4.6. Лабораторная работа № 6. Альдегиды и кетоны.

Альдегиды и кетоны являются производными углеводородов, содержащими в своем составе карбонильную группу C=O. В отличие от кетонов, в альдегидах карбонильный углерод связан с одним атомом водорода. Это предопределяет их более высокую реакционную способность. Большинство реакций присоединения протекают за счет двойной связи карбонильной группы, которая поляризована. Реакции нуклеофильного присоединения начинаются с атаки нуклеофильным реагентом ( Nu^-) атома углерода и завершаются последующим присоединением электрофильного реагента (чаще всего протона Н⁺):

δ+ δ ^_

Альдегиды и кетоны по разному относятся к действию окислителей. Первые окисляются очень легко с образованием карбоновых кислот, кетоны окисляются значительно труднее с разрывом углеродной цепи около карбонильной группы.

Карбонильная группа по индукционному механизму или механизму сопряжения вызывает смещение электронных плотностей соседних с ней простых или двойных связей, что обуславливает подвижность атомов водорода в α -положении к карбонильной группе.

δ + δ - или δ + δ - δ + δ -

Ряд реакций (с галогенидами фосфора (V), гидразином, гидроксиламином и др.) приводит к замещению кислорода карбонильной группы другими атомами.

Материалы: 40 %-ный раствор формальдегида; метиловый красный; 10 %-ный раствор гидроксида натрия; 1 %-ный раствор нитрата серебра; 5 %-ный раствор аммиака; растворы Фелинга-1 (раствор сульфата меди) и Фелинга-2 (щелочной раствор сегнетовой соли); 1 %-ный раствор формальдегида; фуксинсернистая кислота; солянокислый гидроксиламин; безводный карбонат натрия; ацетон; гидросульфит натрия.

Опыт 1. Самоокисление-самовосстановление водных растворов формальдегида

В пробирку помещают 2-3 капли 40 %-ного раствора формальдегида и добавляют 1 каплю индикатора метилового красного. Раствор приобретает красную окраску, что указывает на кислую реакцию.

В водных растворах часть молекул альдегидов может окисляться в кислоту, при этом другая часть молекул восстанавливается в спирт. Подобные окислительно-восстановительные реакции называются реакциями диспропорционирования:

гидратная форма формальдегида

Опыт 2. Реакция «серебряного зеркала»

В чистую пробирку, которую вымыли при нагревании 10 %-ным раствором гидроксида натрия и ополоснули дистиллированной водой, наливают 2-3 мл 1 %-ного раствора нитрата серебра и прибавляют по каплям 5 %-ный раствор аммиака в таком количестве, чтобы образовавшийся вначале осадок снова растворился. К полученному раствору прибавляют 1 мл 40 %-ного раствора формальдегида и смесь осторожно нагревают на водяной бане при температуре 60-70 ⁰С. Стенки пробирки покрываются слоем металлического серебра-зеркала:

Опыт 3. Окисление формальдегида реактивом Фелинга

При сливании растворов Фелинг-1 и Фелинг-2

В пробирке смешивают по 2 мл растворов Фелинга-1 (раствор сульфата меди) и Фелинга-2 (щелочной раствор сегнетовой соли). К образовавшемуся синему раствору комплекса (реактив Фелинга) добавляют 1 мл 1 %-ного раствора формальдегида и кипятят. Сначала раствор окрашивается в синий цвет, затем в желтый и, наконец, выпадает оксид меди (I) красного цвета.

Опыт 4. Цветная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой

При присоединении альдегидов к бесцветной фуксинсернистой кислоте происходит перегруппировка и возникает хиноидная структура, обуславливающая красную окраску:

В пробирку наливают 2-3 мл фуксинсернистой кислоты и добавляют 1 мл 1 %-ного раствора формальдегида. Появляется красное окрашивание.

Опыт 5. Получение оксима ацетона

В пробирке растворяют 1 г солянокислого гидроксилами-на, и нейтрализуют кислый раствор безводным карбонатом натрия, добавляя его небольшими порциями при встряхивании. При этом выделяется оксид углерода (IV). Пробирку с полученным раствором охлаждают в стакане с ледяной водой и прибавляют в нее 1 мл ацетона. Выделяются бесцветные кристаллы оксима ацетона.

Опыт 6. Присоединение гидросульфита натрия

В реакцию с гидросульфитом натрия вступают лишь кетоны, имеющие рядом с карбонильной группой СН₃ – группу.

В пробирку наливают 3 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия и при энергичном встряхивании добавляют 1 мл ацетона. При охлаждении смеси в ледяной воде выпадает кристаллический осадок. Если осадок не появился сразу, то вызывают кристаллизацию потиранием стеклянной палочкой о стенки пробирки.