang-alang na ito, ang mga aldehydes at ketone ay hindi nauugnay dahil sa pagbuo ng mga bono ng hydrogen, ngunit may posibilidad na bumuo ng mga bono ng hydrogen na may mga molekula ng tubig at samakatuwid ay natutunaw nang mabuti sa loob nito (lalo na ang mga unang miyembro ng homologous na serye).
Talahanayan 5.1.Aldehydes at ketones
5.2. Mga sentro ng reaksyon ng aldehydes at ketones
sp 2 -Hybridized carbon atom ng carbonyl group ay bumubuo ng tatlong σ-bond na nakahiga sa parehong eroplano, at isang π-bond na may oxygen atom dahil sa unhybridized p-orbital. Dahil sa pagkakaiba sa electronegativity ng carbon at oxygen atoms, ang π-bond sa pagitan ng mga ito ay lubos na polarized (Larawan 5.1). Bilang resulta, lumilitaw ang isang bahagyang positibong singil δ+ sa carbon atom ng pangkat ng carbonyl, at isang bahagyang negatibong singil δ- ay lumilitaw sa atom ng oxygen. Dahil ang carbon atom ay kulang sa elektron, ito ay kumakatawan sa isang sentro para sa nucleophilic attack.
Ang pamamahagi ng density ng elektron sa mga molekula ng aldehydes at ketones, isinasaalang-alang ang paglipat ng elektronikong impluwensya ng elektron
kanin. 5.1.Elektronikong istraktura ng pangkat ng carbonyl
Ang kulang na carbon atom ng carbonyl group sa σ-bond ay ipinakita sa Scheme 5.1.
Scheme 5.1.Mga sentro ng reaksyon sa molekula ng aldehydes at ketones
Mayroong ilang mga sentro ng reaksyon sa mga molekula ng aldehydes at ketones:
Ang electrophilic center - ang carbon atom ng carbonyl group - ay paunang tinutukoy ang posibilidad ng isang nucleophilic attack;
Ang pangunahing sentro - isang oxygen atom - ay tumutukoy sa posibilidad ng pag-atake ng isang proton;
CH-acid center, ang hydrogen atom na kung saan ay may mahinang proton mobility at maaaring, sa partikular, ay inaatake ng isang malakas na base.
Sa pangkalahatan, ang mga aldehydes at ketone ay lubos na reaktibo.
5.3. Pagdaragdag ng nucleophilic
Para sa mga aldehydes at ketones, ang mga reaksyon sa pagdaragdag ng nucleophilic ay pinaka-katangian A N.
Pangkalahatang paglalarawan ng mekanismo ng pagdaragdag ng nucleophilic A N
Ang kadalian ng pag-atake ng nucleophilic sa carbon atom ng carbonyl group ng isang aldehyde o ketone ay depende sa magnitude ng bahagyang
positibong singil sa carbon atom, ang spatial availability nito at acid-base properties ng medium.
Isinasaalang-alang ang mga elektronikong epekto ng mga pangkat na nauugnay sa carbonyl carbon atom, ang halaga ng partial positive charge δ+ dito sa aldehydes at ketones ay bumababa sa sumusunod na serye:
Ang spatial availability ng carbonyl carbon atom ay bumababa kapag ang hydrogen ay pinalitan ng bulkier organic radicals, kaya ang aldehydes ay mas reaktibo kaysa sa ketones.
Pangkalahatang pamamaraan ng mga reaksyon sa pagdaragdag ng nucleophilic A N sa pangkat ng carbonyl ay nagsasangkot ng isang nucleophilic na pag-atake sa carbonyl carbon na sinusundan ng pagdaragdag ng isang electrophile sa oxygen atom.
Sa isang acidic na kapaligiran, ang aktibidad ng pangkat ng carbonyl, bilang panuntunan, ay tumataas, dahil dahil sa protonation ng oxygen atom, isang positibong singil ang lumitaw sa carbon atom. Karaniwang ginagamit ang acid catalysis kapag ang umaatake na nucleophile ay may mababang aktibidad.
Ayon sa mekanismo sa itaas, ang isang bilang ng mga mahahalagang reaksyon ng aldehydes at ketones ay isinasagawa.
Maraming mga reaksyon na katangian ng aldehydes at ketones ang nangyayari sa katawan, ang mga reaksyong ito ay ipinakita sa kasunod na mga seksyon ng aklat-aralin. Tatalakayin ng kabanatang ito ang pinakamahalagang reaksyon ng aldehydes at ketones, na ibinubuod sa Scheme 5.2.
pagdaragdag ng mga alkohol. Ang mga alkohol, kapag nakikipag-ugnayan sa mga aldehydes, ay madaling mabuo hemiacetals. Ang mga hemiacetal ay hindi karaniwang nakahiwalay dahil sa kanilang kawalang-tatag. Sa labis na alkohol sa isang acidic na kapaligiran, nagiging hemiacetals acetals.
Ang paggamit ng isang acid catalyst sa conversion ng hemiacetal sa acetal ay malinaw mula sa mekanismo ng reaksyon sa ibaba. Ang gitnang lugar sa loob nito ay inookupahan ng pagbuo ng isang carbocation (I), na nagpapatatag dahil sa pakikilahok ng nag-iisang pares ng mga electron ng kalapit na oxygen atom (+M na epekto ng C 2 H 5 O group).
Ang mga reaksyon ng pagbuo ng mga hemiacetal at acetals ay nababaligtad; samakatuwid, ang mga acetals at hemiacetal ay madaling na-hydrolyzed ng labis na tubig sa isang acidic na daluyan. Sa isang alkaline na kapaligiran, ang mga hemiacetals ay matatag, dahil ang alkoxidion ay isang mas mahirap na grupong umalis kaysa sa hydroxide ion.
Ang pagbuo ng mga acetals ay kadalasang ginagamit bilang pansamantalang proteksyon ng grupong aldehyde.
Koneksyon ng tubig. Pagdaragdag ng tubig sa isang carbonyl group - hydration- nababaligtad na reaksyon. Ang antas ng hydration ng isang aldehyde o ketone sa isang may tubig na solusyon ay depende sa istraktura ng substrate.
Ang produkto ng hydration, bilang panuntunan, ay hindi maaaring ihiwalay sa pamamagitan ng distillation sa isang libreng anyo, dahil ito ay nabubulok sa mga orihinal na bahagi nito. Ang formaldehyde sa isang may tubig na solusyon ay na-hydrated ng higit sa 99.9%, ang acetaldehyde ay humigit-kumulang kalahati, at ang acetone ay halos hindi na-hydrated.
Ang formaldehyde (formaldehyde) ay may kakayahang mag-coagulate ng mga protina. kanyang 40% solusyon sa tubig, tinawag formalin, ginagamit sa gamot bilang disinfectant at preserbatibo ng mga anatomical na paghahanda.
Ang trichloroacetic aldehyde (chloral) ay ganap na na-hydrated. Ang electron-withdrawing trichloromethyl group ay nagpapatatag ng chloral hydrate sa isang lawak na ang mala-kristal na sangkap na ito ay nahati sa tubig sa panahon lamang ng distillation sa pagkakaroon ng mga dehydrating substance - sulfuric acid, atbp.
Sa gitna ng pharmacological effect ng CC1 chloral hydrate s CH(OH)2 nakasalalay ang tiyak na epekto sa katawan ng pangkat ng aldehyde, na tumutukoy sa mga katangian ng disinfectant. Pinapahusay ng mga atomo ng halogen ang pagkilos nito, at binabawasan ng hydration ng carbonyl group ang toxicity ng substance sa kabuuan.
Pagdaragdag ng mga amin at mga derivatives nito. Amines at iba pang nitrogen-containing compounds ng pangkalahatang formula na NH 2 Ang X (X = R, NHR) ay tumutugon sa mga aldehydes at ketone sa dalawang hakbang. Una, nabuo ang mga produkto ng pagdaragdag ng nucleophilic, na pagkatapos, dahil sa kawalang-tatag, nahati ang tubig. Sa bagay na ito, ang prosesong ito ay karaniwang inuri bilang isang reaksyon attachment-detachment.
Sa kaso ng mga pangunahing amine, pinalitan imines(tinatawag din Mga base ng Schiff).
Ang mga imine ay mga intermediate sa maraming proseso ng enzymatic. Ang paghahanda ng imines ay nagpapatuloy sa pamamagitan ng pagbuo ng mga amino alcohol, na medyo matatag, halimbawa, sa reaksyon ng formaldehyde na may α-amino acids (tingnan ang 12.1.4).
Ang mga imine ay mga intermediate sa paggawa ng mga amine mula sa aldehydes at ketones sa pamamagitan ng reductive amination. Ito pangkalahatang paraan ay binubuo sa pagpapanumbalik ng pinaghalong carbonyl compound na may ammonia (o isang amine). Ang proseso ay nagpapatuloy ayon sa scheme ng karagdagan-cleavage na may pagbuo ng isang imine, na pagkatapos ay nabawasan sa isang amine.
Kapag ang mga aldehydes at ketone ay tumutugon sa mga hydrazine derivatives, mga hydrazone. Maaaring gamitin ang reaksyong ito upang ihiwalay ang mga aldehydes at ketone mula sa mga mixture at ang kanilang chromatographic identification.
Ang mga base ng Schiff at iba pang katulad na mga compound ay madaling na-hydrolyzed ng mga may tubig na solusyon ng mga mineral acid upang mabuo ang mga panimulang produkto.
Sa karamihan ng mga kaso, ang mga reaksyon ng aldehydes at ketones na may nitrogenous na mga base ay nangangailangan ng acid catalysis, na nagpapabilis sa pag-aalis ng tubig ng karagdagan na produkto. Gayunpaman, kung ang kaasiman ng daluyan ay tumaas nang labis, kung gayon ang reaksyon ay bumagal bilang isang resulta ng conversion ng nitrogenous base sa non-reactive conjugate acid XNH. 3+.
mga reaksyon ng polimerisasyon. Ang mga reaksyong ito ay pangunahing katangian ng aldehydes. Kapag pinainit ng mga mineral acid, ang mga aldehyde polymers ay nabubulok sa mga panimulang produkto.
Ang pagbuo ng mga polimer ay maaaring tingnan bilang resulta ng isang nucleophilic na pag-atake ng isang oxygen atom ng isang aldehyde molecule sa carbonyl carbon atom ng isa pang molekula. Kaya, kapag nakatayo ang formalin, ang isang polimer ng formaldehyde, paraform, ay namuo sa anyo ng isang puting namuo.
5.4. Mga reaksyon ng condensation
Ang pagkakaroon ng CH-acid center sa isang aldehyde o ketone molecule ay humahantong sa katotohanan na ang α-hydrogen atoms ng mga carbonyl compound na ito ay may ilang proton mobility. Sa ilalim ng pagkilos ng mga base, ang mga naturang proton ay maaaring hatiin sa pagbuo ng kaukulang mga carbanion. Ang mga carbanion ay gumaganap ng papel ng mga nucleophile na may paggalang sa carbonyl substrate. Ginagawa nitong posible na magsagawa ng mga reaksyon kung saan ang isang molekula, bilang isang nucleophile, ay idinagdag sa pangkat ng carbonyl ng isa pang molekula ng isang neutral na carbonyl compound. Ang ganitong mga proseso ay tinutukoy bilang mga reaksyon ng condensation.
Ang condensation ay isang reaksyon na humahantong sa paglitaw ng isang bagong carbon-carbon bond, at mula sa dalawa o higit pang medyo simpleng molekula ay nabuo ang isang bago, mas kumplikadong molekula.
Kaya, sa isang alkaline medium, dalawang molekula ng acetaldehyde ang bumubuo ng hydroxyaldehyde na may dalawang beses ang bilang ng mga carbon atoms.
Ang produkto ng reaksyon na naglalaman ng mga pangkat ng hydroxyl at aldehyde ay tinatawag aldol(mula sa mga salita ald aegis at alak ol), at ang reaksyon mismo ay tinatawag aldol condensation, o karagdagan ng aldol.
Aldol condensation mekanismo. Sa ilalim ng pagkilos ng isang base sa isang carbonyl compound, ang isang proton ay na-cleaved mula sa α-posisyon at isang carbanion (I) ay nabuo, kung saan ang negatibong singil ay na-delocalize sa partisipasyon ng carbonyl group.
Ang anion (I) ay isang malakas na nucleophile (ipinapakita sa kulay sa susunod na hakbang ng mekanismo) na nakakabit sa pangalawang (hindi-ionized) na molekula ng carbonyl compound. Bilang resulta ng pakikipag-ugnayang ito, isang bago Koneksyon ng C-C at isang intermediate alkoxide ion (II) ay nabuo. Sa isang may tubig na daluyan, ang anion na ito ay nagpapatatag sa pamamagitan ng paghahati ng isang proton mula sa isang molekula ng tubig at nagiging huling produkto, ang aldol.
Ang reaksyon ng pagdaragdag ng aldol ay ipinapakita gamit ang propanal bilang isang halimbawa (ang molekula na nagdaragdag sa pangkat ng C=O ng isa pang molekula ay naka-highlight sa kulay); ang isang katulad na reaksyon ay ipinapakita gamit ang acetone bilang isang halimbawa.
Ang produkto ng condensation, ang aldol, ay may kakayahang maghiwalay ng tubig upang bumuo ng isang α,β-unsaturated carbonyl compound. Karaniwan itong nangyayari sa mataas na temperatura. Sa kasong ito, ang reaksyon sa kabuuan ay tinatawag croton condensation.
Ang mga reaksyon ng condensation ay maaari ding mangyari sa isang halo-halong bersyon, gamit ang iba't ibang carbonyl compound, at ang isa sa mga ito ay maaaring hindi naglalaman ng CH-acid center, tulad ng formaldehyde at benzaldehyde sa mga sumusunod na reaksyon:
Aldol condensation ay isang reversible reaction; ang reverse process ay tinatawag paghihiwalay ni aldol(o reaksyon ng retroaldol). Ang parehong mga reaksyon ay nangyayari sa maraming mga biochemical na proseso.
5.5. Pagbawi at oksihenasyon
PagbawiAng mga aldehydes at ketone ay isinasagawa gamit ang kumplikadong metal hydride LiAlH 4 , NaBH 4 . Ang reaksyon ay nagsasangkot ng isang nucleophilic na pag-atake sa carbonyl carbon ng isang hydride ion.
Sa kasunod na hydrolysis ng nagreresultang alkohol, ang pangunahin o pangalawang alkohol ay nakuha.
OksihenasyonAng mga aldehydes hanggang sa mga carboxylic acid ay isinasagawa sa ilalim ng pagkilos ng karamihan sa mga ahente ng oxidizing, kabilang ang atmospheric oxygen. Ang mga ketone ay hindi nag-oxidize sa ilalim ng banayad na mga kondisyon.
Ang silver oxide sa anyo ng isang ammonia complex na 2 OH (Tollens' reagent) ay nag-oxidize ng mga aldehydes sa mga carboxylic acid, habang ang metal na pilak ay inilalabas. Kaya ang pangalan - reaksyon "Silver Mirror"
Ang mga aldehydes ay madaling ma-oxidize ng tanso(II) hydroxide sa isang alkaline na medium.
Ang parehong mga reaksyong ito ay kadalasang ginagamit bilang mga qualitative para sa pagtuklas ng pangkat ng aldehyde, bagama't hindi sila partikular sa mga aldehydes: halimbawa, polyhydric phenols, aminophenols, aromatic amines, hydroxyketones, at iba pang madaling oxidizing compounds ay napapailalim sa oksihenasyon sa ipinahiwatig na mga reagents.
