Назад Напред
внимание! Визуализациите на слайдове са само за информационни цели и може да не представят всички характеристики на презентацията. Ако се интересувате тази работа, моля, изтеглете пълната версия.
Цел на урока:характеризират състава, структурата, класификацията, физичните и химичните свойства, получаването и употребата на алдехиди. Установете връзки между изучаваните класове органични съединения. Познаване на качествените реакции към алдехиди.
Навсякъде в живота си се сблъскваме с органичната химия: ядем продукти на химическата промишленост, обличаме се директно в нейните резултати: ацетатна коприна, изкуствена вълна, продукти от изкуствена кожа и много други, благодарение на химията можем да извършваме сложни операции (анестезия), да лекуваме рани гърлото и просто поставяме инжекции, където избираме етилов алкохол като антисептик.
Днес ще ви запознаем с класа органична материя– алдехиди. Днес в нашия урок ще докажем, че животът без алдехиди е невъзможен. Нека разберем как да се отнасяме добре към тази тема известни вещества: ванилин, почистващи препарати, формалдехид, пластмаса, огледало, оцетна киселина
И така, алдехидите са органични съединения, съдържащи полярна карбонилна група в техните молекули. В зависимост от заместителите, свързани с оксогрупата, тези вещества се разделят на алдехиди и кетони. В алдехидите карбонилната група е свързана с въглеводороден радикал и водороден атом, докато в кетоните карбонилният въглерод е свързан с два въглеводородни радикала.
Обща формула на наситени карбонилни съединения C n H 2n O
Имената на алдехидите според тривиалната номенклатура често се извличат от имената на съответните монокарбоксилни киселини. Според рационалната номенклатура алдехидите с разклонена въглеводородна верига се считат за производни на ацеталдехида. от систематична номенклатураимената на въпросните съединения са получени от съответните алкани с добавяне на наставката - ал.
Методи за получаване на алдехиди. Основните методи за получаване на алдехиди са каталитичното дехидрогениране на алкохоли, хидратиране на алкини и окисление на алкохоли.
Физични свойства.
Първият член на хомоложната серия от наситени алдехиди НСО – безцветен газ, няколко последващи алдехиди са течности. Висши алдехиди – твърди вещества. Карбонилната група причинява високата реактивност на алдехидите. Точката на кипене на алдехидите се повишава с увеличаване на молекулното тегло. Те кипят при по-ниска температура от съответните алкохоли, например пропионалдехид при 48,8 0 С и пропилов алкохол при 97,8 0 С.
Плътността на алдехидите е по-малка от единица. Мравченият и ацеталдехидите са силно разтворими във вода, докато следните са по-малко разтворими. Нисшите алдехиди имат остра, неприятна миризма, докато някои висши алдехиди имат приятна миризма.
Реактивността на алдехидите се дължи на наличието на активна карбонилна група. Високата електроотрицателност на кислородния атом насърчава силната поляризация на двойната връзка в карбонилната група и изместването на подвижните α-електрони към кислородния атом.
Химични свойства на алдехидите:
1. Реакции на добавяне:
А) реакция на хидрогениране
Б) реакция на присъединяване на NaHSO3
2. Окислителни реакции:
А) реакция със сребърно огледало
Б) реакция на светофара
3. Реакция на поликондензация
4. Реакция на полимеризация
Качествена реакция към карбоксилната група - реакцията на окисление на алдехиди с меден (II) хидроксид - светофар.
НСО + 2Cu(OH) 2 = HCOOH +Cu 2 O +2H 2 O
„Реакция на сребърното огледало“
Можете ли да си представите живота без огледало? Събуждате се сутрин и не виждате отражението си? Изглежда като глупост, дреболия. Но какъв душевен дискомфорт! Неслучайно приказните герои бяха лишени от отражението си като наказание. Какво е огледало? Каква е неговата сила? Откъде дойде? Как се прави?
Както вече знаем, първите истински огледала са метални пластини от мед, злато и сребро, полирани до блясък. Въпреки това, такива огледала имаше голям недостатък– във въздуха бързо потъмняха и помръкнаха. Какъв изход намерихте от тази ситуация? Многобройни експерименти показват, че лъскав метален слой може да се нанесе и върху стъкло. И така, през 1 век. AD започва да произвежда стъклени огледала - стъклени плочи, свързани с оловни или калаени плочи. Това беше направено по следния начин: те измиха стъклото с алкохол, почистиха го с талк и след това плътно притиснаха лист калай към повърхността. Отгоре се изсипва живак и след като се остави да престои, излишното се излива. Полученият амалгамен слой беше запечатан или боядисан. Такива огледала се оказаха много по-издръжливи от металните, така че занаятчийските работилници преминаха към производството на стъклени огледала, чиято отразяваща повърхност беше направена от калаена амалгама (разтвор на калай Sn в живак Hg). Но тъй като живачните пари са много отровни, производството на живачни огледала е много вредно, а самите огледала съдържат живак. Беше опасно да се държат живачни огледала в жилищни помещения.
Затова учените продължиха да търсят заместител на живака. Тя беше намерена френски химикФрансоа Птижан и великия немски учен Юстус Либих. Либих предлага да се направят стъклени огледала със сребърно покритие. Разработеният от него метод се състои от следните операции. Първо, AgNO3 се добавя към воден разтвор на сребърен нитрат воден разтворкалиев хидроксид KOH, което доведе до утаяване на черно-кафява утайка от сребърен оксид Ag 2 O.
2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O.
Утайката се филтрува и се смесва с воден разтвор на амоняк NH3.
Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O = 2 (OH).)
Сребърният оксид се разтваря в амонячна вода, за да се образува сложно съединение (амониев оксид или амин) - диамин сребърен (I) хидроксид. След това стъклен лист, чиято една от повърхностите е старателно обезмаслена, се потапя в получения прозрачен разтвор и се добавя формалдехид HCHO.
2(OH) + HCHO = 2Ag + HCOONH4 + 3NH3 + H2O.)
Формалдехидът намалява среброто, което се отлага върху почистената повърхност на стъклото, покривайки го с лъскаво огледално покритие.
Приложение на алдехиди и кетони.
Формалдехид. Първият член на хомоложната серия от наситени алдехиди е формалдехидът HCOH. Наричам го още метанал и мравчен алдехид. Това е безцветен газ с характерна остра миризма. Широко се използва воден разтвор, съдържащ 0,4 или 40% метанал в масови фракции. Нарича се формалдехид. Формалдехид (формалин), бистра, безцветна течност със специфична остра миризма. Използва се като дезинфектант и дезодориращо средство за измиване на ръцете, измиване на кожата при прекомерно изпотяване (0,5–1%), за дезинфекция на инструменти (0,5%), за душ (1: 2000–1: 3000). Част от лизоформата.
Използването му също се основава на способността му да сгъва протеини. Например при производството на кожи дъбилният ефект на формалина се обяснява с коагулацията на протеина, в резултат на което кожата се втвърдява и не изгнива. Използването на формалдехид за консервиране на биологични препарати се основава на същото свойство. Формалдехидът понякога се използва за дезинфекция и третиране на семена. Метаналът се използва при производството на някои лекарствени вещества и багрила. Голямо количествометаналът се използва за производството на фенолформалдехидна смола, която се получава чрез взаимодействие на метанал с фенол. Тази смола е необходима за производството на различни пластмаси.
Пластмасите, направени от фенолформалдехидна смола, комбинирана с различни пълнители, се наричат феноли. Чрез разтваряне на фенолформалдехидна смола в ацетон или алкохол се получават различни лакове.
Когато метаналът реагира с карбамид CO(NH) 2, се получава карбамидна смола и от нея се правят аминопласти. От тези пластмаси се произвеждат микропорести материали за електротехниката (ключове, контакти), материали за мебели и интериорна декорация, плочи от дървесни частици, изкуствен мрамор. Топло- и звукоизолиращи порести материали.
Ацеталдехид CH 3 - SON е безцветна течност с остър задушлив мирис. Използва се в производството на целулозни ацетати, оцетна и пероксиоцетна киселина, оцетен анхидрид, етилацетат, глиоксал, алкиламини, бутанол, хлорал. Подобно на формалдехида, той влиза в реакции на поликондензация с амини, фенол и други вещества, образувайки синтетични смоли, които се използват широко в индустрията.
Бензалдехид C 6 H 5 C (H) = O с мирис на горчиви бадеми се намира в бадемовото масло и в етеричното масло от евкалипт. Синтетичният бензалдехид се използва в хранителни есенции и парфюмни композиции.
Алифатен алдехид CH 3 (CH 2) 7 C (H) = O (тривиално име - пеларгоналдехид) се намира в етерични маслацитрусови растения, има мирис на портокал, използва се като ароматизатор на храни.
Ароматен алдехид ванилиноткрит в плодовете на тропическото растение ванилия, сега по-често се използва синтетичен ванилин - широко известна ароматизираща добавка в сладкарски изделия.
Citral C 10 H 15 O (3,7-диметил-2,6-октадиенал) с миризма на лимон се използва в битовата химия.
Кротоналдехид. Силно сълзотворно средство, използва се за производство на бутанол, сорбинова и маслена киселина. Съдържа се в соевото масло. Използване на алдехиди в медицината.
Цинамалдехидът се съдържа в канеленото масло и се получава чрез дестилация на кората на канеленото дърво. Използва се в кулинарията под формата на пръчици или прах
Хексатропин (CH 2) 6 N 4 (хексаметилентетрамин), безцветни кристали без мирис, лесно разтворими във вода. Водните разтвори имат алкална реакция. Има антисептично действие. Използва се предимно при инфекциозни процеси на пикочните пътища (цистит, пиелит). Действието се основава на способността на лекарството да се разлага в кисела среда с образуването на формалдехид. Лекарството се предписва на празен стомах. Показания за употребата му са холецистит, холангит, алергични заболявания на кожата и очите (кератит, иридоциклит и др.). Лекарството може да предизвика дразнене на бъбречния паренхим; ако се появят тези признаци, лекарството трябва да се прекрати.
акролеин. Използва се за производство на пластмаси, които са много твърди. Акролеинът и неговите натриеви соли са емулгатори, които структурират почвите; неговите лактонови производни подобряват свойствата на хартията и текстила.
Обобщаване и систематизиране на знанията. Обобщаване на урока.
По този начин способността на алдехидите и кетоните да участват в различни трансформации определя основната им употреба като изходни съединения за синтеза на различни органични вещества: алкохоли, карбоксилни киселини и техните анхидриди, лекарства (уротропин), полимерни продукти (фенолформалдехидни смоли, полиформалдехид). ), в производството на всички видове аромати (на базата на бензалдехид) и багрила.
домашна работа.
Строеж на алдехиди и кетони
Алдехиди- органични вещества, чиито молекули съдържат карбонилна група:
свързан с водороден атом и въглеводороден радикал. Общата формула на алдехидите е:
В най-простия алдехид друг водороден атом играе ролята на въглеводороден радикал:
Формалдехид Често се нарича карбонилна група, свързана с водороден атом алдехиден:
Кетоните са органични вещества, в чиито молекули карбонилна група е свързана с два въглеводородни радикала. Очевидно общата формула за кетоните е:
Карбонилната група на кетоните се нарича кето група.
В най-простия кетон, ацетона, карбонилната група е свързана с два метилови радикала:
Номенклатура и изомерия на алдехиди и кетони
В зависимост от структурата на въглеводородния радикал, свързан с алдехидната група, има наситени, ненаситени, ароматни, хетероциклени и други алдехиди:
В съответствие с номенклатурата на IUPAC имената на наситените алдехиди се формират от името на алкан със същия брой въглеродни атоми на молекула, като се използва суфикс -ал. Например:
НомерацияВъглеродните атоми на основната верига започват с въглеродния атом на алдехидната група. Следователно алдехидната група винаги е разположена при първия въглероден атом и не е необходимо да се посочва нейната позиция.
Наред със систематичната номенклатура се използват и тривиални имена на широко използвани алдехиди. Тези имена обикновено произлизат от имената на карбоксилни киселини, съответстващи на алдехиди.
За титлата кетониспоред систематичната номенклатура, кето групата се обозначава със суфикса -Тойи число, което показва номера на въглеродния атом на карбонилната група (номерирането трябва да започне от края на веригата, най-близо до кето групата).
Например:
За алдехидитипичен е само един вид структурна изомерия - изомерия на въглероден скелет, което е възможно с бутанал, и за кетони- също изомерия на позицията на карбонилната група. Освен това те също се характеризират междукласова изомерия(пропанал и пропанон).
Физични свойства на алдехидите и кетоните
В алдехидна или кетонна молекула, поради по-голямата електроотрицателност на кислородния атом в сравнение с въглеродния атом, връзката C=O е силно поляризиранпоради промяна в електронната плътност на π връзката към кислорода:
Алдехиди и кетони - полярни вещества с излишна електронна плътност върху кислородния атом. Нисшите членове на серията алдехиди и кетони (формалдехид, ацеталдехид, ацетон) са неограничено разтворими във вода. Техните точки на кипене са по-ниски от тези на съответните алкохоли. Това се дължи на факта, че в молекулите на алдехидите и кетоните, за разлика от алкохолите, няма подвижни водородни атоми и те не образуват асоциирани връзки поради водородни връзки.
Нисшите алдехиди имат остра миризма; Алдехидите, съдържащи четири до шест въглеродни атома във веригата, имат неприятна миризма; Висшите алдехиди и кетони имат флорални миризми и се използват в парфюмерията.
Наличието на алдехидна група в молекулата определя характерни свойстваалдехиди.
Реакции на възстановяване.
1. Добавяне на водородкъм алдехидните молекули възниква чрез двойна връзка в карбонилната група:
Продуктът от хидрогенирането на алдехидите са първични алкохоли, а кетоните са вторични алкохоли.
Така при хидрогениране на ацеталдехид върху никелов катализатор се образува етилов алкохол, а при хидрогениране на ацетон се образува 2-пропанол.
2. Хидрогениране на алдехиди- реакция на редукция, при която степента на окисление на въглеродния атом, включен в карбонилната група, намалява.
Окислителни реакции.
Алдехидите могат не само да се редуцират, но и да се окисляват. При окисление алдехидите образуват карбоксилни киселини. Този процес може да бъде схематично представен по следния начин:
1. Окисляване с кислород на въздуха.Например, пропионовата киселина се образува от пропионов алдехид (пропанал):
2. Окисляване със слаби окислители(амонячен разтвор на сребърен оксид). В опростена форма този процес може да бъде изразен чрез уравнението на реакцията:
Например:
Този процес се отразява по-точно от уравненията:
Ако повърхността на съда, в който се провежда реакцията, е била предварително обезмаслена, тогава среброто, образувано по време на реакцията, я покрива гладко. тънък филм. Следователно тази реакция се нарича реакция на „сребърно огледало“. Използва се широко за изработване на огледала, сребърни декорации и украса за елха.
3. Окисляване с прясно утаен меден (II) хидроксид.Чрез окисляване на алдехида Cu 2+ се редуцира до Cu +. Образуваният по време на реакцията меден (I) хидроксид CuOH незабавно се разпада на червен меден (I) оксид и вода.
Тази реакция, точно като реакцията " сребърно огледало", се използва за откриване на алдехиди.
Кетоните не се окисляват нито от атмосферния кислород, нито от такъв слаб окислител като амонячен разтвор на сребърен оксид.
Химични свойства на алдехидите и киселините - резюме
Отделни представители на алдехидите и тяхното значение
Формалдехид(метанал, мравчен алдехид HCHO) е безцветен газ с остра миризма и точка на кипене от -21 ° C, силно разтворим във вода. Формалдехидът е отровен! Разтвор на формалдехид във вода (40%) се нарича формалдехид и се използва за дезинфекция с формалдехид и оцет. IN селско стопанствоФормалинът се използва за обработка на семена и в кожарската промишленост за обработка на кожа. За производството се използва формалдехид метенамин- лечебно вещество. Понякога като гориво (сух алкохол) се използва пресован метенамин под формата на брикети. Голямо количество формалдехид се изразходва при производството на фенолформалдехидни смоли и някои други вещества.
Ацеталдехид(етанал, ацеталдехид CH 3 CHO) - течност с остра, неприятна миризма и точка на кипене 21 ° C, силно разтворима във вода. Оцетната киселина и редица други вещества се произвеждат от ацеталдехид в промишлен мащаб; той се използва за производството на различни пластмаси и ацетатни влакна. Ацеталдехидът е отровен!
Група атоми -
Наречен карбоксилна групаили карбоксил.
Органичните киселини, съдържащи една карбоксилна група в молекулата, са едноосновен.
Общата формула на тези киселини е RCOOH, например:
Наричат се карбоксилни киселини, съдържащи две карбоксилни групи двуосновен. Те включват, например, оксалова и янтарна киселини:
Има също многоосновенкарбоксилни киселини, съдържащи повече от две карбоксилни групи. Те включват, например, триосновна лимонена киселина:
В зависимост от природата на въглеводородния радикал карбоксилни киселинисе разделят на наситени, ненаситени, ароматни.
Лимит, или наситени, карбоксилни киселини са, например, пропанова (пропионова) киселина:
или вече познатата янтарна киселина.
Очевидно е, че наситените карбоксилни киселини не съдържат π връзки във въглеводородния радикал.
В молекулите на ненаситени карбоксилни киселини карбоксилната група е свързана с ненаситен, ненаситен въглеводороден радикал, например в акрилни (пропенови) молекули
СН2=СН-СООН
или олеинова
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
и други киселини.
Както се вижда от формулата на бензоената киселина, тя е ароматен, тъй като съдържа ароматен (бензен) пръстен в молекулата:
Името на карбоксилна киселина се получава от името на съответния алкан (алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата) с добавяне на наставката -s— , окончания -таи думи киселина. Номериране на въглеродни атоми започва с карбоксилна група. Например:
Броят на карбоксилните групи е посочен в името с префикси ди-, три-, тетра-:
Много киселини също имат исторически установени или тривиални имена.
Съставът на наситените едноосновни карбоксилни киселини ще бъде изразен с общата формула C n H 2n O 2, или C n H 2n+1 COOH, или RCOOH.
Физични свойства на карбоксилните киселини
Нисшите киселини, т.е. киселините с относително малко молекулно тегло, съдържащи до четири въглеродни атома на молекула, са течности с характерна остра миризма (например миризмата на оцетна киселина). Киселините, съдържащи от 4 до 9 въглеродни атома, са вискозни маслени течности с неприятна миризма; съдържащи повече от 9 въглеродни атома на молекула - твърди вещества, които не се разтварят във вода. Точките на кипене на наситените едноосновни карбоксилни киселини се повишават с увеличаване на броя на въглеродните атоми в молекулата и, следователно, с увеличаване на относителното молекулно тегло. И така, точката на кипене мравчена киселина s е равно на 100,8 °C, оцетната - 118 °C, пропионовата - 141 °C.
Най-простата карбоксилна киселина е мравчена HCOOH, имаща малко относително молекулно тегло (M r (HCOOH) = 46), при нормални условия е течност с точка на кипене 100,8 ° C. В същото време бутанът (M r (C 4 H 10) = 58) при същите условия е газообразен и има точка на кипене от -0,5 ° C. Това е несъответствие между температурите на кипене и относителните молекулни теглаобясни образуване на димери на карбоксилна киселина, при което две киселинни молекули са свързани с две водородни връзки:
Появата на водородни връзки става ясна при разглеждане на структурата на молекулите на карбоксилната киселина.
Молекулите на наситени едноосновни карбоксилни киселини съдържат полярна група от атоми - карбоксил
И практически неполярен въглеводороден радикал. Карбоксилната група се привлича от водните молекули, образувайки водородни връзки с тях:
Мравчената и оцетната киселина са неограничено разтворими във вода. Очевидно е, че с увеличаване на броя на атомите във въглеводороден радикал, разтворимостта на карбоксилните киселини намалява.
Химични свойства на карбоксилните киселини
Общите свойства, характерни за класа киселини (както органични, така и неорганични), се дължат на наличието в молекулите на хидроксилна група, съдържаща силна полярна връзкамежду водородни и кислородни атоми. Нека разгледаме тези свойства на примера на водоразтворимите органични киселини.
1. Дисоциацияс образуването на водородни катиони и аниони на киселинния остатък:
По-точно този процес се описва с уравнение, което отчита участието на водните молекули в него:
Равновесието на дисоциация на карбоксилните киселини е изместено наляво; по-голямата част от тях са слаби електролити. Въпреки това, киселият вкус на, например, оцетната и мравчената киселина се дължи на дисоциацията на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци.
Очевидно е, че наличието на "киселинен" водород в молекулите на карбоксилните киселини, т.е. водородът на карбоксилната група, определя и други характерни свойства.
2. Взаимодействие с метали, стоящ в електрохимичната серия на напрежение до водород:
Така желязото редуцира водорода от оцетна киселина:
3. Взаимодействие със основни оксиди с образуването на сол и вода:
4. Взаимодействие с метални хидроксидис образуване на сол и вода (реакция на неутрализация):
5. Взаимодействие със соли на по-слаби киселинис образуването на последния. Така оцетната киселина измества стеариновата киселина от натриевия стеарат и въглеродната киселина от калиевия карбонат:
6. Взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохолис образуването на естери - реакцията на естерификация (една от най- важни реакции, характеристика на карбоксилните киселини):
Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли се катализира от водородни катиони.
Реакцията на естерификация е обратима. Балансът се измества към образованието естерв присъствието на средства за отстраняване на вода и при отстраняване на етер от реакционната смес.
При обратната реакция на естерификация, наречена естерна хидролиза (реакцията на естер с вода), се образуват киселина и алкохол:
Очевидно е, че и двете могат да реагират с карбоксилни киселини, т.е. да влязат в реакция на естерификация. многовалентни алкохолинапример глицерин:
Всички карбоксилни киселини (с изключение на мравчената киселина), заедно с карбоксилната група, съдържат въглеводороден остатък в своите молекули. Разбира се, това не може да не повлияе на свойствата на киселините, които се определят от естеството на въглеводородния остатък.
7. Реакции на присъединяване при множество връзки- съдържат ненаситени карбоксилни киселини. Например, реакцията на добавяне на водород е хидрогениране. За киселина, съдържаща една n-връзка в радикала, уравнението може да бъде написано в общ вид:
Така, когато олеиновата киселина се хидрогенира, се образува наситена стеаринова киселина:
Ненаситените карбоксилни киселини, подобно на други ненаситени съединения, добавят халогени чрез двойна връзка. Например акрилната киселина обезцветява бромната вода:
8. Реакции на заместване (с халогени)- в тях могат да влизат наситени карбоксилни киселини. Например чрез взаимодействие на оцетна киселина с хлор могат да се получат различни хлорирани киселини:
Химични свойства на карбоксилните киселини - резюме
Отделни представители на карбоксилните киселини и тяхното значение
Мравчена (метанова) киселина HCOOH- течност с остра миризма и точка на кипене 100,8 °C, силно разтворима във вода.
Мравчената киселина е отровна и при контакт с кожата причинява изгаряния! Жилната течност, отделяна от мравките, съдържа тази киселина.
Мравчената киселина има дезинфекционни свойства и затова намира приложение в хранително-вкусовата, кожарската и фармацевтичната промишленост, както и в медицината. Използва се при боядисване на тъкани и хартия.
Оцетна (етанова) киселина CH 3 COOH- безцветна течност с характерен остър мирис, смесима с вода във всяко съотношение. Водните разтвори на оцетна киселина се продават под името оцет (3-5% разтвор) и оцетна есенция (70-80% разтвор) и се използват широко в хранително-вкусовата промишленост. Оцетната киселина е добър разтворител за много органични вещества и затова се използва при боядисване, производство на кожа, в бояджийската и лаковата промишленост. Освен това оцетната киселина е суровина за производството на много технически важни органични съединения: от нея например се получават вещества, използвани за борба с плевелите - хербициди. Оцетна киселинае основният компонент на винения оцет, чиято характерна миризма се дължи на него. Той е продукт на окислението на етанола и се образува от него, когато виното се съхранява на въздух.
Най-важните представители на висшите наситени едноосновни киселини са палмитинова C 15 H 31 COOH и стеаринова C 17 H 35 COOH киселини. За разлика от нисшите киселини, тези вещества са твърди и слабо разтворими във вода.
Техните соли обаче - стеарати и палмити - са силно разтворими и имат детергентно действие, поради което се наричат още сапуни. Ясно е, че тези вещества се произвеждат в голям мащаб.
От ненаситени висши карбоксилни киселини най-висока стойностима олеинова киселина C17H33COOH, или CH3-(CH2)7-CH = CH-(CH2)7COOH. Това е маслоподобна течност без вкус и мирис. Солите му намират широко приложение в техниката.
Най-простият представител на двуосновните карбоксилни киселини е оксалова (етандиова) киселина HOOC-COOH, чиито соли се намират в много растения, като киселец и киселец. Оксаловата киселина е безцветно кристално вещество, което е силно разтворимо във вода. Използва се в полирането на метали, дървообработването и кожарската промишленост.
Справочен материал за полагане на теста:
Периодична таблица
Таблица за разтворимост
почти всичко химикали, заобикалящи ни, се тестват от човека, въз основа на неговите искания и нужди. Всяко съединение има уникален набор от характеристики и свойства, присъщи само на него, от които са избрани полезните и необходимите за нас в живота. ежедневието. Алдехиди, за които ще говорим, също не са изключение.
Скромното дете на органичната химия
Сред въглеродните съединения, които обикновено се наричат органични, има добре познати, които, както се казва, „са на устните на всички“. Например глюкоза, етилов алкохол или пластмаса. Алдехидите нямат късмет в това отношение. Знае се само за тях тесни специалисти, а дори и гимназисти, които учат интензивно химия за прием в университет. Всъщност такива съединения (като ацеталдехид) химични свойствакойто ще разгледаме е широко използван както в промишлено производство, и в ежедневието.
Ябълката на раздора
Уви, откритията в науката често не се случват без облаци. Алдехиди, техните химическа структураи свойствата са открити в резултат на продължителни дебати и дискусии между учените XIX век. И такива известни химици като Liebig и Döbereiner дори сериозно се скараха, откривайки кой всъщност принадлежи на дланта в получаването и изолирането чиста формаацеталдехид. Извлича се от изпарения етилов алкохолпремина през платинена мрежа, служеща като реакционен катализатор. Единственото нещо, което можеше да помири противниците, беше безусловното приемане от всички химици на името на нов клас вещества - алдехиди, което буквално означава „алкохоли без водород“. Той показва метод за получаването им от алкохоли чрез елиминиране на два водородни атома.
Не може да се сбърка с нищо
Като се имат предвид физичните и химичните свойства на алдехидите, е лесно да се види, че те са доста специфични. Така формалдехидът, който е токсичен газ, има остра, задушлива миризма. Неговият 40% воден разтвор, наречен формалин, предизвиква особена миризма в анатомичните лаборатории и моргите, където се използва като противогнилостно средство, което запазва протеините на органите и тъканите.
И ацеталдехид, който е следващият хомоложни серии, е безцветна течност, силно разтворима във вода, с неприятна миризма на гнили ябълки. Алдехидите, чиито химични свойства се характеризират с реакции на окисление и добавяне, могат да бъдат превърнати в вещества от генетично сходни класове: карбоксилни киселини или алкохоли. Нека ги разгледаме с конкретни примери.
Визитната картичка на алдехидите
В органичната химия, както и в неорганичната химия, има такова понятие като „ качествена реакция" Може да се сравни с маяк, който сигнализира, че имаме работа с вещества от определен клас, например алдехиди. Химичните свойства на алдехидите се потвърждават от реакции с разтвор на амоняксребърен оксид и меден хидроксид при нагряване (реакция със сребърно огледало)
Продуктът от реакцията ще бъде чисто сребро, освободено под формата на огледален слой върху стените на епруветката.
В резултат на реакцията се образува утайка тухлен цвят- меден оксид.
Двойни вещества
Сега е време да се справим с такова явление, характерно за всички органични вещества, включително алдехидите, като изомерия. Тя напълно отсъства от света неорганична химия. Там всичко е просто: едно химическа формуласъответства само на едно конкретно съединение с присъщите му физични и химични свойства. Например, формулата HNO 3 съответства на едно вещество, наречено нитратна киселина, което има точка на кипене 86 ° C, с остра миризма и е много хигроскопично.
В царството на органичната химия живеят и живеят изомерни вещества, чиито формули са еднакви, но свойствата им са различни. Например, формулата C 4 H 8 O има два напълно различни алдехида: бутанал и 2-метилпропанал.
Техните формули:
Изомерните алдехиди, чиито химични свойства зависят от техния състав и структура, служат като отлично доказателство за гениалната теория за структурата на органичните съединения, създадена от руския учен М. Бутлеров. Неговото откритие е толкова фундаментално за химията, колкото периодичен законД Менделеев.
Уникален карбон
Отлично доказателство, потвърждаващо теорията на М. Бутлеров, са химичните свойства на алдехидите. Органична химия, благодарение на изследванията на руски учен, най-накрая успя да отговори на въпрос, който измъчва повече от едно поколение учени със своята сложност, а именно: как да обясним удивителното разнообразие от органични съединения, което се основава на феномена на изомерията . Нека разгледаме структурата на молекулите на два алдехидни изомера: бутанал и 2-метилпропанал, които имат еднакви молекулна формула- C 4 H 8 O, но различни структурни и следователно различни един от друг по физични и химични свойства.
Нека обърнем внимание на две най-важните характеристикивъглероден атом, които са въведени като постулати в теорията на М. Бутлеров:
1. Въглеродът в органичните съединения винаги е четиривалентен.
2. Въглеродните атоми могат да се комбинират един с друг и да образуват различни пространствени конфигурации: прави и разклонени вериги или цикли.
На тях, според валентността, атомите на др химически елементи: водород, кислород, азот, като по този начин се формира целият гигантски арсенал от съществуващи органични съединения (и има повече от 10 милиона от тях, в допълнение, броят им непрекъснато се увеличава поради новите вещества, получени в химията на органичния синтез).
Колкото по-полярни, толкова по-добре
Продължавайки да изучаваме алдехидите, тяхната химична структура и свойства, ще се спрем на феномена на полярността на атомите, които изграждат молекулите на алдехидите. По този начин въглеродният атом на алдехидната група в молекулата на ацеталдехида придобива частично положителен заряд, а кислородният атом е частично отрицателен. Причината за възникването им е следната: електронна плътностπ връзката е по-подвижна от σ връзката.
В общата формула на алдехидите, където R е въглеводороден радикал, свързан с алдехидна група, частичен се образува върху кислородния атом отрицателен заряд, а при въглеродния атом е частично положителен. По този начин функционалната група на алдехидите става силно поляризирана, което причинява по-голяма реактивносттези вещества. Най-просто казано, колкото по-поляризирани са атомите в една молекула на дадено вещество, толкова по-добре и по-бързо то влиза в химични реакции. Бързата окислителна способност на водородния атом в алдехидна групаи реактивоспособността на карбонилната група осигурява алдехидите с техните характерни реакции на присъединяване и полимеризация.
Живот в пластмасов свят
Алдехидите, чиито химични свойства се определят от способността им да претърпяват реакции на поликондензация и полимеризация, станаха предци на фенопластите и аминопластите - основните материали на съвременната полимерна индустрия. Суровините за нейните предприятия са формалдехид и ацеталдехид. Така фенолформалдехидните смоли се използват за производство на фенолни пластмаси - най-важните заместители на черни и цветни метали. Формалдехидът се получава чрез окисление на метан при нагряване до 600°C в смес с въздух, както и чрез окисляване на метанол, загрят до 300°C върху меден катализатор. По този начин алдехидите, подготовката и химичните свойства, които разглеждаме, са важна суровинав реакции на органичен синтез.
Правене на изводи
Както виждаме, историята на алдехидите съдържа доста необходими и важни вещества, като например формалдехид и ацеталдехид, чиито химични свойства хората успешно използват в различни полетана вашия живот.
Лекция No11
АЛДЕХИДИ И КЕТОНИ
Планирайте
1. Методи за получаване.
2. Химични свойства.
2.1. Нуклеофилни реакции
присъединяване.
2.2. Реакции на a - въглероден атом.
2.3.
Лекция No11
АЛДЕХИДИ И КЕТОНИ
Планирайте
1. Методи за получаване.
2. Химични свойства.
2.1. Нуклеофилни реакции
присъединяване.
2.2. Реакции на a - въглероден атом.
2.3. Реакции на окисление и редукция.
Алдехидите и кетоните съдържат карбонилна група
C=O. Обща формула:
1. Методи за получаване.
2. Химически
свойства.
Алдехидите и кетоните са едни от най-реактивните класове
органични съединения. Химичните им свойства се определят от наличието
карбонилна група. Поради голямата разлика в електроотрицателността
въглерод и кислород и висока поляризуемост p -връзки Връзката C=O има значителна полярност
( m C=O =2,5-2,8 D). Карбонил въглероден атом
група носи ефективен положителен заряд и е обект за атака
нуклеофили. Основният тип реакции на алдехиди и кетони е реакции
нуклеофилно присъединяване AdН. В допълнение, карбонилната група засяга
реактивност на C-H връзкатаа -положение, повишавайки киселинността му.
По този начин, молекули на алдехиди и кетони
съдържат два основни реакционни центъра – връзката С=О и C-H връзка Vа-позиция:
2.1. Нуклеофилни реакции
присъединяване.
Алдехидите и кетоните лесно добавят нуклеофилни реагенти към C=O връзката.
Процесът започва с атака от нуклеофил върху карбонилния въглероден атом. Тогава
Тетраедричният междинен продукт, образуван в първия етап, добавя протон и
дава добавъчния продукт:
Активност на карбонилните съединения в
рекламаН – реакциите зависят от големината
ефективен положителен заряд на карбонилния въглероден атом и обем
заместители на карбонилната група. Електронодонорни и обемисти заместители
усложняват реакцията, електрон-оттеглящите заместители засилват реакцията
способност за карбонилно съединение. Следователно алдехидите в
рекламаН -реакциите са по-активни от
кетони.
Активността на карбонилните съединения се повишава в
наличие на киселинни катализатори, които увеличават положителния заряд с
карбонил въглероден атом:
Алдехидите и кетоните добавят вода, алкохоли,
тиоли, циановодородна киселина, натриев хидросулфит, съединения като
Н.Х. 2 X. Всички присъединителни реакции
влизай бързо леки състояния, обаче получените продукти са обикновено
термодинамично нестабилен. Следователно реакциите протичат обратимо, а съдържанието
добавените продукти в равновесната смес може да са ниски.
Свързване на вода.
Алдехидите и кетоните добавят вода към
образуване на хидрати. Реакцията е обратима. Образуване на хидрати
термодинамично нестабилен. Балансът се измества към продуктите
добавяне само в случай на активни карбонилни съединения.
Продукт за хидратиране на трихлороцетен алдехид
хлоралхидратът е стабилно кристално съединение, което се използва в
лекарство като успокоително и хипнотично средство.
Добавяне на алкохоли и
тиоли.
Алдехидите се свързват с алкохоли, за да се образуват полуацетали. В излишък на алкохол и в присъствието на киселинен катализатор
реакцията продължава по-нататък - до образуването ацетали
Реакцията на образуване на полуацетал протича като
нуклеофилно присъединяване и се ускорява в присъствието на киселини или
основания.
Процесът на образуване на ацетал протича по следния начин:
нуклеофилно заместване на ОН групата в полуацетала и е възможно само при условия
киселинна катализа, когато ОН групата се превръща в добра напускаща група
(З 2 О).
Образуването на ацетали е обратим процес. IN
В кисела среда полуацеталите и ацеталите лесно се хидролизират. В алкална среда
не настъпва хидролиза. Играят реакциите на образуване и хидролиза на ацетали важна роля V
химия на въглехидратите.
Кетони в подобни условиябез кетали
дайте.
Тиолите са по-силни нуклеофили от алкохолите
образуват присъединителни продукти с алдехиди и кетони.
Присъединяване на циановодород
киселини
Циановодородната киселина се добавя към карбонилно съединение при условия
основна катализа за образуване на цианохидрини.
Реакцията има подготвителна стойност и
използвани в синтезаа-хидрокси- и а -аминокиселини (виж лекция No14). Плодове на някои растения
(напр. горчиви бадеми) съдържат цианохидрини. Изпъква, когато те
При разграждане циановодородната киселина има отровен ефект.
Добавяне на бисулфит
натрий
Алдехиди и метил кетони добавят натриев бисулфит NaHSO 3 с образуването на бисулфитни производни.
Бисулфитни производни на карбонилни съединения
– кристални вещества, неразтворим в излишък от разтвор на натриев бисулфит.
Реакцията се използва за изолиране на карбонилни съединения от смеси. карбонил
съединението може лесно да се регенерира чрез третиране на бисулфитното производно
киселинаили алкали.
Взаимодействие с общи връзки
формули NH 2 X.
Реакциите протичат според обща схемакато процес
привързаност-елиминиране. Адуктът, образуван на първия етап, не е такъв
стабилен и лесно отстранява водата.
По дадената схема с карбонил
съединения реагират с амоняк, първични амини, хидразин, заместени хидразини,
хидроксиламин.
Получените производни са
кристални вещества, които се използват за изолиране и идентификация
карбонилни съединения.
Имините (бази на Шиф) са междинни
продукти в много ензимни процеси (трансаминиране под влияние
коензим пиридоксал фосфат; редуктивно аминиране на кето киселини при
участие на коензима NADН). Каталитичното хидрогениране на имините произвежда
амини Процесът се използва за синтезиране на амини от алдехиди и кетони и
наречено редуктивно аминиране.
Редуктивното аминиране се извършва in vivo
по време на синтеза на аминокиселини (виж лекция № 16)
2.2. Реакции ота - въглероден атом.
Кето-енол тавтомеризъм.
Водород в a -позиция към карбонилната група е киселинна
свойства, тъй като анионът, образуван по време на неговото елиминиране, се стабилизира от
резонансна сметка.
Резултатът от протонната подвижност на водородния атом
Vа - позиция
е способността на карбонилните съединения да образуват енолни форми поради
миграция на протони ота -позиция към кислородния атом на карбонилната група.
Кетон и енол са тавтомери.
Тавтомерите са изомери, които могат бързо и обратимо да се превръщат един в друг
поради миграцията на всяка група (към в този случай– протон). Равновесие между
кетон и енол се наричат кето-енол тавтомеризъм.
Процесът на енолизация се катализира от киселини и
причини. Енолизацията под въздействието на основа може да бъде представена от
със следната диаграма:
Съществуват повечето карбонилни съединения
предимно в кетонна форма. Съдържанието на енолната форма се увеличава с
повишаване на киселинността на карбонилното съединение, както и в случай на
допълнително стабилизиране на енолната форма поради водородна връзкаили за сметка
сдвояване.
Таблица 8. Съдържание на енолни форми и
киселинност на карбонилните съединения
Например в 1,3-дикарбонилни съединения
подвижността на протоните от метиленовата група рязко нараства поради
електрон-оттеглящ ефект на две карбонилни групи. В допълнение, енол
формата се стабилизира поради наличието в нея на система от конюгстр -връзки и вътрешномолекулни
водородна връзка.
Ако съединение в енолна форма е
е спрегната система с висока енергиястабилизация, след това енолната форма
надделява. Например, фенолът съществува само в енолна форма.
Енолизиране и образуване на енолатни аниони са
първите етапи на реакциите на карбонилните съединения, протичащи преза - въглероден атом. Най-важното
от които са халогениранеи алдолно-кротоничен
кондензация
.
Халогениране.
Алдехидите и кетоните лесно реагират с халогени (Cl2,
Br 2, I 2 ) с образование
изключителноа - халогенни производни.
Реакцията се катализира от киселини или
причини. Скоростта на реакцията не зависи от концентрацията и природата на халогена.
Процесът протича чрез образуване на енолната форма (бавен стадий), която
след това реагира с халоген (бърза стъпка). Следователно халогенът не е такъв
участващи в скоростта—определящ етап
процес.
Ако едно карбонилно съединение съдържа няколкоа -водород
атоми, тогава замяната на всеки следващ става по-бързо от предишния,
поради повишаване на тяхната киселинност под въздействието на електрон-отнемащо влияние
халоген. В алкална среда се образуват ацеталдехид и метил кетони
трихалогенни производни, които след това се разлагат от излишък на алкали с
образуване на трихалометани ( халоформна реакция)
.
Разпадането на трийодоацетона става като реакция
нуклеофилно заместване. CI групи 3 — хидроксиден анион, като SН -реакции в карбоксилната група (виж лекция No12).
Йодоформът се утаява от реакционната смес във формата
бледожълта кристална утайка с характерна миризма. Йодоформ
реакцията се използва в аналитични целиза откриване на връзки като
CH 3 -CO-R, включително
клинични лаборатории за диагностика на захарен диабет.
Реакции на кондензация.
В присъствието на каталитични количества киселини
или алкални карбонилни съединения, съдържащиа - водородни атоми,
претърпяват кондензация, за да се образуват b -хидроксикарбонилни съединения.
В образованието S-S връзкиучастващ карбонил
въглероден атом на една молекула ( карбонилна съставка) Иа -въглеродният атом е различен
молекули ( метиленов компонент). Тази реакция се нарича алдолна кондензация(по името на продукта на кондензация на ацеталдехид -
алдол).
Когато реакционната смес се нагрее, продуктът лесно
дехидратира, за да се образува a ,b -ненаситен карбонил
връзки.
Този тип кондензация се нарича кротон(по името на продукта на кондензация на ацеталдехид - кротон
алдехид).
Нека разгледаме механизма на алдолна кондензация в
алкална среда. В първия етап хидроксидният анион извлича протон ота -карбонилна позиция
съединения за образуване на енолатен анион. След това енолатният анион като нуклеофил
атакува карбонилния въглероден атом на друга молекула на карбонилно съединение.
Полученият тетраедричен междинен продукт (алкоксиден анион) е силен
база и допълнително извлича протон от водна молекула.
По време на алдолна кондензация на две различни
възможни са карбонилни съединения (кръстосана алдолна кондензация).
образуване на 4 различни продукта. Това обаче може да се избегне, ако един от
не съдържа карбонилни съединенияа -водородни атоми (например ароматни алдехиди
или формалдехид) и не може да действа като метиленов компонент.
Като метиленов компонент в реакции
кондензация могат да бъдат не само карбонилни съединения, но и други
C-H-киселини. Реакциите на кондензация имат подготвителна стойност, тъй като позволяват
разширяват веригата от въглеродни атоми. Според вида на алдолната кондензация и
ретроалдол разбивка ( обратен процес) протичат много биохимични процеси
процеси: гликолиза, синтез на лимонена киселина в цикъла на Кребс, синтез на невраминова киселина
киселини.
2.3. Окислителни реакции и
възстановяване
Възстановяване
Карбонилните съединения се редуцират до
алкохоли в резултат на каталитично хидрогениране или под влияние
редуциращи агенти, които са донори на хидридни аниони.
[H]: H 2 /кат., кат. – Ni, Pt,
Pd;
LiAlH4; NaBH4.
Редукция на карбонилни съединения
сложни метални хидриди включва нуклеофилна атака на карбонилната група
хидриден анион. При последваща хидролиза се получава алкохол.
Възстановяването става по същия начин
карбонилна група in vivo под въздействието на коензима NADN, което е
донор на хидриден йон (виж лекция No 19).
Окисляване
Алдехидите се окисляват много лесно
всякакви окислители, дори такива слаби като кислород на въздуха и съединения
сребро(I) и мед(II).
Последните две реакции се използват като
качествен за алдехидната група.
В присъствието на основи, алдехиди, които не съдържата - водородни атоми
непропорционално образува алкохол и киселина (реакция на Cannizzaro).
2HCHO + NaOH ® HCOONa + CH3OH
Това е причината водният разтвор
формалдехидът (формалин) при дългосрочно съхранение става кисел
реакция.
Кетоните са устойчиви на окислители
неутрална среда. В кисело и алкални средипод въздействието на силни
окислители(KMnO 4 ) Те
окисляват чрез разкъсване на C-C връзката. Въглеродният скелет се разгражда от
двойна връзка въглерод-въглерод на енолни форми на карбонилно съединение, подобно на
окисляване двойни връзкив алкени. Така се получава смес от продукти
съдържащи карбоксилни киселини или карбоксилни киселини и кетони.