المركبات المحتوية على الأكسجين

مركبات الكربونيل
الألدهيدات و

المركبات العضوية التي تحتوي جزيئاتها على مجموعة الكربونيلتسمى مركبات الكربونيل. اعتمادا على طبيعة البدائل المرتبطة بمجموعة الكربونيل، تنقسم مركبات الكربونيل إلى ألدهيدات، وكيتونات، الأحماض الكربوكسيليةومشتقاتها الوظيفية.

الألدهيدات

الألدهيدات عبارة عن مركبات عضوية تحتوي على مجموعة كربونيل ترتبط فيها ذرة كربون بجذر وذرة هيدروجين واحدة، وهي الصيغة العامة للألدهيدات. الاستثناء هو ألدهيد الفورميك، حيث كما يتبين،ر= ح.

الايزومرية

تتميز الألدهيدات بإيزومرية الجذر الهيدروكربوني، والتي يمكن أن تحتوي إما على سلسلة عادية (غير متفرعة) أو سلسلة متفرعة، بالإضافة إلى الأيزومرية بين الطبقات مع الكيتونات.على سبيل المثال ،

يا ثانيا CH 3 –CH 2 –CH 2 –C أنا ح	يا ثانيا CH3-CH-C أنا أنا ح سي 3	يا ثانيا CH 3 –CH 2 –C	– الفصل 3
بوتيرالديهيد أو بوتانال	ايزو النفط ألدهيد أو 2-ميثيل-بروبانال	ميثيل إيثيل كيتون أو بيوتانون-2

إيصال

1. الطرق الأكثر استخدامًا لإنتاج الألدهيدات هي الأكسدة ونزع الهيدروجين الحفزي للكحولات الأولية.

أ) أكسدة الكحولات الأولية.
كما ترون، المزيد من الأكسدة تنتج الأحماض. لقد تم بالفعل تقديم هذه التفاعلات عند النظر في الخواص الكيميائية للكحوليات.

ب) نزع الهيدروجين من الكحولات الأولية. يتم التفاعل عن طريق تمرير بخار الكحول على درجة حرارة 200-300° باستخدام محفز يستخدم النحاس والنيكل والكوبالت وما إلى ذلك.

2. تم تطوير طريقة لإنتاج الأسيتالديهيد عن طريق أكسدة الإيثيلين مع الأكسجين الجوي في وجود أملاح النحاس والبلاديوم.

3. يتم الحصول على الأسيتالديهيد عن طريق ترطيب الأسيتيلين باستخدام تفاعل كوتشيروف.

		يا ثانيا
HC ° CH + H 2 O –– HgSO 4 ® –– ® CH 3 –C
	لوم صيد السمك الكحول	أنا ح الخليك ألدهيد

لقد تم بالفعل دراسة رد فعل كوتشيروف بالتفصيل عند دراسة الخواص الكيميائية لهيدروكربونات الأسيتيلين.

4. يتم الحصول على الألدهيدات عن طريق التحلل المائي لمشتقات ثنائي الهالوجين من الهيدروكربونات، ولكن فقط تلك التي توجد فيها ذرات الهالوجين في إحدى ذرات الكربون الطرفية.

CH 3 –CH 2 –		2H2O® + 2 حمض الهيدروكلوريك
1،1-ثنائي كلوروبروبان		1،1-بروبانديول | | ¯

عندما يؤثر الماء على ثنائي هالو ألكيل في بيئة قلوية أو حمضية، فإن تفاعل التحلل المائي الخاص به يمر بمرحلة التكوين كحول ثنائي هيدروليكتحتوي على مجموعتي هيدروكسيل على ذرة كربون واحدة.
بسبب عدم استقرارها، تفقد هذه الكحولات الماء في وقت التكوين وتشكل الألدهيدات.

الخصائص الفيزيائية

أبسط الألدهيد هوفورميك - غاز ذو رائحة نفاذة جداً. الألدهيدات السفلية الأخرى هي سوائل شديدة الذوبان في الماء. الألدهيدات لها رائحة خانقة، والتي عند تخفيفها مرارا وتكرارا، تصبح لطيفة، تذكرنا برائحة الفاكهة. تغلي الألدهيدات عند درجة حرارة أقل من الكحوليات التي لها نفس عدد ذرات الكربون. هذاج المتعلقة بغياب الألدهيدات روابط هيدروجينية. وفي الوقت نفسه، تكون درجة غليان الألدهيدات أعلى من درجة غليان الهيدروكربونات المقابلة في الوزن الجزيئي، وذلك بسبب القطبية العالية للألدهيدات.
يوضِّح الجدول الخواص الفيزيائية لبعض الألدهيدات.

طاولة . الخصائص الفيزيائية لبعض الألدهيدات

اسم	معادلة	ر ° يغلي. درجة مئوية	ر ° ر.، درجة مئوية	د 4 20
الفورميك ألدهيد	يا ثانيا ح-ج أنا ح	92,0	21,0	0,815 (في 20درجة مئوية)
الخليك ألدهيد	يا ثانيا CH3-C أنا ح	123,5	21,0	0,780
البروبيونيك ألدهيد	يا ثانيا CH 3 – CH 2 – ج أنا ح	102,0	48,8	0,807
زيت ألدهيد	يا ثانيا CH 3 –CH 2 –CH 2 –C أنا ح	99,0	75,7	0,817
ايزو الزيتية ألدهيد	يا ثانيا CH3-CH-C أنا أنا CH3H	65,9	64,0	0,794

الخواص الكيميائية

تتميز الألدهيدات بالتفاعلية العالية. معظم ردود أفعالهم ترجع إلى وجود مجموعة الكربونيل. ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل موجودة في الحالةس 2 - التهجين والأشكال الثلاثةس - الاتصالات (أحدها التواصلج – أو ) والتي تقع في نفس المستوى بزاوية 120 درجة° لبعضهم البعض.

مخطط هيكل مجموعة الكربونيل

الرابطة المزدوجة لمجموعة الكربونيل تشبه في طبيعتها الفيزيائية الرابطة المزدوجة بين ذرات الكربون، أي هذا الاتحادق- و ص - الروابط التي يتكون آخرها من إلكترونات p من ذرات الكربون والأكسجين. بسبب زيادة السالبية الكهربية لذرة الأكسجين مقارنة بذرة الكربونج = س عالية الاستقطاب بسبب التحول في كثافة الإلكترونص - روابط لذرة الأكسجين ونتيجة لذلك سلبية جزئية (د - ) وعلى ذرة الكربون – إيجابية جزئية (د + ) الرسوم : .

بسبب الاستقطاب، فإن ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل لها خصائص محبة للكهرباء وقادرة على التفاعل مع الكواشف المحبة للنواة. أهم تفاعلات الألدهيدات هي تفاعلات الإضافة النووية رابطة مزدوجةمجموعة الكاربونيال.

1. أحد التفاعلات النموذجية لإضافة الألدهيدات محبة للنواةيكون إضافة حمض الهيدروسيانيك، مما يؤدي إلى تشكيلأ - أوكسينيتريل.

يستخدم هذا التفاعل لإطالة سلسلة الكربون وإنتاجهأ- أحماض الهيدروكسي.

2. إضافة هيدروسلفيت الصوديوميعطي مواد بلورية، تسمى عادة مشتقات هيدروسلفيت من الألدهيدات.

يتم تحلل المشتقات المذكورة بسهولة في أي بيئة، مما يؤدي إلى مركب الكربونيل الأصلي. وهكذا، عندما يتم تسخين مشتق هيدروكبريتيت من الأسيتالديهيد بمحلول الصودا، يتم تشكيل الأسيتالديهيد نفسه.

تستخدم هذه الخاصية في تنقية الألدهيدات وعزلها عن المخاليط.

3. إضافة الكحولياتالألدهيدات يؤدي إلى تكوين مركبات نصف الأسيتالحيث ترتبط ذرة الكربون بكل من الهيدروكسيل (–OH) والألكوكسي (–Oر ) في مجموعات.

عندما يتم معالجة نصف الأسيتال بكمية زائدة من الكحول في بيئة حمضية، يتم تشكيل الأسيتال - وهي مركبات ترتبط فيها ذرة الكربون بمجموعتين من الألكوكسي (يشبه التفاعل تخليق الإيثرات من الكحوليات).

على عكس الإيثرات، يتم تحلل الأسيتال بواسطة الأحماض لتكوين الكحول والألدهيد.

4. إضافة الهيدروجينيتم إجراء عملية الألدهيدات في وجود المحفزات (ني، كو، بي دي الخ) ويؤدي إلى تكوين الكحولات الأولية.

يتم استخدام هيدريد ألومنيوم الليثيوم بشكل متزايد كعامل اختزال. LiAlH4 وبوروهيدريد الصوديوم NaBH4.
بالإضافة إلى تفاعلات الإضافة في مجموعة الكربونيل، تتميز الألدهيدات أيضًا بتفاعلات الأكسدة.

5. الأكسدة . تتأكسد الألدهيدات بسهولة لتكوين الأحماض الكربوكسيلية المقابلة.

أ) محلول الأمونيا من أكسيد الفضة[حج (NH3)2] أوه عند تسخينه مع الألدهيدات، فإنه يؤكسد الألدهيد إلى حمض (على شكل ملح الأمونيوم) لتكوين الفضة المعدنية الحرة. يتم وضع الفضة المختزلة في طبقة رقيقة على جدران الوعاء الكيميائي الذي يتم فيه التفاعل، ويتم الحصول على مرآة فضية. وهذا التفاعل، الذي يُطلق عليه اسم "المرآة الفضية"، يخدم رد فعل نوعيإلى الألدهيدات.

ب) رد فعل مميز آخر هو أكسدة الألدهيدات مع هيدروكسيد النحاس (الثاني).

عند تسخين هيدروكسيد النحاس الأزرق (ثانيا ) مع محلول الأسيتالديهيد، راسب أحمر من أكسيد النحاس (أنا ). في هذه الحالة، يتأكسد الأسيتالديهيد إلى حمض الأسيتيك، ويتم اختزال النحاس بحالة أكسدة +2 إلى نحاس بحالة أكسدة +1. يحتل ألدهيد الفورميك (الفورمالدهيد). مكان خاصفي سلسلة الألدهيدات. بسبب عدم وجود جذري في ألدهيد الفورميك، فإنه يحتوي على بعض خصائص محددة. على سبيل المثال، يتأكسد الفورمالديهايد إلى ثاني أكسيد الكربونثاني أكسيد الكربون 2 .
يتبلمر الفورمالديهايد بسهولة ليشكل بوليمرات حلقية وخطية. وبالتالي، في بيئة حمضية، فإنه يشكل قاطعًا دوريًا - ثلاثي أوكسي ميثيلين.

يشكل الفورمالديهايد الغازي الجاف في وجود المحفزات بوليفورمالدهيد عالي الوزن الجزيئي. تشبه بلمرة الفورمالديهايد بلمرة الألكينات.

او –– كات ®

ح أنا …-ج أنا ح

ح أنا –س–ج–س–… أنا ح

––––– ®

…–H 2 C –O (H 2 C – O) n H 2 C – O –…

في المحاليل المائية، يشكل الفورمالديهايد بوليمر يسمى بارافورم.

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

من الأهمية العملية الخاصة تفاعل التكثيف المتعدد للفورمالدهيد مع الفينول لتكوين راتنجات الفينول فورمالدهايد. عندما تعمل المحفزات القلوية أو الحمضية على خليط من الفينول والفورمالدهيد، يحدث التكثيف في المواضع أورثو وبارا.

ويحدث نمو الجزيء بسبب تكثيف الفينول مع الفورمالديهايد عند درجة الحرارة العادية في الاتجاه الخطي.

					CH2OH /

إلخ.
باختصار، يمكن تصوير تفاعل التكثيف المتعدد للفينول مع الفورمالديهايد بالطريقة الآتية:

		س+(ن+1)		عامل حفاز			NH2O
				–––––––– ®

راتنجات الفينول فورمالدهايد هي أول راتنجات صناعية صناعية؛ وقد بدأ إنتاجها تحت اسم "الباكليت" لأول مرة في عام 1909. تستخدم راتنجات الفينول فورمالدهايد في إنتاج أنواع مختلفة من البلاستيك. عندما يتم دمجها مع مواد حشو مختلفة، تسمى هذه المواد البلاستيكية الفينولية. وبالإضافة إلى ذلك، تستخدم راتنجات الفينول فورمالدهايد في صناعة المواد اللاصقة والورنيشات المختلفة، ومواد العزل الحراري، والبلاستيك الخشبي، وقوالب الصب، وما إلى ذلك.

طلب

لقد سبق أن ذكر الكثير عن استخدام الفورمالديهايد. بالإضافة إلى ذلك، يتم استخدامه لإنتاج راتنجات اليوريا عن طريق التفاعل مع اليوريا، وعلى أساسها يتم إنتاج المواد البلاستيكية اللازمة لاحتياجات الهندسة الكهربائية. تستخدم محاليل الفورمالديهايد (الفورمالين) في صناعة الدباغة لدباغة الجلود، ولتطهير مخازن الحبوب والخضروات، والدفيئات الزراعية، والمشاتل، ولمعالجة البذور قبل البذر، لتخزين المستحضرات التشريحية، وكذلك في إنتاج بعض الأدوية.
الأسيتالديهيد هو المادة الأولية للإنتاج الصناعي لحمض الأسيتيك وأنهيدريد الأسيتيك والكحول الإيثيلي وخلات الإيثيل وغيرها من المنتجات القيمة، وعندما يتم تكثيفه بالأمينات والفينول والراتنجات الاصطناعية المختلفة.

الكيتونات

الكيتونات عبارة عن مركبات ترتبط فيها مجموعة الكربونيل بجذرين هيدروكربونيين. صيغة عامةالكيتونات، حيث ر قد يتزامن معص".

الايزومرية

تتميز الكيتونات بإيزومرية الجذور الهيدروكربونية، وإيزومرية موضع مجموعة الكربونيل، وإيزومرية بين الطبقات مع الألدهيدات.

إيصال

تقريبًا جميع طرق التحضير المذكورة سابقًا للألدهيدات (انظر """) تنطبق أيضًا على الكيتونات.

1. أكسدة الكحولات الثانوية.

2. نزع الهيدروجين من الكحولات الثانوية.

3. ترطيب متجانسات الأسيتيلين (تفاعل كوتشيروف).

4. التحلل المائي للهيدروكربونات المهلجنةتحتوي على ذرتي الهالوجين في إحدى ذرات الكربون الوسطى في السلسلة.

الفصل 3 –	Cl أنا ج – CH 3(2،2-ثنائي كلوروبروبان)+ 2H2O® (2،2-بروبانديول) + 2 حمض الهيدروكلوريك
		الفصل 3 –	يا ثانيا ج – CH 3 + H 2 O (ثنائي ميثيل كيتون (الأسيتون))

5. يتم الحصول على الكيتونات أيضًا عن طريق الانحلال الحراري لأملاح الكالسيوم للأحماض الكربوكسيلية عند تسخينها.يا
ثانيا
CH3-C
أنا
يا

الخصائص الفيزيائية

الكيتونات السفلية هي سوائل قابلة للذوبان في الماء بسهولة. في الأساس، الكيتونات لها رائحة طيبة، تذكرنا بالزهور. مثل الألدهيدات، تغلي الكيتونات عند درجة حرارة أقل من الكحوليات المقابلة لها، ولكنها أعلى من الهيدروكربونات. يتم عرض الخصائص الفيزيائية لبعض الكيتونات في الجدول.

طاولة. الخصائص الفيزيائية لبعض الكيتونات

اسم	معادلة	ر ° ر.، درجة مئوية	ر ° يغلي. درجة مئوية	د 4 20
الأسيتون (ثنائي ميثيل كيتون) 42,0	102,7	0,816

الخواص الكيميائية

مثل الألدهيدات، تتميز الكيتونات بتفاعلية عالية. كلما زادت الشحنة الموجبة على ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل، زاد النشاط الكيميائي للألدهيدات والكيتونات. الجذور التي تزيد هذه الشحنة الموجبة تزيد بشكل حاد من تفاعل الألدهيدات والكيتونات، في حين أن الجذور التي تقلل الشحنة الموجبة لها تأثير معاكس. في الكيتونات، هناك مجموعتان من الألكيل تتبرعان بالإلكترون، مما يوضح سبب كون الكيتونات أقل نشاطًا في تفاعلات الإضافة المحبة للنواة مقارنة بالألدهيدات.
تمت مناقشة أمثلة تفاعلات هذا النوع للألدهيدات بالتفصيل سابقًا (انظر " ")، لذلك، مع إعطاء بعض الأمثلة على تفاعلات الإضافة المحبة للنواة في مجموعة الكربونيل من الكيتونات، سننتبه فقط إلى الاختلافات في خواصها الكيميائية عن الألدهيدات.

1. إضافة حمض الهيدروسيانيك.

ر \ ج = س(كيتون) + H– CN – KCN ® CH 3 – / R' (كيتون) + H SO 3 Na ® R – / ص'

أوه أنا C-SO3Na (هيدروسلفيتمشتق الكيتون) أنا ص'

تجدر الإشارة إلى أن كيتونات الميثيل فقط هي التي تتفاعل مع هيدروسلفيت الصوديوم، أي أن الكيتونات التي تحتوي على المجموعة CH3.

3. بالمقارنة مع الألدهيدات، الكيتونات لا تتفاعل مع الكحول.

4. إضافة الهيدروجين. تؤدي إضافة الهيدروجين إلى الكيتونات إلى تكوين كحولات ثانوية.

5. تعتبر أكسدة الكيتونات أكثر صعوبة من أكسدة الألدهيدات. الأكسجين الموجود في الهواء والعوامل المؤكسدة الضعيفة لا يؤدي إلى أكسدة الكيتونات. الكيتونات لا تعطي تفاعل "المرآة الفضية" ولا تتفاعل مع هيدروكسيد النحاس (ثانيا ). عند التعرض لعوامل مؤكسدة قوية في ظل ظروف قاسية، يتم تدمير سلسلة الكربون لجزيء الكيتون بالقرب من مجموعة الكربونيل وتتشكل الأحماض (أحيانًا كيتونات، اعتمادًا على بنية الكيتون الأصلي) مع عدد أقل من ذرات الكربون.

طلب

الأوسع تطبيق الصناعيلديه أبسط ممثل للكيتونات - الأسيتون. الأسيتون هو مذيب قيم يستخدم في صناعة الطلاء والورنيش، وفي إنتاج الحرير الاصطناعي، والأفلام، والمساحيق عديمة الدخان. كما أنه بمثابة مادة خام في إنتاج حمض الميثاكريليك، ميثاكريلات الميثيل (إنتاج الزجاج العضوي غير القابل للكسر)، ميثيل إيزوبوتيل كيتون، إلخ.

نهاية القسم

هيكل الألدهيدات والكيتونات

الألدهيدات- المواد العضويةالتي تحتوي جزيئاتها مجموعة الكاربونيال:

متصلة بذرة الهيدروجين وجذر الهيدروكربون. الصيغة العامة للألدهيدات هي:

في أبسط الألدهيد، تلعب ذرة هيدروجين أخرى دور جذر الهيدروكربون:

الفورمالديهايد

غالبًا ما تسمى مجموعة الكربونيل المرتبطة بذرة الهيدروجين الألدهيدات:

الكيتونات هي مواد عضوية ترتبط في جزيئاتها مجموعة الكربونيل بجذرين هيدروكربونيين. من الواضح أن الصيغة العامة للكيتونات هي:

تسمى مجموعة الكربونيل من الكيتونات مجموعة الكيتو.

في أبسط الكيتونات، الأسيتون، ترتبط مجموعة الكربونيل بجذري الميثيل:

التسميات والأيزومرية للألدهيدات والكيتونات

اعتمادا على بنية الجذر الهيدروكربوني المرتبط بمجموعة الألدهيد، هناك المشبعة وغير المشبعة والعطرية والحلقية غير المتجانسة والألدهيدات الأخرى:

وفقا لتسميات IUPAC، الأسماء الألدهيدات المشبعةتتشكل من اسم ألكان يحتوي على نفس عدد ذرات الكربون لكل جزيء باستخدام اللاحقة -al. على سبيل المثال:

الترقيمتبدأ ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية بذرة الكربون في مجموعة الألدهيد. ولذلك، فإن مجموعة الألدهيد تقع دائما عند ذرة الكربون الأولى، وليس هناك حاجة للإشارة إلى موقعها.

إلى جانب التسميات المنهجية، تُستخدم أيضًا أسماء تافهة للألدهيدات المستخدمة على نطاق واسع. عادة ما تكون هذه الأسماء مشتقة من أسماء الأحماض الكربوكسيلية المقابلة للألدهيدات.

للحصول على اللقب الكيتوناتوفقًا للتسميات المنهجية، يتم تحديد مجموعة الكيتو باللاحقة -هوورقم يشير إلى عدد ذرة الكربون من مجموعة الكربونيل (يجب أن يبدأ الترقيم من نهاية السلسلة الأقرب إلى مجموعة الكيتو).

على سبيل المثال:

ل الألدهيداتهناك نوع واحد فقط من الايزومرية الهيكلية - ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني، وهو أمر ممكن مع البوتانال، و الكيتونات- أيضًا ايزومرية موقع مجموعة الكربونيل. وبالإضافة إلى ذلك، فهي تتميز أيضا الايزومرية بين الطبقات(البروبانال والبروبانون).

الخصائص الفيزيائية للألدهيدات والكيتونات

في جزيء الألدهيد أو الكيتون، بسبب زيادة السالبية الكهربية لذرة الأكسجين مقارنة بذرة الكربون، تنشأ الرابطة C=O مستقطب للغايةبسبب التحول في كثافة الإلكترون للرابطة π إلى الأكسجين:

الألدهيدات والكيتونات - المواد القطبية الزائدة كثافة الإلكتروناتعلى ذرة الأكسجين. الأعضاء السفلية في سلسلة الألدهيدات والكيتونات (الفورمالدهيد، الأسيتالديهيد، الأسيتون) قابلة للذوبان في الماء بشكل غير محدود. نقاط غليانها أقل من تلك الخاصة بالكحولات المقابلة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في جزيئات الألدهيدات والكيتونات، على عكس الكحول، لا توجد ذرات هيدروجين متحركة ولا تشكل روابط هيدروجينية.

الألدهيدات السفلية لها رائحة نفاذة. الألدهيدات التي تحتوي على أربع إلى ست ذرات كربون في السلسلة لها رائحة كريهة؛ الألدهيدات والكيتونات الأعلى لها روائح زهرية وتستخدم في صناعة العطور.

يحدد وجود مجموعة الألدهيدات في الجزيء الخصائص المميزة للألدهيدات.

ردود الفعل الانتعاش.

1. إضافة الهيدروجينيحدث لجزيئات الألدهيد عبر رابطة مزدوجة في مجموعة الكربونيل:

ناتج هدرجة الألدهيدات هو كحولات أولية، والكيتونات هي كحولات ثانوية.

وهكذا، أثناء هدرجة الأسيتالديهيد على محفز النيكل، الإيثانولعند هدرجة الأسيتون - 2-بروبانول.

2. هدرجة الألدهيدات- تفاعل اختزال تقل فيه حالة أكسدة ذرة الكربون الموجودة في مجموعة الكربونيل.

تفاعلات الأكسدة.

لا يمكن اختزال الألدهيدات فحسب، بل أكسدتها أيضًا. عندما تتأكسد الألدهيدات تشكل الأحماض الكربوكسيلية. يمكن تمثيل هذه العملية تخطيطيًا على النحو التالي:

1. الأكسدة بواسطة الأكسجين الجوي.على سبيل المثال، يتكون حمض البروبيونيك من ألدهيد البروبيونيك (البروبانال):

2. الأكسدة مع عوامل مؤكسدة ضعيفة(محلول الأمونيا من أكسيد الفضة). وبشكل مبسط يمكن التعبير عن هذه العملية بمعادلة التفاعل:

على سبيل المثال:

تنعكس هذه العملية بشكل أكثر دقة في المعادلات:

إذا تم إزالة الشحوم من سطح الوعاء الذي يتم فيه التفاعل مسبقًا، فإن الفضة المتكونة أثناء التفاعل تغطيه بطبقة رقيقة متساوية. لذلك، يسمى هذا التفاعل تفاعل "المرآة الفضية". يستخدم على نطاق واسع لصنع المرايا والزخارف الفضية وزينة شجرة عيد الميلاد.

3. الأكسدة بهيدروكسيد النحاس (II) المترسب حديثًا.عن طريق أكسدة الألدهيد، يتم تقليل Cu 2+ إلى Cu +. يتحلل هيدروكسيد النحاس (I) CuOH المتكون أثناء التفاعل على الفور إلى أكسيد النحاس الأحمر (I) والماء.

رد الفعل هذا، تماما مثل رد الفعل " مرآة الفضة"، يستخدم للكشف عن الألدهيدات.

لا تتأكسد الكيتونات سواء بواسطة الأكسجين الجوي أو بواسطة عامل مؤكسد ضعيف مثل محلول الأمونيا من أكسيد الفضة.

الخواص الكيميائية للألدهيدات والأحماض - ملخص

الممثلين الفرديين للألدهيدات وأهميتها

الفورمالديهايد(الميثانال، ألدهيد الفورميك HCHO) - غاز عديم اللونذو رائحة نفاذة ودرجة غليان -21 درجة مئوية، قابل للذوبان في الماء. الفورمالديهايد سام! يسمى محلول الفورمالديهايد في الماء (40٪) بالفورمالديهايد ويستخدم في تطهير الفورمالديهايد والخل. في زراعةويستخدم الفورمالين في معالجة البذور وفي صناعة الجلود لمعالجة الجلود. يستخدم الفورمالديهايد لإنتاج ميثينامين- مادة طبية. في بعض الأحيان يتم استخدام الميثينامين المضغوط على شكل قوالب كوقود (كحول جاف). يتم استهلاك كمية كبيرة من الفورمالديهايد في إنتاج راتنجات الفينول فورمالدهايد وبعض المواد الأخرى.

الأسيتالديهيد(إيثانال، أسيتالديهيد CH 3 CHO) - سائل ذو رائحة نفاذة كريهة ونقطة غليان 21 درجة مئوية، شديد الذوبان في الماء. يتم إنتاج حمض الأسيتيك وعدد من المواد الأخرى من الأسيتالديهيد على نطاق صناعي، ويتم استخدامه لإنتاج المواد البلاستيكية المختلفة وألياف الأسيتات. الأسيتالديهيد سام!

مجموعة الذرات -

مُسَمًّى مجموعة الكربوكسيل، أو الكربوكسيل.

الأحماض العضوية التي تحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة في الجزيء هي أحادي القاعدة.

الصيغة العامة لهذه الأحماض هي RCOOH، على سبيل المثال:

تسمى الأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على مجموعتين كربوكسيل ثنائي القاعدة. وتشمل هذه، على سبيل المثال، أحماض الأكساليك والسكسينيك:

هناك أيضا متعدد الأساسيالأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على أكثر من مجموعتين كربوكسيل. وتشمل هذه، على سبيل المثال، حامض الستريك تريباسيك:

اعتمادًا على طبيعة الجذر الهيدروكربوني، تنقسم الأحماض الكربوكسيلية إلى: مشبعة، غير مشبعة، عطرية.

حد، أو الأحماض الكربوكسيلية المشبعة، على سبيل المثال، حمض البروبانويك (البروبيونيك):

أو حمض السكسينيك المألوف بالفعل.

من الواضح أن الأحماض الكربوكسيلية المشبعة لا تحتوي على روابط π في جذري الهيدروكربون.

في جزيئات الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة، ترتبط مجموعة الكربوكسيل بجذر هيدروكربون غير مشبع وغير مشبع، على سبيل المثال، في جزيئات الأكريليك (البروبين)

CH 2 = CH-COOH

أو الأوليك

CH 3 -(CH 2) 7 -CH=CH-(CH 2) 7 -COOH

والأحماض الأخرى.

كما يتبين من صيغة حمض البنزويك، فهو كذلك عطريةلأنه يحتوي على حلقة عطرية (بنزين) في الجزيء:

اسم الحمض الكربوكسيلي مشتق من اسم الألكان المقابل (ألكان له نفس عدد ذرات الكربون في الجزيء) مع إضافة اللاحقة -س— النهايات -و اناوالكلمات حامض. ترقيم ذرات الكربون يبدأ بمجموعة الكربوكسيل. على سبيل المثال:

تتم الإشارة إلى عدد مجموعات الكربوكسيل في الاسم بالبادئات ثنائي، ثلاثي، رباعي:

العديد من الأحماض لها أيضًا أسماء ثابتة تاريخيًا أو تافهة.

سيتم التعبير عن تركيبة الأحماض الكربوكسيلية أحادية القاعدة المشبعة بالصيغة العامة ج ن ح 2 ن يا 2، أو C ن H 2n+1 COOH، أو RCOOH.

الخصائص الفيزيائية للأحماض الكربوكسيلية

الأحماض السفلية، أي الأحماض ذات الوزن الجزيئي الصغير نسبيًا والتي تحتوي على ما يصل إلى أربع ذرات كربون لكل جزيء، هي سوائل ذات رائحة نفاذة مميزة (على سبيل المثال، رائحة حمض الأسيتيك). الأحماض التي تحتوي على من 4 إلى 9 ذرات كربون هي سوائل زيتية لزجة ذات رائحة كريهة؛ تحتوي على أكثر من 9 ذرات كربون لكل جزيء - وهي مواد صلبة لا تذوب في الماء. تزداد نقاط غليان الأحماض الكربوكسيلية الأحادية المشبعة بزيادة عدد ذرات الكربون في الجزيء، وبالتالي مع زيادة الوزن الجزيئي النسبي. وبالتالي، فإن درجة غليان حمض الفورميك هي 100.8 درجة مئوية، وحمض الخليك - 118 درجة مئوية، وحمض البروبيونيك - 141 درجة مئوية.

أبسط حمض كربوكسيلي هو HCOOH الفورميك، وله وزن جزيئي نسبي صغير (M r (HCOOH) = 46)، وفي الظروف العادية يكون سائلًا بنقطة غليان تبلغ 100.8 درجة مئوية. في نفس الوقت ، يكون البيوتان (M r (C 4 H 10) = 58) في نفس الظروف غازيًا وله نقطة غليان تبلغ -0.5 درجة مئوية. هذا هو التناقض بين درجات حرارة الغليان والنسبي الأوزان الجزيئيةشرح تشكيل ثنائيات حمض الكربوكسيل، حيث يرتبط جزيئين من الحمض بجزئين روابط هيدروجينية:

يصبح وجود الروابط الهيدروجينية واضحًا عند النظر في بنية جزيئات حمض الكربوكسيل.

تحتوي جزيئات الأحماض الكربوكسيلية أحادية القاعدة المشبعة على مجموعة قطبية من الذرات - الكربوكسيل

وعمليا جذري الهيدروكربون غير القطبي. تنجذب مجموعة الكربوكسيل إلى جزيئات الماء، وتشكل معها روابط هيدروجينية:

أحماض الفورميك والخليك قابلة للذوبان في الماء بشكل غير محدود. ومن الواضح أنه مع زيادة عدد الذرات في جذري الهيدروكربون، تنخفض قابلية ذوبان الأحماض الكربوكسيلية.

الخواص الكيميائية للأحماض الكربوكسيلية

الخصائص العامة المميزة لفئة الأحماض (العضوية وغير العضوية) ترجع إلى وجود جزيئات مجموعة الهيدروكسيل التي تحتوي على مادة قوية اتصال قطبيبين ذرات الهيدروجين والأكسجين. دعونا نفكر في هذه الخصائص باستخدام مثال قابل للذوبان في الماء الأحماض العضوية.

1. التفككمع تكوين كاتيونات الهيدروجين والأنيونات من بقايا الحمض:

وبشكل أكثر دقة، يتم وصف هذه العملية بمعادلة تأخذ في الاعتبار مشاركة جزيئات الماء فيها:

يتم إزاحة توازن تفكك الأحماض الكربوكسيلية إلى اليسار؛ الغالبية العظمى منهم الشوارد الضعيفة. ومع ذلك، فإن الطعم الحامض، على سبيل المثال، لأحماض الخليك والفورميك يرجع إلى التفكك إلى كاتيونات الهيدروجين والأنيونات من المخلفات الحمضية.

ومن الواضح أن وجود الهيدروجين "الحمضي" في جزيئات الأحماض الكربوكسيلية، أي هيدروجين مجموعة الكربوكسيل، يحدد أيضًا خصائص مميزة أخرى.

2. التفاعل مع المعادن، يقف في سلسلة الجهد الكهروكيميائي حتى الهيدروجين:

وهكذا فإن الحديد يختزل الهيدروجين من حمض الأسيتيك:

3. التفاعل مع الأكاسيد الأساسيةمع تكوين الملح والماء:

4. التفاعل مع هيدروكسيدات المعادنمع تكوين الملح والماء (تفاعل التحييد):

5. التفاعل مع أملاح الأحماض الأضعفمع تشكيل هذا الأخير. وبالتالي، فإن حمض الأسيتيك يحل محل حمض دهني من ستيرات الصوديوم وحمض الكربونيك من كربونات البوتاسيوم:

6. تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكحولاتمع التعليم استرات- تفاعل الأسترة (أحد أكثر تفاعلات ردود أفعال مهمة، خاصية الأحماض الكربوكسيلية):

يتم تحفيز تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكحولات بواسطة كاتيونات الهيدروجين.

رد فعل الأسترة هو عكسها. يتحول التوازن نحو تكوين الإستر في وجود عوامل نزح الماء وعند إزالة الإستر من خليط التفاعل.

في التفاعل العكسي للأسترة، الذي يسمى التحلل المائي للإستر (تفاعل الإستر مع الماء)، يتم تشكيل حمض وكحول:

ومن الواضح أنها يمكن أن تتفاعل مع الأحماض الكربوكسيلية، أي الدخول في تفاعل الأسترة. كحولات متعددة الهيدراتعلى سبيل المثال الجلسرين:

تحتوي جميع الأحماض الكربوكسيلية (باستثناء حمض الفورميك)، بالإضافة إلى مجموعة الكربوكسيل، على بقايا هيدروكربون في جزيئاتها. بالطبع، هذا لا يمكن إلا أن يؤثر على خصائص الأحماض التي تحددها طبيعة بقايا الهيدروكربون.

7. تفاعلات الإضافة في روابط متعددة- تحتوي على أحماض كربوكسيلية غير مشبعة. على سبيل المثال، رد فعل إضافة الهيدروجين هو الهدرجة. بالنسبة للحمض الذي يحتوي على رابطة n واحدة في الجذر، يمكن كتابة المعادلة في الصورة العامة:

وبالتالي، عندما يتم هدرجة حمض الأوليك، يتكون حمض دهني مشبع:

تضيف الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة، مثل المركبات غير المشبعة الأخرى، الهالوجينات عبر رابطة مزدوجة. على سبيل المثال، يقوم حمض الأكريليك بإزالة اللون من ماء البروم:

8. تفاعلات الاستبدال (مع الهالوجينات)- الأحماض الكربوكسيلية المشبعة قادرة على الدخول فيها. على سبيل المثال، من خلال تفاعل حمض الأسيتيك مع الكلور، يمكن الحصول على أحماض مكلورة مختلفة:

الخواص الكيميائية للأحماض الكربوكسيلية - ملخص

الممثلين الفرديين للأحماض الكربوكسيلية وأهميتها

حمض الفورميك (الميثانويك) HCOOH- سائل ذو رائحة نفاذة ودرجة غليانه 100.8 درجة مئوية، شديد الذوبان في الماء.

حمض الفورميكسامة، تسبب الحروق إذا ملامست الجلد! يحتوي السائل اللاذع الذي يفرزه النمل على هذا الحمض.

يتمتع حمض الفورميك بخصائص مطهرة ولذلك يستخدم في الصناعات الغذائية والجلود والأدوية والأدوية. يتم استخدامه في صباغة الأقمشة والورق.

حمض الخليك (إيثانويك) CH 3 COOH- سائل عديم اللون ذو رائحة نفاذة مميزة، يمتزج مع الماء بأي نسبة. يتم تسويق المحاليل المائية لحمض الخليك تحت اسم الخل (محلول 3-5٪) وجوهر الخل (محلول 70-80٪) وتستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية. يعتبر حمض الخليك مذيباً جيداً للعديد من المواد العضوية ولذلك يستخدم في الصباغة، إنتاج الجلود، في صناعة الدهانات والورنيش. وبالإضافة إلى ذلك، يعتبر حمض الخليك مادة خام لإنتاج العديد من المواد ذات الأهمية الفنية مركبات العضوية: على سبيل المثال يتم الحصول منه على المواد المستخدمة في مكافحة الحشائش – مبيدات الأعشاب. حمض الأسيتيك هو المكون الرئيسي لخل النبيذ، والذي ترجع رائحته المميزة. وهو نتاج أكسدة الإيثانول ويتكون منه عند تخزين النبيذ في الهواء.

أهم ممثلي الأحماض الأحادية المشبعة العالية هم حمض البالمتيك C 15 H 31 COOH والأحماض الدهنية C 17 H 35 COOH. وعلى عكس الأحماض السفلية، فإن هذه المواد صلبة وضعيفة الذوبان في الماء.

ومع ذلك، فإن أملاحها - ستيرات وبالميتات - شديدة الذوبان ولها تأثير منظف، ولهذا السبب تسمى أيضًا بالصابون. ومن الواضح أن هذه المواد يتم إنتاجها في على نطاق واسع.

ومن بين الأحماض الكربوكسيلية الأعلى غير المشبعة، أهمها حمض الأوليك C 17 H 33 COOH، أو CH 3 - (CH 2) 7 - CH = CH - (CH 2) 7 COOH. وهو سائل يشبه الزيت، ليس له طعم أو رائحة. وتستخدم أملاحها على نطاق واسع في التكنولوجيا.

أبسط ممثل للأحماض الكربوكسيلية ثنائية القاعدة هو حمض الأكساليك (إيثانديويك). HOOC-COOH، والتي توجد أملاحها في العديد من النباتات، مثل الحميض والحميض. حمض الأكساليك عديم اللون مادة بلورية‎يذوب جيداً في الماء. يتم استخدامه في تلميع المعادن والنجارة والصناعات الجلدية.

المواد المرجعية لإجراء الاختبار:

جدول مندلييف

جدول الذوبان

من بين المركبات العضوية المحتوية على الأكسجين قيمة عظيمةتحتوي على فئتين كاملتين من المواد، والتي تتم دراستها دائمًا معًا لتشابهها في البنية والخصائص الظاهرة. هذه هي الألدهيدات والكيتونات. هذه الجزيئات هي التي تكمن وراء العديد من التركيبات الكيميائية، وبنيتها مثيرة للاهتمام بدرجة كافية لتصبح موضوعًا للدراسة. دعونا نلقي نظرة فاحصة على ماهية هذه الفئات من المركبات.

الألدهيدات والكيتونات: الخصائص العامة

من وجهة نظر كيميائية، يجب أن تشمل فئة الألدهيدات جزيئات عضوية تحتوي على الأكسجين كجزء من المجموعة الوظيفية -SON، والتي تسمى الكربونيل. الصيغة العامة في هذه الحالة ستبدو كما يلي: R-COH. بحكم طبيعتها، يمكن أن تكون هذه مركبات مقيدة وغير مقيدة. ومن بينهم أيضًا ممثلون عطريون، إلى جانب الممثلين الأليفاتيين. يختلف عدد ذرات الكربون في السلسلة الجذرية بشكل كبير، من ذرة واحدة (الفورمالدهيد أو الميثانال) إلى عدة عشرات.

تحتوي الكيتونات أيضًا على مجموعة كربونيل -CO، ولكنها غير متصلة بكاتيون هيدروجين، بل بجذر آخر مختلف أو مطابق لتلك الموجودة في السلسلة. تبدو الصيغة العامة كما يلي: R-CO-R، . ومن الواضح أن الألدهيدات والكيتونات تتشابه في وجود مجموعة وظيفية من هذا التركيب.

يمكن أيضًا أن تكون الكيتونات مشبعة وغير مشبعة، والخصائص المعروضة مشابهة لتلك الموجودة في فئة مرتبطة ارتباطًا وثيقًا. ويمكن إعطاء عدة أمثلة لتوضيح تركيب الجزيئات وانعكاسها التدوينات المقبولةصيغ المواد المعنية.

1. الألدهيدات: ميثانال - HCOH، بيوتانال - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH، فينيل أسيتيك - C 6 H 5 -CH 2 -CH.
2. الكيتونات: الأسيتون أو ثنائي ميثيل كيتون - CH 3 -CO-CH 3، ميثيل إيثيل كيتون - CH 3 -CO-C 2 H 5 وغيرها.

ومن الواضح أن اسم هذه المركبات يتكون بطريقتين:

• وفقًا للتسميات العقلانية وفقًا للجذور المدرجة في التركيبة ولاحقة الفصل -al (للألدهيدات) و-on (للكيتونات) ؛
• تافهة وثابتة تاريخيا.

إذا أعطينا الصيغة العامة لكلا الفئتين من المواد، فسيصبح من الواضح أنهما متصاوغات لبعضهما البعض: C n H 2n O. وهي تتميز بـ الأنواع التاليةالايزومرية:

للتمييز بين ممثلي كلا الفئتين، يتم استخدام ردود الفعل النوعية، ومعظمها يسمح بتحديد الألدهيد. لأن النشاط الكيميائيمن هذه المواد أعلى قليلاً بسبب وجود كاتيون الهيدروجين.

هيكل الجزيء

دعونا نلقي نظرة على شكل الألدهيدات والكيتونات في الفضاء. يمكن أن ينعكس هيكل جزيئاتها في عدة نقاط.

1. تحتوي ذرة الكربون الموجودة مباشرة في المجموعة الوظيفية على تهجين sp2، مما يسمح لجزء من الجزيء بأن يكون له شكل مكاني مسطح.
2. في هذه الحالة، تكون قطبية الرابطة C=O قوية. كونه أكثر سالبية كهربية، يأخذ الأكسجين الجزء الأكبر من الكثافة، ويركز شحنة سالبة جزئيًا على نفسه.
3. في الألدهيدات اتصال O-Hكما أنه مستقطب للغاية، مما يجعل ذرة الهيدروجين متحركة.

ونتيجة لذلك، اتضح أن مثل هذا الهيكل من الجزيئات يسمح للمركبات المعنية بالتأكسد والاختزال. إن صيغة الألدهيد والكيتون ذات الكثافة الإلكترونية المعاد توزيعها تجعل من الممكن التنبؤ بمنتجات التفاعلات التي تشارك فيها هذه المواد.

تاريخ الاكتشاف والدراسة

مثل العديد من المركبات العضوية، لم ينجح الناس في عزل ودراسة الألدهيدات والكيتونات إلا في القرن التاسع عشر، عندما انهارت وجهات النظر الحيوية تمامًا وأصبح من الواضح أن هذه المركبات يمكن أن تتشكل صناعيًا، بشكل صناعي، دون مشاركة الكائنات الحية.

ومع ذلك، في عام 1661، تمكن R. Boyle من الحصول على الأسيتون (ثنائي ميثيل كيتون) عندما تعرض للحرارة خلات الكالسيوم. لكنه لم يستطع دراسة هذه المادة بالتفصيل وتسميتها وتحديد موقعها المنهجي بين أشياء أخرى. فقط في عام 1852 تمكن ويليامسون من إنهاء هذه القضية، ثم بدأت القصة تطوير مفصلوتراكم المعرفة حول مركبات الكربونيل.

الخصائص الفيزيائية

دعونا نفكر في ما الخصائص الفيزيائيةالألدهيدات والكيتونات. لنبدأ بالأولى.

1. الممثل الأول للميثانال حالة التجميع- الغاز، والأحد عشر التالية هي سوائل، وأكثر من 12 ذرة كربون هي جزء من الألدهيدات الصلبة ذات البنية الطبيعية.
2. نقطة الغليان: تعتمد على عدد ذرات C؛ كلما زاد عددها، زادت ارتفاعها. في هذه الحالة، كلما زادت تشعب السلسلة، انخفضت درجة الحرارة.
3. بالنسبة للألدهيدات السائلة، تعتمد اللزوجة والكثافة ومؤشرات الانكسار أيضًا على عدد الذرات. كلما زاد عددهم، كلما ارتفعوا.
4. تذوب الألدهيدات الغازية والسائلة جيدًا في الماء، لكن الألدهيدات الصلبة لا تستطيع فعل ذلك عمليًا.
5. رائحة الممثلين لطيفة للغاية، وغالبًا ما تكون رائحة الزهور والعطور والفواكه. فقط تلك الألدهيدات التي يكون فيها عدد ذرات الكربون 1-5 هي سوائل قوية وذات رائحة كريهة.

إذا كنا نشير إلى خصائص الكيتونات، فيمكننا أيضًا تسليط الضوء على الخصائص الرئيسية.

1. حالات الركام: الممثلين الأدنى هم السوائل، والأكثر ضخامة هم مركبات صلبة.
2. الرائحة نفاذة وغير سارة لدى جميع الممثلين.
3. الذوبانية في الماء جيدة للأقل منها، وممتازة في المذيبات العضوية للجميع.
4. المواد المتطايرة، هذا المؤشريتجاوز الأحماض والكحولات.
5. تعتمد نقاط الغليان والانصهار على بنية الجزيء وتختلف بشكل كبير اعتمادًا على عدد ذرات الكربون في السلسلة.

هذه هي الخصائص الرئيسية للمركبات قيد النظر، والتي تنتمي إلى مجموعة المركبات الفيزيائية.

الخواص الكيميائية

والأهم هو ما تتفاعل معه الألدهيدات والكيتونات، الخواص الكيميائيةبيانات الاتصال. لذلك، سننظر فيها بالتأكيد. أولا، دعونا نتعامل مع الألدهيدات.

1. الأكسدة إلى الأحماض الكربوكسيلية المقابلة. الشكل العاممعادلات التفاعل: R-COOH + [O] = R-COOH. يدخل الممثلون العطريون في مثل هذه التفاعلات بسهولة أكبر، كما أنهم قادرون على تكوين استرات ذات أهمية صناعية كبيرة. يتم استخدام العوامل المؤكسدة التالية: الأكسجين، كاشف تولنز، هيدروكسيد النحاس (II) وغيرها.
2. الألدهيدات تتصرف كما عوامل الاختزال القويةبينما تتحول إلى كحولات أحادية الهيدريك مشبعة.
3. التفاعل مع الكحولات لتكوين الأسيتال والنصف أسيتال.
4. ردود الفعل الخاصة هي التكثيف. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل راتنجات الفينول فورمالدهايد، وهي مهمة للصناعة الكيميائية.
5. بعض ردود فعل محددةمع الكواشف التالية:

• القلويات المائية الكحولية.
• كاشف غرينيارد؛
• هيدروسولفيت وغيرها.

رد الفعل النوعي لهذه الفئة من المواد هو رد فعل "المرآة الفضية". ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الفضة المعدنية المختزلة والحمض الكربوكسيلي المقابل. يتطلب محلول الأمونيا من أكسيد الفضة أو كاشف تولينز.

الخواص الكيميائية للكيتونات

الكحوليات والألدهيدات والكيتونات هي مركبات لها خصائص مماثلة، لأنها تحتوي جميعها على الأكسجين. ومع ذلك، بالفعل في مرحلة الأكسدة يصبح من الواضح أن الكحوليات هي المركبات الأكثر نشاطا والتأثر بسهولة. الكيتونات هي الأكثر صعوبة في الأكسدة.

1. خصائص الأكسدة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الكحولات الثانوية.
2. تؤدي الهدرجة أيضًا إلى المنتجات المذكورة أعلاه.
3. إن تحلل كيتو-إنول هو خاصية خاصة للكيتونات لتأخذ شكل بيتا.
4. تفاعلات تكثيف الألدول مع تكوين كحولات بيتا كيتو.
5. يمكن أن تتفاعل الكيتونات أيضًا مع:

• الأمونيا.
• حمض الهيدروسيانيك
• هيدروسولفيت.
• هيدرازين.
• حمض أورثوسيليك.

ومن الواضح أن ردود أفعال مثل هذه التفاعلات معقدة للغاية، خاصة تلك المحددة. هذه هي جميع السمات الرئيسية التي تظهرها الألدهيدات والكيتونات. الخواص الكيميائية تكمن وراء العديد من تركيبات المركبات الهامة. ولذلك فإن معرفة طبيعة الجزيئات وخصائصها أثناء التفاعلات أمر ضروري للغاية في العمليات الصناعية.

تفاعلات إضافة الألدهيدات والكيتونات

لقد قمنا بالفعل بفحص ردود الفعل هذه، لكننا لم نعطها مثل هذا الاسم. يمكن تصنيف جميع التفاعلات التي أظهرت نشاط مجموعة الكربونيل على أنها إضافة. أو بالأحرى ذرة الهيدروجين المتنقلة. ولهذا السبب في هذه المسألةيتم إعطاء الأفضلية للألدهيدات بسبب تفاعلها الأفضل.

ما هي المواد التي يمكن تفاعل الألدهيدات والكيتونات بها عن طريق الاستبدال المحب للنواة؟ هذا:

1. ينتج حمض الهيدروسيانيك السيانوهيدرين - المادة الأولية لتخليق الأحماض الأمينية.
2. الأمونيا والأمينات.
3. الكحوليات.
4. ماء.
5. كبريتات هيدروجين الصوديوم.
6. كاشف جرينارد.
7. ثيولس وآخرون.

ولهذه التفاعلات أهمية صناعية كبيرة، إذ تستخدم المنتجات في مختلف مجالات النشاط البشري.

طرق الحصول على

هناك عدة طرق رئيسية يتم من خلالها تصنيع الألدهيدات والكيتونات. يمكن التعبير عن الإنتاج في المختبر والصناعة بالطرق التالية.

1. الطريقة الأكثر شيوعًا، بما في ذلك في المختبرات، هي أكسدة الكحولات المقابلة: الأولية للألدهيدات والثانوية للكيتونات. يمكن أن يعمل ما يلي كعامل مؤكسد: الكرومات، أيونات النحاس، برمنجنات البوتاسيوم. الشكل العام للتفاعل: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
2. في الصناعة، غالبا ما تستخدم طريقة تعتمد على أكسدة الألكينات - التخليق الأكسوسي. العامل الرئيسي هو الغاز الاصطناعي، وهو خليط من CO 2 + H 2. والنتيجة هي ألدهيد مع ذرة كربون أخرى في السلسلة. R=R-R + CO 2 + H 2 = R-R-R-COH.
3. أكسدة الألكينات بالأوزون - تحلل الأوزون. تشير النتيجة أيضًا إلى وجود ألدهيد، ولكن أيضًا وجود كيتون في الخليط. إذا تم دمج النواتج ذهنيًا عن طريق إزالة الأكسجين، فسيصبح من الواضح أي الألكين الأصلي تم أخذه.
4. رد فعل كوتشيروف - ترطيب الألكينات. العامل الإلزامي هو أملاح الزئبق. إحدى الطرق الصناعية لتركيب الألدهيدات والكيتونات. R≡R-R + Hg 2+ + H 2 O = R-R-COH.
5. التحلل المائي للهيدروكربونات المهلجنة.
6. اختزال: الأحماض الكربوكسيلية، الأميدات، النتريل، كلوريدات الأحماض، الاسترات. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل كل من الألدهيد والكيتون.
7. الانحلال الحراري لمخاليط الأحماض الكربوكسيلية فوق المحفزات في شكل أكاسيد معدنية. يجب أن يكون الخليط مشبع بالبخار. الجوهر هو الانقسام بين ثاني أكسيد الكربون وجزيئات الماء. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ألدهيد أو كيتون.

يتم تحضير الألدهيدات والكيتونات العطرية بطرق أخرى، حيث أن هذه المركبات لها جذري عطري (الفينيل، على سبيل المثال).

1. وفقًا لفريدل كرافتس: تحتوي الكواشف البادئة على هيدروكربون عطري وكيتون ثنائي المهلجنة. محفز - ALCL 3. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل ألدهيد أو كيتون عطري. اسم آخر لهذه العملية هو acylation.
2. أكسدة التولوين بفعل عوامل مختلفة.
3. تخفيض الأحماض الكربوكسيلية العطرية.

وبطبيعة الحال، تحاول الصناعة استخدام تلك الأساليب التي تكون فيها المواد الخام رخيصة قدر الإمكان وتكون المحفزات أقل سمية. لتخليق الألدهيدات، يتم ذلك عن طريق أكسدة الألكينات بالأكسجين.

التطبيقات الصناعية وأهميتها

يتم استخدام الألدهيدات والكيتونات في صناعات مثل:

• المستحضرات الصيدلانية.
• التركيب الكيميائي.
• الدواء؛
• منطقة العطور
• الصناعات الغذائية؛
• إنتاج الطلاء والورنيش.
• توليف البلاستيك والأقمشة وما إلى ذلك.

ومن الممكن تحديد أكثر من منطقة، إذ يتم تصنيع ما يقارب 6 ملايين طن من الفورمالديهايد وحده سنوياً! ويسمى محلوله بنسبة 40% الفورمالين ويستخدم لتخزين الأشياء التشريحية. هو ذاهب إلى الإنتاج الأدويةوالمطهرات والبوليمرات.

الأسيتالديهيد، أو الإيثانال، هو أيضًا منتج يتم إنتاجه بكميات كبيرة. ويبلغ حجم استهلاكه السنوي في العالم حوالي 4 ملايين طن، وهو أساس العديد من التركيبات الكيميائية التي تتكون منها منتجات مهمة. على سبيل المثال:

• حمض الخليك وأنهيدريده.
• خلات السليلوز؛
• الأدوية؛
• بوتادين - أساس المطاط.
• ألياف خلات.

الألدهيدات والكيتونات العطرية هي مكونات للعديد من النكهات، سواء في الطعام أو العطور. يحتوي معظمها على روائح الأزهار والحمضيات والأعشاب اللطيفة للغاية. هذا يجعل من الممكن الإنتاج على أساسها:

• معطرات الجو بمختلف أنواعها؛
• مياه المرحاض والعطور؛
• منتجات التنظيف والمنظفات المختلفة.

بعضها عبارة عن إضافات غذائية عطرية معتمدة للاستهلاك. محتواها الطبيعي في الزيوت الأساسيةوالفواكه والراتنجات تثبت إمكانية مثل هذا الاستخدام.

الممثلين الفرديين

الألدهيد مثل السترال هو سائل شديد اللزوجة وله رائحة ليمون قوية. يوجد في الطبيعة في الزيوت العطرية الأخيرة. يحتوي أيضًا على الأوكالبتوس والذرة الرفيعة والكباب.

مجالات تطبيقه معروفة جيدًا:

• طب الأطفال - انخفاض الضغط داخل الجمجمة.
• تطبيع ضغط الدمفي البالغين
• مكون من دواء لأجهزة الرؤية.
• جزء لا يتجزأ من العديد من المواد العطرية.
• مضاد للالتهابات ومطهر.
• المواد الخام لتخليق الريتينول.
• المنكهات للأغراض الغذائية.

الخواص الكيميائية المميزة للكحولات الأحادية ومتعددة الهيدرات المشبعة والفينول

كحولات أحادية ومتعددة الهيدرات مشبعة

الكحولات (أو الألكانولات) هي مواد عضوية تحتوي جزيئاتها على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل (مجموعات OH$) متصلة بجذر الهيدروكربون.

بناءً على عدد مجموعات الهيدروكسيل (الذرية) تنقسم الكحولات إلى:

- أحادية الذرة، على سبيل المثال:

$(CH_3-OH)↙(ميثانول (كحول ميثيل))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(إيثانول (كحول إيثيلي))$

— ثنائي هيدروليك (الجليكول)، على سبيل المثال:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(إيثانيديول-1,2(إيثيلين جلايكول))$

$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(بروبانديول-1,3)$

— ثلاثي الذرة، على سبيل المثال:

بناءً على طبيعة الجذر الهيدروكربوني، يتم تمييز الكحولات التالية:

— حدتحتوي فقط على جذور هيدروكربونية مشبعة في الجزيء، على سبيل المثال:

— غير محدودتحتوي على روابط متعددة (ثنائية وثلاثية) بين ذرات الكربون في الجزيء، على سبيل المثال:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (كحول أليلي))$

— عطرية، أي. كحولات تحتوي على حلقة بنزين ومجموعة هيدروكسيل في الجزيء، متصلة ببعضها البعض ليس بشكل مباشر، ولكن من خلال ذرات الكربون، على سبيل المثال:

المواد العضوية التي تحتوي على مجموعات الهيدروكسيل في الجزيء، والتي ترتبط مباشرة بذرة الكربون في حلقة البنزين، تختلف بشكل كبير في الخواص الكيميائية عن الكحوليات وبالتالي يتم عزلها في فئة مستقلةالمركبات العضوية - الفينولات. على سبيل المثال:

هناك أيضًا كحولات متعددة الهيدرات (متعددة الهيدرات) تحتوي على أكثر من ثلاث مجموعات هيدروكسيل في الجزيء. على سبيل المثال، أبسط هيكساول الكحول سداسي الماء (السوربيتول):

التسميات والايزومرية

عند تكوين أسماء الكحولات يتم إضافة لاحقة عامة لاسم الهيدروكربون المقابل للكحول -ol.تشير الأرقام الموجودة بعد اللاحقة إلى موضع مجموعة الهيدروكسيل في السلسلة الرئيسية والبادئات ثنائي، ثلاثي، رباعيالخ - عددهم:

في ترقيم ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية، يكون موضع مجموعة الهيدروكسيل الأسبقية على موضع الروابط المتعددة:

ابتداء من الترم الثالث سلسلة متماثلة، في الكحول تظهر ايزومرية موضع المجموعة الوظيفية (بروبانول -1 وبربانول -2) ومن الرابع - ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني (بيوتانول -1 ، 2-ميثيل بروبانول -1). كما أنها تتميز بالتصاوغ بين الطبقات - فالكحولات متصاوغة بالنسبة للإيثرات:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(إيثانول)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(ثنائي ميثيل إيثر)$

الكحوليات

الخصائص الفيزيائية.

يمكن للكحوليات تكوين روابط هيدروجينية بين جزيئات الكحول وبين جزيئات الكحول والماء.

تحدث الروابط الهيدروجينية عندما تتفاعل ذرة هيدروجين موجبة الشحنة جزئيًا لجزيء كحول مع ذرة أكسجين سالبة الشحنة جزئيًا لجزيء آخر. بفضل الروابط الهيدروجينية بين الجزيئات، تتمتع الكحوليات بنقاط غليان مرتفعة بشكل غير طبيعي بالنسبة لوزنها الجزيئي. وبالتالي، فإن البروبان الذي يبلغ وزنه الجزيئي النسبي 44 دولارًا هو غاز في الظروف العادية، وأبسط الكحوليات هو الميثانول، الذي يبلغ وزنه الجزيئي النسبي 32 دولارًا، وهو سائل في الظروف العادية.

الأعضاء الأدنى والوسطى في سلسلة الحد كحولات أحادية الهيدريكتحتوي على ما يتراوح بين 1$ إلى 11$ من ذرات الكربون وهي عبارة عن سوائل. كحولات أعلى (تبدأ من $C_(12)H_(25)OH$) عند درجة حرارة الغرفة- المواد الصلبة. تتميز الكحوليات المنخفضة برائحة كحولية مميزة وطعم لاذع؛ وهي قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء. ومع زيادة جذري الهيدروكربون، تقل قابلية ذوبان الكحول في الماء، ولا يختلط الأوكتانول بالماء.

الخواص الكيميائية.

يتم تحديد خصائص المواد العضوية من خلال تركيبها وبنيتها. تؤكد الكحول القاعدة العامة. تشتمل جزيئاتها على جذور الهيدروكربون والهيدروكسيل، وبالتالي يتم تحديد الخواص الكيميائية للكحوليات من خلال تفاعل وتأثير هذه المجموعات على بعضها البعض. مميزة ل من هذه الفئةيتم تحديد خصائص المركبات من خلال وجود مجموعة الهيدروكسيل.

1. تفاعل الكحوليات مع القلوية و المعادن الأرضية القلوية. للتعرف على تأثير الجذر الهيدروكربوني على مجموعة الهيدروكسيل لا بد من مقارنة خواص المادة التي تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل وجذر الهيدروكربون من ناحية، والمادة التي تحتوي على مجموعة الهيدروكسيل ولا تحتوي على جذري الهيدروكربون ، من جهة أخرى. يمكن أن تكون هذه المواد، على سبيل المثال، الإيثانول (أو غيرها من الكحول) والماء. يمكن اختزال هيدروجين مجموعة الهيدروكسيل من جزيئات الكحول وجزيئات الماء بواسطة معادن ترابية قلوية وقلوية (تحل محلها):

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,

$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,

$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.

2. تفاعل الكحولات مع هاليدات الهيدروجين.يؤدي استبدال مجموعة الهيدروكسيل بالهالوجين إلى تكوين الهالوكانات. على سبيل المثال:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

رد الفعل هذا قابل للعكس.

3. الجفاف بين جزيئات الكحول- فصل جزيء الماء من جزيئين كحول عند تسخينهما في وجود عوامل إزالة الماء:

نتيجة للجفاف بين جزيئات الكحول. الأثيرات.وبالتالي، عندما يتم تسخين الكحول الإيثيلي مع حامض الكبريتيك إلى درجة حرارة تتراوح من 100$ إلى 140$ درجة مئوية، يتكون إيثر ثنائي إيثيل (الكبريتي):

4. تفاعل الكحولياتمع العضوية و الأحماض غير العضويةمع تكوين استرات ( رد فعل الأسترة):

يتم تحفيز تفاعل الأسترة بواسطة أحماض غير عضوية قوية.

على سبيل المثال، عندما يتفاعل الكحول الإيثيلي مع حمض الأسيتيك، يتم تكوين أسيتات الإيثيل - إيثيل الأسيتات:

5. الجفاف داخل الجزيئات من الكحوليحدث عندما يتم تسخين الكحوليات في وجود عوامل إزالة الماء إلى درجة حرارة أعلى من درجة حرارة الجفاف بين الجزيئات. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الألكينات. يرجع هذا التفاعل إلى وجود ذرة الهيدروجين ومجموعة الهيدروكسيل عند ذرات الكربون المجاورة. ومن الأمثلة على ذلك تفاعل إنتاج الإيثين (الإيثيلين) عن طريق تسخين الإيثانول فوق 140 درجة مئوية في وجود حمض الكبريتيك المركز:

6. أكسدة الكحولاتيتم إجراؤه عادةً باستخدام عوامل مؤكسدة قوية، على سبيل المثال، ثنائي كرومات البوتاسيوم أو برمنجنات البوتاسيوم في بيئة حمضية. في هذه الحالة، يتم توجيه عمل العامل المؤكسد إلى ذرة الكربون المرتبطة بالفعل بمجموعة الهيدروكسيل. اعتمادا على طبيعة الكحول وظروف التفاعل. منتجات مختلفة. وبالتالي، تتأكسد الكحولات الأولية أولا إلى الألدهيدات، ثم في الأحماض الكربوكسيلية:

أكسدة الكحولات الثانوية تنتج الكيتونات:

الكحولات الثلاثية مقاومة تمامًا للأكسدة. ومع ذلك، في ظل ظروف قاسية (عامل مؤكسد قوي، حرارة) من الممكن أكسدة الكحولات الثلاثية، والتي تحدث مع تمزق روابط الكربون الأقرب إلى مجموعة الهيدروكسيل.

7. نزع الهيدروجين من الكحولات.عند تمرير بخار الكحول عند درجة حرارة 200-300 درجة مئوية فوق محفز معدني، مثل النحاس أو الفضة أو البلاتين، تتحول الكحولات الأولية إلى ألدهيدات، والكحولات الثانوية إلى كيتونات:

إن وجود عدة مجموعات هيدروكسيل في جزيء الكحول في نفس الوقت يحدد الخصائص المحددة كحولات متعددة الهيدرات، والتي تكون قادرة على تكوين مركبات معقدة زرقاء لامعة قابلة للذوبان في الماء عند التفاعل مع راسب طازج من هيدروكسيد النحاس (II). بالنسبة للإيثيلين جلايكول يمكننا أن نكتب:

الكحولات أحادية الهيدريك غير قادرة على الدخول في هذا التفاعل. لذلك، فهو رد فعل نوعي للكحولات متعددة الهيدرات.

الفينول

هيكل الفينولات

يمكن أن ترتبط مجموعة الهيدروكسيل الموجودة في جزيئات المركبات العضوية بالحلقة العطرية مباشرة، أو يمكن فصلها عنها بواسطة ذرة كربون واحدة أو أكثر. ومن المتوقع، اعتمادًا على هذه الخاصية، أن تختلف المواد اختلافًا كبيرًا عن بعضها البعض بسبب التأثير المتبادل لمجموعات الذرات. في الواقع، فإن المركبات العضوية التي تحتوي على جذر الفينيل العطري $C_6H_5$—، المرتبط مباشرة بمجموعة الهيدروكسيل، تظهر خصائص خاصة تختلف عن خصائص الكحولات. وتسمى هذه المركبات الفينولات.

الفينولات هي مواد عضوية تحتوي جزيئاتها على جذر فينيل مرتبط بواحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيو.

تماما مثل الكحوليات، يتم تصنيف الفينولات وفقا لذريتها، أي. من خلال عدد مجموعات الهيدروكسيل.

الفينولات أحادية الهيدريكيحتوي على مجموعة هيدروكسيل واحدة في الجزيء:

الفينولات متعددة الهيدراتتحتوي على أكثر من مجموعة هيدروكسيل في الجزيئات:

هناك فينولات متعددة الهيدرات أخرى تحتوي على ثلاث مجموعات هيدروكسيل أو أكثر على حلقة البنزين.

دعونا نلقي نظرة فاحصة على بنية وخصائص أبسط ممثل لهذه الفئة - الفينول $C_6H_5OH$. شكل اسم هذه المادة الأساس لاسم الفئة بأكملها - الفينولات.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية.

الخصائص الفيزيائية.

الفينول مادة صلبة، عديمة اللون، بلورية، $t°_(pl.)=43°C، t°_(غليان)=181°C$، ذات رائحة مميزة حادة. سامة. الفينول قابل للذوبان بشكل طفيف في الماء في درجة حرارة الغرفة. يسمى المحلول المائي للفينول بحمض الكاربوليك. إذا لامس الجلد يسبب حروقًا، لذا يجب التعامل مع الفينول بحذر!

الخواص الكيميائية.

الخصائص الحمضية.كما ذكرنا سابقًا، فإن ذرة الهيدروجين في مجموعة الهيدروكسيل حمضية بطبيعتها. الخصائص الحمضية للفينول أكثر وضوحًا من خصائص الماء والكحول. على عكس الكحول والماء، يتفاعل الفينول ليس فقط مع الفلزات القلويةولكن أيضًا مع القلويات مع التكوين الفينولات:

لكن خصائص الحمضفي الفينولات تكون أقل وضوحًا منها في الأحماض غير العضوية والكربوكسيلية. على سبيل المثال، فإن الخواص الحمضية للفينول أضعف بنحو 3000 دولار من تلك الموجودة في الفينول حمض الكربونيك. ولذلك، عن طريق تمرير ثاني أكسيد الكربون من خلال محلول مائي من فينولات الصوديوم، يمكن عزل الفينول الحر:

إن إضافة حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك إلى المحلول المائي لفينولات الصوديوم يؤدي أيضاً إلى تكوين الفينول:

رد فعل نوعي للفينول.

يتفاعل الفينول مع كلوريد الحديد (III) لتكوين مركب معقد أرجواني اللون.

يسمح هذا التفاعل باكتشافه حتى بكميات محدودة جدًا. الفينولات الأخرى التي تحتوي على واحدة أو أكثر من مجموعات الهيدروكسيل على حلقة البنزين تنتج أيضًا ألوانًا زرقاء بنفسجية زاهية عند تفاعلها مع كلوريد الحديد (III).

تفاعلات حلقة البنزين.

إن وجود بديل الهيدروكسيل يسهل بشكل كبير حدوث تفاعلات الاستبدال الإلكتروفيلية في حلقة البنزين.

1. برومة الفينول.على عكس البنزين، لا تتطلب معالجة الفينول بالبروم إضافة محفز (بروميد الحديد (III).

بالإضافة إلى ذلك، فإن التفاعل مع الفينول يحدث بشكل انتقائي: حيث يتم توجيه ذرات البروم إليها تقويمي-والمواضع الفقرة، لتحل محل ذرات الهيدروجين الموجودة هناك. يتم تفسير انتقائية الاستبدال من خلال ميزات التركيب الإلكتروني لجزيء الفينول الذي تمت مناقشته أعلاه.

وهكذا، عندما يتفاعل الفينول مع ماء البرومأشكال راسب أبيض 2,4,6-تريبروموفينول:

يعمل هذا التفاعل، مثل التفاعل مع كلوريد الحديد (III)، على الكشف النوعي للفينول.

2. نترات الفينوليحدث أيضًا بسهولة أكبر من نترات البنزين. التفاعل مع حمض النيتريك المخفف يحدث في درجة حرارة الغرفة. ونتيجة لذلك، يتم تشكيل الخليط تقويمي-و زوج-ايزومرات النيتروفينول:

عند استخدام المركزة حمض النيتريكتتكون مادة متفجرة - 2،4،6-ترينيتروفينول(حمض البكريك):

3. هدرجة النواة العطرية للفينولفي وجود محفز يحدث بسهولة:

4.تكثيف الفينول مع الألدهيداتيحدث، على وجه الخصوص مع الفورمالديهايد، مع تكوين منتجات التفاعل - راتنجات الفينول فورمالدهايد والبوليمرات الصلبة.

يمكن وصف تفاعل الفينول مع الفورمالديهايد بالمخطط التالي:

ربما لاحظت أنه يتم الاحتفاظ بذرات الهيدروجين "المتنقلة" في الجزيء الخافت، مما يعني أن استمرار التفاعل ممكن مع وجود عدد كاف من الكواشف:

رد فعل التكثيف المتعدد,أولئك. يمكن لتفاعل إنتاج البوليمر، الذي يحدث مع إطلاق منتج ثانوي منخفض الوزن الجزيئي (الماء)، أن يستمر أكثر (حتى يتم استهلاك أحد الكواشف بالكامل) مع تكوين جزيئات ضخمة. يمكن وصف العملية بالمعادلة الموجزة:

تعليم جزيئات خطيةيحدث في درجات الحرارة العادية. يؤدي إجراء هذا التفاعل عند تسخينه إلى حقيقة أن المنتج الناتج له بنية متفرعة، فهو صلب وغير قابل للذوبان في الماء. نتيجة لتسخين راتنج الفينول فورمالدهايد الخطي مع وجود فائض من الألدهيد، يتم الحصول على كتل بلاستيكية صلبة ذات خصائص فريدة. تستخدم البوليمرات المعتمدة على راتنجات الفينول فورمالدهايد في صناعة الورنيش والدهانات والمنتجات البلاستيكية المقاومة للتسخين والتبريد والماء والقلويات والأحماض، مع نسبة عالية من خصائص عازلة. الأجزاء الأكثر أهمية وأهمية في الأجهزة الكهربائية ووحدات الطاقة وأجزاء الآلات مصنوعة من البوليمرات القائمة على راتنجات الفينول فورمالدهايد. قاعدة البوليمرلوحات الدوائر المطبوعة لأجهزة الراديو. المواد اللاصقة القائمة على راتنجات الفينول فورمالدهايد قادرة على ربط أجزاء من مجموعة واسعة من الطبيعة بشكل موثوق، مع الحفاظ على أعلى قوة للمفاصل على نطاق واسع جدًا من درجات الحرارة. يستخدم هذا الغراء لربط القاعدة المعدنية لمصابيح الإضاءة بالمصباح الزجاجي. الآن أنت تفهم سبب استخدام الفينول والمنتجات المبنية عليه على نطاق واسع.

الخواص الكيميائية المميزة للألدهيدات والأحماض الكربوكسيلية المشبعة والاسترات

الألدهيدات والكيتونات

الألدهيدات هي مواد عضوية تحتوي جزيئاتها على مجموعة الكربونيل ، متصلة بذرة الهيدروجين وجذر الهيدروكربون.

الصيغة العامة للألدهيدات هي:

في أبسط الألدهيد، الفورمالديهايد، تلعب ذرة الهيدروجين الثانية دور جذر الهيدروكربون:

تسمى مجموعة الكربونيل المرتبطة بذرة الهيدروجين الألدهيدات:

تسمى المواد العضوية التي ترتبط في جزيئاتها مجموعة الكربونيل بجذرين هيدروكربونيين بالكيتونات.

من الواضح أن الصيغة العامة للكيتونات هي:

تسمى مجموعة الكربونيل من الكيتونات مجموعة الكيتو.

في أبسط الكيتونات، الأسيتون، ترتبط مجموعة الكربونيل بجذري الميثيل:

التسميات والايزومرية

اعتمادًا على بنية الجذر الهيدروكربوني المرتبط بمجموعة الألدهيدات، يتم تمييز الألدهيدات المشبعة وغير المشبعة والعطرية والحلقية غير المتجانسة والألدهيدات الأخرى:

وفقًا لتسمية IUPAC، يتم تكوين أسماء الألدهيدات المشبعة من اسم ألكان له نفس عدد ذرات الكربون في الجزيء باستخدام اللاحقة -al.على سبيل المثال:

يبدأ ترقيم ذرات الكربون في السلسلة الرئيسية بذرة الكربون في مجموعة الألدهيد. ولذلك، فإن مجموعة الألدهيد تقع دائما عند ذرة الكربون الأولى، وليس هناك حاجة للإشارة إلى موقعها.

إلى جانب التسميات المنهجية، تُستخدم أيضًا أسماء تافهة للألدهيدات المستخدمة على نطاق واسع. عادة ما تكون هذه الأسماء مشتقة من أسماء الأحماض الكربوكسيلية المقابلة للألدهيدات.

لتسمية الكيتونات التسميات المنهجيةيتم تحديد مجموعة الكيتو بواسطة لاحقة -هوورقم يشير إلى عدد ذرة الكربون من مجموعة الكربونيل (يجب أن يبدأ الترقيم من نهاية السلسلة الأقرب إلى مجموعة الكيتو). على سبيل المثال:

تتميز الألدهيدات بنوع واحد فقط من الأيزومرية الهيكلية - ايزومرية الهيكل العظمي الكربوني، وهو أمر ممكن مع البيوتانال، وبالنسبة للكيتونات - أيضًا ايزومرية موضع مجموعة الكربونيل. بالإضافة إلى ذلك، فهي تتميز بالأيزومرية بين الطبقات (البروبانال والبروبانون).

الأسماء التافهة ودرجات غليان بعض الألدهيدات.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الخصائص الفيزيائية.

في جزيء الألدهيد أو الكيتون، بسبب زيادة السالبية الكهربية لذرة الأكسجين مقارنة بذرة الكربون، تكون الرابطة $C=O$ مستقطبة للغاية بسبب التحول في كثافة الإلكترون للرابطة $π$ نحو الأكسجين:

الألدهيدات والكيتونات هي مواد قطبية ذات كثافة إلكترونية زائدة على ذرة الأكسجين. الأعضاء السفلية في سلسلة الألدهيدات والكيتونات (الفورمالدهيد، الأسيتالديهيد، الأسيتون) قابلة للذوبان في الماء بشكل غير محدود. نقاط غليانها أقل من تلك الخاصة بالكحولات المقابلة. ويرجع ذلك إلى حقيقة أنه في جزيئات الألدهيدات والكيتونات، على عكس الكحول، لا توجد ذرات هيدروجين متحركة ولا تشكل روابط هيدروجينية. الألدهيدات السفلية لها رائحة نفاذة. الألدهيدات التي تحتوي على أربع إلى ست ذرات كربون في السلسلة لها رائحة كريهة. الألدهيدات والكيتونات الأعلى لها روائح زهرية وتستخدم في صناعة العطور.

الخواص الكيميائية

يحدد وجود مجموعة الألدهيدات في الجزيء الخصائص المميزة للألدهيدات.

ردود الفعل الانتعاش.

إضافة الهيدروجينيحدث لجزيئات الألدهيد عبر رابطة مزدوجة في مجموعة الكربونيل:

ناتج هدرجة الألدهيدات هو كحولات أولية، والكيتونات هي كحولات ثانوية.

وبالتالي، عند هدرجة الأسيتالديهيد على محفز النيكل، يتكون الكحول الإيثيلي، وعند هدرجة الأسيتون، يتكون البروبانول -2:

هدرجة الألدهيدات - رد فعل التخفيض, حيث تقل حالة أكسدة ذرة الكربون الموجودة في مجموعة الكربونيل.

تفاعلات الأكسدة.

لا يمكن اختزال الألدهيدات فحسب، بل أيضًا أكسد.عندما تتأكسد الألدهيدات تشكل الأحماض الكربوكسيلية. يمكن تمثيل هذه العملية تخطيطيًا على النحو التالي:

من ألدهيد البروبيونيك (البروبانال)، على سبيل المثال، يتكون حمض البروبيونيك:

تتأكسد الألدهيدات حتى بواسطة الأكسجين الموجود في الغلاف الجوي وعوامل الأكسدة الضعيفة مثل محلول الأمونيا من أكسيد الفضة. وبشكل مبسط يمكن التعبير عن هذه العملية بمعادلة التفاعل:

على سبيل المثال:

تنعكس هذه العملية بشكل أكثر دقة في المعادلات:

إذا تم إزالة الشحوم من سطح الوعاء الذي يتم فيه التفاعل مسبقًا، فإن الفضة المتكونة أثناء التفاعل تغطيه بطبقة رقيقة متساوية. لذلك يسمى هذا التفاعل رد فعل "مرآة الفضة". يستخدم على نطاق واسع لصنع المرايا والزخارف الفضية وزينة شجرة عيد الميلاد.

يمكن أيضًا أن يعمل هيدروكسيد النحاس (II) المترسب حديثًا كعامل مؤكسد للألدهيدات. بأكسدة الألدهيد، يتم تقليل $Cu^(2+)$ إلى $Cu^+$. يتحلل هيدروكسيد النحاس (I) $CuOH$ المتكون أثناء التفاعل فورًا إلى أكسيد النحاس الأحمر (I) والماء:

يُستخدم هذا التفاعل، مثل تفاعل "المرآة الفضية"، للكشف عن الألدهيدات.

لا تتأكسد الكيتونات سواء بواسطة الأكسجين الجوي أو بواسطة عامل مؤكسد ضعيف مثل محلول الأمونيا من أكسيد الفضة.

الممثلين الفرديين للألدهيدات وأهميتها

الفورمالديهايد(الميثانال، الفورمالديهايد$HCHO$ ) - غاز عديم اللون ذو رائحة نفاذة ودرجة غليانه -21 درجة مئوية، شديد الذوبان في الماء. الفورمالديهايد سام! يسمى محلول الفورمالديهايد في الماء (40%$) بالفورمالدهيد ويستخدم للتطهير. في الزراعة، يستخدم الفورمالديهايد لمعالجة البذور، وفي صناعة الجلود - لمعالجة الجلود. يستخدم الفورمالديهايد لإنتاج الميثينامين، وهي مادة طبية. في بعض الأحيان يتم استخدام الميثينامين المضغوط على شكل قوالب كوقود (كحول جاف). عدد كبير منيتم استهلاك الفورمالديهايد في إنتاج راتنجات الفينول فورمالدهايد وبعض المواد الأخرى.

الأسيتالديهيد(الإيثانال، الأسيتالديهيد$CH_3CHO$ ) - سائل ذو رائحة كريهة حادة ودرجة غليانه 21 درجة مئوية، شديد الذوبان في الماء. يتم إنتاج حمض الأسيتيك وعدد من المواد الأخرى من الأسيتالديهيد على نطاق صناعي، ويتم استخدامه لإنتاج المواد البلاستيكية المختلفة وألياف الأسيتات. الأسيتالديهيد سام!

الأحماض الكربوكسيلية

تسمى المواد التي تحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة أو أكثر في الجزيء بالأحماض الكربوكسيلية.

مجموعة الذرات مُسَمًّى مجموعة الكربوكسيل، أو الكربوكسيل.

الأحماض العضوية التي تحتوي على مجموعة كربوكسيل واحدة في الجزيء هي أحادي القاعدة.

الصيغة العامة لهذه الأحماض هي $RCOOH$، على سبيل المثال:

تسمى الأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على مجموعتين كربوكسيل ثنائي القاعدة.وتشمل هذه، على سبيل المثال، أحماض الأكساليك والسكسينيك:

هناك أيضا متعدد الأساسيالأحماض الكربوكسيلية التي تحتوي على أكثر من مجموعتين كربوكسيل. وتشمل هذه، على سبيل المثال، حامض الستريك تريباسيك:

اعتمادا على طبيعة الجذر الهيدروكربوني، يتم تقسيم الأحماض الكربوكسيلية إلى مشبعة وغير مشبعة وعطرية.

الأحماض الكربوكسيلية المشبعة أو المشبعة هي، على سبيل المثال، حمض البروبانويك (البروبيونيك):

أو حمض السكسينيك المألوف بالفعل.

من الواضح أن الأحماض الكربوكسيلية المشبعة لا تحتوي على روابط $π$ في جذري الهيدروكربون. في جزيئات الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة، ترتبط مجموعة الكربوكسيل بجذر هيدروكربون غير مشبع وغير مشبع، على سبيل المثال، في جزيئات الأكريليك (البروبين) $CH_2=CH—COOH$ أو الأوليك $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH —(CH_2)_7—COOH $ وأحماض أخرى.

كما يتبين من صيغة حمض البنزويك، فهو عطري، لأنه يحتوي على حلقة عطرية (بنزين) في الجزيء:

التسميات والايزومرية

لقد تمت بالفعل مناقشة المبادئ العامة لتشكيل أسماء الأحماض الكربوكسيلية، وكذلك المركبات العضوية الأخرى. دعونا نتناول المزيد من التفاصيل حول تسميات الأحماض الكربوكسيلية الأحادية وثنائية القاعدة. اسم الحمض الكربوكسيلي مشتق من اسم الألكان المقابل (ألكان له نفس عدد ذرات الكربون في الجزيء) مع إضافة اللاحقة -ov-النهايات -و اناوالكلمات حمض. يبدأ ترقيم ذرات الكربون بمجموعة الكربوكسيل. على سبيل المثال:

تتم الإشارة إلى عدد مجموعات الكربوكسيل في الاسم بالبادئات ثنائي، ثلاثي، رباعي:

العديد من الأحماض لها أيضًا أسماء ثابتة تاريخيًا أو تافهة.

أسماء الأحماض الكربوكسيلية

صيغة كيميائية	الاسم المنهجي للحمض	اسم تافه للحمض
$H—COOH$	الميثان	نملة
$CH_3—COOH$	إيثانوفا	خل
$CH_3—CH_2—COOH$	البروبان	البروبيونيك
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$	البيوتان	زيتية
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$	البنتانيك	فاليريان
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$	الهكسان	نايلون
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$	هيبتان	إنانثيك
$NOOC—COOH$	الإيثانيديوم	حميض
$NOOC—CH_2—COOH$	البروبانيديوم	مالونوفايا
$NOOC—CH_2—CH_2—COOH$	بوتانديوفيي	العنبر

بعد التعرف على عالم الأحماض العضوية المتنوع والمثير للاهتمام، سننظر بمزيد من التفصيل في الأحماض الكربوكسيلية أحادية القاعدة المشبعة.

ومن الواضح أن تركيبة هذه الأحماض يتم التعبير عنها بالصيغة العامة $C_nH_(2n)O_2$، أو $C_nH_(2n+1)COOH$، أو $RCOOH$.

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الخصائص الفيزيائية.

الأحماض السفلى، أي. الأحماض ذات الوزن الجزيئي الصغير نسبيًا، والتي تحتوي على ما يصل إلى أربع ذرات كربون لكل جزيء، هي سوائل ذات رائحة نفاذة مميزة (تذكر رائحة حمض الأسيتيك). الأحماض التي تحتوي على ذرات كربون تتراوح ما بين 4 إلى 9 دولارات هي سوائل زيتية لزجة ذات رائحة كريهة؛ تحتوي على أكثر من 9 دولارات من ذرات الكربون لكل جزيء - وهي مواد صلبة لا تذوب في الماء. تزداد نقاط غليان الأحماض الكربوكسيلية الأحادية المشبعة بزيادة عدد ذرات الكربون في الجزيء، وبالتالي مع زيادة الوزن الجزيئي النسبي. على سبيل المثال، درجة غليان حمض الفورميك هي 100.8 دولار أمريكي، وحمض الأسيتيك هو 118 درجة مئوية، وحمض البروبيونيك هو 141 درجة مئوية.

أبسط حمض كربوكسيلي هو الفورميك $HCOOH$، وله وزن جزيئي نسبي صغير $(M_r(HCOOH)=46)$، وفي الظروف العادية يكون سائلاً بنقطة غليان تبلغ $100.8°C$. وفي الوقت نفسه، يكون البيوتان $(M_r(C_4H_(10))=58)$ في نفس الظروف غازيًا وله نقطة غليان تبلغ $-0.5°C$. يتم تفسير هذا التناقض بين نقاط الغليان والأوزان الجزيئية النسبية من خلال تكوين ثنائيات حمض الكربوكسيل، حيث يرتبط جزيئين من الحمض بواسطة رابطتين هيدروجينيتين:

يصبح وجود الروابط الهيدروجينية واضحًا عند النظر في بنية جزيئات حمض الكربوكسيل.

تحتوي جزيئات الأحماض الكربوكسيلية أحادية القاعدة المشبعة على مجموعة قطبية من الذرات - الكربوكسيل وجذر هيدروكربوني غير قطبي عمليًا. تنجذب مجموعة الكربوكسيل إلى جزيئات الماء، وتشكل معها روابط هيدروجينية:

أحماض الفورميك والخليك قابلة للذوبان في الماء بشكل غير محدود. ومن الواضح أنه مع زيادة عدد الذرات في جذري الهيدروكربون، تنخفض قابلية ذوبان الأحماض الكربوكسيلية.

الخواص الكيميائية.

تعود الخصائص العامة المميزة لفئة الأحماض (العضوية وغير العضوية) إلى وجود جزيئات مجموعة الهيدروكسيل التي تحتوي على رابطة قطبية قوية بين ذرات الهيدروجين والأكسجين. دعونا نفكر في هذه الخصائص باستخدام مثال الأحماض العضوية القابلة للذوبان في الماء.

1. التفككمع تكوين كاتيونات الهيدروجين والأنيونات من بقايا الحمض:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

وبشكل أكثر دقة، يتم وصف هذه العملية بمعادلة تأخذ في الاعتبار مشاركة جزيئات الماء فيها:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

يتم إزاحة توازن تفكك الأحماض الكربوكسيلية إلى اليسار؛ الغالبية العظمى منها عبارة عن إلكتروليتات ضعيفة. ومع ذلك، فإن الطعم الحامض، على سبيل المثال، لأحماض الخليك والفورميك يرجع إلى التفكك إلى كاتيونات الهيدروجين والأنيونات من المخلفات الحمضية.

ومن الواضح أن وجود الهيدروجين "الحمضي" في جزيئات الأحماض الكربوكسيلية، أي. الهيدروجين من مجموعة الكربوكسيل، وذلك بسبب خصائص مميزة أخرى.

2. التفاعل مع المعادن، يقف في سلسلة الجهد الكهروكيميائي حتى الهيدروجين: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

وهكذا فإن الحديد يختزل الهيدروجين من حمض الأسيتيك:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. التفاعل مع الأكاسيد الأساسيةمع تكوين الملح والماء:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. التفاعل مع هيدروكسيدات المعادنمع تكوين الملح والماء (تفاعل التحييد):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$،

$2R—COOH+Ca(OH)_2→(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.

5. التفاعل مع الأملاح أكثر الأحماض الضعيفة مع تشكيل هذا الأخير. وبالتالي، فإن حمض الأسيتيك يحل محل حمض دهني من ستيرات الصوديوم وحمض الكربونيك من كربونات البوتاسيوم:

$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,

$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.

6. تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكحولاتمع تكوين الاسترات - تفاعل الأسترة (أحد أهم التفاعلات المميزة للأحماض الكربوكسيلية):

يتم تحفيز تفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكحولات بواسطة كاتيونات الهيدروجين.

رد فعل الأسترة هو عكسها. يتحول التوازن نحو تكوين الإستر في وجود عوامل نزح الماء وعند إزالة الإستر من خليط التفاعل.

في التفاعل العكسي للأسترة، الذي يسمى التحلل المائي للإستر (تفاعل الإستر مع الماء)، يتم تشكيل حمض وكحول:

ومن الواضح أن التفاعل مع الأحماض الكربوكسيلية، أي. يمكن للكحولات متعددة الهيدرات، مثل الجلسرين، أن تدخل أيضًا في تفاعل الأسترة:

تحتوي جميع الأحماض الكربوكسيلية (باستثناء حمض الفورميك)، بالإضافة إلى مجموعة الكربوكسيل، على بقايا هيدروكربون في جزيئاتها. بالطبع، هذا لا يمكن إلا أن يؤثر على خصائص الأحماض التي تحددها طبيعة بقايا الهيدروكربون.

7. تفاعلات الإضافة في روابط متعددة- تحتوي على أحماض كربوكسيلية غير مشبعة. على سبيل المثال، رد فعل إضافة الهيدروجين هو الهدرجة. بالنسبة للحمض الذي يحتوي على رابطة $π$ واحدة في الجذر، يمكن كتابة المعادلة في الصورة العامة:

$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(محفز)C_(n)H_(2n+1)COOH.$

وبالتالي، عندما يتم هدرجة حمض الأوليك، يتكون حمض دهني مشبع:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"حمض الأوليك"))(→)↖(محفز)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\نص"حمض دهني" ) $

تضيف الأحماض الكربوكسيلية غير المشبعة، مثل المركبات غير المشبعة الأخرى، الهالوجينات عبر رابطة مزدوجة. على سبيل المثال، يقوم حمض الأكريليك بإزالة اللون من ماء البروم:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"حمض الأكريليك (البروبينويك)")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"حمض ثنائي بروموبروبانويك").$

8. تفاعلات الاستبدال (مع الهالوجينات)- الأحماض الكربوكسيلية المشبعة قادرة على الدخول فيها. على سبيل المثال، من خلال تفاعل حمض الأسيتيك مع الكلور، يمكن الحصول على أحماض مكلورة مختلفة:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(P(أحمر))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"حمض الكلوروسيتيك")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(P(أحمر))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"حمض ثنائي كلورو أسيتيك")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(P(أحمر))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"حمض ثلاثي كلورو أسيتيك")$

الممثلين الفرديين للأحماض الكربوكسيلية وأهميتها

نملة(الميثان) حامضهتسوخ- سائل ذو رائحة نفاذة ودرجة غليان 100.8 درجة مئوية، شديد الذوبان في الماء. حمض الفورميك سام يسبب حروقاً عند ملامسته للجلد!يحتوي السائل اللاذع الذي يفرزه النمل على هذا الحمض. يتمتع حمض الفورميك بخصائص مطهرة ولذلك يستخدم في الصناعات الغذائية والجلود والأدوية والأدوية. يتم استخدامه في صباغة الأقمشة والورق.

خل (الإيثان)حامض $CH_3COOH$ هو سائل عديم اللون ذو رائحة نفاذة مميزة، قابل للامتزاج مع الماء بأي نسبة. تُباع المحاليل المائية لحمض الأسيتيك تحت اسم الخل (محلول 3-5٪) وجوهر الخل (محلول 70-80٪) وتستخدم على نطاق واسع في صناعة المواد الغذائية. يعد حمض الأسيتيك مذيبًا جيدًا للعديد من المواد العضوية ولذلك يستخدم في الصباغة والدباغة وصناعة الطلاء والورنيش. بالإضافة إلى ذلك، يعد حمض الأسيتيك مادة خام لإنتاج العديد من المركبات العضوية المهمة تقنيًا: على سبيل المثال، يتم الحصول عليه من المواد المستخدمة لمكافحة الحشائش - مبيدات الأعشاب.

حمض الخليك هو المكون الرئيسي خل النبيذ,الرائحة المميزة التي ترجع إليها على وجه التحديد. وهو نتاج أكسدة الإيثانول ويتكون منه عند تخزين النبيذ في الهواء.

أهم ممثلي الأحماض الأحادية المشبعة العالية هم البالمتيك$C_(15)H_(31)COOH$ و دهنيحمض $C_(17)H_(35)COOH$. وعلى عكس الأحماض السفلية، فإن هذه المواد صلبة وضعيفة الذوبان في الماء.

ومع ذلك، فإن أملاحها - ستيرات وبالميتات - شديدة الذوبان ولها تأثير منظف، ولهذا السبب تسمى أيضًا بالصابون. ومن الواضح أن هذه المواد يتم إنتاجها على نطاق واسع. ومن بين الأحماض الكربوكسيلية الأعلى غير المشبعة، أهمها حمض الأوليك$C_(17)H_(33)COOH$، أو $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. وهو سائل يشبه الزيت، ليس له طعم أو رائحة. وتستخدم أملاحها على نطاق واسع في التكنولوجيا.

أبسط ممثل للأحماض الكربوكسيلية ثنائية القاعدة هو حمض الأكساليك (إيثانديويك).$HOOC—COOH$، والتي توجد أملاحها في العديد من النباتات، مثل الحميض والحميض. حمض الأكساليك هو مادة بلورية عديمة اللون وشديدة الذوبان في الماء. يتم استخدامه لتلميع المعادن، وفي الصناعات الخشبية والجلود.

استرات

عندما تتفاعل الأحماض الكربوكسيلية مع الكحولات (تفاعل الأسترة)، فإنها تتشكل استرات:

رد الفعل هذا قابل للعكس. يمكن أن تتفاعل منتجات التفاعل مع بعضها البعض لتكوين المواد الأولية - الكحول والحمض. وبالتالي، فإن تفاعل الإسترات مع الماء - التحلل المائي للإستر - هو عكس تفاعل الأسترة. التوازن الكيميائي، والتي يتم تحديدها عندما تكون معدلات التفاعلات المباشرة (الأسترة) والعكسية (التحلل المائي) متساوية، يمكن تحويلها نحو تكوين الإستر من خلال وجود عوامل إزالة الماء.

الدهون- مشتقات المركبات التي هي استرات الجلسرين والأحماض الكربوكسيلية العليا.

تخضع جميع الدهون، مثل الاسترات الأخرى، للتحلل المائي:

عند تحلل الدهون في بيئة قلوية$(NaOH)$ وبحضور رماد الصودا$Na_2CO_3$ يستمر بشكل لا رجعة فيه ويؤدي إلى تكوين أملاحها وليس الأحماض الكربوكسيلية، والتي تسمى الصابون.لذلك يسمى التحلل المائي للدهون في بيئة قلوية التصبن.

الألدهيدات هي مواد عضوية تنتمي إلى مركبات الكربونيل التي تحتوي على المجموعة الوظيفية -SON والتي تسمى مجموعة الكربونيل.

اعتمادًا على طبيعة الهيكل الهيدروكربوني، تكون جزيئات الألدهيد مشبعة وغير مشبعة وعطرية. قد تحتوي جزيئاتها أيضًا على ذرات هالوجين أو مجموعات وظيفية إضافية. الصيغة العامة للألدهيدات المشبعة هي C n H 2 n O. ووفقًا لتسمية IUPAC، تنتهي أسماؤها باللاحقة -al.

أكسدة الألدهيدات لديها مهمفي الصناعة، حيث يتم تحويلها بسهولة إلى أحماض كربوكسيلية. في هذه الحالة، يمكن أن يعمل هيدروكسيد النحاس أو أكسيد الفضة أو حتى الأكسجين الجوي كعوامل مؤكسدة.

هيكل مجموعة الكربونيل

يتميز الهيكل الإلكتروني للرابطة المزدوجة في المجموعة C=O بتكوين رابطة σ واحدة ورابطة π أخرى. تكون ذرة C في حالة تهجين sp2، والجزيء له بنية مسطحة مع زوايا رابطة بين الروابط تبلغ حوالي 120 0. الفرق بين الرابطة المزدوجة في هذه المجموعة الوظيفية هو أنها تقع بين ذرة الكربون وذرة الأكسجين شديدة السالبية. ونتيجة لذلك، تنجذب الإلكترونات إلى ذرة O، مما يعني أن هذه الرابطة مستقطبة للغاية.

يمكن تسمية محتوى هذه الرابطة المزدوجة المستقطبة في مجموعة الألدهيدات بالسبب الرئيسي للتفاعل العالي للألدهيدات. بالنسبة للألدهيدات، التفاعلات الأكثر شيوعًا هي إضافة الذرات أو مجموعاتها إلى الرابطة C=O. وأسهل التفاعلات التي تحدث هي الإضافة المحبة للنواة. من المعتاد أيضًا بالنسبة للألدهيدات التفاعلات التي تتضمن ذرات H من المجموعة الوظيفية للألدهيدات. بسبب تأثير سحب الإلكترون لمجموعة C=O، تزداد قطبية الرابطة. وهذا بدوره هو السبب وراء سهولة أكسدة الألدهيدات نسبيًا.

ممثلين فرديين للألدهيدات

الفورمالديهايد (الفورمالدهيد أو الميثانال) CH 2 O هو مادة غازيةذات رائحة نفاذة للغاية، ويتم الحصول عليها عادةً عن طريق تمرير خليط من بخار الميثانول والهواء عبر شبكة نحاسية أو فضية ساخنة. ويسمى محلوله المائي بنسبة 40٪ الفورمالين. يتفاعل الفورمالديهايد بسهولة، ويشكل الكثير منه الأساس للتخليق الصناعي لعدد من مواد مهمة. كما أنه يستخدم لإنتاج خماسي الإريثريتول، والعديد من المواد الطبية، والأصباغ المختلفة، لدباغة الجلود، وكمطهر ومزيل للعرق. الفورمالديهايد سام للغاية؛ الحد الأقصى المسموح به للتركيز في الهواء هو 0.001 ملجم/لتر.

الأسيتالديهيد (أسيتالديهيد، إيثانال) CH 3 COH هو سائل عديم اللون ذو رائحة خانقة، والذي عند تخفيفه بالماء يكتسب رائحة الفواكه. يحتوي الأسيتالديهيد على جميع الخصائص الأساسية للألدهيدات. تنتج أكسدة الأسيتالديهيد كميات هائلة من حمض الأسيتيك وأنهيدريد الأسيتيك، وهي مجموعة متنوعة من المستحضرات الصيدلانية.

الأكرولين (البروبينال) CH 2 = CH-SON، أبسط ألدهيد غير مشبع هو سائل عديم اللون شديد التقلب. أبخرته تهيج بشدة الأغشية المخاطية للعينين والجهاز التنفسي العلوي. وهو شديد السمية، والحد الأقصى المسموح به لمحتواه في الهواء هو 0.7 ملغم/م3. البروبينال هو منتج وسيط في تركيب بعض البوليمرات وهو ضروري في إنتاج بعض الأدوية.

البنزالديهايد (البنزوالدهيد) C6H5COH هو سائل عديم اللون ذو رائحة تتحول إلى اللون الأصفر أثناء التخزين، ويتأكسد بسرعة بالهواء إلى حمض البنزويك. يحتوي على الزيوت الأساسية من النباتات (زهر البرتقال، الباتشولي)، وعلى شكل جلوكوزيد - في حبات اللوز المر والكرز والمشمش والخوخ. كمادة عطرية، يتم استخدامه في صناعة العطور، كمكون من مكونات الغذاء، وكمادة خام لتخليق المواد العطرية الأخرى (سينامالديهيد، ياسمينالدهيد).

رد فعل المرآة الفضية

إن أكسدة الألدهيدات بواسطة أكسيد الفضة هو التفاعل النوعي الأكثر دلالة على الشكل المقابل للمجموعة الوظيفية. حصل هذا التفاعل على اسمه بسبب الطبقة الفضية الرقيقة الموجودة على جدران أنبوب الاختبار والتي تتشكل أثناء هذا التفاعل.

يكمن جوهرها في تفاعل الألدهيد R-СОН مع محلول الأمونيا من أكسيد الفضة (I)، وهو مركب معقد OH قابل للذوبان ويسمى كاشف تولنز. يتم التفاعل عند درجات حرارة قريبة من نقطة غليان الماء (80-100 درجة مئوية). في هذه الحالة، تتم أكسدة الألدهيدات إلى الأحماض الكربوكسيلية المقابلة لها، ويتم تقليل العامل المؤكسد إلى الفضة المعدنية، التي تترسب.

تحضير الكواشف

لتحديد نوعيًا مجموعة -SON في الألدهيدات، يتم أولاً تحضير مركب معقد من الفضة. للقيام بذلك، صب القليل من محلول الأمونيا (هيدروكسيد الأمونيوم) في الماء في أنبوب اختبار، تليها كمية صغيرة من نترات الفضة. في هذه الحالة، يختفي راسب أكسيد الفضة الناتج على الفور:

2AgNO 3 + 2NH 3 + H 2 O -> Ag 2 O↓ + 2NH 4 NO 3

Ag 2 O + 4NΗ 3 + Η 2 O -> 2ОΗ

يتم الحصول على نتائج أكثر موثوقية بواسطة كاشف تولنز المحضر بإضافة القلويات. وللقيام بذلك، يتم إذابة 1 جم من AgNO 3 في 10 جم من الماء المقطر ويتم إضافة كمية مساوية من هيدروكسيد الصوديوم المركز. ونتيجة لذلك، يتشكل راسب من Ag 2 O، والذي يختفي عند الإضافة محلولهيدروكسيد الأمونيوم. يجب استخدام الكاشف الطازج فقط للتفاعل.

آلية رد الفعل

رد فعل مرآة فضية يتوافق مع المعادلة:

2OΗ + HCOΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + H2O

تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة للألدهيدات لم تتم دراسة هذا التفاعل بشكل كافٍ. آلية هذا التفاعل غير معروفة، ولكن من المفترض وجود نسخة جذرية أو أيونية من الأكسدة. مع هيدروكسيد الفضة ثنائي الأمين، من المرجح أن تحدث الإضافة لتكوين ملح ديول الفضة، والذي يتم بعد ذلك شق الفضة منه لتكوين حمض كربوكسيلي.

للحصول على تجربة ناجحة، تعتبر نظافة الأدوات المستخدمة أمرًا في غاية الأهمية. ويرجع ذلك إلى أن جزيئات الفضة الغروية المتكونة أثناء التجربة يجب أن تلتصق بسطح الزجاج، بعد أن خلقت سطح المرآة. في ظل وجود أدنى الملوثات، سوف تتساقط على شكل رواسب رمادية متقشرة.

يجب استخدام المحاليل القلوية لتنظيف الحاوية. لذلك، لهذه الأغراض، يمكنك تناول محلول NaOH، الذي يجب غسله بكمية كبيرة من الماء المقطر. يجب ألا يكون هناك أي شحوم أو جزيئات ميكانيكية على سطح الزجاج.

الأكسدة بهيدروكسيد النحاس

إن تفاعل أكسدة الألدهيدات مع هيدروكسيد النحاس (II) هو أيضًا مذهل وفعال في تحديد نوع المجموعة الوظيفية. ويستمر عند درجة حرارة مقابلة لغليان خليط التفاعل. في هذه الحالة، يتم تقليل الألدهيدات النحاس ثنائي التكافؤفي تركيبة كاشف Fehling (محلول الأمونيا الطازج من Cu(OH) 2) إلى أحادي التكافؤ. هم أنفسهم يتأكسدون بسبب إدخال ذرة الأكسجين في رابطة CH (تتغير حالة أكسدة C من +1 إلى +3).

يمكن مراقبة تقدم التفاعل بصريًا من خلال التغير في لون خليط المحلول. يتحول راسب هيدروكسيد النحاس المزرق إلى اللون الأصفر تدريجيًا، وهو ما يتوافق مع هيدروكسيد النحاسوز ومظهر إضافي لتراسب أحمر ساطع من Cu 2 O.

تتوافق هذه العملية مع معادلة التفاعل:

R-SON + Cu 2+ + NaOH + H 2 O -> R-COONa + Cu 2 O + 4H +

العمل بواسطة كاشف جونز

ومن الجدير بالذكر أن هذا الكاشف يعمل على الألدهيدات أفضل طريقة. في هذه الحالة، لا تتطلب الأكسدة التسخين ويتم إجراؤها عند درجة حرارة 0-20 درجة مئوية لفترة زمنية قصيرة إلى حد ما، ويكون إنتاج المنتجات أكثر من 80٪. العيب الرئيسي لكاشف جونز هو عدم وجود انتقائية عالية للمجموعات الوظيفية الأخرى، بالإضافة إلى أن البيئة الحمضية تؤدي أحيانًا إلى الأيزومرة أو التدمير.

كاشف جونز هو محلول من أكسيد الكروم (VI) في الأسيتون المخفف. ويمكن الحصول عليه أيضًا من ثنائي كرومات الصوديوم. عندما تتأكسد الألدهيدات، تتشكل الأحماض الكربوكسيلية تحت تأثير هذا الكاشف.

الأكسدة الصناعية بالأكسجين

تتم أكسدة الأسيتالديهيد في الصناعة عن طريق التعرض للأكسجين في وجود محفزات - أيونات الكوبالت أو المنغنيز. أولاً يتكون حمض البيراسيتيك:

CH 3 -SON + O 2 -> CH 3 -COOON

وهو بدوره يتفاعل مع الجزيء الثاني من الأسيتالديهيد وينتج من خلال مركب البيروكسيد جزيئين من حمض الأسيتيك:

CH 3 -COOOON + CH 3 -SON -> 2CH 3 -COOH

تتم الأكسدة عند درجة حرارة 60-70 درجة مئوية وضغط 2·10 5 باسكال.

التفاعل مع محلول اليود

للأكسدة مجموعات الألدهيداتفي بعض الأحيان يتم استخدام محلول اليود في وجود القلويات. معنى خاصيشارك هذا الكاشف في أكسدة الكربوهيدرات، لأنه يعمل بشكل انتقائي للغاية. لذلك، تحت تأثيره، يتم تحويل D- الجلوكوز إلى حمض D- الجلوكونيك.

يشكل اليود في وجود القلويات هيبويوديد (عامل مؤكسد قوي جدًا): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + H 2 O.

تحت تأثير هيبويودايد، يتم تحويل الفورمالديهايد إلى حمض الميثان: ΗСОΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + H 2 O.

يتم استخدام أكسدة الألدهيدات مع اليود الكيمياء التحليليةلتحديد محتواها الكمي في الحلول.

الأكسدة مع ثاني أكسيد السيلينيوم

على عكس الكواشف السابقة، تحت تأثير ثاني أكسيد السيلينيوم، تتحول الألدهيدات إلى مركبات ديكاربونيل، ويتشكل الجلايوكسال من الفورمالديهايد. إذا كانت مجموعات الميثيلين أو الميثيل موجودة بجوار الكربونيل، فيمكن تحويلها إلى مجموعات كربونيل. عادةً ما يتم استخدام الديوكسان أو الإيثانول أو الزيلين كمذيب لـ SeO2.

وفقًا لإحدى الطرق، يتم إجراء التفاعل في دورق ثلاثي الرقبة متصل بمحرك ومقياس حرارة ومكثف راجع. إلى المادة الأولية، المأخوذة بكمية 0.25 مول، يضاف محلول 0.25 مول من ثاني أكسيد السيلينيوم في 180 مل من الديوكسان، بالإضافة إلى 12 مل من H2O، قطرة قطرة. يجب ألا تتجاوز درجة الحرارة 20 درجة مئوية (. إذا لزم الأمر، قم بتبريد القارورة). بعد ذلك، مع التحريك المستمر، يتم غلي المحلول لمدة 6 ساعات. بعد ذلك، يتم ترشيح المحلول الساخن لفصل السيلينيوم ويتم غسل الراسب بالديوكسان. بعد التقطير الفراغي للمذيب، يتم تجزئة البقايا. يتم اختيار الجزء الرئيسي في نطاق درجة حرارة واسع (20-30 درجة مئوية) ويتم تصحيحه مرة أخرى.

أكسدة الألدهيدات

تحت تأثير الأكسجين الجوي في درجة حرارة الغرفة، تحدث أكسدة الألدهيدات ببطء شديد. المنتجات الرئيسية لهذه التفاعلات هي الأحماض الكربوكسيلية المقابلة. آلية الأكسدة الذاتية تشبه الأكسدة الصناعية للإيثانال إلى حمض الأسيتيك. أحد المنتجات الوسيطة هو حمض البيروكسيد، الذي يتفاعل مع جزيء ألدهيد آخر.

ويرجع ذلك إلى حقيقة أن هذا النوع من التفاعل يتم تسريعه بواسطة الضوء والبيروكسيدات والآثار معادن ثقيلةيمكننا أن نستنتج حول آليتها الجذرية. الفورمالديهايد في محاليل مائيةويتأكسد بالهواء بشكل أسوأ بكثير من نظائره، وذلك لوجوده فيها على شكل ميثيلين غليكول المائي.

أكسدة الألدهيدات مع برمنجنات البوتاسيوم

يحدث هذا التفاعل بشكل أكثر نجاحًا بصريًا، ويمكن تقييم تقدمه من خلال فقدان الشدة والتغير الكامل للون الوردي لمحلول برمنجنات البوتاسيوم. يحدث التفاعل في درجة حرارة الغرفة والضغط الطبيعي، لذلك لا يتطلب ذلك شروط خاصة. يكفي صب 2 مل من الفورمالديهايد و 1 مل من حمض الكبريتيك المحمض في أنبوب الاختبار. يجب رج أنبوب الاختبار الذي يحتوي على المحلول بعناية لخلط الكواشف:

5CH 3 -SON + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

إذا تم تنفيذ نفس التفاعل عند درجات حرارة مرتفعة، فسيتم أكسدة الميثانال بسهولة إلى ثاني أكسيد الكربون:

5CH 3 -SON + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5CO 2 + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O