Карбонильные соединения
8. Альдегиды и кетоны
Изомерия и номенклатура
Пример 1.
Изобразите структурные формулы всех кетонов молекулярной формулы С5Н10О. Назовите их по номенклатуре IUPAС. Какие виды изомерии можно продемонстрировать на их примере? Каким классам изомерны кетоны? Приведите примеры.
Решение.
Кетоны – класс органических соединений общей формулы СnН2nО, содержащих карбонильную группу С=О, связанную ещё с двумя атомами углерода, т.е. в структурной формуле должен присутствовать фрагмент углеродного скелета:
Остается еще 2 атома углерода, которые могут располагаться следующими способами:
а) оба у одного атома С в виде группы СН2-СН3: |
|
б) по одному у крайних атомов С в виде двух метильных групп СН3: |
|
в) оба у одного атома С в виде двух метильных групп СН3: |
|
Номенклатура кетонов. Построение названий кетонов по номенклатуре IUPAC: выбор главной углеродной цепи и заместителей происходит по тем же правилам, что и в углеводородах – выбирается самая длинная цепь, содержащая карбонильную группу. Атому углерода карбонильной группы при этом присваивается меньший номер. В названии карбонильная группа обозначается суффиксом –он, с указанием номера атома углерода. Итак:
а) пентанон-2; б) пентанон-3; в) 3-метилбутанон-2 (если нет никаких других вариантов изображения структуры, то цифры в названии можно опускать, тогда это – метилбутанон).
На примере изомеров б) и в) демонстрируется изомерия углеродного скелета, а изомеров а) и б) – изомерия положения функциональной группы (в данном случае карбонильной).
Межклассовую изомерию можно показать на примере классов соединений с такой же общей формулой СnН2nО, например:
альдегидов |
непредельных спиртов |
предельных циклических спиртов |
Циклических простых эфиров |
|
|
|
|
2,2-диметилпропаналь |
3-метилбутен-2-ол-2 |
циклопентанол |
|
Для названия кетонов иногда используют рациональную номенклатуру. Карбонильную группу заменяют словом «кетон» и перечисляют радикалы, связанные с карбонильной группой. Так уж сложилось, что большинство химиков скажут Вам, что проводили реакцию не с бутаноном, а с метилэтилкетоном.
Номенклатура альдегидов. Если по номенклатуре IUPAC требуется назвать альдегид, выбирают самую длинную цепь, содержащую альдегидную группу, причем с нее начинают нумерацию цепи. За основу названия, как заведено, берут название алкана с тем же числом атомов углерода и добавляют суффикс –аль (см. пример 2), получается пропан пропаналь.
Замечание: альдегиды часто называют как и карбоновые кислоты: пропионовый альдегид, масляный альдегид, коричный альдегид и т.п. Причина проста: окислением этих альдегидов получают карбоновые кислоты. При этом альдегидная группа CHO превращается в карбоксильную COOH (см. главу 9). Наиболее распространенные тривиальные названия альдегидов и кетонов следует запомнить:
Формальдегид, или муравьиный альдегид |
Ацетальдегид, или уксусный альдегид |
Бензальдегид |
Ацетон |
Ацетофенон |
Бензофенон |
|
|
|
|
|
|
Пример 2.
Изобразите структурные формулы всех альдегидов молекулярной формулы С5Н10О и назовите их по номенклатуре IUPAС. Какое из этих соединений может иметь оптические изомеры*? Изобразите их. По каким свойствам и как отличаются оптические изомеры?
Решение.
Альдегиды – класс органических соединений общей формулы СnН2nО, содержащих альдегидную группу -СНО. Как видно, один атом С входит в состав альдегидной группы, тогда в алкильном радикале, связанном с этой группой, остается 4 атома углерода. Вспоминаем все алкильные радикалы с формулой -С4Н9 (их четыре), соединяем с группой –СНО и получаем четыре формулы альдегидов:
Для построения названия по номенклатуре IUPAC выбираем главную углеродную цепь, содержащую альдегидную группу. При этом атому углерода альдегидной группы всегда приписывают № 1, который в названии опускается. Называем заместители (указывая номер атома С), главную углеродную цепь, в конце названия добавляем суффикс –аль. Итак, 1) пентаналь, 2) 2-метилбутаналь, 3) 3-метилбутаналь и 4) 2,2-диметил-пропаналь (если нет никаких других вариантов изображения структуры, то цифры в названии можно опускать, тогда это - диметилпропаналь).
Для ответа на второй вопрос надо вспомнить, что такое «оптическая изомерия».
*Оптическая изомерия – вид пространственной изомерии, выражается в способности молекулы существовать в виде двух «зеркальных» изомеров. Необходимым (но не достаточным) условием существования оптических изомеров является наличие в молекуле асимметрического (или хирального) атома С, который связан с четырьмя разными заместителями. Оптические изомеры отличаются только разным расположением этих заместителей и являются «зеркальным отражением» друг друга. Среди всех изображенных изомерных альдегидов только в молекуле 2-метилбутаналя атом С2 является асимметрическим (Н в данном случае тоже рассматривается как заместитель).
Оптические изомеры проявляют одинаковые химические и физические свойства, пока их окружение не является оптически активным (например, неспособно существовать в виде оптических изомеров). Так, растворимости оптических изомеров в воде (оптически неактивное окружение) не отличаются друг от друга. Напротив, растворы разных оптических изомеров вращают плоскость поляризованного света (оптически активное окружение) в разные стороны.