6. Карбонильные соединения. Альдегиды.

План.

1. Карбонильные соединения: альдегиды, кетоны. Номенклатура, изомерия.

2. Строение, физические и химические свойства альдегидов.

3. Получение, применение альдегидов.

4. Особенности свойств кетонов.

1. К карбонильным соединениям относятся соединения, содержащие карбонильную группу (карбонил, окси-группу).

Э ти соединения, в зависимости от связанных с ней заместителей, делятся на две основные группы: альдегиды и кетоны. Альдегиды содержат карбонильную группу, которая связана с первичным атомом углерода, т.е. находится в начале углеродной цепи. Кетоны содержат карбонильную группу, которая связана со вторичным атомом углерода, т.е. находится в середине углеродной цепи. Карбоновые кислоты кроме карбонильной группы имеют еще и гидроксогруппу, причем обе функциональные группы связаны с одним (первичным) атомом углерода.

В этой лекции мы рассматриваем альдегиды и кетоны. В зависимости от природы углеродного радикала различают алифатические и ароматические карбонильные соединения, а также предельные и непредельные.

Функциональная группа у альдегидов находится на конце углеродной цепи, у первичного атома углерода. Она является главной функциональной группой (других нет) и счет атомов идет от нее. Карбонильная группа в названии альдегида обозначается добавлением суффикса –аль. Цифра в названии не указывается, ведь это всегда первый атом углерода. Т.е. изомерии функциональной группы для альдегидов нет. Возможна только изомерия углеродного скелета и межклассовая изомерия с кетонами. У кетонов оксо-группа указывается добавлением суффикса –он. Кроме того, надо указать, где находится эта группа. Эта цифра должна быть как можно м еньше.

Н апример:

М етаналь (формальдегид, муравьиный альдегид) Этаналь (ацетальдегид, уксусный альдегид)

2 -метилгексанон-3.

Пропаналь (пропионовый альдегид)

Пропанон

Б утаналь (масляный альдегид)

Метилпропаналь

2. Физические свойства.

Карбонильные соединения не образуют водородных связей, поэтому температуры кипения у них ниже, чем у соответствующих спиртов. Метаналь – газ, все другие низшие альдегиды – жидкости, высшие – твердые вещества. Низшие альдегиды летучи и имеют характерный запах. Они растворимы в воде. Водный 40% раствор метаналя называют формалином. Этаналь летучая жидкость (температура кипения 21⁰С ), с неприятным удушливым запахом (в малых концентрациях он пахнет яблоками).

Особенности строения. Атом углерода карбонильной группы находится в состоянии sp² гибридизации и образует три -связи, лежащие в одной плоскости под углом 120⁰ и одну -связь с атомом кислорода, за счет негибридной р-орбитали. Причем связи между атомами углерода и кислорода сильно поляризованы. В результате на атоме углерода образуется частичный положительный заряд, и он становиться удобным объектом для атаки нуклеофила. Эта атака для альдегидов приводит к реакции присоединения (А_N ). В зависимости от природы радикала, связанного с карбонильной группой, величина заряда на атоме углерода может быть разной, т.е. альдегиды вступают в реакцию присоединения с разной активностью.

Химические свойства.

1)Итак, для альдегидов характерны реакции нуклеофильного присоединения. Такие реакции присоединения протекают для альдегидов с разными веществами.

Например, к реакциям присоединения (А_N) относится реакция гидрирования (т.е. присоединения водорода). Эту реакцию можно рассматривать как реакцию восстановления альдегидов.

+ H₂ → CH₃-CH₂-OH

Очень важной является реакция присоединения спиртов к альдегидам. При этом образуются полуацетали, а потом они при взаимодействии со спиртами превращаются в ацетали (но это уже реакция нуклеофильного замещения).

2) Характерной для альдегидов является реакция окисления. Альдегиды - это вообще один из наиболее легко окисляющихся классов органических соединений. При этом обычно образуются соответствующие карбоновые кислоты. А окисление в жестких условиях или очень сильным окислителем приведет к образованию углекислого газа.

Полное окисление:

+ О₂ → СО₂ + Н₂О

Реакция «серебряного зеркала» (р. Толленса) – с аммиачным раствором нитрата серебра (обычно вместо формулы комплексного соединения серебра в уравнении пишут формулу оксида серебра). Образуется соответствующая карбоновая кислота и свободное серебро, которое выделяется в виде черного осадка или блестящей (зеркальной) пленки на поверхности сосуда.

+ Ag₂O → + Ag↓

Реакция «медного зеркала» (р. Фелинга) – реакция окисления альдегидов комплексным соединением меди (II) (обычно вместо формулы комплексного соединения меди в уравнении пишут формулу гидроксида меди (II). Образуется соответствующая карбоновая кислота и оксид меди (I) оранжевого цвета. Эти реакции окисления (с оксидом серебра и с гидроксидом меди) используют как качественные на альдегиды. Можно использовать как качественную реакцию на альдегиды и реакцию с фуксинсернистой кислотой. В этом случае мы наблюдаем изменение окраски раствора в характерный розовый цвет.

+ Cu(OH)₂↓ → + CuOH↓

Cu(OH)↓ → Cu₂O↓ + H₂O