Запитання 1. Альдегіди. Їх будова, властивості, отримання та застосування.

Відповідь.Альдегіди – органічні речовини, молекули яких

Загальна формула альдегідів ˸

Номенклатура

Найменування альдегідів виробляють від історичних назв карбонових кислот із тим самим числом атомів вуглецю. Так, CH 3 CHO – оцтовий альдегід. За систематичною номенклатурою назву альдегідів виробляють від назв вуглеводнів з додаванням закінчення. аль, CH 3 CHO – етаналь. Нумерацію вуглецевого ланцюга починають із карбонільної групи. Для розгалужених ізомерів перед назвою альдегіду записують назви заступників із зазначенням цифрою та номера вуглецевого атома, з яким вони пов'язані

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

3-метилбутаналь

Ізомерія

Вуглецевий скелет ˸

CH 3 - CH 2 - CH 2 - CHO - бутаналь,

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

Класів з'єднань ˸

CH 3 - CH 2 - CHO - пропаналь,

CH 3 – CO – CH 3 – пропанон (ацетон).

Фізичні властивості

Метаналь – газ, альдегід від C 2 до С 13 – рідини, вищі альдегіди – тверді речовини (тетрадеканаль або міристиновий альдегід CH 3 (CH 2) 12 CHO має температуру плавлення 23,5). Нижчі альдегіди добре розчиняються у воді; чим більше атомів вуглецю в молекулі, тим менша розчинність; альдегіди не мають водневих зв'язків.

Хімічні властивості

1. Реакції приєднання ˸

а) гідрування ˸

CH 2 O + H 2 = CH 3 OH;

б) утворення ацеталій зі спиртами ˸

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

2. Реакція окислення

а) реакція 'срібного дзеркала' ˸

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

б) взаємодія з гідрооксидом міді (II) ˸

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

3. Реакції заміщення

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

4.Полімеризація˸

CH3=O (CH 2 O) 3 .

триоксиметилен

5.Поліконденсація˸

n C 6 H 5 OH + n CH 2 O + n C 6 H 5 OH + …=

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

Фенолформальдегідна смола

Отримання

а) Окислення алканів

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

метаналь

б) Окислення спиртів

2CH 3 OH + O 2 2CH 2 O + 2H 2 O.

в) Реакція Кучерова

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

г) Окислення алкенів

C2H4+[O]CH3CHO.

Застосування˸

1. Одержання фенолформальдегідних смол, пластмас.

2. Виробництво ліків, формаліну (з CH 2 = O).

3. Виробництво барвників.

4. Виробництво оцтової кислоти.

5. Дезінфекція та протруювання насіння.

Запитання 2. Проблема захисту навколишнього середовища .

Відповідь˸ На сьогоднішній день найбільшим є забруднення навколишнього середовища хімічними речовинами.

Охорона атмосфери

Джерела забруднення підприємства чорної та кольорової металургії, теплоелектростанції, автотранспорт.

Промисловість викиди оксидів сірки та азоту. Внаслідок випалу сульфідних руд кольорових металів виділяється оксид сірки (IV).

Теплоелектростанції виділяють SO 2 і SO 3 які з'єднуються з вологою повітря (SO 3 + H 2 O = H 2 SO 4) і випадають з вигляді кислотних дощів.

Запитання 1. Альдегіди. Їх будова, властивості, отримання та застосування. - Поняття та види. Класифікація та особливості категорії "Питання 1. Альдегіди. Їх будова, властивості, отримання та застосування." 2015, 2017-2018.

Альдегідами називаються органічні сполуки, в яких карбонільна група (С-О) пов'язана з воднем і радикалом R (залишки аліфатичних, ароматичних та гетероциклічних сполук):

Полярність карбонільної групи забезпечує полярність молекули в цілому, тому альдегіди мають вищі температури кипіння, ніж неполярні сполуки порівнянної молекулярної маси.

Оскільки атоми водню в альдегідах пов'язані лише з атомом вуглецю (близькі відносні електронегативності), міжмолекулярні водневі зв'язки не утворюються. Тому температури кипіння альдегідів нижчі, ніж у відповідних спиртів чи карбонових кислот. Як приклад можна порівняти температури кипіння метанолу (Т 65 ° С), мурашиної кислоти (Гкіп 101 ° С) і формальдегіду (7 ^, -21 ° С).

Нижчі альдегіди розчиняються у воді, ймовірно, внаслідок утворення водневих зв'язків між молекулами розчиненої речовини та розчинника. Вищі альдегіди добре розчиняються у більшості звичайних органічних розчинників (спирти, ефіри). Нижчі альдегіди мають різкий запах, у альдегідів з С3-С6 дуже неприємний запах, у той час як вищі альдегіди мають квіткові запахи і застосовуються в парфумерії.

У хімічному відношенні альдегіди - дуже реакційні сполуки. Найбільш характерні для альдегідів реакції нуклеофільного приєднання, що з присутністю в молекулі електрофільного центру - карбонільного атома вуглецю групи С=0.

Багато з цих реакцій, наприклад, утворення оксимів, семікарбазонів та інших сполук, використовуються в якісному та кількісному аналізі ЛЗ із групи альдегідів тому, що продукти приєднання альдегідів характеризуються певною для кожного альдегіду температурою плавлення. Так, альдегіди при струшуванні з насиченим розчином гідросульфіту натрію легко вступають у реакцію приєднання:

Продукти приєднання є солі, що мають певну температуру плавлення, добре розчинні у воді, але не розчинні в органічних розчинниках.

При нагріванні з розведеними кислотами гідросульфітні похідні гідролізуються до вихідних сполук.

Здатністю альдегідів утворювати гідросульфітні похідні користуються як для визначення справжності препарату з альдегідною групою в молекулі, так і для очищення альдегідів та виділення їх із сумішей з іншими речовинами, що не реагують із гідросульфітом натрію.

Альдегіди легко окислюються. Оксид срібла(І) та інші окислювачі з невисоким значенням окисного потенціалу здатні окислювати альдегіди. Наприклад, для альдегідів характерна реакція утворення срібного дзеркала, що протікає з аміачним розчином AgN03:

AgN03 + 3NH3 - OH + NH4N03

Реактив Толленса

При цьому на стінках пробірки утворюється дзеркальний наліт металевого срібла:

2OH + RCOH 2Agi + RCOOH + 4NH3T + Н20

Аналогічно альдегіди можуть відновлювати мідь(П) до міді(1). Для реакції до розчину альдегіду додають реактив Фелінга (лужний розчин тартратного комплексу міді(П)) і нагрівають. Спочатку утворюється жовтий осад гідроксиду міді(1) - СіОН, а потім червоний - оксиду міді(1) - Си20:

2KNa + RCOH + 3NaOH + 2КОН -

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

До окисно-відновних відноситься також реакція взаємодії альдегідів з реактивом Несслера в лужному середовищі; при цьому випадає темний осад відновленої ртуті:

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

Слід мати на увазі, що реакція з реактивом Несслер більш чутлива, тому її використовують для виявлення домішок альдегідів в ЛЗ. Справжність лікарських засобів, що містять альдегідну групу, підтверджують менш чутливими реакціями: срібного дзеркала або реактивом Фелінга. Деякі інші сполуки, наприклад, поліфеноли, також окислюються сполуками Ag(I) і Си(П), тобто. реакція не є специфічною.

Так, з 40% водного розчину формальдегіду (формаліну) утворюється лінійний полімер - параформ (і = 8 - 12), трімер та тетрамер.

Для альдегідів характерні наркотичні та дезінфікуючі властивості. Порівняно зі спиртами альдегідна група посилює токсичність речовини. Введення галогену в молекулу альдегіду підвищує його наркотичні властивості. Наприклад, наркотичні властивості хлоралю більш виражені, ніж у оцтового альдегіду:

с!3с-сС

Отримання. Альдегіди можуть бути одержані окисленням первинних спиртів хромовою кислотою (Na2Cr04, H2S04) при кип'ятінні або перманганатом калію в лужному середовищі:

Дегідрування первинних спиртів здійснюють над мідним каталізатором (Сі, Сг203) за 300-400 °С.

Промислове виробництво метаналю засноване на парофазному окисненні метанолу із залізомолібденовим каталізатором:

2СН3ОН + 02 500 ~ 600 2СН2 = 0 + Н20

Розчин формальдегіду (формалін)

Отримання. Формалін – це водний розчин формальдегіду (40 %), стабілізований метанолом (6-10 %). Європейська Фармакопея містить ФС «Формальдегід розчин (35%)» (див. табл. 9.1). У лабораторних умовах формальдегід може бути одержаний дегідруванням метанолу над міддю або деполімеризацією параформу.

Визначення справжності. Фармакопейний спосіб – реакція срібного дзеркала.

Оскільки формальдегід легко вступає в реакції конденсації, наприклад, з гідроксиловмісними ароматичними сполуками з утворенням пофарбованих сполук, ГФ рекомендує також використовувати для його ідентифікації реакцію з саліциловою кислотою, в результаті якої з'являється червоне фарбування:

Аналогічно протікає реакція з хромотроповою кислотою з утворенням синьо-фіолетових та червоно-фіолетових продуктів (ЕФ).

Для визначення справжності фармальдегіду можуть бути використані реакції з азотовмісними нуклеофілами, наприклад первинними амінами:

H-Ctf° + H2N-R - н-с^^К + Н20

N-заміщені іміни (основи Шиффа), що утворюються, малорозчинні, деякі з них пофарбовані, інші дають пофарбовані з'єднання з іонами важких металів. ЕФ пропонує реакцію з фенілгідразином. У присутності калію фериціаніду в кислому середовищі утворюються продукти реакції інтенсивно червоного кольору.

Випробування на чистоту. Контроль домішки мурашиної кислоти здійснюють, визначаючи кислотність. Відповідно до ГФ, концентрація мурашиної кислоти у препараті не повинна перевищувати 0,2 %; встановлюють вміст мурашиної кислоти методом нейтралізації (ГФ). Згідно з ЕФ, метанол визначають методом газової хроматографії (9-15% об.). Сульфатна зола - не більше 0,1% у навішуванні 1,0 г.

I2 + 2NaOH - Nal + NaOI + Н20

Гіпойодит окислює формальдегід до мурашиної кислоти. Непрореагував гіпойодит при підкисленні розчину надлишком сірчаної кислоти перетворюється на йод, який відтитрують тіосульфатом натрію:

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

Можливе використання інших титруючих агентів при визначенні формальдегіду: водню пероксиду в лужному розчині, церію(ІУ) сульфату, натрію сульфіту.

Препарат можна розглядати як проліки, тому що фізіологічну дію має не сам гексаметилентетрамін, а формальдегід, що виділяється при розкладанні препарату в кислому середовищі. Саме цим пояснюється включення його до цього розділу (див. табл. 9.1).

Отримання. Уротропін (тетраазаадамантан) одержують конденсацією метаналю та аміаку з водних розчинів. Проміжний продукт реакції - гексагідро-1,3,5-тріазин:

Визначення справжності. При нагріванні суміші препарату з розведеною сірчаною кислотою утворюється амонійна сіль, з якої при додаванні надлишку лугу виділяється аміак:

(CH2)6N4 + 2H2S04 + 6Н20 - 6НСОН + 2(NH4)2S04 (NH4)2S04 + 2NaOH - 2NH3t + Na2S04 + 2H20

Гексаметилентетрамін можна виявити також за червоним фарбуванням розчину при додаванні саліцилової кислоти після попереднього нагрівання з сірчаною кислотою (див. визначення справжності формальдегіду).

Випробування на чистоту. У препараті не допускається присутність домішок органічних сполук, параформ, солей амонію. ГФ вказує допустимі межі вмісту домішок хлоридів, сульфатів, важких металів.

Кількісне визначення. Для кількісного визначення гексаметилентетраміну ГФ пропонує використовувати метод нейтралізації. Для цього навішування препарату нагрівають із надлишком 0,1М розчину сірчаної кислоти. Надлишок кислоти відтитрують розчином лугу концентрацією 0,1 моль/л (індикатор метиловий червоний).

На здатності гексаметилентетраміну давати з йодом тетрайодиди заснований йодометричний метод кількісного визначення.

КИСНЕМІСТЬ З'ЄДНАННЯ

Карбонільні сполуки
АЛЬДЕГІДИ І

Органічні сполуки, молекули яких містять карбонільну групу, називаються карбонільними сполуками. Залежно від характеру пов'язаних з карбонільною групою замісників карбонільні сполуки діляться на альдегіди, кетони, карбонові кислоти та їх функціональні похідні.

Альдегіди

Альдегідами називаються органічні сполуки, що містять карбонільну групу, в якій атом вуглецю пов'язаний з радикалом та одним атомом водню, тобто загальна формула альдегідів.. Виняток становить мурашиний альдегід, в якому, як видно,R= H.

Ізомерія

Для альдегідів характерна ізомерія вуглеводневого радикала, який може мати як нормальний (нерозгалужений) ланцюг, так і розгалужену, а також міжкласову ізомерію з кетонами.Наприклад,

Отримання

1. Найбільш часто застосовуються способи отримання альдегідів є окислення і каталітичне дегідрування первинних спиртів.

a) Окислення первинних спиртів.
Як видно, при подальшому окисненні утворюються кислоти. Ці реакції наводилися вже під час розгляду хімічних властивостей спиртів.

b) Дегідрування первинних спиртів. Реакцію проводять, пропускаючи пари спирту над нагрітим до 200-300° З каталізатором, в якості якого використовуються мідь, нікель, кобальт та ін.

2. Розроблено метод отримання оцтового альдегіду окисленням етилену киснем повітря у присутності солей міді та паладію.

3. Оцтовий альдегід отримують гідратацією ацетилену реакції Кучерова.

Докладно реакція Кучерова вже розглядалася щодо хімічних властивостей ацетиленових вуглеводнів.

4. Альдегіди отримують гідролізом дигалогенопохідних вуглеводнів, проте тільки тих, у яких обидва атоми галогену розташовані в одного з кінцевих атомів вуглецю.

При дії води на дигалогеналкил у лужному чи кислому середовищі реакція його гідролізу проходить стадію утворення двоатомного спирту, що містить дві гідроксильні групи в одному атомі вуглецю.
Такі спирти внаслідок своєї нестійкості в момент утворення втрачають воду та утворюють альдегіди.

Фізичні властивості

Найпростіший альдегід –мурашиний – газ із дуже різким запахом. Інші нижчі альдегіди – рідини, що добре розчиняються у воді. Альдегіди мають задушливий запах, який при багаторазовому розведенні стає приємним, нагадуючи запах плодів. Альдегіди киплять при нижчій температурі, ніж спирти з тим самим числом вуглецевих атомів. Це c в'язано з відсутністю в альдегідах водневих зв'язків. У той же час температура кипіння альдегідів вища, ніж у відповідних молекулярної маси вуглеводнів, що пов'язано з високою полярністю альдегідів.
Фізичні властивості деяких альдегідів представлені у таблиці.

Таблиця . Фізичні властивості деяких альдегідів

Хімічні властивості

Альдегіди характеризуються високою реакційною здатністю. Більшість їх реакцій обумовлена ​​наявністю карбонільної групи. Атом вуглецю в карбонільній групі перебуває в стані sp 2 - гібридизації та утворює три s - зв'язку (одна з них – зв'язокС–О ), які розташовані в одній площині під кутом 120° один до одного.

Схема будови карбонільної групи

Подвійний зв'язок карбонільної групи за фізичною природою подібний до подвійного зв'язку між вуглецевими атомами, тобто це поєднання s - і p - зв'язків, остання з яких утворена р-електронами атомів вуглецю та кисню. Зважаючи на більшу електронегативність атома кисню порівняно з атомом вуглецю, зв'язокС=О сильно поляризована за рахунок усунення електронної щільності p - зв'язку до атома кисню, внаслідок чого на атомі кисню виникає частковий негативний ( d - ) , але в атомі вуглецю – частковий позитивний ( d + ) заряди: .

Завдяки поляризації атом вуглецю карбонільної групи має електрофільні властивості і здатний реагувати з нуклеофільними реагентами. Найважливішими реакціями альдегідів є реакції нуклеофільного приєднання подвійного зв'язку карбонільної групи.

1. Однією з типових реакцій нуклеофільного приєднання альдегідівє приєднання синильної (ціановодневої) кислоти, що призводить до освіти a – оксинітрилів.

Ця реакція використовується для подовження вуглецевого ланцюга та отримання a – оксикислот.

2. Приєднання гідросульфіту натріюдає кристалічні речовини, зазвичай звані гідросульфітними похідними альдегідів.

Згадані похідні легко гідролізуються в будь-яких середовищах, приводячи до вихідної карбонільної сполуки. Так, при нагріванні з розчином соди гідросульфітного похідного оцтового альдегіду утворюється власне оцтовий альдегід.

Ця властивість використовується для очищення альдегідів та виділення їх із сумішей.

3. Приєднання спиртівдо альдегідів призводить до утворення напівацеталів - сполук,в яких атом вуглецю пов'язаний і з гідроксильною (-ОН), і з алкоксильною (-О R ) групами.

При обробці напівацеталів надлишком спирту в кислому середовищі утворюються ацеталі – сполуки, в яких атом вуглецю пов'язаний із двома алкоксильними групами (реакція нагадує синтез простих ефірів зі спиртів).

На відміну від простих ефірів ацеталі гідролізуються під дією кислот з утворенням спирту та альдегіду.

4. Приєднання воднюдо альдегідів здійснюється в присутності каталізаторів ( Ni , Co , Pd та ін) і призводить до утворення первинних спиртів.

Все частіше як відновлюючий агент застосовують алюмогідрид літію LiAlH 4 та борогідрид натрію NaBH 4 .
Крім реакцій приєднання по карбонільній групі для альдегідів характерні також реакції окислення.

5. Окислення . Альдегіди легко окислюються, утворюючи відповідні карбонові кислоти.

a) аміачний розчин оксиду срібла[ Ag (NH 3 ) 2 ] OH при нагріванні з альдегідами окислює альдегід до кислоти (у вигляді її солі амонієвої) з утворенням вільного металевого срібла. Відновлене срібло лягає тонким шаром на стінки хімічної судини, в якій здійснюється реакція, і виходить срібне дзеркало. Ця реакція, яка отримала назву "срібного дзеркала", служить якісною реакцією на альдегіди.

b) ще однією характерною реакцією є окислення альдегідів гідроксидом міді ( II).

При нагріванні блакитного гідроксиду міді ( II ) з розчином оцтового альдегіду випадає червоний осад оксиду міді ( I ). При цьому оцтовий альдегід окислюється до оцтової кислоти, а мідь зі ступенем окиснення +2 відновлюється до міді зі ступенем окиснення +1. Мурашиний альдегід (формальдегід) займає особливе місце серед альдегідів. У зв'язку з відсутністю у мурашиного альдегіду радикала йому притаманні деякі специфічні властивості. Окислення формальдегіду, наприклад, здійснюється до двоокису вуглецюСО 2 .
Формальдегід легко полімеризується з утворенням циклічних та лінійних полімерів. Так, у кислому середовищі він утворює циклічний тріммер – триоксиметилен.

Сухий газоподібний формальдегід у присутності каталізаторів утворює високомолекулярний поліформальдегід. Полімеризація формальдегіду нагадує полімеризацію алкенів.

У водних розчинах формальдегід утворює полімер, званий параформ.

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

p align="justify"> Особливе практичне значення має реакція поліконденсації формальдегіду з фенолом з утворенням фенолформальдегідних смол. При дії лужних або кислих каталізаторів на суміш фенолу і формальдегіду конденсація йде в орто-і параположеннях.

Зростання молекули за рахунок конденсації фенолу з формальдегідом здійснюється за нормальної температури в лінійному напрямку.

і т.д.
Сумарно реакцію поліконденсації фенолу з формальдегідом можна зобразити так:

Фенолформальдегідні смоли - первістки промислових синтетичних смол, їх виробництво під назвою "бакеліт" вперше розпочато у 1909 році. Фенолформальдегідні смоли використовуються у виробництві різних пластмас. У поєднанні із різними наповнювачами такі пластмаси називаються фенопластами. Крім того, фенолформальдегідні смоли застосовуються при виготовленні різних клеїв та лаків, термоізоляційних матеріалів, деревних пластиків, ливарних форм та ін.

Застосування

Вже багато згадано про застосування формальдегіду. Крім того, він використовується для отримання карбамідних смол при взаємодії з сечовиною, на основі яких виробляються пластмаси, необхідні потреб електротехніки. Розчини формальдегіду (формалін) використовуються у шкіряній промисловості для дублення шкір, для дезінфекції зерно- та овочесховищ, теплиць, парників, для протруювання насіння перед посівом, для зберігання анатомічних препаратів, а також у виробництві деяких лікарських препаратів.
Оцтовий альдегід є вихідною сировиною для одержання в промисловому масштабі оцтової кислоти, оцтового ангідриду, етилового спирту, етилацетату та інших цінних продуктів, а при конденсації з амінами та фенолами – різних синтетичних смол.

КЕТОНИ

Кетонами називаються сполуки, в молекулі яких карбонільна група пов'язана з двома вуглеводневими радикалами. Загальна формула кетонів, де R може збігатися з R".

Ізомерія

Для кетонів характерна ізомерія вуглеводневих радикалів, ізомерія положення карбонільної групи та міжкласова ізомерія з альдегідами.

Отримання

Майже всі способи одержання, наведені раніше для альдегідів, застосовуються і для кетонів.

1. Окислення вторинних спиртів.

2. Дегідрування вторинних спиртів.

3. Гідратація гомологів ацетилену (реакція Кучерова).

4. Гідроліз дигалогенопохідних вуглеводнів, що містять обидва атоми галогену в одного з середніх ланцюга вуглецевих атомів.

5. Кетони одержують, крім того, піролізом кальцієвих солей карбонових кислот при їх нагріванні.O
II
CH 3 -C
I
O

Фізичні властивості

Нижчі кетони – рідини, які легко розчиняються у воді. В основному, кетони мають приємний запах, що нагадує запах квітів. Як і альдегіди, кетони киплять при більш низькій температурі, ніж відповідні спирти, проте вище, ніж вуглеводні. Фізичні властивості деяких кетонів представлені у таблиці.

Таблиця. Фізичні властивості деяких кетонів

Хімічні властивості

Як і альдегіди, кетони характеризуються високою реакційною здатністю. Хімічна активність альдегідів та кетонів тим вища, чим більший позитивний заряд на атомі вуглецю карбонільної групи. Радикали, що збільшують цей позитивний заряд, різко підвищують реакційну здатність альдегідів і кетонів, а радикали, що зменшують позитивний заряд, надають протилежну дію. У кетонах дві алкільні групи є електронодонорними, звідки стає зрозумілим, чому кетони менш активні у реакціях нуклеофільного приєднання порівняно з альдегідами.
Приклади реакцій цього для альдегідів докладно розглянуті раніше (див. " " ), тому, наводячи деякі приклади реакцій нуклеофільного приєднання по карбонильной групі кетонів, приділимо увагу лише відмінностям їх хімічних властивостей від альдегідів.

1. Приєднання синильної кислоти.

Слід зазначити, що в реакцію з гідросульфітом натрію вступають лише метилкетони, тобто кетони, що мають угруповання CH 3 .

3. У порівнянні з альдегідами для кетонів не характерні реакції зі спиртами.

4. Приєднання водню. Приєднання водню до кетонів призводить до утворення вторинних спиртів.

5. Кетони окислюються значно складніше, ніж альдегіди. Кисень повітря та слабкі окислювачі не окислюють кетони. Кетони не дають реакції "срібного дзеркала" і не реагують з гідроксидом міді ( II ). При дії сильних окислювачів у жорстких умовах вуглецевий ланцюг молекули кетону руйнується поряд з карбонільною групою та утворюються кислоти (іноді кетони в залежності від будови вихідного кетону) з меншим числом атомів вуглецю.

Застосування

Найбільш широке промислове застосування має найпростіший представник кетонів – ацетон. Ацетон є цінним розчинником, що використовується в лакофарбовій промисловості, у виробництві штучного шовку, кіноплівки, бездимного пороху. Він служить також вихідною сировиною при виробництві метакрилової кислоти, метилметакрилату (виробництво органічного скла, що не б'ється), метилізобутилкетону та ін.

КІНЕЦЬ РОЗДІЛУ

Практично всі хімічні речовини, що оточують нас, тестуються людиною, виходячи з її запитів та потреб. Кожне поєднання має унікальний, тільки йому притаманний набір ознак і властивостей, з яких відбираються корисні та необхідні нам у повсякденному житті. Альдегіди, про які йтиметься, також не є винятком.

Скромна дитина органічної хімії

Серед сполук вуглецю, які прийнято називати органічними, є добре відомі, які, як кажуть, «у всіх на слуху». Наприклад, глюкоза, етиловий спирт чи пластмаси. Альдегідам у цьому сенсі не пощастило. Про них відомо хіба що вузьким фахівцям, та ще учням старших класів, які посилено штудують хімію для вступу до вузу. Насправді такі сполуки (як, наприклад, оцтовий альдегід) хімічні властивості якого ми розглянемо, широко використовують як у промисловому виробництві, і у побуті.

Яблуко розбрату

На жаль, відкриття в науці досить часто відбуваються аж ніяк не безхмарно. Альдегіди, їх хімічна будова та властивості були відкриті внаслідок тривалих суперечок та дискусій у середовищі вчених XIX століття. А такі відомі хіміки як Лібіх і Деберейнер навіть не на жарт посварилися, з'ясовуючи, кому ж насправді належить пальма першості в отриманні та виділенні у чистому вигляді оцтового альдегіду. Його видобули з пари етилового спирту, пропущених над платиновою сіткою, що є каталізатором реакції. Єдине, що змогло примирити опонентів, так це беззастережне ухвалення всіма хіміками назви нового класу речовин - альдегіди, що дослівно означає «безводневі алкоголі». Воно вказує на спосіб одержання їх із спиртів реакцією відщеплення двох атомів водню.

Ні з чим не переплутаєш

Розглядаючи фізичні та хімічні властивості альдегідів, легко переконатись, що вони досить специфічні. Так, формальдегід, що є токсичним газом, має різкий запах, що задушує. Його 40% водний розчин, званий формаліном, спричиняє особливий запах в анатомічних лабораторіях і моргах, де його застосовують як антигнильний засіб, що консервує білки органів і тканин.

А оцтовий альдегід, що є наступним у гомологічному ряду, є добре розчинною у воді безбарвною рідиною з неприємним запахом прелих яблук. Альдегіди, хімічні властивості, яких характеризуються реакціями окислення та приєднання, можуть перетворюватися на речовини генетично близьких класів: карбонових кислот або спиртів. Розглянемо їх у конкретних прикладах.

Візитна картка альдегідів

В органічній хімії, як, втім, і неорганічної, існує таке поняття як «якісна реакція». Її можна порівняти з маяком, який сигналізує про те, що ми маємо справу саме з речовинами конкретного класу, наприклад, з альдегідами. Підтверджують хімічні властивості альдегідів реакції з аміачним розчином оксиду срібла та гідроксидом міді при нагріванні (реакція срібного дзеркала)

Продуктом реакції буде чисте срібло, яке виділилося у вигляді дзеркального шару на стінках пробірки.

В результаті реакції випадає осад цегляного кольору – закис міді.

Речовини-двійники

Зараз настав час розібратися з таким явищем, характерним для всіх органічних речовин, у тому числі й для альдегідів, як ізомерія. Вона геть-чисто відсутня у світі неорганічної хімії. Там все просто: одній хімічній формулі відповідає лише одна конкретна сполука з властивими йому фізичними та хімічними властивостями. Наприклад, формулі HNO 3 відповідає одна речовина, звана нітратною кислотою, що має температуру кипіння 86°С, з їдким запахом, дуже гігроскопічне.

У царстві ж органічної хімії живуть-живають речовини-ізомери, які мають формули однакові, а властивості різні. Наприклад, формулу C 4 H 8 O мають два абсолютно різні альдегіди: бутаналь і 2-метилпропаналь.

Формули їх:

Ізомерні альдегіди, хімічні властивості, яких залежать від їх складу та будови, є прекрасним доказом геніальної теорії будови органічних сполук, створеної російським ученим М. Бутлеровим. Його відкриття має таке саме фундаментальне значення для хімії, як періодичний закон Менделєєва.

Унікальний вуглець

Прекрасним доказом, що підтверджує теорію М. Бутлерова є хімічні властивості альдегідів. Органічна хімія, завдяки дослідженням російського вченого, нарешті змогла відповісти на запитання, що виводило своєю складністю не одне покоління вчених, а саме: як пояснити вражаючу уяву різноманіття органічних сполук, в основі якого лежить явище ізомерії. Розглянемо будову молекул двох альдегідів-ізомерів: бутаналю і 2-метилпропаналя, що мають одну і ту ж молекулярну формулу - C 4 H 8 O, але різні структурні, а значить, що відрізняються один від одного фізичними та хімічними властивостями.

Звернімо увагу на дві найважливіші особливості атома вуглецю, які введені як постулати в теорію М. Бутлерова:

1. Вуглець в органічних сполуках завжди чотирихвалентний.

2. Атоми вуглецю здатні з'єднуватися один з одним і утворювати різні просторові конфігурації: нерозгалужені та розгалужені ланцюги чи цикли.

На них, відповідно до валентності, нанизуються атоми інших хімічних елементів: водню, кисню, азоту, утворюючи, таким чином, весь гігантський арсенал існуючих органічних сполук (а їх понад 10 млн.). До того ж кількість постійно збільшується за рахунок нових речовин, що одержуються в хімії органічного синтезу

Чим полярніше, тим краще

Продовжуючи вивчати альдегіди, їхню хімічну будову та властивості, зупинимося на явищі полярності атомів, що входять до складу молекул альдегідів. Так, атом вуглецю альдегідної групи в молекулі оцтового альдегіду набуває часткового позитивного заряду, а атом кисню - часткового негативного. Причина їх виникнення полягає в наступному: електронна щільність π-зв'язку є більш рухомою, ніж σ-зв'язок.

У загальній формулі альдегідів, де R-вуглеводневий радикал, пов'язаний з альдегідною групою, на атомі кисню утворюється частковий негативний заряд, а на атомі вуглецю - частковий позитивний. Таким чином, функціональна група альдегідів стає сильно поляризованою, що зумовлює більшу реакційну здатність цих речовин. Простіше кажучи, що більше поляризовані атоми в молекулі речовини, то краще і швидше вона входить у хімічні реакції. Швидка окисна здатність атома водню в альдегідній групі та реакційна активність карбонільної групи забезпечує альдегідам характерні їм реакції приєднання та полімеризації.

Життя у пластмасовому світі

Саме альдегіди, хімічні властивості яких зумовлені здатністю до реакцій поліконденсації та полімеризації, стали родоначальниками фенопластів та амінопластів – базових матеріалів сучасної індустрії полімерів. Сировиною для її підприємств є формальдегід і оцтовий альдегід. Так, з фенолформальдегідних смол одержують фенопласти – найважливіші замінники чорних та кольорових металів. Формальдегід отримують окисленням метану при нагріванні його до 600°З суміші з повітрям, а також окисленням нагрітого до 300°С метанолу над мідним каталізатором. Таким чином, альдегіди, одержання та хімічні властивості, яких ми розглядаємо, є важливою сировиною у реакціях органічного синтезу.

Робимо висновки

Як бачимо, у послужному списку альдегідів досить необхідних і важливих речовин, таких як, наприклад, формальдегід та оцтові альдегіди, хімічні властивості яких людина успішно використовує в різних сферах своєї життєдіяльності.

Альдегіди та кетони відносяться до карбонільниморганічних сполук. Карбонільними сполуками називають органічні речовини, в молекулах яких є група С=О (карбоніл або оксогрупа).

Загальна формула карбонільних сполук:

Функціональна група -СН = Про називається альдегідною. Кетони- органічні речовини, молекули яких містять карбонільну групу, сполучену з двома вуглеводневими радикалами. Загальні формули: R 2 C=O, R-CO-R"або

Номенклатура альдегідів та кетонів.

Систематичні назви альдегідівбудують за назвою відповідного вуглеводню та додаванням суфікса -аль. Нумерацію ланцюга починають із карбонильного атома вуглецю. Тривіальні назви виробляють від тривіальних назв тих кислот, які альдегіди перетворюються при окисленні.

Систематичні назви кетонівнескладної будови виробляють від назв радикалів (у порядку збільшення) з додаванням слова кетон. Наприклад: CH 3 -CO-CH 3 - диметил кетон(Ацетон); CH 3 CH 2 CH 2 -CO-CH 3 - метилпропіл кетон.У загальному випадку назва кетону будується за назвою відповідного вуглеводню і суфікса -він; нумерацію ланцюга починають від кінця ланцюга, найближчого до карбонільної групи (замісна номенклатура ІЮПАК). Приклади: CH 3 -CO-CH 3 - пропан він(Ацетон); CH 3 CH 2 CH 2 -CO-CH 3 - пентан він- 2; CH 2 =CH-CH 2 -CO-CH 3 - пентен-4 -він- 2.

Ізомерія альдегідів та кетонів.

Для альдегідів та кетонів характерна структурна ізомерія.

Ізомерія альдегідів:

міжкласова ізомерія (аналогічно альдегіду).

Будова карбонільної групи C=O.

 Властивості альдегідів та кетонів визначаються будовою карбонільної групи >C=O.

Зв'язок С=Про сильно полярний. Її дипольний момент (2,6-2,8D) значно вищий, ніж у зв'язку С–О у спиртах (0,70D). Електрони кратного зв'язку С=О, особливо рухливі -електрони, зміщені до електронегативного атома кисню, що призводить до появи у ньому часткового негативного заряду. Карбонільний вуглець набуває часткового позитивного заряду.

 Тому вуглець атакується нуклеофільними реагентами, а кисень - електрофільними, у тому числі Н + .

У молекулах альдегідів та кетонів відсутні атоми водню, здатні до утворення водневих зв'язків. Тому їхня температура кипіння нижче, ніж у відповідних спиртів. Метаналь (формальдегід) - газ, альдегіди С 2 -С 5 і кетони С 3 -З 4 - рідини, вищі - тверді речовини. Нижчі гомологи розчиняються у воді, завдяки утворенню водневих зв'язків між атомами водню молекул води та карбонільними атомами кисню. Зі збільшенням вуглеводневого радикалу розчинність у воді падає.

Реакційні центри альдегідів та кетонів

sp 2 -Гібридизований атом вуглецю карбонільної групи утворює три σ-зв'язки, що лежать в одній площині, і π-зв'язок з атомом кисню за рахунок негібридизованої p-орбіталі. Внаслідок відмінності в електронегативності атомів вуглецю та кисню π-зв'язок між ними сильно поляризований (рис. 5.1). У результаті атомі вуглецю карбонильной групи виникає частковий позитивний заряд δ+, але в атомі кисню - частковий негативний заряд δ-. Оскільки атом вуглецю електронодефіцитний, він є центром для нуклеофільної атаки.

Розподіл електронної щільності в молекулах альдегідів та кетонів з урахуванням передачі електронного впливу електроно-

Мал. 5.1.Електронна будова карбонільної групи

дефіцитного атома вуглецю карбонільної групи за σ-зв'язками представлено на схемі 5.1.

Схема 5.1.Реакційні центри в молекулі альдегідів та кетонів.

У молекулах альдегідів і кетонів є кілька реакційних центрів:

Електрофільний центр – атом вуглецю карбонільної групи – визначає можливість нуклеофільної атаки;

Основний центр – атом кисню – обумовлює можливість атаки протоном;

СН-кислотний центр, атом водню якого має слабку протонну рухливість і може, зокрема, піддаватися атаці сильною основою.

Загалом альдегіди і кетони мають високу реакційну здатність.