Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны

Альдегиды

 

                                                                                              Н

Муравьиный альдегид, или формальдегид, Н - С                          образуется

                                                                                              О

                                                                                            

при  окислении метанола, уксусный альдегид, или ацетальдегид, 

               Н

СН₃ - С                  -     при окислении этанола.

                О                                                           О

. В молекулах всех альдегидов  группа      - С                      связана

                                                                              Н

 с углеводородным радикалом.

     Альдегиды – органические вещества, содержащие функциональную группу 

 

                                                   (альдегидную группу).

 

                                                        О                                                     О

      Альдегидная группа     - С                  содержит группу       - С    

                                                        Н                                                      

 

Ее называют карбонильной группой. Она обладает особенностями, которые рассмотрим на примере формальдегида.

   

   

       В  молекуле формальдегида между  атомами углерода и водорода  существуют  - связь, а между атомами углерода и водорода – одна - и одна - связь.

        Электронная плотность, преимущественно  -связи, как наиболее подвижной. Смещается от атома углерода к наиболее электроотрицательному атому кислорода. Поэтому атом углерода приобретает частичный положительный заряд, а атом кислорода – частично отрицательный.

         

    Изомерия и номенклатура. Для альдегидов характерна изометрия углеводородного радикала. Он может иметь либо неразветвленную, либо разветвленную цепь. Названия альдегидов происходят от исторических названий соответствующих органических кислот, в которые они превращаются при окислении (муравьиный альдегид, уксусный альдегид, пропионовый альдегид и т.д.). По международной номенклатуре названия альдегидов производят от названий соответствующих углеводородов с прибавлением суффикса –аль.

 

7

Важнейшие представители  альдегидов.

 

 

Химические  формулы альдегидов	Названия
О       Н - С               Н	Метаналь, или  формальдегид
О СН3 – С                 Н	Этаналь, или  ацетальдегид
О СН3 – СН2 - С                           Н	Пропаналь
О СН3 – СН2 – СН2 - С                                      Н	Бутаналь
О СН3 – СН -  С            СН3       Н	2-Метилпропаналь
О СН3 – СН2 – СН2 – СН2 – С                                                 Н	Пентаналь
О СН3 – СН2 – СН2 – СН2 - СН2 - С                                                             Н	Гексаналь

 

 

     Получение. В лаборатории альдегиды получают окислением первичных спиртов. В качестве окислителей применяют оксид меди (II) , пероксид водорода и другие вещества, способные отдавать кислород.

                                                                           О

                R – CH₂ – O – H + O               R – C        + H₂O

                                                                            Н

  В промышленности альдегиды получают различными способами. Экономически наиболее выгодно получать метаналь непосредственным окислением метана кислородом воздуха в специальном реакторе:

  

                         Н                                                             О

                  Н – С – Н  + О₂           Н – С         + H₂O

                         Н                                                              Н

    Чтобы метаналь  не успел окислиться, смесь метана с воздухом через зону реакции пропускают с большой скоростью.

 

                                                       8

 Метаналь получают также  окислением метанола, пропуская  его пары вместе с воздухом  через реактор с раскаленной  медной или серебряной сеткой:

 

                                                                                    О

                2СН₃ОН + О₂           2Н – С        +2 H₂O

                                                                                     Н

             Физические свойства. Метаналь _- бесцветный газ с резким запахом. Раствор метаналя в воде (35 – 40%-ный) называется формалином. Остальные члены ряда альдегидов – жидкости, а высшие альдегиды – твердые.

           

              Химические свойства. Для альдегидов наиболее характерны реакции окисления и присоединения.

    1. Реакция окисления. Качественной реакцией на альдегиды является реакция «серебряного зеркала». Для ее осуществления в чистую пробирку наливают аммиачный раствор оксида серебра (I) ( в воде практически не растворяется, но с аммиаком образует растворимое соединение OH) , к нему добавляют раствор альдегида и нагревают:

 

                      О                                                                 О

          R – C             + Ag₂O R – C      + 2Ag

                      Н                                                                 ОН

 

Восстановленное серебро оседает  на стенках пробирки в виде блестящего налета, а альдегид окисляется в соответствующую органическую кислоту.

 

 

 

  Другой характерной реакцией является окисление альдегидов гидроксидом меди (II). Если к голубому осадку гидроксида меди (II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть, то сначала появляется желтый осадок гидроксида меди(I), который при дальнейшем нагревании превращается в красный оксид меди (I):

        О                                  О

                 R – C      +2Cu (OH)₂ R – C        + 2CuOH + H₂O

                            Н                                          ОН

                                    

                                     2CuOH Cu₂O + H₂O

 

 

В этой реакции окислителем  является медь со степенью окисления +2, которая восстанавливается до степени окисления +1.

   2. Реакции  присоединения обусловлены наличием в карбонильной группе

-связи, которая легко разрывается.  По месту её разрыва присоединяются  атомы и группы атомов. Так, например, при пропускании смеси метаналя с водородом над нагретым катализатором происходит  его восстановление в метанол:    

                                                         9                     

                                            О

                               H – C           + H₂ H₃C - OH

                                            Н

                                           

                                 метаналь                                       метанол                        

 

Аналогично присоединяют водород и другие альдегиды.

        Применение. Наибольшее применение имеют метаналь и этаналь. Больше всего метаналя используют для полу чения фенолформальдегидной смолы, которую получают при взаимодействии метаналя с фенолом.Эта смола необходима для производства пластмасс. Пластмассы, изготовленные из фенолформальдегидной смолы в сочетании с различными наполнителями, называют фенопластами. При растворении фенол формальдегидной смолы  в ацетоне или спирте получают различные лаки.

При взаимодействии метаналя с карбомидом СО(NH₂)₂ получают карбомидную смолу, а из неё ― аминопласты. Из этих пластмасс изготовляют микропористые материалы для нужд электротехники

Широко применяется  водный раствор, содержащий в массовых долях 0.4 или 40%, метаналя. Он называется формалином. Его использование основано на свойстве свёртывать белок.

Этаналь в основном идет на производство уксусной кислоты.

 

Генетическая  связь альдегидов с другими классами органических соединений показана на схеме

 

Предельные углеводороды

альдегиды

Карбоновые кислоты

Сложные эфиры

 

 

Непредельные  углеводороды

спирты

 

                                                               

                                                               

Галогенопроизводные углеводородов

 

 

 

 

Карбоновые  кислоты

 Карбоновые кислоты очень  распространены в быту и промышленности.

Уксусная кислота −  одна из первых кислот, которая была известна человеку.

Уже в древние времена она была выделена из уксуса, а последний получался при скисании вина.

В молекулах карбоновых кислот содержится характерная групперовка 

 

                      О

атомов  ― С       ― карбоксильная группа.

                      ОН

 

Карбоновые кислоты ― это органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп, соедененых с углеводородным радикалом или водородным атомом.

 

     Одноосновные предельные карбоновые кислоты. К одноосновным предельным карбоновым кислотам относятся органические вещества, в молекулах которых имеется одна карбоксильная группа, связанная с радикалом предельного углеводорода или с атомом водорода.

 Атом водорода в гидроксильной  группе карбоновых кислот гораздо  более подвижен, чем в молекулах  спиртов. Поэтому растворимые в воде карбоновые кислоты отщепляют ионы водорода и окрашивают лакмус в красный цвет:

                                O

                   R ― C                    R ― COO^- + H⁺               

                                 OH

    

   Изомерия и номенклатура. Изометрия предельных одноосновных карбоновых кислот аналогична изометрии альдегидов.

 

       Нахождение в природе. Муравьиная кислота содержится в муравьях, в крапиве и хвое. Ожог крапивой ― это результат раздражающего действия муравьиной кислоты. Масляная (бутановая) кислота входит в состав прогорклого масла, а валериановая (пентановая) кислота содержится в корнях валерианы.

       

 Получение. В лаборатории карбоновые кислоты, как и неорганические, можно получить из их солей, действуя на них серной кислотой при нагревании:

 

                  О                                                                      O