Въпрос 1. Алдехиди. Тяхната структура, свойства, получаване и приложение.

Отговор.Алдехидите са органични вещества, чиито молекули

Обща формула на алдехидите ˸

Номенклатура

Името на алдехидите произлиза от историческите имена на карбоксилни киселини със същия брой въглеродни атоми. И така, CH3CHO е ацеталдехид. Според систематичната номенклатура името на алдехидите произлиза от имената на въглеводородите с добавяне на края - ал, CH 3 CHO – етанал. Номерирането на въглеродната верига започва с карбонилната група. За разклонените изомери имената на заместителите се изписват преди името на алдехида, като се посочва номерът и номерът на въглеродния атом, към който са свързани˸

CH 3 – CH (CH 3) – CH 2 – CHO.

3-метилбутанал

Изомерия

Въглероден скелет ˸

CH 3 – CH 2 – CH 2 – CHO – бутанал,

CH 3 – CH(CH 3) – CHO – 2-метилпропанал.

Класове на връзка ˸

CH 3 – CH 2 – CHO – пропанал,

CH 3 – CO – CH 3 – пропанон (ацетон).

Физични свойства

Метаналът е газ, алдехидът от C 2 до C 13 е течен, висшите алдехиди са твърди вещества (тетрадеканалът или миристиновият алдехид CH 3 (CH 2) 12 CHO има точка на топене 23,5). Нисшите алдехиди са силно разтворими във вода; колкото повече въглеродни атоми в молекулата, толкова по-малка е разтворимостта; Алдехидите нямат водородни връзки.

Химични свойства

1. Реакции на присъединяване ˸

а) хидрогениране ˸

CH2O + H2 = CH3OH;

б) образуване на ацетали с алкохоли ˸

CH 3 - CH 2 – CHO + 2C 2 H 5 OH = CH 3 – CH 2 – CH(OC 2 H 5) 2 + H 2 O.

2. Окислителна реакция˸

а) реакция на „сребърното огледало” ˸

CH 3 CHO + Ag 2 O 2 Ag + CH 3 COOH;

б) взаимодействие с меден (II) хидроксид ˸

CH 3 CHO + 2Cu(OH) 2 CH 3 COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O

3. Реакции на заместване˸

CH 3 CH 2 CHO + Br 2 = CH 3 – CH (Br) – CHO+ HBr

4.Полимеризация˸

CH3=O (CH2O)3.

триоксиметилен

5.Поликондензация˸

н C6H5OH+ н CH2O+ н C 6 H 5 OH + …=

=[ C 6 H 4 (OH) – CH 2 – C 6 H 4 (OH)] n + н H2O

Фенолформалдехидна смола

Касова бележка

а) Окисляване на алкани˸

CH 4 + O 2 CH 2 O + H 2 O.

метанал

б) Окисляване на алкохоли˸

2CH3OH + O2 2CH2O + 2H2O.

в) реакция на Кучеров˸

C 2 H 2 + H 2 O CH 3 CHO.

г) Окисляване на алкени˸

C2H4 + [O] CH3CHO.

Приложение

1. Производство на фенолформалдехидни смоли и пластмаси.

2. Производство на лекарства, формалдехид (от CH 2 =O).

3. Производство на багрила.

4. Производство на оцетна киселина.

5. Дезинфекция и третиране на семена.

Въпрос 2. Проблем с опазването на околната среда .

Отговор˸ Днес най-мащабното е замърсяването на околната среда с химикали.

Атмосферна защита

Източници на замърсяване: предприятия от черната и цветна металургия, ТЕЦ, автомобили.

Промишлени емисии на серни и азотни оксиди. В резултат на печене на сулфидни руди на цветни метали се отделя серен (IV) оксид.

Топлоелектрическите централи отделят SO 2 и SO 3, които се свързват с влагата във въздуха (SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4) и изпадат под формата на киселинен дъжд.

Въпрос 1. Алдехиди. Тяхната структура, свойства, получаване и приложение. - понятие и видове. Класификация и характеристики на категорията "Въпрос 1. Алдехиди. Тяхната структура, свойства, получаване и употреба." 2015 г., 2017-2018 г.

Алдехидите са органични съединения, в които карбонилната група (C-O) е свързана с водород и радикала R (остатъци от алифатни, ароматни и хетероциклични съединения):

Полярността на карбонилната група осигурява полярността на молекулата като цяло, така че алдехидите имат по-високи точки на кипене от неполярните съединения със сравнимо молекулно тегло.

Тъй като водородните атоми в алдехидите са свързани само с въглеродния атом (близка относителна електроотрицателност), не се образуват междумолекулни водородни връзки. Следователно точките на кипене на алдехидите са по-ниски от тези на съответните алкохоли или карбоксилни киселини. Като пример можем да сравним точките на кипене на метанол (T^ 65 °C), мравчена киселина (Gbp 101 °C) и формалдехид (7^, -21 °C).

Нисшите алдехиди са разтворими във вода, вероятно поради образуването на водородни връзки между разтвореното вещество и молекулите на разтворителя. Висшите алдехиди са силно разтворими в повечето обичайни органични разтворители (алкохоли, етери). Нисшите алдехиди имат остра миризма, алдехидите с C3-C6 имат много неприятна миризма, докато висшите алдехиди имат флорални миризми и се използват в парфюмерията.

Химически алдехидите са много реактивни съединения. Най-характерните реакции за алдехидите са реакциите на нуклеофилно присъединяване, което се дължи на наличието в молекулата на електрофилен център - карбонилния въглероден атом от групата С=0.

Много от тези реакции, например образуването на оксими, семикарбазони и други съединения, се използват при качествения и количествен анализ на лекарства от групата на алдехидите, тъй като продуктите на присъединяване на алдехиди се характеризират със специфична точка на топене за всеки алдехид. Така алдехидите, когато се разклащат с наситен разтвор на натриев хидрогенсулфит, лесно влизат в реакция на добавяне:

Добавените продукти са соли, които имат определена точка на топене и са силно разтворими във вода, но неразтворими в органични разтворители.

При нагряване с разредени киселини хидросулфитните производни се хидролизират до техните изходни съединения.

Способността на алдехидите да образуват хидросулфитни производни се използва както за определяне на автентичността на лекарство с алдехидна група в молекулата, така и за пречистване на алдехидите и изолирането им от смеси с други вещества, които не реагират с натриев хидросулфит.

Алдехидите лесно се окисляват. Сребърен (I) оксид и други окислители с нисък окислителен потенциал са способни да окисляват алдехиди. Например, алдехидите се характеризират с образуването на сребърно огледало, което се случва с амонячен разтвор на AgN03:

AgN03 + 3NH3 - OH + NH4N03

реактив на Толенс

В този случай върху стените на епруветката се образува огледално покритие от метално сребро:

2OH + RCOH 2Agi + RCOOH + 4NH3T + H20

По същия начин алдехидите могат да редуцират мед (II) до мед (I). За да се осъществи реакцията, реагентът на Fehling (алкален разтвор на меден (II) тартарен комплекс) се добавя към алдехидния разтвор и се нагрява. Първо се образува жълта утайка от меден (1) хидроксид, CuOH, и след това червена утайка от меден (1) оксид, Cu20:

2KNa + RCOH + 3NaOH + 2KOH -

2CuOHi + RCOONa + 4KNaC4H406 + 2H20 2CuOH - Cu20 + H20

Редокс реакцията включва и реакцията на алдехидите с реактива на Неслер в алкална среда; в този случай се утаява тъмна утайка от редуциран живак:

K2 + RCOH + ZKON - RCOOK + 4KI + Hgl + 2Н20

Трябва да се има предвид, че реакцията с реактива на Неслер е по-чувствителна, така че се използва за откриване на алдехидни примеси в лекарства. Автентичността на лекарства, съдържащи алдехидна група, се потвърждава от по-малко чувствителни реакции: сребърно огледало или с реактив на Fehling. Някои други съединения, като полифенолите, също се окисляват от Ag(I) и Cu(P) съединения, т.е. реакцията не е специфична.

Така от 40% воден разтвор на формалдехид (формалин) се образува линеен полимер - параформ (u = 8 - 12), тример и тетрамер.

Алдехидите се характеризират с наркотични и дезинфекционни свойства. В сравнение с алкохолите, алдехидната група повишава токсичността на веществото. Въвеждането на халоген в молекулата на алдехида повишава нейните наркотични свойства. Например, наркотичните свойства на хлорала са по-изразени от тези на ацеталдехида:

s!3s-ss

Касова бележка. Алдехидите могат да бъдат получени чрез окисляване на първични алкохоли с хромова киселина (Na2Cr04, H2S04) при кипене или с калиев перманганат в алкална среда:

Дехидрогенирането на първичните алкохоли се извършва върху меден катализатор (Cu, Cr2O3) при 300-400 °C.

Промишленото производство на метанал се основава на окисление на метанол в парна фаза с желязо-молибденов катализатор:

2CH3OH + 02 500 ~600 2CH2=0 + H20

Разтвор на формалдехид (формалин)

Касова бележка. Формалинът е воден разтвор на формалдехид (40%), стабилизиран с метанол (6-10%). Европейската фармакопея съдържа FS „Разтвор на формалдехид (35%)“ (виж Таблица 9.1). В лабораторни условия формалдехидът може да се получи чрез дехидрогениране на метанол върху мед или деполимеризация на параформ.

Определяне на автентичността. Фармакопеен метод - реакция със сребърно огледало.

Тъй като формалдехидът лесно влиза в реакции на кондензация, например с хидроксил-съдържащи ароматни съединения, за да образува оцветени съединения, Държавният фонд също така препоръчва да се използва реакция със салицилова киселина за неговата идентификация, което води до червен цвят:

Реакцията с хромотропна киселина протича по подобен начин с образуването на синьо-виолетови и червено-виолетови продукти (EP).

За да се определи идентичността на фармацевтичния дехид, могат да се използват реакции с азотсъдържащи нуклеофили, като първични амини:

H-Ctf° + H2N-R - n-s^^K + H20

Получените N-заместени имини (бази на Шиф) са слабо разтворими, някои от тях са оцветени, други дават оцветени съединения с йони на тежки метали. EF предполага реакция с фенилхидразин. В присъствието на калиев ферицианид в кисела среда се образуват интензивно червени реакционни продукти.

Тестове за чистота. Контролът на примесите на мравчена киселина се извършва чрез определяне на киселинността. Според Глобалния фонд концентрацията на мравчена киселина в препарата не трябва да надвишава 0,2%; Съдържанието на мравчена киселина се определя по неутрализационния метод (NF). Според EF метанолът се определя чрез газова хроматография (9-15% об.). Сулфатна пепел - не повече от 0,1% в проба от 1,0 g.

I2 + 2NaOH - Nal + NaOI + H20

Хипойодитът окислява формалдехида до мравчена киселина. Когато разтворът се подкиселява с излишък от сярна киселина, нереагиралият хипойодит се превръща в йод, който се титрува с натриев тиосулфат:

НСО + NaOI + NaOH - HCOONa + Nal + H20 NaOI + Nal + H2S04 -*■ I2 + Na2S04 + H20 I2 + 2Na2S203 - Na2S406 + 2NaI

При определяне на формалдехид е възможно да се използват други титруващи агенти: водороден прекис в алкален разтвор, цериев (IV) сулфат, натриев сулфит.

Лекарството може да се разглежда като пролекарство, тъй като физиологичният ефект не се упражнява от самия хексаметилентетрамин, а от формалдехид, който се освобождава, когато лекарството се разлага в кисела среда. Именно затова е включен в този раздел (виж Таблица 9.1).

Касова бележка. Хексамин (тетраазаадамантан) се получава чрез кондензация на метанал и амоняк от водни разтвори. Реакционният междинен продукт е хексахидро-1,3,5-триазин:

Определяне на автентичността. При нагряване на смес от лекарството с разредена сярна киселина се образува амониева сол, от която се отделя амоняк при добавяне на излишък от алкали:

(CH2)6N4 + 2H2S04 + 6H20 - 6HSON + 2(NH4)2S04 (NH4)2S04 + 2NaOH - 2NH3t + Na2S04 + 2H20

Хексаметилентетрамин може също да бъде открит по червеното оцветяване на разтвора, когато се добави салицилова киселина след предварително загряване със сярна киселина (вижте идентификация на формалдехид).

Тестове за чистота. В препарата не се допуска наличието на примеси от органични съединения, параформ и амониеви соли. Държавният фонд определя допустимите граници за съдържание на примеси от хлориди, сулфати и тежки метали.

Количествено определяне. За количественото определяне на хексаметилентетрамин GF предлага използването на метода на неутрализация. За да направите това, проба от лекарството се нагрява с излишък от 0,1 М разтвор на сярна киселина. Излишната киселина се титрува с алкален разтвор с концентрация 0,1 mol/l (индикатор метилово червено).

Йодометричният метод за количествено определяне се основава на способността на хексаметилентетрамин да дава тетрайодиди с йод.

КИСЛОРОД СЪДЪРЖАЩИ СЪЕДИНЕНИЯ

КАРБОНИЛНИ СЪЕДИНЕНИЯ
АЛДЕХИДИ И

Органични съединения, чиито молекули съдържат карбонилна група, се наричат ​​карбонилни съединения. В зависимост от естеството на заместителите, свързани с карбонилната група, карбонилните съединения се разделят на алдехиди, кетони, карбоксилни киселини и техните функционални производни.

АЛДЕХИДИ

Алдехидите са органични съединения, съдържащи карбонилна група, в която въглероден атом е свързан с радикал и един водороден атом, т.е. общата формула на алдехидите. Изключение е мравченият алдехид, в който, както се вижда,Р= з.

Изомерия

Алдехидите се характеризират с изомерия на въглеводородния радикал, който може да има както нормална (неразклонена) верига, така и разклонена, както и междукласова изомерия с кетони.Например ,

Касова бележка

1. Най-често използваните методи за получаване на алдехиди са окисление и каталитично дехидрогениране на първични алкохоли.

а) Окисляване на първични алкохоли.
Както може да се види, по-нататъшното окисляване произвежда киселини. Тези реакции вече бяха дадени при разглеждането на химичните свойства на алкохолите.

б) Дехидрогениране на първични алкохоли. Реакцията се провежда чрез преминаване на алкохолни пари през загрята до 200-300°С° С катализатор, който използва мед, никел, кобалт и др.

2. Разработен е метод за получаване на ацеталдехид чрез окисление на етилен с атмосферен кислород в присъствието на медни и паладиеви соли.

3. Ацеталдехидът се получава чрез хидратиране на ацетилен по реакцията на Кучеров.

Реакцията на Кучеров вече е разгледана подробно при изследване на химичните свойства на ацетиленовите въглеводороди.

4. Алдехидите се получават чрез хидролиза на дихалогенни производни на въглеводороди, но само тези, в които и двата халогенни атома са разположени при един от крайните въглеродни атоми.

Когато водата действа върху дихалоалкил в алкална или кисела среда, нейната реакция на хидролиза преминава през етапа на образуване на двувалентен алкохол, съдържащ две хидроксилни групи на един въглероден атом.
Поради тяхната нестабилност, такива алкохоли губят вода по време на образуването си и образуват алдехиди.

Физични свойства

Най-простият алдехид емравчена - газ с много остра миризма. Други нисши алдехиди са течности, които са силно разтворими във вода. Алдехидите имат задушлива миризма, която при многократно разреждане става приятна, напомняща миризмата на плодове. Алдехидите кипят при по-ниска температура от алкохолите с еднакъв брой въглеродни атоми. Това° С поради липсата на водородни връзки в алдехидите. В същото време точката на кипене на алдехидите е по-висока от тази на въглеводородите, съответстващи на молекулното тегло, което се дължи на високата полярност на алдехидите.
Физичните свойства на някои алдехиди са представени в таблицата.

Таблица . Физични свойства на някои алдехиди

Химични свойства

Алдехидите се характеризират с висока реактивност. Повечето от техните реакции се дължат на наличието на карбонилна група. Въглеродният атом в карбонилната група е в състояние sp 2 - хибридизация и образува трис - връзки (една от тях е комуникацията C–O ), които са разположени в една и съща равнина под ъгъл 120° един към друг.

Схема на структурата на карбонилната група

Двойната връзка на карбонилната група е подобна по физическа природа на двойната връзка между въглеродните атоми, т.е. тази комбинация s- и p - връзки, последната от които се образува от р-електрони на въглеродни и кислородни атоми. Поради по-голямата електроотрицателност на кислородния атом в сравнение с въглеродния атом, връзката C=O силно поляризиран поради промяна в електронната плътностстр - връзки към кислородния атом, в резултат на което частично отрицателно (д - ) , а на въглеродния атом – частично положителен ( d + ) зарежда: .

Поради поляризацията въглеродният атом на карбонилната група има електрофилни свойства и може да реагира с нуклеофилни реагенти. Най-важните реакции на алдехидите са реакциите на нуклеофилно присъединяване при двойната връзка на карбонилната група.

1. Една от типичните реакции на нуклеофилно присъединяване на алдехидие добавяне на циановодородна киселина, което води до формиранетоа - оксинитрили.

Тази реакция се използва за удължаване на въглеродната верига и производствоа - хидрокси киселини.

2. Добавяне на натриев хидросулфитдава кристални вещества, обикновено наричани хидросулфитни производни на алдехиди.

Споменатите производни лесно се хидролизират във всяка среда, което води до оригиналното карбонилно съединение. По този начин, когато хидросулфитно производно на ацеталдехид се нагрява с разтвор на сода, се образува самият ацеталдехид.

Това свойство се използва за пречистване на алдехиди и изолирането им от смеси.

3. Добавяне на алкохолидо алдехиди води до образуване на полуацетали – съединенияв който въглеродният атом е свързан както с хидроксил (–OH), така и с алкокси (–OР ) в групи.

Когато полуацеталите се третират с излишък от алкохол в кисела среда, се образуват ацетали - съединения, в които въглеродният атом е свързан с две алкокси групи (реакцията напомня на синтеза на етери от алкохоли).

За разлика от етерите, ацеталите се хидролизират от киселини до образуване на алкохол и алдехид.

4. Добавяне на водороддо алдехиди се извършва в присъствието на катализатори ( Ni, Co, Pd и т.н.) и води до образуването на първични алкохоли.

Литиевият алуминиев хидрид все повече се използва като редуциращ агент. LiAlH4 и натриев борохидрид NaBH4.
В допълнение към реакциите на присъединяване към карбонилната група, алдехидите се характеризират и с реакции на окисление.

5. Окисляване . Алдехидите лесно се окисляват, за да образуват съответните карбоксилни киселини.

а) амонячен разтвор на сребърен оксид[Ag(NH3)2]OH когато се нагрява с алдехиди, той окислява алдехида до киселина (под формата на неговата амониева сол), за да образува свободно метално сребро. Редуцираното сребро се нанася на тънък слой върху стените на химическия съд, в който протича реакцията, и се получава сребърно огледало. Тази реакция, поради което се нарича "сребърно огледало", служи като качествена реакция към алдехидите.

б) Друга характерна реакция е окислението на алдехиди с меден хидроксид ( II).

Когато синият меден хидроксид се нагрее ( II ) с разтвор на ацеталдехид, червена утайка от меден оксид (аз ). В този случай ацеталдехидът се окислява до оцетна киселина, а медта със степен на окисление +2 се редуцира до мед с степен на окисление +1. Особено място сред алдехидите заема мравченият алдехид (формалдехид). Поради липсата на радикал в мравчения алдехид, той има някои специфични свойства. Формалдехидът се окислява, например, до въглероден диоксид CO 2 .
Формалдехидът лесно се полимеризира, за да образува циклични и линейни полимери. Така в кисела среда образува цикличен тример - триоксиметилен.

Сухият газообразен формалдехид в присъствието на катализатори образува полиформалдехид с високо молекулно тегло. Полимеризацията на формалдехида наподобява полимеризацията на алкени.

Във водни разтвори формалдехидът образува полимер, наречен параформ.

n CH 2 = O + H 2 O ® HOCH 2 ( OCH 2 ) n-2 OCH 2 OH
(параформа)

От особено практическо значение е реакцията на поликондензация на формалдехид с фенол за образуване на фенолформалдехидни смоли. Когато алкални или киселинни катализатори действат върху смес от фенол и формалдехид, възниква кондензация в орто и пара позиции.

Растежът на молекулата се дължи на кондензацията на фенол с формалдехид при нормална температура в линейна посока.

и т.н.
Общо реакцията на поликондензация на фенол с формалдехид може да бъде изобразена по следния начин:

Фенолформалдехидните смоли са първородните промишлени синтетични смоли, производството им под името „бакелит“ започва за първи път през 1909 г. Фенолформалдехидните смоли се използват в производството на различни пластмаси. Когато се комбинират с различни пълнители, такива пластмаси се наричат ​​феноли. В допълнение, фенолформалдехидните смоли се използват в производството на различни лепила и лакове, топлоизолационни материали, дървени пластмаси, леярски форми и др.

Приложение

Вече беше споменато много за употребата на формалдехид. Освен това се използва за получаване на карбамидни смоли чрез взаимодействие с карбамид, на базата на които се произвеждат пластмаси, необходими за нуждите на електротехниката. Разтворите на формалдехид (формалин) се използват в дъбената промишленост за дъбене на кожи, за дезинфекция на зърнени и зеленчукови складове, оранжерии, парници, за обработка на семена преди сеитба, за съхранение на анатомични препарати, както и при производството на някои лекарства.
Ацеталдехидът е изходен материал за промишленото производство на оцетна киселина, оцетен анхидрид, етилов алкохол, етилацетат и други ценни продукти, а когато се кондензира с амини и феноли, различни синтетични смоли.

КЕТОНИ

Кетоните са съединения, в които карбонилна група е свързана с два въглеводородни радикала. Обща формула на кетоните, където Р може да съвпадне с R".

Изомерия

Кетоните се характеризират с изомерия на въглеводородните радикали, изомерия на позицията на карбонилната група и междукласова изомерия с алдехиди.

Касова бележка

Почти всички методи за получаване, дадени по-рано за алдехиди (виж " "), са приложими и за кетони.

1. Окисляване на вторични алкохоли.

2. Дехидрогениране на вторични алкохоли.

3. Хидратация на хомолози на ацетилен (реакция на Кучеров).

4. Хидролиза на дихалогенирани въглеводородисъдържащ и двата халогенни атома при един от средните въглеродни атоми във веригата.

5. Кетоните се получават и чрез пиролиза на калциеви соли на карбоксилни киселини при нагряване.О
II
CH3–C
аз
О

Физични свойства

Нисшите кетони са течности, които са лесно разтворими във вода. По принцип кетоните имат приятна миризма, напомняща на цветя. Подобно на алдехидите, кетоните кипят при по-ниска температура от съответните алкохоли, но по-висока от въглеводородите. Физичните свойства на някои кетони са представени в таблицата.

Таблица. Физични свойства на някои кетони

Химични свойства

Подобно на алдехидите, кетоните се характеризират с висока реактивност. Колкото по-голям е положителният заряд на въглеродния атом на карбонилната група, толкова по-висока е химическата активност на алдехидите и кетоните. Радикалите, които увеличават този положителен заряд, рязко повишават реактивността на алдехидите и кетоните, докато радикалите, които намаляват положителния заряд, имат обратен ефект. В кетоните две алкилови групи са донорни на електрони, което изяснява защо кетоните са по-малко активни в реакции на нуклеофилно присъединяване в сравнение с алдехидите.
Примери за реакции от този тип за алдехиди бяха обсъдени подробно по-рано (виж " "), следователно, като даваме някои примери за реакции на нуклеофилно присъединяване в карбонилната група на кетоните, ще обърнем внимание само на разликите в техните химични свойства от алдехидите.

1. Добавяне на циановодородна киселина.

Трябва да се отбележи, че само метилкетони реагират с натриев хидросулфит, т.е. кетони с група CH3.

3. В сравнение с алдехидите, кетоните не реагират с алкохоли.

4. Добавяне на водород. Добавянето на водород към кетоните води до образуването на вторични алкохоли.

5. Кетоните се окисляват много по-трудно от алдехидите. Кислородът на въздуха и слабите окислители не окисляват кетоните. Кетоните не дават реакция на "сребърно огледало" и не реагират с меден хидроксид ( II ). Когато е изложена на силни окислители при тежки условия, въглеродната верига на кетонната молекула се разрушава близо до карбонилната група и се образуват киселини (понякога кетони, в зависимост от структурата на оригиналния кетон) с по-малък брой въглеродни атоми.

Приложение

Най-простият представител на кетоните, ацетонът, има най-широко промишлено приложение. Ацетонът е ценен разтворител, използван в бояджийската и лаковата промишленост, при производството на изкуствена коприна, филми и бездимен барут. Също така служи като суровина при производството на метакрилова киселина, метил метакрилат (производство на нечупливо органично стъкло), метил изобутил кетон и др.

КРАЙ НА РАЗДЕЛ

Почти всички химикали около нас се тестват от хора въз основа на техните искания и нужди. Всяко съединение има уникален, уникален набор от характеристики и свойства, от които са избрани онези полезни и необходими за нас в ежедневието. Алдехидите, които ще обсъдим, също не са изключение.

Скромното дете на органичната химия

Сред въглеродните съединения, които обикновено се наричат ​​органични, има добре познати, които, както се казва, „са на устните на всички“. Например глюкоза, етилов алкохол или пластмаси. Алдехидите нямат късмет в това отношение. За тях знаят само тесни специалисти и дори гимназисти, които учат интензивно химия за прием в университет. Всъщност такива съединения (като ацеталдехид), чиито химични свойства ще разгледаме, се използват широко както в промишленото производство, така и в ежедневието.

Ябълката на раздора

Уви, откритията в науката често не се случват без облаци. Алдехидите, тяхната химическа структура и свойства са открити в резултат на продължителни дебати и дискусии между учени от 19 век. И такива известни химици като Liebig и Döbereiner дори сериозно се скараха, откривайки кой всъщност държи дланта в получаването и изолирането на ацеталдехид в неговата чиста форма. Извлича се от пари на етилов алкохол, преминали през платинена мрежа, която служи като реакционен катализатор. Единственото нещо, което можеше да помири противниците, беше безусловното приемане от всички химици на името на нов клас вещества - алдехиди, което буквално означава „алкохоли без водород“. Той показва метод за получаването им от алкохоли чрез елиминиране на два водородни атома.

Не може да се сбърка с нищо

Като се имат предвид физичните и химичните свойства на алдехидите, е лесно да се види, че те са доста специфични. Така формалдехидът, който е токсичен газ, има остра, задушлива миризма. Неговият 40% воден разтвор, наречен формалин, предизвиква особена миризма в анатомичните лаборатории и моргите, където се използва като противогнилостно средство, което запазва протеините на органите и тъканите.

А ацеталдехидът, който е следващият в хомоложната серия, е безцветна течност, силно разтворима във вода с неприятна миризма на гнили ябълки. Алдехидите, чиито химични свойства се характеризират с реакции на окисляване и добавяне, могат да бъдат превърнати в вещества от генетично сходни класове: карбоксилни киселини или алкохоли. Нека ги разгледаме с конкретни примери.

Визитната картичка на алдехидите

В органичната химия, както и в неорганичната химия, има такова нещо като „качествена реакция“. Може да се сравни с маяк, който сигнализира, че имаме работа с вещества от определен клас, например алдехиди. Химичните свойства на алдехидите се потвърждават от реакции с амонячен разтвор на сребърен оксид и с меден хидроксид при нагряване (реакция на сребърно огледало)

Продуктът от реакцията ще бъде чисто сребро, освободено под формата на огледален слой върху стените на епруветката.

В резултат на реакцията се образува утайка с тухлен цвят - меден оксид.

Двойни вещества

Сега е време да се справим с такова явление, характерно за всички органични вещества, включително алдехидите, като изомерия. Той напълно отсъства в света на неорганичната химия. Там всичко е просто: една химическа формула съответства само на едно конкретно съединение с присъщите му физични и химични свойства. Например, формулата HNO 3 съответства на едно вещество, наречено нитратна киселина, което има точка на кипене 86 ° C, с остра миризма и е много хигроскопично.

В царството на органичната химия живеят и живеят изомерни вещества, чиито формули са еднакви, но свойствата им са различни. Например, формулата C 4 H 8 O има два напълно различни алдехида: бутанал и 2-метилпропанал.

Техните формули:

Изомерните алдехиди, чиито химични свойства зависят от техния състав и структура, служат като отлично доказателство за гениалната теория за структурата на органичните съединения, създадена от руския учен М. Бутлеров. Неговото откритие е от същото фундаментално значение за химията като периодичния закон на Менделеев.

Уникален карбон

Отлично доказателство, потвърждаващо теорията на М. Бутлеров, са химичните свойства на алдехидите. Органичната химия, благодарение на изследванията на руски учен, най-накрая успя да отговори на въпроса, който измъчва повече от едно поколение учени със своята сложност, а именно: как да се обясни удивителното разнообразие от органични съединения, което се основава на феномена на изомерията. Нека разгледаме структурата на молекулите на два алдехидни изомера: бутанал и 2-метилпропанал, които имат една и съща молекулна формула - C 4 H 8 O, но различни структурни и следователно се различават един от друг по физични и химични свойства.

Нека обърнем внимание на две най-важни характеристики на въглеродния атом, които са въведени като постулати в теорията на М. Бутлеров:

1. Въглеродът в органичните съединения винаги е четиривалентен.

2. Въглеродните атоми са способни да се свързват един с друг и да образуват различни пространствени конфигурации: неразклонени и разклонени вериги или цикли.

Върху тях, според валентността, са нанизани атоми на други химични елементи: водород, кислород, азот, като по този начин се формира целият гигантски арсенал от съществуващи органични съединения (и има повече от 10 милиона от тях).В допълнение, броят им непрекъснато се увеличава нараства поради нови вещества, получени в химията на органичния синтез.

Колкото по-полярни, толкова по-добре

Продължавайки да изучаваме алдехидите, тяхната химична структура и свойства, ще се спрем на феномена на полярността на атомите, които изграждат молекулите на алдехидите. Така въглеродният атом на алдехидната група в молекулата на ацеталдехида придобива частичен положителен заряд, а кислородният атом придобива частичен отрицателен заряд. Причината за възникването им е следната: електронната плътност на π връзката е по-подвижна от σ връзката.

В общата формула на алдехидите, където R е въглеводороден радикал, свързан с алдехидна група, се образува частичен отрицателен заряд върху кислородния атом и частичен положителен заряд се образува върху въглеродния атом. По този начин функционалната група на алдехидите става силно поляризирана, което причинява по-голяма реактивност на тези вещества. Най-просто казано, колкото по-поляризирани са атомите в една молекула на дадено вещество, толкова по-добре и по-бързо то влиза в химични реакции. Бързата окислителна способност на водородния атом в алдехидната група и реактивността на карбонилната група осигуряват алдехидите с техните характерни реакции на присъединяване и полимеризация.

Живот в пластмасов свят

Алдехидите, чиито химични свойства се определят от способността им да претърпяват реакции на поликондензация и полимеризация, станаха предци на фенопластите и аминопластите - основните материали на съвременната полимерна индустрия. Суровините за нейните предприятия са формалдехид и ацеталдехид. Така фенолформалдехидните смоли се използват за производство на фенолни пластмаси - най-важните заместители на черни и цветни метали. Формалдехидът се получава чрез окисление на метан при нагряване до 600°C в смес с въздух, както и чрез окисляване на метанол, загрят до 300°C върху меден катализатор. По този начин алдехидите, тяхното получаване и химични свойства, които разглеждаме, са важни суровини в реакциите на органичен синтез.

Правене на изводи

Както виждаме, историята на алдехидите съдържа доста необходими и важни вещества, като например формалдехид и ацеталдехид, чиито химични свойства хората успешно използват в различни области на живота си.

Алдехидите и кетоните са карбонилорганични съединения. Карбонилните съединения са органични вещества, чиито молекули съдържат >C=O група (карбонилна или оксо група).

Обща формула на карбонилни съединения:

Функционалната група –CH=O се нарича алдехид. Кетони- органични вещества, чиито молекули съдържат карбонилна група, свързана с два въглеводородни радикала. Общи формули: Р 2 C=O, R–CO–R"или

Номенклатура на алдехиди и кетони.

Систематични имена алдехидиизграден от името на съответния въглеводород и добавяне на наставка -ал. Номерирането на веригата започва с карбонилния въглероден атом. Тривиалните имена произлизат от тривиалните имена на онези киселини, в които алдехидите се превръщат по време на окисление.

Систематични имена кетонипроста структура се извлича от имената на радикали (във нарастващ ред) с добавяне на думата кетон. Например: CH 3 –CO–CH 3 - диметил кетон(ацетон); CH 3 CH 2 CH 2 –CO–CH 3 - метилпропил кетон.По-общо, името на кетон се основава на името на съответния въглеводород и наставката -Той; Номерирането на веригата започва от края на веригата, който е най-близо до карбонилната група (IUPAC заместваща номенклатура). Примери: CH 3 –CO–CH 3 - пропан Той(ацетон); CH 3 CH 2 CH 2 –CO–CH 3 - пентан Той- 2; CH 2 =CH–CH 2 –CO–CH 3 - пентен-4 -Той- 2.

Изомерия на алдехиди и кетони.

Алдехидите и кетоните се характеризират с структурна изомерия.

Изомерия алдехиди:

междукласова изомерия (подобно на алдехидите).

Строеж на карбонилната група C=O.

 Свойствата на алдехидите и кетоните се определят от структурата на карбонилната група >C=O.

Връзката C=O е силно полярна. Неговият диполен момент (2,6-2,8D) е значително по-висок от този на C–O връзката в алкохолите (0,70D). Електроните на многократната връзка C=O, особено по-подвижните -електрони, се изместват към електроотрицателния кислороден атом, което води до появата на частичен отрицателен заряд върху него. Карбонилният въглерод придобива частичен положителен заряд.

 Следователно въглеродът се атакува от нуклеофилни реагенти, а кислородът се атакува от електрофилни реагенти, включително Н +.

В молекулите на алдехидите и кетоните липсват водородни атоми, способни да образуват водородни връзки. Следователно техните точки на кипене са по-ниски от тези на съответните алкохоли. Метаналът (формалдехид) е газ, алдехидите C 2 -C 5 и кетоните C 3 -C 4 са течности, висшите вещества са твърди вещества. Нисшите хомолози са разтворими във вода поради образуването на водородни връзки между водородните атоми на водните молекули и карбонилните кислородни атоми. Тъй като въглеводородният радикал се увеличава, разтворимостта във вода намалява.

Реакционни центрове на алдехиди и кетони

sp 2 - Хибридизираният въглероден атом на карбонилната група образува три σ връзки, разположени в една и съща равнина, и π връзка с кислородния атом поради нехибридизираната p орбитала. Поради разликата в електроотрицателността на въглеродните и кислородните атоми, π връзката между тях е силно поляризирана (фиг. 5.1). В резултат на това върху въглеродния атом на карбонилната група се появява частичен положителен заряд δ+, а върху кислородния атом се появява частичен отрицателен заряд δ-. Тъй като въглеродният атом е с електронен дефицит, той осигурява място за нуклеофилна атака.

Разпределение на електронната плътност в молекулите на алдехиди и кетони, като се вземе предвид предаването на електронно влияние от електрон-

Ориз. 5.1.Електронна структура на карбонилната група

дефицитният въглероден атом на карбонилната група по протежение на σ-връзките е представен на схема 5.1.

Схема 5.1.Реакционни центрове в молекулата на алдехидите и кетоните

В молекулите на алдехидите и кетоните има няколко реакционни центъра:

Електрофилният център - въглеродният атом на карбонилната група - определя възможността за нуклеофилна атака;

Основният център - кислородният атом - дава възможност за атака с протон;

СН киселинен център, чийто водороден атом има слаба протонна подвижност и може по-специално да бъде атакуван от силна основа.

Като цяло алдехидите и кетоните са силно реактивни.