Реферат : Альдегиды и кетоны 


Полнотекстовый поиск по базе:

Главная >> Реферат >> Химия


Альдегиды и кетоны




Введение

Это единения, содержащие карбонильную группу = С = О . У альдегидов карбонил связан радикалом и водородом. Общая формула альдегидов:

RC = O

H

У кетонов карбонил связан с двумя радикалами. Общая формула кетонов:

R 1C = O

R2

Альдегиды являются более активными, чем кетоны (у кетонов карбонил как бы блокирован радикалами с обеих сторон).



Классификация

1.по углеводородному радикалу (предельные, непредельные, ароматические, циклические).

2.по числу карбонильных групп (одна, две и тд.)

Изомерия и номенклатура

Изомерия альдегидов обусловлена изомерией углеродного скелета. У кетонов помимо изомерии углеродного скелета наблюдается изомерия положения карбонильной группы. По тривиальной номенклатуре альдегиды называют соответственно карбоновым кислотам, в которые они переходят при окислении. По научной номенклатуре названия альдегидов складываются из названий соответствующих углеводородов с добавлением окончания аль. Атом углерода альдегидной группы определяет начало нумерации. По эмпирической номенклатуре кетон называют по радикалам, связанным с карбоксилом с добавлением слова кетон. По научной номенклатуре названия кетонов складываются из названий соответствующих углеводородов с добавлением окончания ОН, в конце ставят номер углеродного атома, при котором стоит карбонил. Нумерацию начинают от ближайшего к кетонной группе конца цепи.

Представители предельных альдегидов. CnH2n+1C=O

H

Формула

Тривиальное название

Научное название

Н – С = О

Н

Муравьиный

Формальдегид

метаналь

СН3 – С = О

Н

Уксусный

Ацетальдегид

Этаналь

СН3 – СН2 – С = О

Н

Пропионовый

Пропаналь

СН3 – СН2 – СН2 – С = О

Н

Масляный

Бутаналь

СН3 – (СН2)3 – С = О

Н

Валериановый

Пентаналь

СН3 – (СН2)4 – С = О

Н

Капроновый

Гексаналь

Представители предельных кетонов

Формула

Эмпирическое название

Научное название

СН3 – С = О

СН3

Диметилкетон

Пропанон

СН3 – С = О

СН2 – СН3

Метилэтилкетон

Бутенон

СН3 – С = О

СН2 – СН2 – СН3

Метилпропилкетон

Пентанон -2

СН3 – СН2 – С = О

СН2 – СН3

Диэтилкетон

Пентанон -3

СН3 – С = О

СН – СН3

СН3

метилпропилкетон

3-метилбутанон-2

Способы получения

1) Путем окисления спиртов. Из первичных спиртов получаются альдегиды, из вторичных кетоны. Окисление спиртов происходит при действии сильных окислителей (хромовая смесь) при небольшом нагревании. В промышленности в качестве окисления используют кислород воздуха в присутствии катализатора – меди (Cu) при t0= 300-5000С

СН3 – СН2 – СН2 – ОН + О К2Cr2O7 CH3CH2C =O + HOH

пропанол -1 H

пропаналь

СН3 – СН – СН3 + О К2Cr2O7 СН3 – С – СН3

ОН О

пропанол -2 пропанон

2) Термическое разложение кальциевых солей карбоновых кислот, причем, если взть соль муравьиной кислоты, то образуются альдегиды, а если других кислот, то кетоны.

СН3 – С = О

О – Са прокаливание СаСО3 + СН3 – С = О

Н –С – О Н

О уксусный альдегид

СН3 – С = О

О – Са прокаливание СаСО3 + СН3 – С = О

СН3 –С – О СН3

О ацетон

Это лабораторные способы получения.

3) По реакции Кучерова (из алкинов и воды, катализатор – соли ртути в кислой среде). Из ацетилена образуются альдегиды, из любых других алкинов – кетоны.

СН = СН + НОН СН2 = СН – ОН СН3 – С = О

ацетилен виниловый СН3

спирт уксусный альдегид

СН3 – С = СН + НОН СН3 – С = СН2 СН3 – С = О

пропин ОН СН3

пропенол – 2 ацетон

4) Оксосинтез. Это прямое взаимодействие алкенов с водным газом (СО+Н2) в присутствии кобальтового или никелевого катализаторов под давлением 100- 200 атмосфер при t0 = 100-2000С. По этому способу получают альдегиды



СН3 – СН2 – СН2 – С = О

бутаналь Н

СН3 – СН = СН2 + СО + Н2

СН3 – СН – С = О

СН3 Н

2-метилпропаналь

5) Гидролиз дигалогенпроизводных. Если оба галогена находятся при первичном углеродном атоме, то образуется альдегид, если при вторичном – кетон.

СН3СН2С – CL2 + HOH 2HCL + CH3 – CH2 – C = O

H H

1,1-дихлорпропен пропеналь



СН3С – CH3 + HOH 2HCL + CH3 – C = O

CL CL CH3

2,2-дихлорпропан пропанон

Муравьиный альдегид – газ, другие низшие альдегиды и кетоны – жидкости, легко растворимые в воде; альдегиды обладают удушливым запахом, который при сильном разведении становится приятным(цветочным или фруктовым). Кетоны пахнут довольно приятно. Следовательно карбонил = С =О носитель запаха, поэтому альдегиды и кетоны применяются в парфюмерной промышленности. температура кипения альдегидов и кетонов возрастает по мере увеличения молекулярного веса.

Природа карбонильной группы

Большинство реакций альдегидов и кетонов обусловлено присутствием карбонильной группы. рассмотрим природу карбонила = С =О. например,

RC = O

H

1.углерод с кислородом в карбониле связаны двойной связью : одна сигма - связь, другая пи – связь. За счет разрыва П- связи у альдегидов и кетонов идут реакции присоединения (нуклеофильного типа):

RC = O RCO :

H H

Кислород является более электроотрицательным элементом, чем углерод, и поэтому электронная плотность у атома кислорода больше, чем у атома углерода. При реакциях присоединения к углероду будет присоединяться нуклеофильная часть реагента, к кислороду – электрофильная часть.

2.приреакциях замещения может замещаться кислород карбонила. При этом происходит разрыв двойной связи между С и О

3.карбонил влияет на связи С – Н в радикале, ослабляя их, особенно в альфа-положении, то есть рядом с карбонильной группой.

Н Н Н

НαС –β С – γС – С = О

Н Н Н Н

При действии свободных галогенов будет замещаться водород в углеродном радикале при альфа- углеродном атоме.



СН3 – СН2 – СН2 – С = О + СL2 CH3CH2CHC = O + HCL

ОН CL OH

α–хлормасляный альдегид

Химические свойства

Из всех классов органических соединений альдегиды и кетоны самые реакционноспособные. Причем в химическом отношении альдегиды более активны, чем кетоны. Для них характерны следующие реакции: окисления, присоединения, замещения, полимеризации, конденсации. Для кетонов не характерны реакции полимеризации.

Реакции окисления

Альдегиды окисляются легко, даже слабыми окислителями HBrO, [Ag(NH3)2]OH, раствор Фелинга. При окислении альдегидов образуются карбоновые кислоты.

СН3 – С = О + О СН3 – С = О – уксусная кислота

Н ОН

Если окислителем является [Ag(NH3)2]OH , то выделяется свободное серебро (реакция «серебряного зеркала» - это качественная реакция на альдегиды).


СН3 – С = О + 2[Ag(NH3)2]OH СН3 – С = О + 2 Ag + 4 NH3 + Н2О

Н ОН

Окисление кетонов происходит гораздо труднее и только сильными окислителями. Продуктами окисления являются карбоновые кислоты. При окислении кетона образуется спиртокетон, затем дикетон, который, разрываясь, образует кислоты.

СН3 – СН2 – С – СН2 – СН3 + О СН3 – СН – С – СН2 – СН -Н2О СН3 – С – С – СН2 – СН3 +О +Н2О

О ОН О О О

диэтилкетон спиртокетон дикетон

СН3 – С = О + О = С – СН2 – СН3

ОН ОН

уксусная к-та пропионовая к-та

В случае смешанного кетона окисление протекает по правилу Попова – Вагнера, то есть главное направление реакции – окисление соседнего с карбонилом наименее гидрированного атома углерода. Но помимо с главным направлением будет и побочное направление реакции, то есть окислится углеродный атом с другой стороны карбонила. При этом образуется смесь различных карбоновых кислот.

СН3 – С – СН – СН3 – спиртокетон +О - Н2О

О ОН

СН3 – С – СН2 – СН3 ОН О

О СН2 – С – СН2 – СН3 + О – Н2О

Бутанон-2 спиртокетон

СН3 – С – С – СН3 +О +Н2О 2 СН3 – С = О

О О ОН

дикетон уксусная кислота

СН–С – СН2 – СН3 + О +Н2О НС = О + СН3 – СН2 – С = О

О О ОН ОН

дикетон муравьиная к-та пропионовая к-та



Реакции присоединения

Протекают за счет разрыва пи-связи в карбониле. Эти реакции нуклеофильного присоединения, то есть сначала к положительно заряженному углероду карбонила присоединяется нуклеофильная часть реагента со свободной электронной парой (протекает медленно):

= С+ = О - + :Х - = С – О

Х

Вторая стадия – присоединение протона или другого катиона к образовавшемуся аниону (протекает быстро):

= С – О + Н + = С – ОН

Х Х

1.Присоединение водорода.

При этом из альдегидов получаются первичные спирты, из кетонов – вторичные. Реакция протекает в присутствии катализаторов Ni, Pt и др.

СН3 – С = О + Н + : Н - СН3 – С – Н

ОН Н ОН

уксусный альдегид этанол

СН3 – С – СН3 + Н+ : Н - СН3 – СН – СН3

О ОН

пропанон пропанол -2

2.Присоединение бисульфата натрия (гидросульфата):



R – C = O + HSO3Na R – C – SO3Na

H OH H

При этом образуются бисульфитные производные. Эту реакцию используют для очистки альдегидов и кетонов и выделения их из примесей.

3.Присоединение синильной кислоты. При этом образуются α- оксинитрилы, которые являются промежуточными продуктами синтеза оксикислот, аминокислот:

OH

RC = O + HCN RCC =N

H H

α- оксинитрил

4. Присоединение аммиака NH3. При этом образуются оксиамины.

R – C = O + H – NH2 CH3 – CH – NH2

H OH

Оксиамин

5. Присоединение магнийгалогенорганических соединений (реактив Гриньяра). Реакцию используют для получения спиртов.

6.Присоединение спиртов (безводных). При этом первоначально образуются полуацетали (как обычная реакция присоединения). Затем при нагревании с избытком спирта образуются ацетали (как простые эфиры).



RC = O + СН3 – ОН RCН – О – СН3 +СН3ОН RCН – О – СН3

H ОН О – СН3

полуацеталь ацеталь

В природе очень много соединений полуацетального и ацетального характера, особенно среди углеводов (сахаров).

Реакции замещения

Кислород карбонильных групп может замещаться на галогены и некоторые азотсодержащие соединения.

1.Замещение галогенами. Происходит при действии на альдегиды и кетоны фосфорных соединений галогенов PCL3 и PCL5. При действии же свободными галогенами замещается водород в углеводородном радикале при α-углеродном атоме.

+ PCL5 CH3 – CH2 – CH –CL2 + POCL3

СН3 – СН2 – С = О 1,1-дихлорпопин (фосфора хлорокись)

Н +CL2 CH3 – CH – CH = O + HCL

пропаналь CL

α-монохлорпропионовый альдегид

2.Реакция с гидроксиамином NH2OH. При этом образуются окислы альдегидов (альдоксилы) и кетонов (кетоксины).

СН3 – СН = О + Н2NOH CH3CHNOH + H2O

уксусный альдегид оксиэтаналь

Эту реакцию применяют для количественного определения карбоксильных соединений.

3.Реакция с гидразином NH2NH2 . Продуктами реакции являются гидразины (когда реагирует одна молекула альдегида или кетона) и азины (когда реагируют две молекулы).

СН3 – СН = О + NH2NH2 СН3 – СН = NNH2

этаналь гидразин гидразин этаналь

СН3 – СН = NNH2 + О = СН – СН3 СН3 – СН =NN = НС – СН3

азин этаналь (альдазин)

4.Реакции с фенилгидразином. С6Н5NHNH2 . Продуктами реакции являются фенилгидразины.

СН3 – СН = О + Н2NNHC6H5 CH3CH = NNHC6H5

Фенилгидразонэтаналь

Окислы, гидразины, азины, фенилгидразины – твердые кристаллические вещества с характерными температурами плавления, по которым определяют природу (строение) карбонильного соединения.

Реакции полимеризации

Характерны только для альдегидов. Но и то, только газообразные и летучие альдегиды (муравьиный, уксусный) подвергаются полимеризации. Это очень удобно при хранении этих альдегидов. муравьиный альдегид полимеризуется в присутствии серной кислоты или соляной, при нормальной температуре. Коэффициент полимеризации n=10-50. Продукт полимеризации – твердое вещество, называется – полиоксиметилен (формалин).



Н Н Н Н

Н – С = О – С – О – С – О – ...– С – … – С – О –

Н Н Н Н Н n

Полиоксиметилен

Это твердое вещество, но его можно превратить в муравьиный альдегид, разбавляя водой и слегка подогревая.

Уксусный альдегид под влиянием кислот образует жидкий циклический триммер- паральдозу и твердый тетрамер – метальдозу («сухой спирт»).

3 СН3 – СН = О О

СН3 - НС СН – СН3

О О

СН – СН3

паральдегид

4 СН3 – СН = О СН3 – НС О

О СН – СН3

СН5 – НС О

О СН – СН3

Метальдегид

Реакции конденсации

1.Альдегиды в слабо основной среде (в присутствии ацетона калия, поташа, сульфата калия) подвергаются альдольной конденсации с образованием альдегидо - спиртов, сокращенно называемых альдолями. Разработана эта реакция химиком А.П. Бородиным (он же композитор). В реакции участвует одна молекула своей карбонильной группой, а другая молекула водородом при α- углеродном атоме.

СН3 – СН = О + НСН2 – СН = О СН3 – СН – СН2 – СН = О

ОН альдоль

(3 – оксибутаналь или β-оксимасляный альдегид)

СН3 – СН – СН2 – СН = О + НСН2 – СН = О СН3 – СН – СН2 – СН – СН2 –СН =О

ОН ОН ОН

гексенциол-3,5-аль

С каждым разом увеличивается число групп ОН. Получается альдегидная смола при уплотнении большого числа молекул.

2. Кротоновая конденсация . для альдегидов она является продолжением альдольной конденсации, то есть при нагревании альдоль отщепляет воду с образованием непредельного альдегида.

СН3 – СН – СН2 – СН = О СН3 – СН = СН – С = О

ОН ОН

кротоновый альдегид

Рассмотрим эти реакции для кетонов.

СН3 – С = О + НСН2 – С = О СН3 – С – СН2 – С = О СН3 – С = СН – С = О

СН3 СН3 ОН СН3 СН3 СН3 СН3

4 – окси – 4 – метилпентанон-2 4 – метилпентан -3-он-2

3.Сложноэфирная конденсация. Характерна только для альдегидов. Разработана В.Е.Тищенко. протекает в присутствии катализаторов алкоголятов алюминия (CH3CH2O)3 AL.

CH3CH = O + O = HCCH3 CH3 – СН2 – О – С = О

СН3

уксусноэтиловый эфир

Они содержат в углеводородном радикале двойную связь. Представители:

1.СН2 = СН – СН =О – пропен-2-аль - акриловый альдегид или акролеин

2.СН3 – СН = СН – СН = О – бутен – 2 – аль - кротоновый альдегид

Акролеин иначе называют чад, он получается при нагревании горении жиров. В химическом отношении непредельные альдегиды обладают всеми свойствами предельных по карбонильной группе, а за счет двойной связи в радикале могут вступать в реакции присоединения.

У этих альдегидов сопряженная система двойных связей, поэтому в химическом отношении они отличаются реакциями присоединения. Присоединение водорода, галогенов, галогенводородов происходит по концам сопряженной системы.

Электронная плотность смещена к кислороду и к нему направляются положительно заряженная часть реагента, а к положительно поляризованному углероду – отрицательная часть реагента.

СН2+ = СН-СН+= О- + Н+: Br- CH2 – CH = CH – OH CH2 – CH2 – CH = O

Br Br

3-бромпропаналь

Образующаяся при этом енольная форма альдегида немедленно превращается в более устойчивую карбонильную форму. Таким образом присоединение галогенводородов в радикал идет против правила Марковникова.

Ароматические альдегиды

Представители С6Н5 –СН = О – бензойный альдегид. Это жидкость с запахом горького миндаля, содержится в косточках слив, вишен, диких абрикос и других плодах.



Список использованной литературы

  1. Гранберг И.И. Органическая химия. - М., 2002

  2. Ким А.М. Органическая химия. - Новосибирск, 2007

Похожие работы:

  • Альдегиды

    Реферат >> Химия
    ... делятся на альдегиды и кетоны Строение карбонильной группы C=O. Свойства альдегидов и кетонов определяются строением ... Ацетофенон Генетическая связь альдегидов. 2. Номенклатура альдегидов и кетонов. Систематические названия альдегидов строят по названию ...
  • Альдегиды и кетоны: общие сведения и способы получения

    Контрольная работа >> Химия
    ... низшие альдегиды и кетоны представляют собой подвижные жидкости. Температуры кипения альдегидов и кетонов ниже температур ... соединения вступают в реакции нуклеофильного присоединения к альдегидам и кетонам с образованием алкоксидов, гидролизующихся в спирты: ...
  • Развитие, становление и основные аспекты фармации

    Книга >> Медицина, здоровье
    ... которые реагируют с компонентами реактива. Например, альдегиды и кетоны взаимодействуют с метанолом, образуя ацетали (кетали ... синтезированных веществ [взаимодействие гидразинов (гидразидов) с альдегидами (кетонами)] используют изониазид, фтивазид, метазид и ...
  • Программа для поступающих в вузы (ответы)

    Реферат >> Химия
    ... с двумя органическими радикалами, называются кетонами. В функциональной группе альдегидов и кетонов связь между углеродом и кислородом ... альдегиды и кетоны хорошо растворимы в воде. Низшие альдегиды обладают резким запахом, многие высшие альдегиды и кетоны ...
  • Гидроксикарбонильные соединения. Дикарбоновые кислоты

    Учебное пособие >> Химия
    ... натрия. Галогенирование, галоформная реакция Насыщенные альдегиды и кетоны при взаимодействии с галогенами дают ... в -положении к карбонильной группе: Реакции галогенирования альдегидов и кетонов имеют следующие характерные особенности: - скорости ...
  • Густой дым как поток продуктов горения

    Научная работа >> Химия
    ... продуктов: карбоновых кислот, кетонов, альдегидов, спиртов. Например, при ... жиры, некоторые углеводороды растворяются альдегидами и кетонами. Однако, взаимное сочетание ... 17 – 22% соединений разных классов (альдегидов, кетонов, сложных эфиров и т.д.) 5 – 6% ...
  • Разработка технологической линии получения водки производительностью 2000 л/сутки

    Курсовая работа >> Промышленность, производство
    ... ряда и их кислотсодержащие производные: спирты, альдегиды, кетоны, сложные эфиры и окиси. Терпены относятся ... радикалами, то это будет кетон. К ненасыщенным алифатическим альдегидам относятся цитраль и цитронеллаль. Цитраль ...
  • Жидкофазное и газофазное гидрирование углеводородов

    Реферат >> Химия
    ... промежуточных стадий. Так, карбоновые кислоты, альдегиды и кетоны восстанавливаются последовательно в спирты и углеводороды: а нитрилы ... группе, в связи с чем, ненасыщенные и ароматические альдегиды, кетоны, карбоновые кислоты и другие вещества гидрируются ...
  • Соединения, изолируемые перегонкой с водяным паром: кетоны - ацетон

    Реферат >> Химия
    ... конденсироваться с фурфуролом и некоторыми другими альдегидами (ванилин, салициловый альдегид) с образованием окрашенных соединений: ... обнаружения ацетона. Ее дают некоторые альдегиды и кетоны. 4. Реакция с о – нитробензальдегидом. При взаимодействии ...