Глава 6

Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны

§35. АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ: КЛАССИФИКАЦИЯ, НОМЕНКЛАТУРА, ИЗОМЕРИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Общие сведения о карбонильных соединениях

Название «карбонильные соединения» объединяет класс альдегидов и кетонов,

вмолекулах которых присутствует поляризованная карбонильная группа

Вмолекулах альдегидов эта группа соединена с углеводородным радикалом и атомом водорода:

Исключение составляет простейший представитель альдегидов — муравьиный альдегид, или формальдегид, где карбонильная группа соединена с двумя атомами водорода:

§35. Альдегиды и кетоны: классификация, номенклатура, изомерия…

Вкетонах карбонильная группа соединена с двумя радикалами, одинаковыми или разными:

Взависимости от природы углеводородных радикалов альдегиды и кетоны могут быть подразделены на алифатические и ароматические, предельные

инепредельные:

Если в молекулах альдегидов или кетонов содержатся две карбонильные группы, то такие соединения являются диальдегидами или дикетонами соответственно. Например, глиоксаль является диальдегидом, а диацетил — дикетоном:

Высшие непредельные или ароматические альдегиды и кетоны входят в состав эфирных масел и содержатся во многих цветах, фруктах, плодах, душистых и пряных растениях. В миндале и его производных обнаружен бензальдегид. В эфирном масле аниса, акации, укропа, боярышника доминирует среди других «пахнущих» компонентов анисовый альдегид. При обработке перегретым паром коры дерева корицы выделяют характерно пахнущий коричный альдегид.

205

Глава 6. Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны

Гомологический ряд альдегидов и кетонов

Альдегиды и кетоны образуют свои гомологические ряды, имея одинаковую общую формулу CnH2nO, т. е. альдегиды и кетоны изомерны друг другу. Гомологический ряд альдегидов открывает формальдегид, а ряд кетонов — ацетон, в молекуле которого три углеродных атома:

Названия альдегидов по номенклатуре IUPAC составляются из названия соответствующего алкана (выбирается самая длинная цепочка, включающая карбонильную группу) с прибавлением суффикса «-аль» (табл. 6.1). Карбонильному углеродному атому присваивается номер 1:

Если альдегид содержит две альдегидные группы, как, например, в случае глиоксаля, то перед суффиксом «-аль» ставится приставка «ди-»: название глиоксаля по номенклатуре IUPAC — этандиаль. Наряду с номенклатурой IUPAC используется и тривиальная номенклатура альдегидов: их называют исходя из наименований соответствующих кислот, в которые они превращаются при окислении. Так, альдегид, при окислении которого образуется муравьиная кислота, называют муравьиным, а если при окислении альдегида образуется масляная кислота, то и соответствующий альдегид называют масляным:

206

§ 35. Альдегиды и кетоны: классификация, номенклатура, изомерия…

Таблица 6.1. Гомологический ряд альдегидов

207

Глава 6. Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны

Основой названия кетонов по номенклатуре IUPAC является название алкана, которому по числу углеродных атомов соответствует самая длинная цепочка молекулы кетона, включающая группу С=О, с прибавлением суффикса «-он». Нумерация цепи начинается с того конца, к которому ближе расположена карбонильная группа:

В названии любого кетона указывается положение карбонильной группы; исключение составляют пропанон и бутанон, поскольку правила нумерации однозначно определяют ее положение (т. е. пропанон может быть только про- паноном-2):

По рациональной номенклатуре указываются названия алкильных или арильных радикалов с прибавлением слова «кетон», например:

Изомерия альдегидов и кетонов

Поскольку альдегидная группа расположена всегда в начале углеродной цепи, для альдегидов характерна изомерия этой цепи, но отсутствует вид изомерии, обусловленный различным положением функциональной группы.

208

§ 35. Альдегиды и кетоны: классификация, номенклатура, изомерия…

 ля кетонов характерна изомерия как углеродной цепи, так и положения в ней функциональной карбонильной группы.

Физические свойства альдегидов и кетонов

Низшие алифатические альдегиды и кетоны при обычных условиях — жидкости (за исключением формальдегида). Первый член гомологического ряда альдегидов, формальдегид, — газ с температурой кипения –19,2 °С и резким характерным запахом. Формальдегид токсичен. Попадая в кровь, он уплотняет клеточную мембрану эритроцита настолько, что она перестает работать,

аведь именно эритроциты снабжают клетки кислородом.

Вотличие от спиртов альдегиды и кетоны не способны к образованию межмолекулярных водородных связей. Поэтому карбонильные соединения имеют меньшие температуры кипения и плавления, чем спирты с соответствующей молекулярной массой. При этом карбонильная группа молекул альдегидов и кетонов может участвовать в образовании межмолекулярных водородных связей с молекулами воды, однако прочность этих связей значительно меньше, чем у спиртов. Температуры кипения альдегидов и кетонов с нормальным строением цепи выше, чем у изомерных соединений с разветвленным углеродным скелетом.

Формальдегид, ацетальдегид и ацетон хорошо растворимы в воде. Увеличение числа углеродных атомов в углеводородном радикале приводит к снижению растворимости алифатических альдегидов и кетонов. Ароматические карбонильные соединения плохо растворимы в воде. Отличительной чертой многих альдегидов и кетонов является их запах. Низшие альдегиды обладают удушливым запахом, хотя при сильном разведении запах становится приятным и напоминает запах плодов.

ВОПРОСЫ И УПРАЖНЕНИЯ

1.Даны молекулярные формулы веществ: С2Н6О, СН2О, С3Н6О, С4Н8О2, С4Н10О, С4Н8О. Выберите из них формулы предельных карбонильных соединений, напишите структуры всех возможных изомеров и назовите их по номенклатуре IUPAC.

209

Глава 6. Карбонильные соединения. Альдегиды и кетоны

2.Составьте структурную формулу 2,2-диметилбутаналя. Напишите его молекулярную формулу и приведите по три изомера из класса альдегидов и кетонов. Назовите все соединения.

3.Диацетил — желто-зеленая жидкость с сильным запахом топленого масла. Его название по международной номенклатуре — бутандион-2,3. Напишите структурную формулу диацетила и составьте формулы его изомеров, указав, к каким классам органических веществ они относятся.

4.Дайте названия альдегидам, формулы которых приведены ниже:

Составьте формулы одного изомера к каждому из этих альдегидов и дайте им названия.

5.Из данного перечня веществ выберите те, между молекулами которых возможно образование водородных связей: этаналь, этанол, этановая кислота, этан, 2-гид- роксиэтаналь, этилен, ацетилен.

6.По данным элементного анализа, органическое вещество содержит 62,0 % углерода, и 10,4 % водорода. При его горении образуются только углекислый газ и вода. Химический анализ показывает наличие в молекуле этого соединения одной карбонильной группы. Напишите структурные формулы возможных изомеров этого вещества и назовите их.

7.Анализ органического вещества показал наличие в нем карбонильной группы и установил молекулярную массу, равную 72 г/моль. При сжигании 0,288 г этого вещества образовалось 0,704 г оксида углерода(IV) и 0,288 г воды. Определите молекулярную формулу вещества, составьте структурные формулы всех возможных изомеров и дайте им названия.

210