Лабораторная работа № 20 карбонильные соединения (альдегидЫ. КетонЫ)

Цель работы

Изучить способы получения и физико-химические алифатических и ароматических карбонильных соединений.

Оборудование и реактивы

Пробирки, пробка с газоотводной трубкой, стакан, спиртовка, пробиркодержатель, предметное стекло, водяная баня.

Спирты (метиловый, этиловый), ацетон, бензальдегид, циклогексанон, ацетат натрия CH₃COONa (к), солянокислый гидроксиламин HO–NH₃Cl; растворы: серная кислота H₂SO₄ (разб.) соляная кислота HCl (конц.), аммиак NH₃ (конц.), гидроксид натрия NaOH (10%), сульфат меди (II) CuSO₄, нитрат серебра AgNO₃, гидросульфит натрия NaHSO₃ (конц.), формальдегид (40%), фуксинсернистая кислота; иод в иодистом калии; индикаторы: метиловый оранжевый, фенолфталеин.

Экспериментальная часть²¹

Опыт 1. Реакция на альдегидидную группу с фуксинсернистой кислотой

В четыре пробирки налейте по 0,5 мл бесцветного раствора фуксинсернистой кислоты и добавьте в них вещества (по 2 капли) по схеме и запишите наблюдения:

Альдегиды		Кетоны
формальдегид		ацетон
бензальдегид		циклогексанон

Опыт 2. Раекции получения альдегидов (муравьного – формальдегида и уксусного – ацетальдегида) оксидом меди (II)

Несколькими каплями метанола (яд!) смочите стенки сухой пробирки. В пламени спиртовки нагрейте спираль из медной проволоки до образования на ее поверхности черного налета оксида меди (II). Раскаленную спираль опустите в подготовленную пробирку со спиртом, повторите операцию несколько раз. Метиловый спирт превращается в формальдегид, который имеет резкий запах (нюхать осторожно):

________________________________________________________________________________

Для обнаружения формальдегида в пробирку налейте 1 мл раствора фуксинсерной кислоты:

________________________________________________________________________________

Получите уксусный альдегид, повторить опыт, но вместо метилового спирта стенки пробирки смочите этанолом. Образующийся уксусный альдегид по запаху зеленых яблок.

________________________________________________________________________________

Для обнаружения ацетальдегида в пробирку налейте 1 мл раствора фуксинсерной кислоты:

________________________________________________________________________________

Опыт 3. Качественные реакции окисления альдегидов

3.1. Реакция «серебряного зеркала»

В две чистые пробирки вните по 2 капли раствора нитрата серебра и по 3–4 капли конц. раствора аммиака (до полного растворения осадка оксида серебра). После этого добавьте по 2 капли в первую пробирку – раствора формальдегида, во вторую – ацетона. Пробирки несколько минут нагрейте до начала побурения (до кипения не доводить!).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

3.2. Окисление формальдегида гидроксидом меди (II)

В пробирку налейте 1 мл формальдегида и 1 мл раствора гидроксида натрия, затем при встряхивании добавьте по каплям раствор сульфата меди (II) до появления неисчезающей окраски взвеси гидроксида меди (II):

________________________________________________________________________________

Верхнюю часть смеси нагрейте до кипения. Наблюдайте появление желтого осадка гидроксида меди (I), переходящего затем в красный осадок оксида меди (I):

HCHO + 2Cu(OH)₂ → HCOOH + 2CuOH↓ + Н₂О

голубой желтый

2CuOH↓ → Cu₂O + Н₂О

желтый красный

Гидроксид меди (II) может восстанавливаться фомальдегидом до металлической меди – образование «медного зеркала». Другие алифатические альдегиды образуют красный осадок Cu₂O.

Опыт 4. Окисление бензальдегида кислородом воздуха

На предметное стекло нанесите каплю бензальдегида и оставте на воздухе. Через некоторое время появляются кристаллы. Отметьте изменение запаха в процессе окисления и запишите уравнение раекции окисления бензальдегида.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 5. Получение и гидролиз уротропина

В пробирку поместите 0,5 мл раствора формальдегида и 1 каплю раствора фенолфталеина. Добавьте несколько капель раствора аммиака до образования неисчезающего малинового окрашивания (избыток аммиака). Несколько капель раствора перенесите на предметное стекло и осторожно нагрейте в пламени спиртовки до появления кристаллов уротропина (гексаметилентетрамина).

________________________________________________________________________________

Раствор уротропина разделите на две пробирки. В одну пробирку добавьте при встряхивании 1–2 капли раствора гидроксида натрия, в другую – каплю соляной кислоты (при кипячении).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Продукты гидролиза можно обнаружить по запаху или реакцией с фуксинсернистой кислотой.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 6. Реакция бензальдегида и ацетона с гидросульфитом натрия (реакции нуклеофильного присоединения)

В две пробирки налейте по 0,5 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия и добавьте при энергичном встряхивании по 3 капли в первую – бензальдегида, во вторую – ацетона. Наблюдаем выпадение кристаллов гидросульфитных производных соответствующих веществ.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

К полученным кристаллам добавьте разб. соляную (или серную) кислоту.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Опыт 7. Получение ацетона пиролизом ацетата натрия (ацетата кальция)

В сухую пробирку насыпьте безводный ацетат натрия (высота слоя 3–4 см) и закройте пробкой с газоотводной трубкой. Конец трубки опустите в пробирку с 1,5–2 мл воды и нагрейте на пламени спиртовки.

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Полученный водный раствор ацетона используйте в опыте 11.

Опыт 8. Проба Либена (иодоформная реакция ацетона) – качественная раекция

В пробирку поместите 1 каплю раствора иода в иодистом калии и 5 капель 2 М раствора гидроксида натрия.

3I₂ + 6NaOH → 3NaOI + 3NaI + 3H₂O

К обесцвеченному раствору добавьте 1–2 капли раствора ацетона (полученного в предыдущем опыте). Немедленно без нагревания выпадает ________________ осадок с характерным запахом иодоформа.

H₃C–CO–CH₃ + 3NaOI → I₃C–CO–CH₃ + 3NaOH

I₃C–CO–CH₃ + NaOI → CHI₃ + CH₃COONa

Напишите названия всех веществ иодоформной пробы кетонов.

Вывод: _________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

Контрольные задания

1. Почему низкомолекулярные альдегиды и кетоны хорошо растворяются в воде?

2. Какими еще лабораторными способами можно получить альдегиды?

3. Какие продукты реакции характерны при окислении альдегидов?

4. Охарактеризуйте способность альдегидов к окислению и объясните ее, исходя из структурных особенностей альдегидной группы.

5. Почему кетоны подвергаются окислению в более жестких условиях, чем альдегиды?

6. Для каких классов соединений характерна галоформная реакция?

7. Какую (какие) реакцию (реакции) можно считать качественными на альдегиды? на кетоны?

8. Окислением каких спиртов можно получить 3,3-диметилбутаналь, пентанон-3?

9. Из бутина-1 получить бутанон и написать для него уравнения реакции с HCN, гидроксиламином.

10. Написать структурные формулы изомерных альдегидов и кетонов со­става С₅Н₁₀О и назвать их.

11. Написать реакцию конденсации этаналя с пропаноном последующей дегидратации полученного соединения и назовите его.

12. Написать реакцию образования циклического тримера этаналя.

13. Получить из пентанола-1 пентанон-2.

14. Получить 3-метилбутинон-2 и написать для него реакцию взаимодействия с гидразином, реакцию окисления.

15. Продукт окисления бензилового спирта вступил в реакцию с азотной кислотой. Написать реакции, назвать продукты.

16. Гидратацией алкина получить 4,4-диметилпентанон-2. Написать для него реакцию с водородом. Назвать продукт.

17. При окислении 0,5 г технического ацетальдегида избытком аммиачного раствора оксида серебра образовалось 2,16 г серебра. Вычислите массовую долю ацетальдегида в техническом препарате.

18. Приведите схему получения пропионового альдегида: а) из соответствующего спирта, б) из кальциевых солей карбоновых кислот, в) из дигалогенопроизводного

19. Составьте схемы взаимодействия уксусного альдегида со следующими веществами: а) аммиачным раствором оксида серебра, б) аммиаком, в) реактивом Гриньяра, г) водой

20. Составьте схемы реакций получения уксусного альдегида из следующих соединений: а) ацетилена, б) этилового спирта, в) этилена.

Пример Чем обусловлена активность альдегидов и кетонов? Почему кетоны менее активны?

Решение

Активность альдегидов и кетонов в реакциях присоединения определяется вели­чиной положительного заряда δ+ на атоме углерода в карбонильной группе. Электронодонорные группы, связанные с группой СО, уменьшают величину этого заряда. Карбонильная группа кетонов связана с двумя углеводородными радикалами (которые являются электронодонорными группами), поэтому кетоны менее активны, чем альдегиды (в которых группа СО связана только с одним ради­калом).

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________

________________________________________________________________________________