Альдегиды и кетоны: Часть 1

Видео

Конспект

Лекция 11: "Альдегиды и кетоны"

Следующим классом кислородсодержащих органических соединений являются альдегиды и кетоны. В их состав входит карбонильная группа – C=O , при этом, в зависимости от ее расположения в углеродном скелете, вещество относится либо к альдегидам (карбонильная группа на конце цепи), либо к кетонам. Общая формула альдегидов и кетонов – C_{n}H_{2n}O , при этом для альдегидов n \geq 1 , а для кетонов – n \geq 3 .

Параметр

Альдегиды

Кетоны

Расположение карбонильной группы

Находится с краю цепи

11.1

Находится в середине цепи

11.2

Номенклатура

Главная цепь обязательно включает в себя функциональную группу, атомы углерода нумеруются со стороны функциональной группы. Суффикс – аль.

11.3 В состав молекулы входит два атома углерода – корень эт-, все связи в углеродном скелете одинарные – суффикс -ан-, относится к классу альдегидов – суффикс -аль

Название: этаналь

11.4 2-метилпропаналь

Главная цепь обязательно включает в себя функциональную группу, атомы углерода нумеруются со стороны функциональной группы. Суффикс – он. При этом, если возможно существование изомерных кетонов по положению кратной связи (начиная с пентанона), после суффикса через дефис указывается номер атома углерода с карбонильной группой.

11.2 В состав молекулы входит три атома углерода – корень проп-, все связи в углеродном скелете одинарные – суффикс -ан-, относится к классу кетонов – суффикс -он

Название: пропанон

11.5 Пентанон-2

Некоторые альдегиды и кетоны имеют тривиальные названия. Простейшие альдегиды также имеют названия, связанные с названиями соответствующих кислот, в которые они превращаются при окислении.

Структурная формула

Систематическое название

Тривиальное название

11.6

Метаналь

Формальдегид, муравьиный альдегид

11.3

Этаналь

Ацетальдегид, уксусный альдегид

11.2

Пропанон

Ацетон

11.7

Бензальдегид — простейший представитель ароматических альдегидов

Для альдегидов и кетонов характерны следующие типы изомерии:

Изомерия углеродного скелета (для альдегидов, начиная с бутаналя, для кетонов – начиная с пентанона)

11.4 11.8 11.5 11.9 Изомерия положения функциональной группы (только для кетонов)

11.5 11.10 Межклассовая изомерия с ненасыщенными спиртами и между собой

C_3H_6O

Альдегид

11.1

2-2

Кетон

11.2

2-2

Ненасыщенный спирт

11.11

Альдегиды, содержащие от одного до шести атомов углерода – ядовитые вещества с резким, неприятным запахом, хорошо растворимые в воде. Некоторые ароматические альдегиды, напротив, имеют приятный запах.

К примеру, аромат миндальных орехов обусловлен в значительной степени бензальдегидом, а аромат ванили – ванилином, структурная формула которого изображена ниже.

11.12 Ацетон является летучей жидкостью при комнатной температуре, обладающей резким запахом. Некоторые кетоны также имеют приятный запах, так, например, в эфирном масле малины содержится так называемый «кетон малины», структурная формула которого изображена ниже.

11.13 Формальдегид является единственным газообразным альдегидом при комнатной температуре, аналогично другим классам органических соединений, температуры кипения и плавления возрастают с ростом числа атомов углерода в цепи.

Однако температуры кипения низших альдегидов и кетонов значительно ниже, чем у соответствующих спиртов, это связано с тем, что между молекулами кетонов и альдегидов не образуются водородные связи.

Химические свойства альдегидов и кетонов.

Альдегиды обладают более высокой реакционной способностью по сравнению с кетонами. Их химические свойства схожи, однако, некоторые из них характерны только для альдегидов.

Гидрирование альдегидов и кетонов.

К альдегидам и кетонам присоединяется водород – по одному атому водорода к каждому из атомов, связанных между собой кратной связью. При этом из альдегидов образуются первичные спирты, а из кетонов – вторичные.

11.14

11.15

Мягкое окисление альдегидов гидроксидом меди(II)

Данная реакция характерна только для альдегидов. Если добавить альдегид к свежеполученному осадку гидроксида меди(II) и нагреть полученную смесь, то постепенно синее окрашивание сменится на кирпично-красное, характерное для оксида меди(I). Так, альдегид окислится в соответствующую карбоновую кислоту, карбонильная группа окислится в карбоксильную.

11.16

11.17

Окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»).

Также только альдегиды могут быть окислены аммиачным раствором оксида серебра. Если добавить к альдегиду данный реагент, аккуратно нагреть полученную смесь в стакане с горячей водой, то постепенно на стенках сосуда выделяется чистое металлическое серебро, которое по внешнему виду напоминает зеркало. При этом альдегиды также окисляются до соответствующих карбоновых кислот.

11.18

11.19

11.20

Реакции окисления гидроксидом меди(II) и аммиачным раствором оксида серебра являются качественными реакциями на альдегиды.

Способы получения и применение альдегидов и кетонов

В промышленности альдегиды и кетоны получают мягким окислением соответствующих спиртов в газовой фазе, пропуская их над соответствующими катализаторами.

Также нами уже изучены некоторые химические свойства различных классов органических соединений, в ходе которых образуются альдегиды и кетоны, что позволяет их считать способами получения альдегидов и кетонов.

Гидратация алкинов. Реакция гидратации алкинов носит имя выдающегося химика – Михаила Григорьевича Кучерова. Реакция гидратации алкинов протекает в кислой среде, однако для ее протекания требуется специфический катализатор – катионы двухвалентной ртути, которые являются ядом, поэтому данная реакция не применяется в настоящее время для производства альдегидов и кетонов. В ходе данной реакции образуются карбонильные соединения – в случае гидратации ацетилена образуется этаналь, при гидратации других алкинов образуются кетоны.

11.21

11.22

Мягкое окисление спиртов. При взаимодействии первичных спиртов с оксидом меди(II) образуются альдегиды, а при взаимодействии вторичных спиртов образуются кетоны. Третичные спирты в эту реакцию не вступают. При этом медь восстанавливается до простого вещества.

11.23

11.24

В промышленности ацетон в больших количествах получают из пропена, а этаналь – каталитическим окислением этилена.

11.25 Формальдегид, производимый каталитическим окислением метилового спирта, используют для производства пластмасс, фенолформальдегидных смол, лекарственных препаратов и других благ, его водный раствор, называемый формалином, используется для бальзамирования биологических препаратов. Уксусный альдегид (этаналь) широко используется в производстве уксусной кислоты, растворителей, уксусного ангидрида и других веществ. Многие кетоны и альдегиды входят в состав парфюма и косметики. Ацетон используется в производстве лекарственных средств.