Альдегиды и кетоны
Альдегиды – органические соединения, в молекулах которых атом углерода карбонильной группы (карбонильный углерод) связан с атомом водорода.
Общая формула: R–CН=O или
|
R = H, алкил, арил |
Функциональная группа –СН=О называется альдегидной.
Кетоны – органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.
Общие формулы: R2C=O, R–CO–R' или
|
R, R' = алкил, арил |
Примеры:
Номенклатура альдегидов и кетонов
Формула |
Название |
|
систематическое |
тривиальное |
|
H2C=O |
метаналь |
муравьиный альдегид (формальдегид) |
CH3CH=O |
этаналь |
уксусный альдегид (ацетальдегид) |
(CH3)2CHCH=O |
2-метил-пропаналь |
изомасляный альдегид |
CH3CH=CHCH=O |
бутен-2-аль |
кротоновый альдегид |
Систематические названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов (в порядке увеличения) с добавлением слова кетон. Например: CH3–CO–CH3 - диметилкетон (ацетон); CH3CH2CH2–CO–CH3 - метилпропилкетон.
В более общем случае название кетона строится по названию соответствующего углеводорода и суффикса -он; нумерацию цепи начинают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе.
Примеры: CH3–CO–CH3 - пропанон (ацетон); CH3CH2CH2–CO–CH3 - пентанон-2;
Изомерия альдегидов и кетонов
Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия.
Изомерия альдегидов:
1. изомерия углеродного скелета, начиная с С4
2. межклассовая изомерия с кетонами, начиная с С3
непредельными спиртами и простыми эфирами (с С3)
Изомерия кетонов:
1. углеродного скелета (c C5)
2. положения карбонильной группы (c C5)
3. межклассовая изомерия (аналогично альдегидам).
Химические свойства альдегидов и кетонов
Для карбонильных соединений характерны реакции различных типов:
1. полимеризация;2. конденсация; 3. восстановление и окисление.
Реакции восстановления альдегидов и кетонов
Альдегиды при взаимодействии с водородом в присутствии Ni-катализатора образуют первичные спирты, кетоны - вторичные:
Реакции окисления альдегидов и кетонов
Альдегиды очень легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты под действием даже таких мягких окислителей, как оксид серебра и гидроксид меди (II).
Реакция "серебрянного зеркала" – окисление аммиачным раствором оксида серебра:
R–CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH → RCOOH + 2Ag + 4NH3 + H2O
Окисление гидроксидом меди (II) в составе комплекса с винной кислотой или с аммиаком (синий цвет) с образованием красно-кирпичного осадка Cu2O:
R–CH=O + 2Cu(OH)2/винная кислота → RCOOH + Cu2O + 2H2O
Данные реакции являются качественными на альдегидную группу.
Получение альдегидов и кетонов
Окисление спиртов Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.
Гидратация алкинов (реакция Кучерова) Присоединение воды к ацетилену в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию ацетальдегида:
Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:
Окисление алкенов (катализаторы - хлориды Pd и Cu)
Этот способ более перспективен, чем гидратация алкинов, при которой используются токсичные ртутные катализаторы.
Кумольный способ получения ацетона (наряду с фенолом).
Применение альдегидов и кетонов
Метаналь (муравьиный альдегид) CH2=O
получение фенолформальдегидных смол;
получение мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол;
полиоксиметиленовые полимеры;
синтез лекарственных средств (уротропин);
дезинфицирующее средство;
консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).
Этаналь (уксусный альдегид, ацетальдегид) СН3СН=О
производство уксусной кислоты;
органический синтез.
Ацетон СН3-СО-СН3
растворитель лаков, красок, ацетатов целлюлозы;
сырье для синтеза различных органических веществ.
Контрольные вопросы
1. Какие из представленных структур относятся к альдегидам и кетонам?
Ответ 1 : а - альдегид; в - кетон Ответ 2 : a - альдегид; е - кетон Ответ 3 : г - альдегид; д - кетон Ответ 4 : в - альдегид; г - кетон
2. Веществом Б в схеме превращений
является ... Ответ 1 : первичный спирт Ответ 2 : вторичный спирт Ответ 3 : альдегид Ответ 4 : кетон
3. Из 92 г этанола получили 70 г этаналя. Какова массовая доля выхода продукта в % от теоретически возможного? Ответ 1 : 30% Ответ 2 : 56% Ответ 3 : 79% Ответ 4 : 92%
4. Из технического карбида кальция массой 40 кг можно получить уксусный альдегид массой 22 кг. Определите массовую долю примесей в техническом карбиде кальция.
5. Какой объем водорода необходимо затратить на превращение этаналя массой 11 кг в этанол?
Задачи и упражнения
1. Напишите структурные формулы следующих веществ: а) 2,2- диметилбутаналь; б) 2,2,3- триметилпентаналь; в) 2,4-диметилпентаналь г) 3-метилбутаналь.
3. Напишите уравнение реакций взаимодействия с водородом в присутствии никелевого катализатора : а) этаналя б) формальдегида в) масляного альдегида.
4. Напишите уравнения реакций каталитического окисления кислородом воздуха при высокой температуре следующих спиртов: а) пропанола-1; б) метанола; в) этанола.
6. Какой объем водорода необходимо затратить на превращение этаналя массой 11 кг в этанол?
7. Сколько мл раствора формальдегида с массовой долей HCHO 40% (пл. 1,1) можно получить при окислении метилового спирта (пл.0,8) объемом 200 мл с массовой долей CH3OH 60%?
8.При окислении альдегида массой 8,6 г аммиачным раствором оксида серебра выделилось серебро массой 21,6 г. Вычислите молекулярную массу альдегида. Напишите структурные формулы возможных изомеров и назовите их по женевской номенклатуре.
9. Сколько мл раствора формальдегида (пл.1,06) с массой долей HCHO 20% надо прибавить к аммиачному раствору оксида серебра, чтобы выделилось серебро массой 1,08 г?
10. В двух пробирках находятся уксусный альдегид и этингликоль. Как при помощи гидроксида меди (II) определить, где какое вещество? Напишите уравнение соответствующих реакций.
11. На смесь муравьиного и уксусного альдегидов массой 37 г подействовали оксидом серебра(I). При этом образовалось серебро массой 216 г. Определите массовую долю смеси.