Строение альдегидов и кетонов
Альдегиды - органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу :
соединенную с атомом водорода и углеводородным радикалом. Общая формула альдегидов имеет вид:
В простейшем альдегиде - роль углеводородного радикала играет другой атом водорода:
Формальдегид
Карбонильную группу, связанную с атомом водорода, часто называют альдегидной :
Кетоны - органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Очевидно, общая формула кетонов имеет вид:
Карбонильную группу кетонов называют кето-группой .
В простейшем кетоне - ацетоне - карбонильная группа связана с двумя метильными радикалами:
Номенклатура и изомерия альдегидов и кетонов
В зависимости от строения углеводородного радикала, связанного с альдегидной группой, различают предельные, непредельные, ароматические, гетероциклические и другие альдегиды :
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия предельных альдегидов образуются от названия алкана с тем же числом атомов углерода с молекуле с помощью суффикса -аль . Например:
Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы. Поэтому альдегидная группа всегда располагается при первом атоме углерода, и указывать ее положение нет необходимости.
Наряду с систематической номенклатурой используют и тривиальные названия широко применяемых альдегидов. Эти названия, как правило, образованы от названий карбоновых кислот, соответствующих альдегидам.
Для названия кетонов по систематической номенклатуре кетогруппу обозначают суффиксом -он и цифрой, которая указывает номер атома углерода карбонильной группы (нумерацию следует начинать от ближайшего к кетогруппе конца цепи).
Например:
Для альдегидов характерен только один вид структурной изомерии - изомерия углеродного скелета , которая возможна с бутаналя, а для кетонов - также и изомерия положения карбонильной группы . Кроме этого, для них характерна и межклассовая изомерия (пропаналь и пропанон).
Физические свойства альдегидов и кетонов
В молекуле альдегида или кетона вследствие большей электроотрицательности атома кислорода по сравнению с углеродным атомом связь С=O сильно поляризована за счет смещения электронной плотности π-связи к кислороду:
Альдегиды и кетоны - полярные вещества с избыточной электронной плотностью на атоме кислорода . Низшие члены ряда альдегидов и кетонов (формальдегид, уксусный альдегид, ацетон) растворимы в воде неограниченно. Их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Это связано с тем, что в молекулах альдегидов и кетонов в отличие от спиртов нет подвижных атомов водорода и они не образуют ассоциатов за счет водородных связей.
Низшие альдегиды имеют резкий запах; у альдегидов, содержащих от четырех до шести атомов углерода в цепи, неприятный запах; высшие альдегиды и кетоны обладают цветочными запахами и применяются в парфюмерии.
Наличие альдегидной группы в молекуле определяет характерные свойства альдегидов.
Реакции восстановления.
1. Присоединение водорода к молекулам альдегидов происходит по двойной связи в карбонильной группе:
Продуктом гидрирования альдегидов являются первичные спирты, кетонов - вторичные спирты.
Так, при гидрировании уксусного альдегида на никелевом катализаторе образуется этиловый спирт, при гидрировании ацетона - пропанол-2.
2. Гидрирование альдегидов - реакция восстановления, при которой понижается степень окисления атома углерода, входящего в карбонильную группу.
Реакции окисления.
Альдегиды способны не только восстанавливаться, но и окисляться. При окислении альдегиды образуют карбоновые кислоты. Схематично этот процесс можно представить так:
1. Окисление кислородом воздуха. Например, из пропионового альдегида (пропаналя) образуется пропионовая кислота:
2. Окисление слабыми окислителями (аммиачный раствор оксида серебра). В упрощенном виде этот процесс можно выразить уравнением реакции:
Например:
Более точно этот процесс отражают уравнения:
Если поверхность сосуда, в котором проводится реакция, была предварительно обезжирена, то образующееся в ходе реакции серебро покрывает ее ровной тонкой пленкой. Поэтому эту реакцию называют реакцией «серебряного зеркала». Ее широко используют для изготовления зеркал, серебрения украшений и елочных игрушек.
3. Окисление свежеосажденным гидроксидом меди (II). Окисляя альдегид, Cu 2+ восстанавливается до Cu + . Образующийся в ходе реакции гидроксид меди (I) CuOH сразу разлагается на оксид меди (I) красного цвета и воду.
Эта реакция, так же как и реакция «серебряного зеркала », используется для обнаружения альдегидов.
Кетоны не окисляются ни кислородом воздуха, ни таким слабым окислителем, как аммиачный раствор оксида серебра.
Химические свойства альдегидов и кислот - конспект
Отдельные представители альдегидов и их значение
Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид HCHO) - бесцветный газ с резким запахом и температурой кипения -21 °С, хорошо растворим в воде. Формальдегид ядовит! Раствор формальдегида в воде (40 %) называют формалином и применяют для формальдегид и уксусной дезинфекции. В сельском хозяйстве формалин используют для протравливания семян, в кожевенной промышленности - для обработки кож. Формальдегид используют для получения уротропина - лекарственного вещества. Иногда спрессованный в виде брикетов уротропин применяют в качестве горючего (сухой спирт). Большое количество формальдегида расходуется при получении фенолформальдегидных смол и некоторых других веществ.
Уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид CH 3 CHO) - жидкость с резким, неприятным запахом и температурой кипения 21 °С, хорошо растворим в воде. Из уксусного альдегида в промышленных масштабах получают уксусную кислоту и ряд других веществ, он используется для производства различных пластмасс и ацетатного волокна. Уксусный альдегид ядовит !
Группа атомов -
Называется карбоксильной группой , или карбоксилом.
Органические кислоты, содержащие в молекуле одну карбоксильную группу, являются одноосновными .
Общая формула этих кислот RCOOH, например:
Карбоновые кислоты, содержащие две карбоксильные группы, называются двухосновными . К ним относятся, например, щавелевая и янтарная кислоты:
Существуют и многоосновные карбоновые кислоты, содержащие более двух карбоксильных групп. К ним относится, например, трехосновная лимонная кислота:
В зависимости от природы углеводородного радикала карбоновые кислоты делятся на предельные, непредельные, ароматические .
Предельными , или насыщенными, карбоновыми кислотами являются, например, пропановая (пропионовая) кислота:
или уже знакомая нам янтарная кислота.
Очевидно, что предельные карбоновые кислоты не содержат π-связей в углеводородном радикале.
В молекулах непредельных карбоновых кислот карбоксильная группа связана с ненасыщенным, непредельным углеводородным радикалом, например, в молекулах акриловой (пропеновой)
СН 2 =СН-СООН
или олеиновой
СН 3 -(СН 2) 7 -СН=СН-(СН 2) 7 -СООН
и других кислот.
Как видно из формулы бензойной кислоты, она является ароматической , так как содержит в молекуле ароматическое (бензольное) кольцо:
Название карбоновой кислоты образуется от названия соответствующего алкана (алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле) с добавлением суффикса -ов — , окончания -ая и слова кислота . Нумерация атомов углерода начинается с карбоксильной группы . Например:
Количество карбоксильных групп указывается в названии префиксами ди-, три-, тетра- :
Многие кислоты имеют и исторически сложившиеся, или тривиальные, названия.
Состав предельных одноосновных карбоновых кислот будет выражаться общей формулой С n Н 2n O 2 , или С n Н 2n+1 СOOН , или RСООН .
Физические свойства карбоновых кислот
Низшие кислоты, т. е. кислоты с относительно небольшой молекулярной массой, содержащие в молекуле до четырех атомов углерода, - жидкости с характерным резким запахом (например, запах уксусной кислоты). Кислоты, содержащие от 4 до 9 атомов углерода, - вязкие маслянистые жидкости с неприятным запахом; содержащие более 9 атомов углерода в молекуле - твердые вещества, которые не растворяются в воде. Температуры кипения предельных одноосновных карбоновых кислот увеличиваются с ростом числа атомов углерода в молекуле и, следовательно, с ростом относительной молекулярной массы. Так, температура кипения муравьиной кислоты равна 100,8 °С, уксусной - 118 °С, пропионовой - 141 °С.
Простейшая карбоновая кислота - муравьиная НСООН, имея небольшую относительную молекулярную массу (М r (НСООН) = 46), при обычных уcловиях является жидкостью с температурой кипения 100,8 °С. В то же время бутан (M r (C 4 H 10) = 58) в тех же условиях газообразен и имеет температуру кипения -0,5 °С. Это несоответствие температур кипения и относительных молекулярных масс объясняется образованием димеров карбоновых кислот , в которых две молекулы кислоты связаны двумя водородными связями :
Возникновение водородных связей становится понятным при рассмотрении строения молекул карбоновых кислот.
Молекулы предельных одноосновных карбоновых кислот содержат полярную группу атомов - карбоксил
И практически неполярный углеводородный радикал . Карбоксильная группа притягивается молекулами воды, образуя с ними водородные связи:
Муравьиная и уксусная кислоты растворимы в воде неограниченно. Очевидно, что с увеличением числа атомов в углеводородном радикале растворимость карбоновых кислот снижается.
Химические свойства карбоновых кислот
Общие свойства, характерные для класса кислот (как органических, так и неорганических), обусловлены наличием в молекулах гидроксильной группы, содержащей сильную полярную связь между атомами водорода и кислорода. Рассмотрим эти свойства на примере растворимых в воде органических кислот.
1. Диссоциация с образованием катионов водорода и анионов кислотного остатка:
Более точно этот процесс описывает уравнение, учитывающее участие в нем молекул воды:
Равновесие диссоциации карбоновых кислот смещено влево; подавляющее большинство их - слабые электролиты. Тем не менее, кислый вкус, например, уксусной и муравьиной кислот объясняется диссоциацией на катионы водорода и анионы кислотных остатков.
Очевидно, что присутствием в молекулах карбоновых кислот «кислого» водорода, т. е. водорода карбоксильной группы, обусловлены и другие характерные свойства.
2. Взаимодействие с металлами , стоящими в электрохимическом ряду напряжений до водорода:
Так, железо восстанавливает водород из уксусной кислоты:
3. Взаимодействие с основными оксидами с образованием соли и воды:
4. Взаимодействие с гидроксидами металлов с образованием соли и воды (реакция нейтрализации):
5. Взаимодействие с солями более слабых кислот с образованием последних. Так, уксусная кислота вытесняет стеариновую из стеарата натрия и угольную из карбоната калия:
6. Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами с образованием сложных эфиров - реакция этерификации (одна из наиболее важных реакций, характерных для карбоновых кислот):
Взаимодействие карбоновых кислот со спиртами катализируется катионами водорода.
Реакция этерификации обратима. Равновесие смещается в сторону образования сложного эфира в присутствии водоотнимающих средств и при удалении эфира из реакционной смеси.
В реакции, обратной этерификации, которая называется гидролизом сложного эфира (взаимодействие сложного эфира с водой), образуются кислота и спирт:
Очевидно, что реагировать с карбоновыми кислотами, т. е. вступать в реакцию этерификации, могут и многоатомные спирты, например, глицерин:
Все карбоновые кислоты (кроме муравьиной) наряду с карбоксильной группой содержат в молекулах углеводородный остаток. Безусловно, это не может не сказаться на свойствах кислот, которые определяются характером углеводородного остатка.
7. Реакции присоединения по кратной связи - в них вступают непредельные карбоновые кислоты. Например, реакция присоединения водорода - гидрирование. Для кислоты, содержащей в радикале одну л-связь, можно записать уравнение в общем виде:
Так, при гидрировании олеиновой кислоты образуется предельная стеариновая кислота:
Непредельные карбоновые кислоты, как и другие ненасыщенные соединения, присоединяют галогены по двойной связи. Так, например, акриловая кислота обесцвечивает бромную воду:
8. Реакции замещения (с галогенами) - в них способны вступать предельные карбоновые кислоты. Например, при взаимодействии уксусной кислоты с хлором могут быть получены различные хлорпроизводные кислоты:
Химические свойства карбоновый кислот - конспект
Отдельные представители карбоновых кислот и их значение
Муравьиная (метановая) кислота HCOOH - жидкость с резким запахом и температурой кипения 100,8 °C, хорошо растворима в воде.
Муравьиная кислота ядовита, при попадании на кожу вызывает ожоги! Жалящая жидкость, выделяемая муравьями, содержит эту кислоту.
Муравьиная кислота обладает дезинфицирующим свойством и поэтому находит свое применение в пищевой, кожевенной и фармацевтической промышленностях, медицине. Она используется при крашении тканей и бумаги.
Уксусная (этановая) кислота CH 3 COOH - бесцветная жидкость с характерным резким запахом, смешивается с водой в любых отношениях. Водные растворы уксусной кислоты поступают в продажу под названием уксуса (3-5 % -й раствор) и уксусной эссенции (70-80 %-й раствор) и широко используются в пищевой промышленности. Уксусная кислота - хороший растворитель многих органических веществ и поэтому используется при крашении, в кожевенном производстве, в лакокрасочной промышленности. Кроме этого, уксусная кислота является сырьем для получения многих важных в техническом отношении органических соединений: например, на ее основе получают вещества, используемые для борьбы с сорняками, - гербициды. Уксусная кислота является основным компонентом винного уксуса, характерный запах которого обусловлен именно ею. Она продукт окисления этанола и образуется из него при хранении вина на воздухе.
Важнейшими представителями высших предельных одноосновных кислот являются пальмитиновая C 15 H 31 COOH и стеариновая C 17 H 35 COOH кислоты . В отличие от низших кислот эти вещества твердые, плохо растворимы в воде.
Однако их соли - стеараты и пальмитаты - хорошо растворимы и обладают моющим действием, поэтому их еще называют мылами. Понятно, что эти вещества производят в больших масштабах.
Из непредельных высших карбоновых кислот наибольшее значение имеет олеиновая кислота C 17 H 33 COOH, или CH 3 - (CH 2) 7 - CH = CH -(CH 2) 7 COOH. Это маслоподобная жидкость без вкуса и запаха. Широкое применение в технике находят ее соли.
Простейшим представителем двухосновных карбоновых кислот является щавелевая (этандиовая) кислота HOOC-COOH, соли которой встречаются во многих растениях, например в щавеле и кислице. Щавелевая кислота - это бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворяется в воде. Она применяется при полировке металлов, в деревообрабатывающей и кожевенной промышленностях.
Справочный материал для прохождения тестирования:
Таблица Менделеева
Таблица растворимости
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цель урока: характеризовать состав, строение, классификацию, физические и химические свойства, получение и применение альдегидов. Устанавливать взаимосвязь между изученными классами органических соединений. Знать качественные реакции на альдегиды.
Всюду в нашей жизни мы встречаемся с органической химией: мы едим продукты химической промышленности, мы одеваемся непосредственно в ее результаты: ацетатный шелк, искусственную шерсть, изделия из кожзаменителя и многое другое, благодаря химии мы можем проводить сложные операции (наркоз), лечить ангину и просто ставить уколы, где в качестве антисептика мы выбираем этиловый спирт.
Сегодня мы познакомимся с вами с классом органических веществ – альдегидами. Сегодня на уроке мы докажем, что жизнь без альдегидов невозможна. Узнаем, как связаны с этой темой хорошо известные вещества: ванилин, моющие средства, формалин, пластмасса, зеркало, уксусная кислота
Итак, альдегиды – это органические соединения, содержащие в составе своей молекулы, полярную карбонильную группу. В зависимости от заместителей, связанных с оксогруппой, эти вещества подразделяют на альдегиды и кетоны. В альдегидах с карбонильной группой связаны углеводородный радикал и атом водорода, тогда как в кетонах карбонильный углерод связан с двумя углеводородными радикалами.
Общая формула предельных карбонильных соединений C n H 2n O
Названия альдегидов по тривиальной номенклатуре часто производят от названий соответствующих монокарбоновых кислот. По рациональной номенклатуре альдегиды с разветвленной углеводородной цепью рассматриваются как производные ацетальдегида. По систематической номенклатуре названия рассматриваемых соединений производятся от соответствующих алканов с добавлением суффикса – аль.
Способы получения альдегидов. Основными способами получения альдегидов является каталитическое дегидрирование спиртов, гидратация алкинов, окисление спиртов.
Физические свойства.
Первый член гомологического ряда предельных альдегидов НСОН – бесцветный газ, несколько последующих альдегидов – жидкости. Высшие альдегиды – твердые вещества. Карбонильная группа обуславливает высокую реакционную способность альдегидов. Температура кипения альдегидов возрастает с увеличением молекулярной массы. Кипят они при более низкой температуре, чем соответствующие спирты, например пропионовый альдегид при 48,8 0 С, а пропиловый спирт – при 97,8 0 С.
Плотность альдегидов меньше единицы. Муравьиный и уксусный альдегиды хорошо растворяются в воде, последующие – хуже. Низшие альдегиды имеют резкий, неприятный запах, некоторые высшие – приятный запах.
Реакционная способность альдегидов обусловлена наличием активной карбонильной группы. Высокая электроотрицательность атома кислорода способствует сильной поляризации двойной связи в карбонильной группе и смещению подвижных?-электронов в сторону атома кислорода.
Химические свойства альдегидов:
1. Реакции присоединения:
А) реакция гидрирования
Б) реакция присоединения NaHSO 3
2. Реакции окисления:
А) реакция серебряного зеркала
Б) реакция светофор
3. Реакция поликонденсации
4. Реакция полимеризации
Качественная реакция на карбоксильную группу - реакция окисления альдегидов гидроксидом меди (ІІ) - светофор.
НСОН + 2Cu(OH) 2 = HCOOH +Cu 2 O +2H 2 O
“Реакция серебряного зеркала”
Вы можете представить себе жизнь без зеркала? Проснуться утром – и не увидеть своего отражения? Кажется, ерунда, мелочь. А ведь какой душевный дискомфорт! Недаром сказочных персонажей в качестве наказания лишали отражения. Что такое зеркало? В чем его сила? Откуда оно появилось? Как его изготавливают?
Как мы уже знаем, первыми настоящими зеркалами служили отполированные до блеска металлические пластинки из меди, золота, серебра. Однако такие зеркала имели большой недостаток – на воздухе быстро темнели и тускнели. Какой же выход нашли из этой ситуации? Многочисленные опыты показали, что блестящий металлический слой можно нанести и на стекло. Так, в I в. н.э. начали изготавливать стеклянные зеркала – стеклянные пластинки, соединенные со свинцовыми или оловянными пластинами. Делалось это так: мыли спиртом стекло, очищали его тальком и затем к поверхности плотно прижимали оловянный лист. Сверху наливали ртуть и, дав ей постоять, сливали избыток. Образовавшийся слой амальгамы заклеивали или закрашивали. Такие зеркала оказались намного долговечнее металлических, поэтому ремесленные мастерские перешли на выпуск стеклянных зеркал, отражающая поверхность которых была сделана из амальгамы олова (раствор олова Sn в ртути Hg). Но, поскольку пары ртути очень ядовиты, производство ртутных зеркал было весьма вредным, да и сами зеркала содержали ртуть. Было опасно держать ртутные зеркала в жилых помещениях.
Поэтому ученые продолжали искать замену для ртути. Ее нашли французский химик Франсуа Птижан и великий немецкий ученый Юстус Либих. Либих предложил изготавливать стеклянные зеркала с серебряным покрытием. Разработанный им метод состоял из следующих операций. Сначала к водному раствору нитрата серебра AgNO 3 добавляли водный раствор гидроксида калия KОН, что приводило к осаждению черно-коричневого осадка оксида серебра Ag 2 O.
2AgNO 3 + 2KOH = Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O.
Осадок отфильтровывали и перемешивали с водным раствором аммиака NH 3 .
Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O = 2 (OH).)
Оксид серебра растворялся в аммиачной воде с образованием комплексного соединения (аммиаката, или аммина) – гидроксида диамминсеребра(I). Затем в полученный прозрачный раствор погружали лист стекла, одна из поверхностей которого была тщательно обезжирена, и добавляли формальдегид НСНО.
2(OH) + HCHO = 2Ag + HCOONH 4 + 3NH 3 + H 2 O.)
Формальдегид восстанавливал серебро, которое осаждалось на очищенной поверхности стекла, покрывая его блестящим зеркальным налетом.
Применение альдегидов и кетонов.
Формальдегид. Первым членом гомологического ряда предельных альдегидов является формальдегид НСОН. Его называю также метаналь и муравьиный альдегид. Он представляет собой бесцветный газ с характерным резким запахом. Широко применяется водный раствор, содержащий в массовых долях 0,4, или 40%, метаналя. Он называется формалином. Формальдегид (формалин), прозрачная бесцветная жидкость со своеобразным острым запахом. Применяют как дезинфицирующее и дезодорирующее средство для мытья рук, обмывания кожи при повышенной потливости (0,5–1%), для дезинфекции инструментов (0,5%), для спринцеваний (1:2000 – 1:3000). Входит в состав лизоформа.
Его использование основано также на свойстве свертывать белок. Так, например, в кожевенном производстве дубящее действие формалина объясняется свертыванием белка, в результате чего кожа твердеет и не подвергается гниению. На этом же свойстве основано применение формалина для сохранения биологических препаратов. Иногда формалин используется для дезинфекции и протравливания семян. Метаналь идет на производство некоторых лекарственных веществ и красителей. Большое количество метаналя используется для получения фенолформальдегидной смолы, которую получают при взаимодействии метаналя с фенолом. Эта смола необходима для производства различных пластмасс.
Пластмассы, изготовленные из фенолформальдегидной смолы в сочетании с различными наполнителями, называются фенопластами. При растворении фенолформальдегидной смолы в ацетоне или спирте получают различные лаки.
При взаимодействии метаналя с карбамидом СО(NН) 2 получают карбамидную смолу, а из нее – аминопласты. Из этих пластмасс изготовляют микропористые материалы для нужд электротехники (выключатели, розетки), материалы для отделки мебели и интерьеров, древесностружечные плиты, искусственный мрамор. Тепло – и звукоизоляционные пористые материалы.
Ацетальдегид СН 3 – СОН представляет собой бесцветную жидкость с резким удушающим запахом. Применяют в производстве ацетатов целлюлозы, уксусной и пероксиуксусной кислот, уксусного ангидрида, этилацетата, глиоксаля, алкиламинов, бутанола, хлораля. Подобно формальдегиду он вступает в реакции поликонденсации с аминами, фенолом и другими веществами, образуя синтетические смолы, широко применяемые в промышленности.
Бензальдегид С 6 Н 5 С(Н)=О с запахом горького миндаля содержится в миндальном масле и в эфирном масле эвкалипта. Синтетический бензальдегид используется в пищевых ароматических эссенциях и в парфюмерных композициях.
Алифатический альдегид СН 3 (СН 2) 7 С (Н)=О (тривиальное название – пеларгоновый альдегид) содержится в эфирных маслах цитрусовых растений, обладает запахом апельсина, его используют как пищевой ароматизатор.
Ароматический альдегид ванилин содержится в плодах тропического растения ванили, сейчас чаще используется синтетический ванилин – широко известная ароматизирующая добавка в кондитерские изделия.
Цитраль С 10 Н 15 О (3,7-диметил – 2,6-октадиеналь) с запахом лимона используется в средствах бытовой химии.
Кротоновый альдегид. Сильный лакриматор, используют для получения бутанола, сорбиновой и масляной кислот. Содержится в соевом масле. Применение альдегидов в медицине.
Коричный альдегид содержится в масле корицы, его получают перегонкой коры дерева корицы. Применяется в кулинарии в виде палочек или порошка
Уротропин (CH 2) 6 N 4 (гексаметилентетрамин), бесцветные кристаллы без запаха, легко растворимы в воде. Водные растворы имеют щелочную реакцию. Обладает антисептическим действием. Применяют главным образом при инфекционных процессах мочевыводящих путей (циститах, пиелитах). Действие основано на способности препарата разлагаться в кислой среде с образованием формальдегида. Назначают препарат натощак. Показаниями для его применения служат холециститы, холангиты, аллергические заболевания кожи, глаз (кератиты, иридоциклиты и др.). Препарат может вызвать раздражение паренхимы почек, при этих признаках прием препарата прекращают.
Акролеин. Используется для производства пластмасс, отличающихся большой твердостью. Акролеин и его натриевые соли являются эмульгаторами, структурирующими почвы, лактонные его производные улучшают свойства бумаги и текстильных изделий.
Обобщение и систематизация знаний. Подведение итогов урока.
Таким образом, способность альдегидов и кетонов участвовать в различных превращениях определила их основное применение в качестве исходных соединений для синтеза разнообразных органических веществ: спиртов, карбоновых кислот и их ангидридов, лекарственных препаратов (уротропин), полимерных продуктов (фенолоформальдегидные смолы, полиформальдегид), в производстве всевозможных душистых веществ (на основе бензальдегида) и красителей.
Домашнее задание.
Альдегидами и кетонами называются производные углеводородов, содержащие карбонильную группу, или оксогруппу. В альдегидах, как правило, карбонильная группа связана одной из своих свободных валентностей с атомом водорода, другой – с каким-либо углеводородным радикалом. Все альдегиды содержат группу СОН, называемую альдегидной. В кетонах карбонильная группа двумя своими валентностями соединена с какими-либо углеводородными радикалами. Альдегиды и кетоны бывают насыщенными, ненасыщенными и ароматическими. Предельные альдегиды и кетоны с одинаковым числом углеродных атомов изомерны друг другу и имеют одну и ту же суммарную формулу.
Рисунок 3.3 – Строение карбонильной группы
Альдегиды называют или по кислотам, в которые они переходят при окислении (тривиальная номенклатура), или по названию предельных углеводородов с добавлением окончания -аль (систематическая номенклатура IUРАС). Кетоны по рациональной номенклатуре называют по названию радикалов, входящих в их молекулу, с добавлением окончания -кетон. По систематической номенклатуре IUРАС кетоны называют по названию соответствующего углеводорода с добавлением окончания -он и с указанием местонахождения карбонильной группы.
Наличие карбонильной группы обусловливает высокую реакционную активность альдегидов и кетонов и определяет их способность к многочисленным и разнообразным реакциям.
Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот с тем же углеродным скелетом.
1. Они могут окисляться даже кислородом воздуха и такими слабыми окислителями, как аммиачный раствор гидроокиси серебра:
2. Реакцию альдегидов с аммиачным раствором гидроокиси серебра называют «реакцией серебряного зеркала» – окисление аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса). Ее используют для обнаружения альдегидов:
R–CH=O + 2OH → RCOOH + 2Ag↓ + 4NH3 + H2O.
Кетоны не окисляются ни кислородом воздуха, ни слабыми окислителями, не восстанавливают аммиачный раствор гидроокиси серебра. Они окисляются лишь под действием более сильных окислителей, например, перманганата калия, причем окисление происходит иначе, чем окисление альдегидов. При окислении молекула кетона расщепляется с образованием молекул кислот или кислоты и кетона с меньшим числом углеродных атомов, чем первоначальный. Разрыв цепи углеродных атомов происходит рядом с карбонильным атомом углерода:
Если в молекуле кетона содержится два различных радикала, то распад молекулы при окислении может идти по двум возможным направлениям, например:
Таким образом, произведя окисление кетона и узнав, какие кислоты получились в результате окисления, можно определить строение кетона.
3. Реакция окисления гидроксидом меди(II):
а) в виде свежеприготовленного осадка Cu(OH)2 при нагревании;
б) в форме комплекса с аммиаком (OH)2;
в) в составе комплекса с солью винной кислоты (реактив Фелинга).
При этом образуется красно-кирпичный осадок оксида меди(I) или металлическая медь (реакция «медного зеркала», более характерная для формальдегида):
R–CH=О + 2Cu(OH)2 → RCOOH + Cu2O↓ + H2О;
H2C=О + Cu(OH)2 → HCOOH + Cu↓ + H2О;
R–CH=O + 2(OH)2 → RCOOH + Cu2O↓ + 4NH3 + 2H2O;
R–CH=O + 2Cu(OH)2/соль винной кислоты → RCOOH + Cu2O↓ + 2H2O.
При нагревании наблюдают появление осадка оксида меди(I) желтого цвета, переходящего в красный:
Муравьиный альдегид, в отличие от других альдегидов, восстанавливает оксиды меди, образуя «медное зеркало».
4. Реакция восстановления альдегидами реактива Фелинга.
Реакционную смесь нагревают. При этом раствор сначала окрашивается в зеленый, а затем в желтый цвет, и наконец, выпадает оксид меди (I) красного цвета:
5. Цветная реакция на альдегиды с фуксиксернистой кислотой: наблюдается постепенное появление красно-фиолетовой окраски. Если к смеси муравьиного альдегида с фуксинсернистой кислотой прибавлять концентрированную соляную кислоту, то появляется характерная синяя окраска. В смеси изовалерианового альдегида с фуксинсернистой кислотой под влиянием соляной кислоты окраска сравнительно быстро исчезает.
Рисунок 3.4 – Качественные реакции на альдегидную группу
Как альдегиды, так и кетоны могут присоединять водород, синильную кислоту, магний-органические соединения, гидросульфит натрия.
С гидроксиламином и фенилгидразином альдегиды и кетоны реагируют с образованием оксимов и фенилгидразонов; при действии пятихлористого фосфора атом кислорода в молекулах альдегидов и кетонов замещается двумя атомами хлора.
Однако между альдегидами и кетонами имеются и существенные различия. Так, в отличие от альдегидов кетоны не окрашивают бесцветный раствор фуксинсернистой кислоты, в мягких условиях не конденсируются под действием щелочей, за редкими исключениями, и дают со спиртами ацетали только в присутствии кислот Льюиса. Из кетонов с гидросульфитом натрия реагируют только те, которые содержат одну метильную или две метиленовые группы в непосредственном соседстве с карбонилом.
Окисляются кетоны труднее, чем альдегиды, причем при их окислении происходит разрушение молекулы, труднее для кетонов протекают и реакции конденсации.
Применение альдегидов и кетонов.
Метаналь (муравьиный альдегид) CH2=O: получение фенолформальдегидных смол; получение мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол; полиоксиметиленовые полимеры; синтез лекарственных средств (уротропин); дезинфицирующее средство; консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).
Этаналь (уксусный альдегид, ацетальдегид) СН3СН=О: производство уксусной кислоты; органический синтез.
Ацетон СН3–СО–СН3: растворитель лаков, красок, ацетатов целлюлозы; сырье для синтеза различных органических веществ.
booksshare.net -> Добавить материал
Добавить материал
Спасибо, что решили отправить нам материалы
Спасибо от всех людей, желающих поглощать знания и заниматься научной деятельностью и, кроме того, от тех, кто желает получать плоды научной деятельности в виде улучшающих жизнь инноваций.
Отправка Вами материалов позволит Вам скачивать электронные книги с нашего сайта. Однако, следует заметить, что отпарвляемый Вами материал не должен быть представлен в Интернете, иначе не будет смысла выкладывания на сайте материала, который и так без проблем найдут он-лайн. Проверить начличие такового в Интернете не сложно: заходите в поисковик (к примеру, яндекс), вводите цельный отрывок из текста материала (слов 20 подряд без знаков препинания — они будут только мешаться), желательно из середины работы, так как введения могут и присутствовать в Интернете, а основной текст — отсутствовать.
После осуществления поиска, смотрите, не нашёл ли поисковик точно такой же текст (если он есть, то он обязательно будет входить в первую десятку найденых сайтов). Если текста не найдено — то можно отправлять материал и исправить то, что люди, которые, возможно, желают воспользоваться материалом, не могут найти его.
Как получить уксусный альдегид
Можно проверить наличие этого материала также и в других поисковиках.
Следует отметить, что для сайта очень большую ценность представляют материалы, которые едва ли можно найти в библиотеках, а именно — дипломные работы, диссертации, монографии и прочие Ваши работы, которые не распространяются в больших количествах в печатных изданиях, в отличие от учебных пособий, известных работ, и т.п., которые, однако, также обладают немалой научной ценностью и, как следствие, ценностью для всего человечества.
Вы можете отправить материал на наш почтовый ящик или заполнив форму ниже:
Реактивы и материалы: формальдегид, 40%-ный водный раствор; сульфат меди CuSO4, 0,2 н.
Напишите реакцию окисления уксусного альдегида Cu(OH)2
раствор; едкий натр, 2 н. раствор.
В пробирку помещают 4 капли раствора едкого натра, разбавляют 4 каплями воды и добавляют 2 капли раствора сульфата меди (II). К выпавшему осадку гидроксида меди (II) прибавляют 1 каплю раствора формальдегида и взбалтывают содержимое пробирки. Нагревают над пламенем горелки до кипения только верхнюю часть раствора так, чтобы нижняя часть оставалась для контроля холодной. В нагретой части пробирки выделяется желтый осадок гидроксида меди (I) (СuОН), переходящий в красный оксид меди (I) (Сu2О), а иногда на стенках пробирки выделяется даже металлическая медь.
Химизм процесса:
CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2 + Na2SO4
2Cu(OH)2 + HCOH = HCOOH + Cu2O + 2H2O
Повторите этот опыт, заменив раствор формальдегида раствором этаналя.
Сформулируйте вывод по работе.
| Защита персональных данных |
Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:
Читайте также:
Общая формула альдегидов:
(для простейшего альдегида R=H)
Классификация альдегидов
По строению углеводородного радикала:
— предельные; например:
— непредельные; например:
— ароматические; например:
— алициклические; например:
Общая формула предельных альдегидов
Гомологический ряд, изомерия, номенклатура
Альдегиды изомерны другому классу соединений — кетонам
например:
Альдегиды и кетоны содержат карбонильную группу ˃C=O, поэтому называются
Электронное строение молекул альдегидов
Атом углерода альдегидной группы находится в состоянии sp2-гибридизации, поэтому все σ-связи в этой группе располагаются в одной плоскости.
Облака р-электронов, образующих π-связь, перпендикулярны этой плоскости и легко смещаются к более электроотрицательному атому кислорода. Поэтому двойная связь C=O (в отличие от двойной связи C=C в алкенах) сильно поляризована.
Физические свойства
Химические свойства
Альдегиды — реакционноспособные соединения, вступающие в многочисленные реакции.
Наиболее характерны для альдегидов:
по карбонильной группе; реагенты типа НХ присоединяются следующим образом:
связи C-H альдегидной группы, в результате которых образуются карбоновые кислоты:
I.
Реакции присоединения
В избытке спирта в присутствии HCl полуацетали превращаются в ацетали:
II.
уксусный альдегид cu oh 2
Реакции окисления
Упрощённо:
Эта реакция является (на стенках реакционного сосуда образуется зеркальный налет металлического серебра).
Эта реакция также являетсяу (выпадает красный осадок Сu2O).
Формальдегид окисляется различными O-содержащими окислителями сначала до муравьиной кислоты и далее — до Н2СO3(СO2 + Н2O):
III.
Реакции ди-, три- и полимеризации
3.
Полимеризация формальдегида
При длительном хранении формалина (40%-ный водный раствор формальдегида) в нем происходит полимеризация с образованием белого осадка параформа:
IV. Реакция поликонденсации формальдегида с фенолом
V.
Превращение формальдегида в углеводы
VI. Взаимодействие формальдегида с аммиаком
Способы получения
1.
Окисление алкенов
2. Каталитическое окисление первичных спиртов
3.
Окисление первичных спиртов различными окислителями (КМnО4, K2Cr2О7 и др.)
4. Каталитическое дегидрирование первичных спиртов
5.
Щелочной гидролиз дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у первичного атома углерода.
При гидролизе дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у вторичного атома углерода, образуются кетоны:
Специфические способы получения формальдегида и ацетальдегида
1.
Каталитическое окисление метана
2. Гидратация ацетилена (реакция Кучерова)
Понятие о альдегиды. Состав молекулы, электронная и структурная формулы.
Тема 3.2 Альдегиды и кетоны
Функциональная карбонильная группа
Альдегидами называют органические вещества, молекулы которых содержат функциональную группу атомов , соединенную с углеводородным радикалом.
Общая формула веществ этого класса CnH2n +1 COН или R-COН, в которой R — это атом водорода (в случае с Мурино альдегидом) или углеводородный радикал.
Группа атомов называется карбонильной группой, или карбонил.
Сравнению со спиртами в составе молекул альдегидов на два атома водорода меньше.
Это отражается в названии «альдегиды», что происходит от слов «алкоголь» и «дегидрирования», т.е. дегидрований алкоголь.
Первый член гомологического ряда альдегидов — метаналь, или формальдегид, или Мурино альдегид.
Он формулу .
Следующий за ним — этаналь, или ацетальдегид, или уксусный альдегид. Его формула .
По номенклатуре, исторически сложилась, названия альдегидов происходят от названий тех кислот, на которые они превращаются при окислении. Например, Мурино альдегид — от Мурино кислоты, уксусный альдегид — от уксусной кислоты и т. д. По систематической номенклатуре, названия альдегидов образуют от названий соответствующих предельных углеводородов путем добавления суффикса-аль: метаналь, этаналь, пропаналя т.д..
Формальдегид СН2=О (муравьиный альдегид, метаналь).
Представляет собой бесцветное горючее вещество с острым раздражающим запахом. Растворим в воде, обычно используется в виде 33-40 % водного раствора, который называют формалином. Вырабатывают формальдегид в больших количествах.
Он применяется в производстве пластмасс. Полиформальдегид с большим молекулярным весом – ценный синтетический материал, используемый в качестве заменителя металлов. В кожевенной промышленности формальдегид применяется для дубления кожи, в медицине и санитарии – для дезинфекции.
Ацетальдегид СН3-СН=О (уксусный альдегид, этаналь).
Представляет собой бесцветную легколетучую, легковоспламеняющуюся жидкость с сильным характерным запахом прелых яблок.
1. уксусный альдегид+ Ag₂O => (р. серебряного зеркала) 2. уксусный альдегид+2Cu(OH)₂ =>
Хорошо растворим в воде. Используют ацетальдегид для многих промышленных синтезов. Особенно важно окисление его в уксусную кислоту, превращение в этилацетат (по реакции Тищенко); может быть восстановлен в этиловый спирт.
Ацетон СН3-СО-СН3 (диметилкетон).
Бесцветная, легковоспламеняющаяся жидкость с довольно приятным запахом. Смешивается с водой. Ацетон является ценным растворителем (в производстве лаков, искусственного шелка, взрывчатых веществ) и исходным веществом в синтезе разнообразных органических соединений.
В последнее время в технике большое значение приобрело применение ацетона для получения так называемого кетена.
Кетен – газообразное вещество, очень реакционноспособное. Применяется для получения уксусного ангидрида и ряда других ценных продуктов, в частности, очень хорошего пищевого консерванта – сорбиновой кислоты.
Применение альдегидов.
Из альдегидов наибольшее применение имеет формальдегид.
Особенности применения формальдегида: используется обычно в виде водного раствора – формалина; многие способы применения формальдегида основаны на свойстве свертывать белки; в сельском хозяйстве формалин необходим для протравливания семян; формалин применяется в кожевенном производстве; формалин оказывает дубящее действие на белки кожи, делает их более твердыми, негниющими; формалин применяется также для сохранения биологических препаратов; при взаимодействии формальдегида с аммиаком получается широко известное лекарственное вещество уротропин.
Основная масса формальдегида идет на получение фенолформальдегидных пластмасс, из которых изготавливаются: а) электротехнические изделия; б) детали машин и др.
Ацетальдегид (уксусный альдегид) в больших количествах используется для производства уксусной кислоты.
Восстановлением ацетальдегида в некоторых странах получают этиловый спирт.
Получение альдегидов:
1) общим способом получения альдегидов служит окисление спиртов;
2) если накалить в пламени спиртовки спираль из медной проволочки и опустить ее в пробирку со спиртом, то проволочка, которая покрывается при нагревании темным налетом оксида меди (II), в спирте становится блестящей;
3) обнаруживается также запах альдегида.
С помощью такой реакции получается формальдегид в промышленности.
Для получения формальдегида через реактор с раскаленной сеткой из меди или серебра пропускается смесь паров метилового спирта с воздухом;
4) при лабораторном получении альдегидов для окисления спиртов могут быть использованы и другие окислители, например перманганат калия;
5) при образовании альдегида спирт, или алкоголь, подвергается дегидрированию.
Особенности реакции гидратации ацетилена:
а) сначала идет присоединение воды к ацетилену по месту одной π-связи;
б) образуется виниловый спирт;
в) непредельные спирты, в которых гидроксильная группа находится у атома углерода, который связан двойной связью, неустойчивы и легко изомеризуются;
г) виниловый спирт превращается в альдегид:
д) реакция легко осуществляется, если пропускать ацетилен в нагретую воду, которая содержит серную кислоту и оксид ртути (II);
е) через несколько минут в приемнике можно обнаружить раствор альдегида.
В последние годы разработан и получает распространение способ получения ацетальдегида окислением этилена кислородом в присутствии хлоридов палладия и меди.
Свойства
В химическом отношении это высоко реакционноспособные вещества, что обусловлено наличием в их молекуле карбонильной группы.
Высокая реакционная способность альдегидов объясняется:
а) наличием поляризованной двойной связи
б) дипольным моментом карбонила
в) наличием частичного положительного заряда на атоме углерода карбонила
Двойная связь между С и О, в отличие от двойной связи между двумя углеродами, сильно поляризована, так как кислород обладает значительно большей электроотрицательностью, чем углерод, и электронная плотность π-связи смещается к кислороду.
Такая высокая поляризация определяет электрофильные свойства углерода карбонильной группы и его способность реагировать с нуклеофильными соединениями (вступать в реакции нуклеофильного присоединения). Кислород группы обладает нуклеофильными свойствами.
Характерны реакции окисления и нуклеофильного присоединения
Билет 7
1) Аминокислоты - органические бифункциональные соединения, в состав которых входят карбоксильные группы –СООН и аминогруппы -NH2.
Простейший представитель - аминоуксусная кислота H2N-CH2-COOH (глицин)
Некоторые представители аминокислот:
1) аминоуксусная кислота Н2N-СН2-СООН;
2) аминопропионовая кислота Н2N-СН2-СН2-СООН;
3) аминомасляная кислота Н2N-СН2-СН2-СН2-СООН;
4) аминовалериановая кислота Н2N-(СН2)4-СООН;
5) аминокапроновая кислота Н2N-(СН2)5-СООН.
Чем больше атомов углерода в молекуле аминокислоты, тем больше может существовать изомеров с различным положением аминогруппы по отношению к карбоксильной группе.
6. Чтобы в названии изомеров можно было указывать положение группы – NH2 по отношению к карбоксилу, атомы углерода в молекуле аминокислоты обозначаются последовательно буквами греческого алфавита: а) ?-аминокапроновая кислота; б) ?-аминокапроновая кислота.
Получение
Аминокислоты получают различными методами, нек-рые из них предназначены специально для получения тех или иных А.
Наиболее распространенными общими методами химического синтеза А. являются следующие.
1. Аминирование галоидопроизводных органических кислот. На галоидопроизводное (обычно бромзамещенную кислоту) действуют аммиаком, в результате чего галоид замещается на аминогруппу.
Получение А. из альдегидов путем обработки их аммиаком и цианистым водородом или цианидами. В результате такой обработки получается циангидрин, к-рый далее аминируется, образуя аминонитрил; омыление последнего дает А.
3. Конденсация альдегидов с производными глицина с последующим восстановлением и гидролизом.
Отдельные А. могут быть получены из гидролизатов белков в виде труднорастворимых солей или других производных. Напр., цистин и тирозин легко осаждаются в изо электрической точке; диаминокислоты осаждают в виде солей фосфорно-вольфрамовой, пикриновой (лизин), флавпановой (аргинин) и других кислот; дикарбоновые А.
осаждают в виде кальциевых или бариевых солей, глутаминовая к-та выделяется в виде гидрохлорида в кислой среде, аспарагиновая к-та - в виде медной соли и т. д. Для препаративного выделения ряда А. из гидролизатов белка применяют также методы хроматографии и электрофореза.
Для промышленных целей многие А. получают методами микробиологического синтеза, выделяя их из культуральной среды определенных штаммов бактерий.
Свойства аминокислот
Для любого спортсмена важны не только тренировки, но и теоретическая подкованность, благодаря которой можно получать высокие результаты тренировок.
Для этого стоит знать свойства аминокислот, ведь этот вид спортивного питания является одним из наиболее востребованных.
1. Р. Окисления.
Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот. Окислителями могут служить гидроксид меди (II), оксид серебра, кислород воздуха:
Ароматические альдегиды окисляются труднее алифатических. Кетоны, как было сказано выше, окисляются труднее альдегидов. Окисление кетонов проводится в жестких условиях, в присутствии сильных окислителей. Образуются в результате смеси карбоновых кислот. Как отличить альдегиды от кетонов? Различие в способности к окислению служит основой качественных реакций, позволяющих отличить альдегиды от кетонов. Многие мягкие окислители легко реагируют с альдегидами, но инертны по отношению к кетонам. а) Реактив Толленса (аммиачный раствор оксида серебра), содержащий комплексные ионы +, дает с альдегидами реакцию «серебряного зеркала». При этом образуется металлическое серебро. Раствор оксида серебра готовят непо средственно пере д опытом:
Реактив Толленса окисляет альдегиды до соответствующих карбоновых кислот, которые в присутствии аммиака образуют аммонийные соли. Сам окислитель при этой реакции восстанавливается до металлического серебра. За тонкий серебряный налет на стенках пробирки, который образуется при этой реакции, реакция альдегидов с аммиачным раствором оксида серебра получила название реакции «серебряного зеркала». СН3-СН=O)+2OH->CH3COONH4+2Ag+3NH3+H2O. Альдегиды также восстанавливают свежеприготовленный аммиачный раствор гидроксида меди (II), обладающий светло-голубой окраской (реактив Фелинга), до желтого гидроксида меди (I), который при нагревании разлагается с выделением ярко-красного осадка оксида меди (I). СН3-СН=О + 2Cu(ОН)2 - СН3СООН+2CuОН+Н2О 2CuOH->Cu2O+H2O
2. Р. Присоединения
Гидрирование - присоединение водорода.
Карбонильные соединения восстанавливаются до спиртов водородом, алюмогидридом лития, боргидридом натрия. Водород присоединяется по связи C=O. Реакция идет труднее, чем гидрирование алкенов: требуется нагревание, высокое давление и металлический катализатор (Pt, Ni):
3. Взаимодействие с вод ой.
4. Взаимодействие, со спиртами.
При взаимодействии альдегидов со спиртами могут образовываться полуацетали и ацетали. Полуацетали представляют собой соединения, в которых при одном атоме углерода содержится гидроксильная и алкоксильная группа. К ацеталям относят вещества, в молекулах которых содержится атом углерода с двумя алкоксильными заместителями.
Ацетали, в отличие от альдегидов, более устойчивы к окислению. Благодаря обратимости взаимодействия со спиртами их часто используют в органическом синтезе для « защиты» альдегидной группы.
4.Присоединение гидросульфитов.
Гидросульфит NaHSO3 тоже присоединяется по связи C=O с образованием кристаллического производного, из которого карбонильное соединение может быть регенерировано. Бисульфитные производные используются для очистки альдегидов и кетонов.
В результате поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализаторов образуются фенолформальдегидные смолы, из которых получают пластмассы - фенопласты (бакелиты). Фенопласты - важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности. Из них изготавливается большое количество изделий широкого потребления, электроизоляционные материалы и строительные детали. Фрагмент фенолформальдегидной смолы показан ниже:
Исходными соединениями для получения альдегидов и кетонов могут быть углеводороды, галогенопроизводные, спирты и кислоты.
Применение карбонильных соединений
Формальдегид используется для получения пластмасс, например бакелита, дубления кож, дезинфекции, протравливания семян. Совсем недавно в нашей стране разработан метод получения полиформальдегида (-СН2-О-)n, который обладает высокой химической и термической устойчивостью.
Это ценнейший конструкционный пластик, способный во многих случаях заменить металлы. Ацетальдегид используют для получения уксусной кислоты и некоторых пластмасс. Ацетон применяется как исходное вещество для синтеза многих соединений (например, метилметакрилата, полимеризацией которого получают оргстекло); он используется также в качестве растворителя.
Для определения химической формулы органического вещества небольшую его массу сжигают, а затем исследуют продукты сгорания. Так, например, при сжигании 3,75 г формальдегида получили 2,25 г водяного пара и 5,5 г оксида углерода (IV). Установили, что плотность паров формальдегида по водороду 15 . Пользуясь этими данными, находят, сколько граммов углерода и водорода содержится в 3,75 г формальдегида:
M (CO 2) = 12 + 32 = 44; M = 44 г / моль
44 г CO 2 содержит 12 г
5,5 г CO 2 » x 1
44 ÷ 5,5 = 12 ÷ x 1 ; x 1 = (5,5 · 12) / 44 = 1,5; m (C) = 1,5 г
M (H 2 O) = 2 + 16 = 18; M = 18 г / моль
18 г H 2 O содержит 2 г
2,25 г H 2 O » x 2
18 ÷ 2,25 = 2 ÷ x 2 ; x 2 = (2,25 · 2) / 18 = 0,25; m (H) = 0,25 г
Находят общую массу углерода и водорода:
X 1 + x 2 = 1,5 + 0,25 = 1,75
Так как для сжигания было взято 3,75 г формальдегида, то можно вычислить массу кислорода:
3,75 - 1,75 = 2; m (O) = 2 г
Определяют простейшую формулу:
C: H: O = (1,5 ÷ 12) : (0,25 ÷ 1) : (2 ÷ 16) = 0,125: 0, 25: 0,125 = 1: 2: 1
Следовательно, простейшая формула исследуемого вещества CH 2 O.
Зная плотность паров формальдегида по водороду, вычисляют его молярную массу:
M = 2D (H 2) = 2 · 15 = 30; M = 30 г / моль
Находят молярную массу по простейшей формуле:
M (CH 2 O) = 12 + 2 + 16 = 30; M (CH 2 O) = 30 г / моль
Следовательно, молекулярная формула формальдегида CH 2 O
В молекуле формальдегида между атомами углерода и водорода существуют σ-связь, а между атомами углерода и кислорода - одна σ- и одна π-связь.
Изомерия и номенклатура
Для альдегидов характерна изомерия углеводородного радикала. Он может иметь либо неразветвленную, либо разветвленную цепь. Названия альдегидов происходят от исторических названий соответствующих органических кислот, в которые они превращаются при окислении (муравьиный альдегид, уксусный альдегид, пропионовый альдегид и др.). По международной номенклатуре названия альдегидов производят от названий соответствующих углеводородов с прибавлением суффикса -аль .
Важнейшие представители альдегидов.
Метаналь, или формальдегид*
Этаналь, или ацетальдегид*
Пропаналь
Бутаналь
2-Метилпропаналь
Пентаналь
Гексаналь
Получение
В лаборатории
альдегиды получают окислением первичных спиртов. В качестве окислителей применяют оксид меди (II)
, пероксид водорода
и другие вещества, способные отдавать кислород. В общем виде это можно показать так:
В промышленности
альдегиды получают различными способами. Экономически наиболее выгодно получать метаналь
непосредственным окисление метана кислородом воздуха в специальном реакторе.
Чтобы метаналь не успел окислиться, смесь метана с воздухом через зону реакции пропускают с большой скоростью.
Метаналь получают также окислением метанола, пропуская его пары вместе с воздухом через реактор с раскаленной медной или серебряной сеткой. Однако этот способ экономически менее выгоден.
Этаналь
можно получить и гидратацией ацетилена в присутствии солей ртути в качестве катализатора (реакция М. Г. Кучерова
). Так как в этой реакции в качестве катализатора используют ядовитые вещества - соли ртути, то в последнее время разработан новый метод получения ацетальдегида: смесь этилена с воздухом пропускают через водный раствор солей меди , железа и палладия .
Физические свойства
Метаналь - бесцветный газ с резким запахом. Раствор метаналя в воде (35 - 40%-ный) называется формалином. Остальные члены ряда альдегидов - жидкости, а высшие - твердые.
Химические свойства
Для альдегидов наиболее характерны реакции окисления и присоединения.
1. Реакции окисления
а)
Качественной реакцией на альдегиды является реакция «Серебряного зеркала»
. Для ее осуществления в чистую пробирку наливают аммиачный раствор оксида серебра (I)
(Ag 2 O в воде практически не растворяется, но с аммиаком образует растворимое соединение OH), к нему добавляют раствор альдегида и нагревают.
Восстановленное серебро оседает на стенках пробирки в виде блестящего налета, а альдегид окисляется в соответствующую органическую кислоту.
б)
Другой характерной реакцией является окисление альдегидов гидроксидом меди (II)
. Если к голубому осадку гидроксида меди (II) прилить раствор альдегида и смесь нагреть, то сначала появляется желтый осадок гидроксида меди (I), который при дальнейшем нагревании превращается в красный оксид меди (I)
. В этой реакции окислителем является медь со степенью окисления +2
, которая восстанавливается до степени окисления +1
.
2. Реакции присоединения
Реакции присоединения обусловлены наличием в карбонильной группе π-связи
, которая легко разрывается. По месту ее разрыва присоединяются атомы и атомные группы. Так, например, при пропускании смеси метаналя с водородом над нагретым катализатором происходит его восстановление в метанол.
Аналогично присоединяют водород и другие альдегиды.