Tilbage frem
Opmærksomhed! Forhåndsvisninger af dias er kun til informationsformål og repræsenterer muligvis ikke alle funktionerne i præsentationen. Hvis du er interesseret dette arbejde, download venligst den fulde version.
Formålet med lektionen: karakterisere sammensætning, struktur, klassificering, fysiske og kemiske egenskaber, fremstilling og anvendelse af aldehyder. Etablere relationer mellem undersøgte klasser organiske forbindelser. Kende til kvalitative reaktioner på aldehyder.
Overalt i vores liv møder vi organisk kemi: vi spiser produkter fra den kemiske industri, vi klæder os direkte i dens resultater: acetatsilke, kunstig uld, kunstlæderprodukter og meget mere, takket være kemi kan vi udføre komplekse operationer (bedøvelse), behandle ømme struber og bare give indsprøjtninger, hvor vi vælger ethylalkohol som antiseptisk middel.
I dag vil vi præsentere dig for klassen organisk stof– aldehyder. I dag i vores lektion vil vi bevise, at liv uden aldehyder er umuligt. Lad os finde ud af, hvordan vi forholder os godt til dette emne kendte stoffer: vanillin, rengøringsmidler, formaldehyd, plast, spejl, eddikesyre
Så aldehyder er organiske forbindelser, der indeholder en polær carbonylgruppe i deres molekyler. Afhængigt af de substituenter, der er forbundet med oxogruppen, opdeles disse stoffer i aldehyder og ketoner. I aldehyder er en carbonylgruppe bundet til et carbonhydridradikal og et hydrogenatom, mens et carbonylcarbon i ketoner er bundet til to carbonhydridradikaler.
Generel formel for mættede carbonylforbindelser C n H 2n O
Navnene på aldehyder ifølge triviel nomenklatur er ofte afledt af navnene på de tilsvarende monocarboxylsyrer. Ifølge rationel nomenklatur anses forgrenede kulbrintealdehyder for at være derivater af acetaldehyd. Ved systematisk nomenklatur navnene på de pågældende forbindelser er afledt af de tilsvarende alkaner med tilføjelse af endelsen – al.
Metoder til opnåelse af aldehyder. De vigtigste metoder til fremstilling af aldehyder er katalytisk dehydrogenering af alkoholer, hydrering af alkyner og oxidation af alkoholer.
Fysiske egenskaber.
Det første medlem af den homologe serie af mættede aldehyder НСО – farveløs gas, er flere efterfølgende aldehyder væsker. Højere aldehyder - faste stoffer. Carbonylgruppen forårsager den høje reaktivitet af aldehyder. Kogepunktet for aldehyder stiger med stigende molekylvægt. De koger ved en lavere temperatur end de tilsvarende alkoholer, for eksempel propionaldehyd ved 48,8 0 C og propylalkohol ved 97,8 0 C.
Densiteten af aldehyder er mindre end enhed. Myresyre og acetaldehyder er meget opløselige i vand, mens følgende er mindre opløselige. Lavere aldehyder har en skarp, ubehagelig lugt, mens nogle højere aldehyder har en behagelig lugt.
Aldehyders reaktivitet skyldes tilstedeværelsen af en aktiv carbonylgruppe. Oxygenatomets høje elektronegativitet fremmer stærk polarisering af dobbeltbindingen i carbonylgruppen og forskydningen af mobile α-elektroner mod oxygenatomet.
Aldehyders kemiske egenskaber:
1. Tilføjelsesreaktioner:
A) hydrogeneringsreaktion
B) additionsreaktion af NaHSO 3
2. Oxidationsreaktioner:
A) sølv spejlreaktion
B) trafiklysreaktion
3. Polykondensationsreaktion
4. Polymerisationsreaktion
Kvalitativ reaktion på carboxylgruppen - oxidationsreaktionen af aldehyder med kobber(II)hydroxid - trafiklys.
НСО + 2Cu(OH)2 = HCOOH +Cu2O +2H2O
"Sølv spejlreaktion"
Kan du forestille dig livet uden et spejl? Vågner du op om morgenen og ser ikke dit spejlbillede? Det virker som nonsens, en bagatel. Men hvilket psykisk ubehag! Det er ikke for ingenting, at eventyrfigurer blev frataget deres refleksion som straf. Hvad er et spejl? Hvad er hans styrke? Hvor kom det fra? Hvordan er det lavet?
Som vi allerede ved, var de første rigtige spejle metalplader lavet af kobber, guld og sølv, poleret til en glans. Sådanne spejle havde dog stor ulempe– i luften blev de hurtigt mørkere og dæmpede. Hvilken vej ud af denne situation fandt du? Talrige forsøg har vist, at et skinnende metallag også kan påføres glas. Altså i det 1. århundrede. AD begyndte at producere glasspejle - glasplader forbundet med bly- eller blikplader. Det blev gjort sådan: de vaskede glasset med alkohol, rensede det med talkum og pressede derefter en blikplade tæt mod overfladen. Kviksølv blev hældt ovenpå, og efter at have ladet det stå, blev det overskydende hældt fra. Det resulterende amalgamlag blev forseglet eller malet over. Sådanne spejle viste sig at være meget mere holdbare end metal, så håndværksværksteder gik over til at producere glasspejle, hvis reflekterende overflade var lavet af tin-amalgam (en opløsning af tin Sn i kviksølv Hg). Men da kviksølvdamp er meget giftig, var produktionen af kviksølvspejle meget skadelig, og selve spejlene indeholdt kviksølv. Det var farligt at opbevare kviksølvspejle i beboelsesområder.
Derfor fortsatte forskerne med at lede efter en erstatning for kviksølv. Hun blev fundet fransk kemiker François Ptizhan og den store tyske videnskabsmand Justus Liebig. Liebig foreslog at lave glasspejle med sølvbelægning. Metoden han udviklede bestod af følgende operationer. Først blev AgN03 tilsat til en vandig opløsning af sølvnitrat vandopløsning kaliumhydroxid KOH, hvilket førte til udfældning af et sortbrunt bundfald af sølvoxid Ag 2 O.
2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O.
Bundfaldet blev filtreret fra og blandet med en vandig opløsning af ammoniak NH3.
Ag2O + 4NH3 + H2O = 2 (OH).)
Sølvoxid blev opløst i ammoniakvand for at danne en kompleks forbindelse (ammoniumoxid eller amin) - diamminsølv(I)hydroxid. Derefter blev en glasplade, hvis overflade var grundigt affedtet, nedsænket i den resulterende gennemsigtige opløsning, og formaldehyd HCHO blev tilsat.
2(OH) + HCHO = 2Ag + HCOONH4 + 3NH3 + H2O.)
Formaldehyd reducerede sølvet, som blev aflejret på den rensede overflade af glasset, og dækkede det med en skinnende, spejllignende belægning.
Anvendelse af aldehyder og ketoner.
Formaldehyd. Det første medlem af den homologe serie af mættede aldehyder er formaldehyd HCOH. Jeg kalder det også methanal og myrealdehyd. Det er en farveløs gas med en karakteristisk skarp lugt. En vandig opløsning indeholdende 0,4 eller 40% methanal i massefraktioner er almindeligt anvendt. Det kaldes formaldehyd. Formaldehyd (formalin), en klar, farveløs væske med en ejendommelig skarp lugt. Anvendes som et desinfektions- og lugtfjernende middel til vask af hænder, vask af huden ved overdreven sveden (0,5-1%), til desinfektion af instrumenter (0,5%), til udskylning (1:2000-1:3000). En del af lysoformen.
Dens anvendelse er også baseret på dens evne til at folde proteiner. For eksempel i læderproduktion forklares garvningseffekten af formalin af koagulering af protein, som et resultat af hvilket læderet hærder og ikke rådner. Anvendelsen af formaldehyd til konservering af biologiske præparater er baseret på denne samme egenskab. Formaldehyd bruges nogle gange til at desinficere og behandle frø. Methanal bruges til fremstilling af nogle medicinske stoffer og farvestoffer. Et stort antal af methanal bruges til at fremstille phenol-formaldehyd-harpiks, som opnås ved at omsætte methanal med phenol. Denne harpiks er nødvendig til fremstilling af forskellige plasttyper.
Plast fremstillet af phenol-formaldehyd harpiks kombineret med forskellige fyldstoffer kaldes phenoler. Ved at opløse phenol-formaldehydharpiks i acetone eller alkohol opnås forskellige lakker.
Når methanal interagerer med urinstof CO(NH)2, opnås urinstofharpiks, og aminoplaster fremstilles af det. Disse plastik bruges til at fremstille mikroporøse materialer til elektroteknik (afbrydere, stikkontakter), materialer til møbler og indretning, spånplader og kunstig marmor. Varme- og lydisolerende porøse materialer.
Acetaldehyd CH 3 - SON er en farveløs væske med en stikkende kvælende lugt. Anvendes til fremstilling af celluloseacetater, eddike- og peroxyeddikesyrer, eddikesyreanhydrid, ethylacetat, glyoxal, alkylaminer, butanol, chloral. Ligesom formaldehyd indgår det i polykondensationsreaktioner med aminer, phenol og andre stoffer, og danner syntetiske harpikser, der er meget udbredt i industrien.
Benzaldehyd C 6 H 5 C (H) = O med lugt af bitre mandler findes i mandelolie og i æterisk eukalyptusolie. Syntetisk benzaldehyd bruges i fødevaresmagsessenser og parfumesammensætninger.
Alifatisk aldehyd CH 3 (CH 2) 7 C (H) = O (trivialnavn - pelargonaldehyd) findes i essentielle olier citrusplanter, har duften af appelsin, den bruges som fødevaresmagsstof.
Aromatisk aldehyd vanillin findes i frugterne af den tropiske vaniljeplante, nu bruges syntetisk vanillin oftere - et almindeligt kendt smagstilsætningsstof i konfektureprodukter.
Citral C 10 H 15 O (3,7-dimethyl - 2,6-octadienal) med lugt af citron bruges i husholdningskemikalier.
Crotonaldehyd. En stærk tårevæske, der bruges til at producere butanol, sorbinsyre og smørsyre. Indeholdt i sojaolie. Brug af aldehyder i medicin.
Kanelaldehyd findes i kanelolie og fås ved destillering af kaneltræets bark. Anvendes i madlavning i form af pinde eller pulver
Hexatropin (CH 2) 6 N 4 (hexamethylentetramin), farveløse, lugtløse krystaller, letopløselige i vand. Vandige opløsninger har alkalisk reaktion. Har en antiseptisk virkning. Anvendes hovedsageligt til infektiøse processer i urinvejene (cystitis, pyelitis). Handlingen er baseret på lægemidlets evne til at nedbrydes i et surt miljø med dannelse af formaldehyd. Lægemidlet er ordineret på tom mave. Indikationer for dets brug er cholecystitis, cholangitis, allergiske sygdomme i hud og øjne (keratitis, iridocyclitis osv.). Lægemidlet kan forårsage irritation af nyreparenkymet, hvis disse tegn opstår, bør lægemidlet seponeres.
Acrolein. Bruges til at fremstille plast, der er meget hårdt. Acrolein og dets natriumsalte er emulgatorer, der strukturerer snavs, dets laktonderivater forbedrer egenskaberne af papir og tekstiler.
Generalisering og systematisering af viden. Opsummering af lektionen.
Således har aldehyders og ketoners evne til at deltage i forskellige transformationer bestemt deres hovedanvendelse som udgangsforbindelser til syntese af forskellige organiske stoffer: alkoholer, carboxylsyrer og deres anhydrider, lægemidler (urotropin), polymerprodukter (phenol-formaldehydharpikser, polyformaldehyd). ), i produktionen alle former for dufte (baseret på benzaldehyd) og farvestoffer.
Lektier.
Struktur af aldehyder og ketoner
Aldehyder- organiske stoffer, hvis molekyler indeholder carbonylgruppe:
forbundet med et hydrogenatom og et carbonhydridradikal. Den generelle formel for aldehyder er:
I det enkleste aldehyd spiller et andet brintatom rollen som et kulbrinteradikal:
Formaldehyd En carbonylgruppe bundet til et hydrogenatom kaldes ofte aldehyd:
Ketoner er organiske stoffer, i hvis molekyler en carbonylgruppe er bundet til to carbonhydridradikaler. Det er klart, at den generelle formel for ketoner er:
Carbonylgruppen af ketoner kaldes keto gruppe.
I den enkleste keton, acetone, er carbonylgruppen forbundet med to methylradikaler:
Nomenklatur og isomerisme af aldehyder og ketoner
Afhængigt af strukturen af carbonhydridgruppen forbundet med aldehydgruppen er der mættede, umættede, aromatiske, heterocykliske og andre aldehyder:
I overensstemmelse med IUPAC-nomenklaturen dannes navnene på mættede aldehyder ud fra navnet på en alkan med det samme antal kulstofatomer pr. molekyle ved hjælp af et suffiks -al. For eksempel:
Nummerering Hovedkædens carbonatomer begynder med carbonatomet i aldehydgruppen. Derfor er aldehydgruppen altid placeret ved det første carbonatom, og der er ingen grund til at angive dens position.
Sammen med systematisk nomenklatur bruges også trivielle navne på udbredte aldehyder. Disse navne er normalt afledt af navnene på carboxylsyrer svarende til aldehyder.
For titlen ketoner ifølge systematisk nomenklatur er ketogruppen betegnet med suffikset -Han og et tal, der angiver antallet af carbonatomet i carbonylgruppen (nummereringen skal starte fra den ende af kæden, der er tættest på ketogruppen).
For eksempel:
Til aldehyder kun én type er typisk strukturel isomerisme - kulstofskelet-isomerisme, hvilket er muligt med butanal, og for ketoner- også isomerisme af carbonylgruppeposition. Derudover er de også karakteriseret interklasse isomerisme(propanal og propanon).
Fysiske egenskaber af aldehyder og ketoner
I et aldehyd- eller ketonmolekyle, på grund af oxygenatomets større elektronegativitet sammenlignet med carbonatomet, er bindingen C=O er meget polariseret på grund af et skift i elektrontætheden af π-bindingen til oxygen:
Aldehyder og ketoner - polære stoffer med overskydende elektrontæthed på oxygenatomet. De nederste medlemmer af serien af aldehyder og ketoner (formaldehyd, acetaldehyd, acetone) er ubegrænset opløselige i vand. Deres kogepunkter er lavere end for de tilsvarende alkoholer. Dette skyldes det faktum, at der i molekylerne af aldehyder og ketoner, i modsætning til alkoholer, ikke er mobile brintatomer, og de danner ikke associerede på grund af hydrogenbindinger.
Lavere aldehyder har en skarp lugt; Aldehyder, der indeholder fire til seks kulstofatomer i kæden, har en ubehagelig lugt; højere aldehyder og ketoner har blomsterdufte og bruges i parfumeri.
Tilstedeværelsen af en aldehydgruppe i et molekyle bestemmer karakteristiske egenskaber aldehyder.
Restitutionsreaktioner.
1. Brinttilsætning til aldehydmolekyler sker via en dobbeltbinding i carbonylgruppen:
Produktet af hydrogenering af aldehyder er primære alkoholer, og ketoner er sekundære alkoholer.
Ved hydrogenering af acetaldehyd på en nikkelkatalysator dannes der således ethylalkohol, og ved hydrogenering af acetone dannes 2-propanol.
2. Hydrogenering af aldehyder- en reduktionsreaktion, hvor oxidationstilstanden af carbonatomet, der indgår i carbonylgruppen, falder.
Oxidationsreaktioner.
Aldehyder kan ikke kun reduceres, men også oxideres. Når de oxideres, danner aldehyder carboxylsyrer. Denne proces kan skematisk repræsenteres som følger:
1. Oxidation med luftilt. For eksempel dannes propionsyre af propionaldehyd (propanal):
2. Oxidation med svage oxidationsmidler(ammoniakopløsning af sølvoxid). I en forenklet form kan denne proces udtrykkes ved reaktionsligningen:
For eksempel:
Denne proces afspejles mere præcist af ligningerne:
Hvis overfladen af beholderen, hvori reaktionen udføres, tidligere var affedtet, så dækker sølvet dannet under reaktionen det glat. tynd film. Derfor kaldes denne reaktion "sølvspejl"-reaktionen. Det er meget brugt til fremstilling af spejle, sølvpynt og juletræspynt.
3. Oxidation med frisk udfældet kobber(II)hydroxid. Ved at oxidere aldehydet reduceres Cu 2+ til Cu +. Kobber(I)hydroxidet CuOH dannet under reaktionen nedbrydes straks til rødt kobber(I)oxid og vand.
Denne reaktion, ligesom reaktionen " sølv spejl", bruges til påvisning af aldehyder.
Ketoner oxideres hverken af atmosfærisk oxygen eller af et så svagt oxidationsmiddel som en ammoniakopløsning af sølvoxid.
Kemiske egenskaber af aldehyder og syrer - resumé
Individuelle repræsentanter for aldehyder og deres betydning
Formaldehyd(methanal, myresyrealdehyd HCHO) er en farveløs gas med en skarp lugt og et kogepunkt på -21 ° C, meget opløselig i vand. Formaldehyd er giftigt! En opløsning af formaldehyd i vand (40%) kaldes formaldehyd og bruges til formaldehyd- og eddikesinfektion. I landbrug Formalin bruges til at behandle frø og i læderindustrien til at behandle læder. Formaldehyd bruges til at fremstille methenamin- medicinsk stof. Nogle gange bruges methenamin komprimeret i form af briketter som brændstof (tør alkohol). En stor mængde formaldehyd forbruges i produktionen af phenol-formaldehydharpikser og nogle andre stoffer.
Acetaldehyd(ethanal, acetaldehyd CH 3 CHO) - en væske med en skarp, ubehagelig lugt og et kogepunkt på 21 ° C, meget opløselig i vand. Eddikesyre og en række andre stoffer fremstilles af acetaldehyd i industriel skala det bruges til fremstilling af forskellige plast- og acetatfibre. Acetaldehyd er giftigt!
Gruppe af atomer -
Hedder carboxylgruppe eller carboxyl.
Organiske syrer indeholdende en carboxylgruppe i molekylet er monobasisk.
Den generelle formel for disse syrer er RCOOH, for eksempel:
Carboxylsyrer indeholdende to carboxylgrupper kaldes dibasisk. Disse omfatter for eksempel oxalsyre og ravsyre:
Der er også polybasisk carboxylsyrer indeholdende mere end to carboxylgrupper. Disse omfatter for eksempel tribasisk citronsyre:
Afhængig af arten af kulbrinteradikalet carboxylsyrer er opdelt i mættet, umættet, aromatisk.
Begrænse, eller mættede, carboxylsyrer er for eksempel propansyre (propionsyre):
eller den allerede velkendte ravsyre.
Det er indlysende, at mættede carboxylsyrer ikke indeholder π-bindinger i kulbrintegruppen.
I molekyler af umættede carboxylsyrer er carboxylgruppen forbundet med en umættet, umættet kulbrintegruppe, for eksempel i akryl (propen) molekyler
CH2=CH-COOH
eller oliesyre
CH3-(CH2)7-CH=CH-(CH2)7-COOH
og andre syrer.
Som det kan ses af formlen for benzoesyre, er det aromatisk, da det indeholder en aromatisk (benzen) ring i molekylet:
Navnet på en carboxylsyre er afledt af navnet på den tilsvarende alkan (alkan med samme antal kulstofatomer i molekylet) med tilføjelse af suffikset -s— , slutninger -og jeg og ord syre. Nummerering af kulstofatomer starter med en carboxylgruppe. For eksempel:
Antallet af carboxylgrupper er angivet i navnet med præfikser di-, tri-, tetra-:
Mange syrer har også historisk etablerede eller trivielle navne.
Sammensætningen af mættede monobasiske carboxylsyrer vil blive udtrykt ved den generelle formel C n H 2n O 2, eller CnH2n+1 COOH, eller RCOOH.
Fysiske egenskaber af carboxylsyrer
Lavere syrer, dvs. syrer med en relativt lille molekylvægt indeholdende op til fire kulstofatomer pr. molekyle, er væsker med en karakteristisk skarp lugt (f.eks. lugten af eddikesyre). Syrer indeholdende fra 4 til 9 carbonatomer er tyktflydende olieagtige væsker med en ubehagelig lugt; indeholdende mere end 9 kulstofatomer pr. molekyle - faste stoffer, der ikke opløses i vand. Kogepunkterne for mættede monobasiske carboxylsyrer stiger med stigende antal kulstofatomer i molekylet og følgelig med stigende relativ molekylvægt. Altså kogepunktet myresyre s er lig med 100,8 °C, eddikesyre - 118 °C, propionsyre - 141 °C.
Den enkleste carboxylsyre er myre HCOOH, der har en lille relativ molekylvægt (M r (HCOOH) = 46), under normale forhold er det en væske med et kogepunkt på 100,8 ° C. Samtidig er butan (M r (C 4 H 10) = 58) under de samme betingelser gasformig og har et kogepunkt på -0,5 ° C. Dette er en uoverensstemmelse mellem kogetemperaturer og relative temperaturer molekylvægte forklaret dannelse af carboxylsyredimerer, hvor to syremolekyler er forbundet med to hydrogenbindinger:
Forekomsten af hydrogenbindinger bliver tydelig, når man overvejer strukturen af carboxylsyremolekyler.
Molekyler af mættede monobasiske carboxylsyrer indeholder en polær gruppe af atomer - carboxyl
Og praktisk talt ikke-polær kulbrintegruppe. Carboxylgruppen tiltrækkes af vandmolekyler og danner hydrogenbindinger med dem:
Myresyre og eddikesyre er ubegrænset opløselige i vand. Det er indlysende, at med en stigning i antallet af atomer i et carbonhydridradikal falder opløseligheden af carboxylsyrer.
Kemiske egenskaber af carboxylsyrer
De generelle egenskaber, der er karakteristiske for klassen af syrer (både organiske og uorganiske) skyldes tilstedeværelsen i molekylerne af en hydroxylgruppe, der indeholder en stærk polær forbindelse mellem brint- og oxygenatomer. Lad os overveje disse egenskaber ved at bruge eksemplet med vandopløselige organiske syrer.
1. Dissociation med dannelse af hydrogenkationer og anioner af syreresten:
Mere præcist er denne proces beskrevet af en ligning, der tager højde for deltagelse af vandmolekyler i den:
Dissociationsligevægten for carboxylsyrer er forskudt til venstre; langt de fleste af dem er svage elektrolytter. Den sure smag af for eksempel eddikesyre og myresyre skyldes dog dissociation til brintkationer og anioner af sure rester.
Det er indlysende, at tilstedeværelsen af "surt" hydrogen i molekylerne af carboxylsyrer, dvs. carboxylgruppens hydrogen, også bestemmer andre karakteristiske egenskaber.
2. Interaktion med metaller, stående i den elektrokemiske spændingsrække op til brint:
Således reducerer jern hydrogen fra eddikesyre:
3. Interaktion basiske oxider med dannelse af salt og vand:
4. Interaktion med metalhydroxider med dannelse af salt og vand (neutraliseringsreaktion):
5. Interaktion med salte af svagere syrer med dannelsen af sidstnævnte. Således fortrænger eddikesyre stearinsyre fra natriumstearat og kulsyre fra kaliumcarbonat:
6. Interaktion mellem carboxylsyrer og alkoholer med dannelsen af estere - esterificeringsreaktionen (en af de mest vigtige reaktioner, karakteristisk for carboxylsyrer):
Interaktionen mellem carboxylsyrer og alkoholer katalyseres af hydrogenkationer.
Esterificeringsreaktionen er reversibel. Balancen skifter mod uddannelse ester i nærværelse af vandfjernende midler og ved fjernelse af ether fra reaktionsblandingen.
I den omvendte reaktion af esterificering, kaldet esterhydrolyse (reaktionen af en ester med vand), dannes en syre og en alkohol:
Det er indlysende, at begge kan reagere med carboxylsyrer, dvs. indgå i en esterificeringsreaktion. polyvalente alkoholer for eksempel glycerin:
Alle carboxylsyrer (undtagen myresyre) sammen med carboxylgruppen indeholder en kulbrinterest i deres molekyler. Naturligvis kan dette ikke andet end at påvirke egenskaberne af syrer, som er bestemt af arten af kulbrinteresten.
7. Flere additionsreaktioner- de indeholder umættede carboxylsyrer. For eksempel er reaktionen af hydrogentilsætning hydrogenering. For en syre, der indeholder en n-binding i radikalet, kan ligningen skrives i generel form:
Når oliesyre hydrogeneres, dannes der således mættet stearinsyre:
Umættede carboxylsyrer tilføjer ligesom andre umættede forbindelser halogener via en dobbeltbinding. For eksempel affarver akrylsyre bromvand:
8. Substitutionsreaktioner (med halogener)- mættede carboxylsyrer er i stand til at trænge ind i dem. For eksempel, ved at reagere eddikesyre med klor, kan forskellige chlorerede syrer opnås:
Kemiske egenskaber af carboxylsyrer - resumé
Individuelle repræsentanter for carboxylsyrer og deres betydning
Myresyre (methansyre) HCOOH- en væske med en skarp lugt og et kogepunkt på 100,8 °C, meget opløselig i vand.
Myresyre er giftig og forårsager forbrændinger, hvis den kommer i kontakt med huden! Den stikkende væske, der udskilles af myrer, indeholder denne syre.
Myresyre har desinficerende egenskaber og finder derfor sin anvendelse i fødevare-, læder- og medicinalindustrien og medicin. Det bruges til farvning af stoffer og papir.
Eddikesyre (ethansyre) CH 3 COOH- en farveløs væske med en karakteristisk skarp lugt, blandbar med vand i ethvert forhold. Vandige opløsninger af eddikesyre markedsføres under navnet eddike (3-5% opløsning) og eddikesyreessens (70-80% opløsning) og er meget udbredt i Fødevareindustri. Eddikesyre er et godt opløsningsmiddel for mange organiske stoffer og bruges derfor til farvning, læderproduktion, i maling- og lakindustrien. Derudover er eddikesyre et råmateriale til fremstilling af mange teknisk vigtige organiske forbindelser: For eksempel udvindes stoffer, der bruges til at bekæmpe ukrudt - herbicider. Eddikesyre er hovedbestanddelen af vineddike, hvis karakteristiske lugt skyldes det. Det er et produkt af ethanoloxidation og dannes af det, når vin opbevares i luft.
De vigtigste repræsentanter for højere mættede monobasiske syrer er palmitin C 15 H 31 COOH og stearin C 17 H 35 COOH syrer. I modsætning til lavere syrer er disse stoffer faste og dårligt opløselige i vand.
Deres salte - stearater og palmitater - er dog meget opløselige og virker rensende, hvorfor de også kaldes sæber. Det er klart, at disse stoffer produceres i stor skala.
Fra umættede højere carboxylsyrer højeste værdi Det har oliesyre C17H33COOH, eller CH3-(CH2)7-CH = CH-(CH2)7COOH. Det er en olielignende væske uden smag eller lugt. Dens salte er meget brugt i teknologi.
Den enkleste repræsentant for dibasiske carboxylsyrer er oxalsyre (etandisyre). HOOC-COOH, hvis salte findes i mange planter, såsom syre og syre. Oxalsyre er et farveløst krystallinsk stof, der er meget opløseligt i vand. Det bruges i metalpolering, træbearbejdning og læderindustrien.
Referencemateriale til at tage testen:
Mendeleev bord
Opløselighedstabel
Næsten alt kemiske stoffer, der omgiver os, testes af mennesket, baseret på hans ønsker og behov. Hver forbindelse har et unikt sæt egenskaber og egenskaber, der kun er forbundet med det, hvorfra de nyttige og nødvendige for os i livet er udvalgt. Hverdagen. Aldehyder, om hvilke vi taler, er heller ingen undtagelse.
Det ydmyge barn af organisk kemi
Blandt de kulstofforbindelser, der almindeligvis kaldes organiske, er der velkendte, der, som de siger, "er på alles læber." For eksempel glucose, ethylalkohol eller plast. Aldehyder er uheldige i denne henseende. Kun kendt om dem smalle specialister, og endda gymnasieelever, der intensivt studerer kemi for at blive optaget på universitetet. Faktisk er sådanne forbindelser (såsom acetaldehyd) Kemiske egenskaber som vi vil overveje er meget brugt både i industriel produktion, og i hverdagen.
Uenighedens æble
Desværre forekommer opdagelser i videnskaben ganske ofte ikke uden skyer. Aldehyder, deres kemisk struktur og egenskaber blev opdaget som et resultat af lange debatter og diskussioner blandt videnskabsmænd XIX århundrede. Og så berømte kemikere som Liebig og Döbereiner skændtes endda alvorligt og forsøgte at finde ud af, hvem der egentlig tilhører håndfladen i at opnå og isolere ren form acetaldehyd. Det blev udvundet af dampe Ætanol passeret over et platinnet, der tjener som reaktionskatalysator. Det eneste, der kunne forene modstandere, var den ubetingede accept af alle kemikere af navnet på en ny klasse af stoffer - aldehyder, som bogstaveligt betyder "brintfri alkoholer". Det angiver en metode til at opnå dem fra alkoholer ved at fjerne to brintatomer.
Kan ikke forveksles med noget
I betragtning af aldehydernes fysiske og kemiske egenskaber er det let at se, at de er ret specifikke. Formaldehyd, som er en giftig gas, har således en skarp, kvælende lugt. Dens 40% vandige opløsning, kaldet formalin, forårsager en speciel lugt i anatomiske laboratorier og lighuse, hvor den bruges som et antiforrådnelsesmiddel, der bevarer proteinerne i organer og væv.
Og acetaldehyd, som er den næste homolog serie, er en farveløs væske, meget opløselig i vand, med en ubehagelig lugt af rådne æbler. Aldehyder, hvis kemiske egenskaber er karakteriseret ved oxidations- og additionsreaktioner, kan omdannes til stoffer af genetisk lignende klasser: carboxylsyrer eller alkoholer. Lad os se på dem ved hjælp af specifikke eksempler.
Telefonkortet for aldehyder
I organisk kemi, såvel som i uorganisk kemi, er der et begreb som " kvalitativ reaktion" Det kan sammenlignes med et fyrtårn, der signalerer, at vi har at gøre med stoffer af en bestemt klasse, for eksempel aldehyder. Aldehydernes kemiske egenskaber bekræftes af reaktioner med ammoniakopløsning sølvoxid og kobberhydroxid ved opvarmning (sølvspejlreaktion)
Reaktionsproduktet vil være rent sølv, frigivet i form af et spejllag på væggene af reagensglasset.
Som et resultat af reaktionen dannes et bundfald mursten farve- kobberoxid.
Tvillingstoffer
Nu er tiden kommet til at beskæftige sig med et sådant fænomen, karakteristisk for alle organiske stoffer, herunder aldehyder, som isomerisme. Hun er fuldstændig fraværende fra verden uorganisk kemi. Alt er enkelt der: en kemisk formel svarer kun til én specifik forbindelse med dens iboende fysiske og kemiske egenskaber. For eksempel svarer formlen HNO 3 til et stof kaldet nitratsyre, som har et kogepunkt på 86 ° C, med en skarp lugt og er meget hygroskopisk.
I den organiske kemi lever og lever isomerstoffer, hvis formler er de samme, men deres egenskaber er forskellige. For eksempel har formlen C 4 H 8 O to helt forskellige aldehyder: butanal og 2-methylpropanal.
Deres formler:
Isomere aldehyder, hvis kemiske egenskaber afhænger af deres sammensætning og struktur, tjener som fremragende bevis på den geniale teori om strukturen af organiske forbindelser skabt af den russiske videnskabsmand M. Butlerov. Hans opdagelse er lige så grundlæggende for kemi som periodisk lov D Mendeleev.
Unikt kulstof
Fremragende beviser, der bekræfter M. Butlerovs teori, er de kemiske egenskaber af aldehyder. Organisk kemi, takket være forskning fra en russisk videnskabsmand, var endelig i stand til at besvare et spørgsmål, der har plaget mere end én generation af videnskabsmænd med sin kompleksitet, nemlig: hvordan man forklarer den fantastiske mangfoldighed af organiske forbindelser, som er baseret på fænomenet isomerisme . Lad os overveje strukturen af molekylerne af to aldehydisomerer: butanal og 2-methylpropanal, som har det samme molekylær formel- C 4 H 8 O, men forskellige strukturelle, og derfor forskellige fra hinanden i fysiske og kemiske egenskaber.
Lad os være opmærksomme på to de vigtigste funktioner carbonatom, som blev indført som postulater i M. Butlerovs teori:
1. Kulstof i organiske forbindelser er altid tetravalent.
2. Kulstofatomer er i stand til at kombinere med hinanden og danne forskellige rumlige konfigurationer: lige og forgrenede kæder eller cyklusser.
På dem, ifølge valens, atomer af andre kemiske grundstoffer: brint, ilt, nitrogen, hvilket danner hele det gigantiske arsenal af eksisterende organiske forbindelser (og der er mere end 10 millioner af dem) Derudover stiger antallet konstant på grund af nye stoffer opnået i organisk syntese.
Jo mere polært jo bedre
For at fortsætte med at studere aldehyder, deres kemiske struktur og egenskaber, vil vi dvæle ved fænomenet polaritet af de atomer, der udgør aldehydernes molekyler. Således får carbonatomet i aldehydgruppen i acetaldehydmolekylet en partiel positiv ladning, og oxygenatomet er delvis negativt. Årsagen til deres forekomst er som følger: elektrondensitetπ-bindingen er mere mobil end σ-bindingen.
I den almene formel for aldehyder, hvor R er en carbonhydridgruppe forbundet med en aldehydgruppe, dannes en partial på oxygenatomet negativ ladning, og på carbonatomet er det delvist positivt. Således bliver den aldehydfunktionelle gruppe meget polariseret, hvilket forårsager større reaktivitet disse stoffer. Enkelt sagt, jo mere polariserede atomerne i et molekyle af et stof er, jo bedre og hurtigere indgår det i kemiske reaktioner. Den hurtige oxiderende kraft af brintatomet i aldehyd gruppe og carbonylgruppens reaktivitet giver aldehyder med deres karakteristiske additions- og polymerisationsreaktioner.
Livet i en plastikverden
Det var aldehyder, hvis kemiske egenskaber er bestemt af evnen til at gennemgå polykondensations- og polymerisationsreaktioner, der blev forfædrene til phenoplaster og aminoplaster - de grundlæggende materialer i den moderne polymerindustri. Råvarerne til dets virksomheder er formaldehyd og acetaldehyd. Således bruges phenol-formaldehydharpikser til fremstilling af phenolplast - de vigtigste erstatninger for jernholdige og ikke-jernholdige metaller. Formaldehyd fremstilles ved oxidation af methan, når det opvarmes til 600°C i en blanding med luft, samt ved oxidation af methanol opvarmet til 300°C over en kobberkatalysator. Således er de aldehyder, præparat og kemiske egenskaber, vi overvejer vigtigt råstof i organiske syntesereaktioner.
Træk konklusioner
Som vi kan se, indeholder track record af aldehyder en hel del nødvendige og vigtige stoffer, såsom formaldehyd og acetaldehyder, hvis kemiske egenskaber mennesker med succes anvender i forskellige felter af dit liv.
Foredrag nr. 11
ALDEHYDER OG KETONER
Plan
1. Kvitteringsmetoder.
2. Kemiske egenskaber.
2.1. Nukleofile reaktioner
tiltrædelse.
2.2. Reaktioner af en -carbonatom.
2.3.
Foredrag nr. 11
ALDEHYDER OG KETONER
Plan
1. Kvitteringsmetoder.
2. Kemiske egenskaber.
2.1. Nukleofile reaktioner
tiltrædelse.
2.2. Reaktioner af en -carbonatom.
2.3. Oxidations- og reduktionsreaktioner.
Aldehyder og ketoner indeholder en carbonylgruppe
C=O. Generel formel:
1. Metoder til opnåelse.
2. Kemisk
ejendomme.
Aldehyder og ketoner er en af de mest reaktive klasser
organiske forbindelser. Deres kemiske egenskaber bestemmes af tilstedeværelsen
carbonylgruppe. På grund af den store forskel i elektronegativitet
kulstof og oxygen og høj polariserbarhed s -bindinger C=O-bindingen har betydelig polaritet
( m C=O = 2,5-2,8 D). Carbonyl carbonatom
gruppe bærer en effektiv positiv ladning og er et objekt for angreb
nukleofiler. Den vigtigste type reaktioner af aldehyder og ketoner er reaktioner
nukleofil addition Ad N. Derudover påvirker carbonylgruppen
reaktivitet af CH-bindingen-en -position, hvilket øger dens surhedsgrad.
Således molekylerne af aldehyder og ketoner
indeholde to hovedreaktionscentre - C=O-bindingen og CH-forbindelse V a-stilling:
2.1. Nukleofile reaktioner
tiltrædelse.
Aldehyder og ketoner tilføjer nemt nukleofile reagenser til C=O-bindingen.
Processen begynder med et angreb af en nukleofil på carbonylcarbonatomet. Derefter
Det tetraedriske mellemprodukt dannet i det første trin tilføjer en proton og
giver tilsætningsproduktet:
Aktivitet af carbonylforbindelser i
Ad N -reaktioner afhænger af størrelsen
effektiv positiv ladning på carbonylcarbonatomet og volumen
substituenter på carbonylgruppen. Elektrondonerende og voluminøse substituenter
komplicerer reaktionen, elektrontiltrækkende substituenter øger reaktionen
carbonylforbindelsesevne. Derfor er aldehyder i
Ad N -reaktioner er mere aktive end
ketoner.
Aktiviteten af carbonylforbindelser øges i
tilstedeværelse af sure katalysatorer, som øger den positive ladning med
carbonyl carbon atom:
Aldehyder og ketoner tilsætter vand, alkoholer,
thioler, blåsyre, natriumhydrosulfit, forbindelser som f.eks
N.H. 2 X. Alle additionsreaktioner
gå hurtigt ind milde tilstande, men de resulterende produkter er normalt
termodynamisk ustabil. Derfor forløber reaktionerne reversibelt, og indholdet
tilsætningsprodukter i ligevægtsblandingen kan være lave.
Tilslutning af vand.
Aldehyder og ketoner tilsætter vand
dannelse af hydrater. Reaktionen er reversibel. Danner hydrater
termodynamisk ustabil. Balancen flyttes mod produkter
tilsætning kun i tilfælde af aktive carbonylforbindelser.
Trichloreddikesyrealdehyd-hydreringsprodukt
chloralhydrat er en stabil krystallinsk forbindelse, der bruges i
medicin som beroligende og hypnotisk middel.
Tilsætning af alkoholer og
thioler.
Aldehyder kombineres med alkoholer til dannelse hemiacetaler. I overskud af alkohol og i nærværelse af en syrekatalysator
reaktionen går videre - indtil dannelsen acetaler
Reaktionen af hemiacetaldannelse forløber som
nukleofil addition og accelereres i nærvær af syrer eller
grunde.
Processen med acetaldannelse går således:
nukleofil substitution af OH-gruppen i hemiacetalen og er kun mulig under betingelser
syrekatalyse, når OH-gruppen omdannes til en god fraspaltelig gruppe
(H 20).
Dannelsen af acetaler er en reversibel proces. I
I et surt miljø hydrolyseres hemiacetaler og acetaler let. I et alkalisk miljø
hydrolyse forekommer ikke. Reaktionerne af dannelse og hydrolyse af acetaler spiller vigtig rolle V
kemi af kulhydrater.
Ketoner i lignende forhold ingen ketaler
give.
Thioler er stærkere nukleofiler end alkoholer
danne tilsætningsprodukter med både aldehyder og ketoner.
Deltager hydrocyanisk
syrer
Hydrocyansyre tilsættes til en carbonylforbindelse under betingelser
basisk katalyse til dannelse af cyanohydriner.
Reaktionen har præparativ værdi og
bruges i syntese a-hydroxy- og a -aminosyrer (se foredrag nr. 14). Frugter af nogle planter
(f.eks. bitre mandler) indeholder cyanohydriner. Skiller sig ud, når de
blåsyre har en giftig virkning, når den nedbrydes.
Bisulfit tilsætning
natrium
Aldehyder og methylketoner tilføjer natriumbisulfit NaHSO 3 med dannelse af bisulfitderivater.
Bisulfitderivater af carbonylforbindelser
– krystallinske stoffer uopløselig i overskydende natriumbisulfitopløsning.
Reaktionen bruges til at isolere carbonylforbindelser fra blandinger. Carbonyl
forbindelsen kan let regenereres ved at behandle bisulfitderivatet
syre eller alkali.
Interaktion med fælles forbindelser
formel NH 2 X.
Reaktioner forløber iflg almindelig ordning som en proces
tilknytning-eliminering. Adduktet dannet i første fase er det ikke
stabil og fjerner nemt vand.
Ifølge det givne skema med carbonyl
forbindelser reagerer med ammoniak, primære aminer, hydrazin, substituerede hydraziner,
hydroxylamin.
De resulterende derivater er
krystallinske stoffer, der bruges til isolering og identifikation
carbonylforbindelser.
Iminer (Schiff-baser) er mellemliggende
produkter i mange enzymatiske processer (transaminering under påvirkning
coenzym pyridoxal phosphat; reduktiv aminering af ketosyrer ved
deltagelse af coenzymet NADN). Under den katalytiske hydrogenering af iminer,
aminer Processen bruges til at syntetisere aminer fra aldehyder og ketoner og
kaldet reduktiv aminering.
Reduktiv aminering forekommer in vivo
under syntesen af aminosyrer (se foredrag nr. 16)
2.2. Reaktioner af-en -carbonatom.
Keto-enol tautomerisme.
Brint i en -position til carbonylgruppen er sur
egenskaber, da anionen dannet under dens eliminering stabiliseres ved
resonanskonto.
Resultatet af brintatomets protonmobilitet
V-en -position
er carbonylforbindelsers evne til at danne enolformer pga
protonmigrering fra-en -position til oxygenatomet i carbonylgruppen.
Keton og enol er tautomere.
Tautomerer er isomerer, der hurtigt og reversibelt kan omdannes til hinanden
på grund af migreringen af en gruppe (til I dette tilfælde– proton). Ligevægt mellem
keton og enol kaldes keto-enol tautomerisme.
Enoliseringsprocessen katalyseres af syrer og
grunde. Enolisering under indflydelse af en base kan repræsenteres ved
med følgende diagram:
De fleste carbonylforbindelser findes
overvejende i ketonform. Indholdet af enolformen stiger med
en stigning i surhedsgraden af carbonylforbindelsen, samt i tilfælde af
yderligere stabilisering af enolformen pga hydrogenbinding eller på bekostning
parring.
Tabel 8. Indhold af enolformer og
surhedsgrad af carbonylforbindelser
For eksempel i 1,3-dicarbonylforbindelser
mobiliteten af methylengruppens protoner stiger kraftigt pga
elektrontiltrækkende effekt af to carbonylgrupper. Desuden enol
formen er stabiliseret på grund af tilstedeværelsen i den af et system af konjugat s -bindinger og intramolekylære
hydrogenbinding.
Hvis en forbindelse i enolform er
er et konjugeret system med høj energi stabilisering, derefter formen enol
sejrer. For eksempel eksisterer phenol kun i enolform.
Enolisering og dannelse af enolatanioner er
de første stadier af reaktionerne af carbonylforbindelser, der forekommer igennem-en -carbonatom. Den vigtigste
hvoraf er halogenering Og aldolisk-krotonisk
kondensation
.
Halogenering.
Aldehyder og ketoner reagerer let med halogener (Cl2,
Br 2, I 2 ) med uddannelse
udelukkende-en -halogenderivater.
Reaktionen katalyseres af syrer eller
grunde. Reaktionshastigheden afhænger ikke af halogenets koncentration og natur.
Processen forløber gennem dannelsen af enolformen (langsomt stadium), som
reagerer derefter med halogen (hurtigt trin). Derfor er halogenet ikke
involveret i fart—definerende fase
behandle.
Hvis en carbonylforbindelse indeholder flere-en -brint
atomer, så sker udskiftningen af hver efterfølgende en hurtigere end den foregående,
på grund af en stigning i deres surhedsgrad under påvirkning af elektrontiltrækkende indflydelse
halogen. I et alkalisk miljø giver acetaldehyd og methylketoner
trihalogenderivater, som så vil nedbrydes under påvirkning af overskydende alkali med
dannelse af trihalomethaner ( haloform reaktion)
.
Nedbrydningen af triiodoacetone sker som en reaktion
nukleofil substitution. CI grupper 3 — hydroxidanion, som S N -reaktioner i carboxylgruppen (se foredrag nr. 12).
Iodoform udfælder fra reaktionsblandingen i form
bleggult krystallinsk sediment med en karakteristisk lugt. Iodoform
reaktionen bruges i analytiske formål at opdage forbindelser som f.eks
CH 3 -CO-R, herunder
kliniske laboratorier til diagnosticering af diabetes mellitus.
Kondensationsreaktioner.
I nærvær af katalytiske mængder af syrer
eller alkaliske carbonylforbindelser indeholdende-en -brintatomer,
undergår kondens til dannelse b -hydroxycarbonylforbindelser.
I uddannelse S-S forbindelser carbonyl involveret
carbonatom i et molekyle ( carbonyl komponent) Og-en - carbonatom er anderledes
molekyler ( methylen komponent). Denne reaktion kaldes aldol kondensation(ved navnet på kondensationsproduktet af acetaldehyd -
aldol).
Når reaktionsblandingen opvarmes, er produktet let
dehydrerer til dannelse a,b -umættet carbonyl
forbindelser.
Denne form for kondens kaldes croton(ved navnet på kondensationsproduktet af acetaldehyd - croton
aldehyd).
Lad os overveje mekanismen for aldolkondensation i
alkalisk miljø. I det første trin abstraherer hydroxidanionen en proton fra-en -carbonylstilling
forbindelser til at danne en enolatanion. Derefter enolat-anionen som en nukleofil
angriber carbonylcarbonatomet i et andet carbonylforbindelsesmolekyle.
Det resulterende tetraedriske mellemprodukt (alkoxidanion) er stærkt
base og yderligere abstraherer en proton fra et vandmolekyle.
Under aldol kondensation af to forskellige
carbonylforbindelser (krydsaldolkondensation) mulig
dannelse af 4 forskellige produkter. Dette kan dog undgås, hvis en af de
indeholder ikke carbonylforbindelser-en -hydrogenatomer (f.eks. aromatiske aldehyder
eller formaldehyd) og kan ikke fungere som en methylenkomponent.
Som en methylenkomponent i reaktioner
kondensation kan ikke kun være carbonylforbindelser, men også andre
C-H-syrer. Kondensationsreaktioner har præparativ værdi, da de tillader det
forlænge kæden af kulstofatomer. I henhold til typen af aldol kondensation og
retroaldol nedbrydning ( omvendt proces) mange biokemiske processer forekommer
processer: glykolyse, syntese af citronsyre i Krebs cyklus, syntese af neuraminsyre
syrer.
2.3. Oxidationsreaktioner og
genopretning
Genopretning
Carbonylforbindelser reduceres til
alkoholer som følge af katalytisk hydrogenering eller under påvirkning
reduktionsmidler, der er donorer af hydrid-anioner.
[H]: H 2 /kat., kat. – Ni, Pt,
Pd;
LiAlH4; NaBH4.
Reduktion af carbonylforbindelser
komplekse metalhydrider involverer nukleofilt angreb af carbonylgruppen
hydrid anion. Efterfølgende hydrolyse producerer alkohol.
Genopretning sker på samme måde
carbonylgruppe in vivo under påvirkning af coenzymet NADN, hvilket er
hydridiondonor (se foredrag nr. 19).
Oxidation
Aldehyder oxiderer praktisk talt meget let
eventuelle oxidationsmidler, selv sådanne svage som luftilt og forbindelser
sølv(I) og kobber(II).
De sidste to reaktioner bruges som
kvalitativ for aldehydgruppen.
I nærværelse af alkalier, aldehyder, der ikke indeholder-en -brintatomer
ude af proportioner til at danne alkohol og syre (Cannizzaro-reaktion).
2HCHO + NaOH® HCOONa + CH3OH
Dette er grunden til, at den vandige opløsning
formaldehyd (formalin) ved langtidsopbevaring bliver surt
reaktion.
Ketoner er modstandsdygtige over for oxidationsmidler
neutralt miljø. I surt og alkaliske miljøer under indflydelse af stærke
oxidationsmidler(KMnO 4 ) De
oxidere ved at bryde C-C-bindingen. Kulstofskelettet nedbrydes af
carbon-carbon dobbeltbinding af enol former af en carbonylforbindelse, svarende til
oxidation dobbeltbindinger i alkener. Dette giver en blanding af produkter
indeholdende carboxylsyrer eller carboxylsyrer og ketoner.