Алдехидите са изомерни на друг клас съединения, кетоните. Физични свойства на алдехидите

Първата група свойства са реакциите на присъединяване. В карбонилната група, между въглерода и кислорода, има двойна връзка, която, както си спомняте, се състои от сигма връзка и пи връзка. В допълнителните реакции пи връзката се разкъсва и се образуват две сигма връзки, едната с въглерод, другата с кислород. Въглеродът има частичен положителен заряд, а кислородът има частичен отрицателен заряд. Следователно, отрицателно заредена частица от реагента, анион, е прикрепена към въглерода, а положително заредена част от молекулата е прикрепена към кислорода.

Първосвойство хидрогениране, добавяне на водород.

Реакцията протича при нагряване. Използва се вече познатият ви катализатор за хидрогениране - никел. Първичните алкохоли се получават от алдехиди, вторичните алкохоли от кетони.

Във вторичните алкохоли хидроксо групата е свързана с вторичен въглероден атом.

Второсвойство хидратация, добавяне на вода. Тази реакция е възможна само за формалдехид и ацеталдехид. Кетоните изобщо не реагират с вода.

Всички реакции на добавяне протичат по такъв начин, че плюс преминава към минус, а минус към плюс.

Както си спомняте от видеото за алкохолите, наличието на две хидроксо групи на един атом е почти невъзможна ситуация, такива вещества са изключително нестабилни. И така, по-конкретно, тези два случая формалдехид хидрат и ацеталдехид са възможни, въпреки че съществуват само в разтвор.

Не е необходимо да знаете самите реакции. Най-вероятно въпросът на изпита може да звучи като констатация, например те реагират с вода и са изброени вещества. Сред списъка им може да бъде метанал или етанал.

третосвойство добавяне на циановодородна киселина.

Отново плюс отива към минус, а минус към плюс. Получават се вещества, наречени хидроксинитрили. Отново, самата реакция не е често срещана, но трябва да знаете за това свойство.

Четвъртосвойство добавяне на алкохоли.

Тук отново не е необходимо да знаете уравнението на реакцията наизуст, просто трябва да разберете, че такова взаимодействие е възможно.

Както обикновено в реакциите на добавяне към карбонилна група, плюс към минус и минус към плюс.

Петосвойство реакция с натриев хидросулфит.

И отново, реакцията е доста сложна, едва ли ще я научите, но това е една от качествените реакции за алдехиди, защото получената натриева сол се утаява. Тоест, всъщност трябва да знаете, че алдехидите реагират с натриев хидросулфит, това ще бъде достатъчно.

Това завършва първата група реакции. Втората група са реакциите на полимеризация и поликондензация.

2. Полимеризация и поликондензация на алдехиди

Вие сте запознати с полимеризацията: полиетилен, бутадиен и изопренов каучук, поливинилхлорид са продукти от комбинирането на много молекули (мономери) в една голяма, в една полимерна верига. Тоест получава се един продукт. По време на поликондензацията се случва същото, но освен полимера се получават и нискомолекулни продукти, например вода. Тоест има два продукта.

Така, шестосвойство полимеризация. Кетоните не влизат в тези реакции, само полимеризацията на формалдехид е от промишлено значение.

Пи връзката се разкъсва и се образуват две сигма връзки със съседни мономери. Оказва се полиформалдехид, наричан още параформ. Най-вероятно въпросът на изпита може да звучи така: веществата влизат в реакцията на полимеризация. И е даден списък с вещества, сред които може да има формалдехид.

Седмото свойство е поликондензацията. Още веднъж: по време на поликондензацията, в допълнение към полимера, се получава и нискомолекулно съединение, например вода. Формалдехидът влиза в такава реакция с фенол. За по-голяма яснота първо написваме уравнението с две молекули фенол.

В резултат на това се получава такъв димер и се отцепва водна молекула. Сега пишем уравнението на реакцията в общ вид.

Продуктът на поликондензацията е фенолформалдехидна смола. Има широк спектър от приложения, вариращи от лепила и лакове до пластмаси и компоненти от плочи от дървесни частици.

Сега третата група свойства реакции на окисление.

3. Окисляване на алдехиди и кетони

осмореакцията в общия списък е качествена реакция на окисление на алдехидната група с амонячен разтвор на сребърен оксид. Сребърна огледална реакция. Веднага ще кажа, че кетоните не влизат в тази реакция, а само алдехиди.

Алдехидната група се окислява до карбоксилна, киселинна група, но в присъствието на амоняк, който е основа, веднага настъпва реакция на неутрализация и се получава сол, амониев ацетат. Среброто се утаява, покрива вътрешността на тръбата и създава огледална повърхност. Тази реакция се появява на изпита през цялото време.

Между другото, същата реакция е качествена и за други вещества, които имат алдехидна група, например мравчена киселина и нейните соли, както и глюкоза.

деветиреакцията също е качествена за окисление на алдехидната група с прясно утаен меден хидроксид две. Тук също отбелязвам, че кетоните не влизат в тази реакция.

Визуално първо ще се наблюдава образуването на жълта утайка, която след това става червена. В някои учебници се открива информация, че първо се образува само меден хидроксид, който има жълт цвят, който след това се разлага само на червен меден оксид и вода. Така че това не е вярно според последните данни, в процеса на утаяване се променя размерът на частиците меден оксид, които в крайна сметка достигат размери, боядисани точно в червено. Алдехидът се окислява до съответната карбоксилна киселина. Реакцията се появява на изпита много често.

Десетата реакция е окисляването на алдехиди с подкислен разтвор на калиев перманганат при нагряване.

Настъпва обезцветяване на разтвора. Алдехидната група се окислява до карбоксилна група, т.е. алдехидът се окислява до съответната киселина. За кетоните тази реакция няма практическо значение, тъй като настъпва разрушаване на молекулата и резултатът е смес от продукти.

Важно е да се отбележи, че мравченият алдехид, формалдехидът, се окислява до въглероден диоксид, тъй като самата мравчена киселина не е устойчива на силни окислители.

В резултат на това въглеродът преминава от степен на окисление 0 до степен на окисление +4. Позволете ми да ви напомня, че метанолът, като правило, при такива условия се окислява максимално до CO 2, прескачайки етапа на алдехид и киселина. Тази функция трябва да се помни.

Единадесетиреакция на изгаряне, пълно окисление. Както алдехидите, така и кетоните изгарят до въглероден диоксид и вода.

Нека напишем уравнението на реакцията в общ вид.

Според закона за запазване на масата трябва да има толкова атоми отляво, колкото са атомите отдясно. Защото в крайна сметка при химичните реакции атомите не отиват никъде, а редът на връзките между тях просто се променя. Така че ще има толкова молекули въглероден диоксид, колкото въглеродни атоми има в молекула на карбонилно съединение, тъй като молекулата съдържа един въглероден атом. Това е n CO 2 молекули. Ще има наполовина по-малко водни молекули от водородните атоми, тоест 2n/2, което означава само n.

Отляво и отдясно има еднакъв брой кислородни атоми. Отдясно има 2n от тях от въглероден диоксид, защото всяка молекула има два кислородни атома плюс n вода, за общо 3n. Отляво има същия брой кислородни атоми 3n, но един от атомите е в молекулата на алдехида, което означава, че трябва да се извади от общия брой, за да се получи броя на атомите на молекулярен кислород. Оказва се, че 3n-1 атома съдържат молекулярен кислород, което означава, че има 2 пъти по-малко молекули, защото една молекула съдържа 2 атома. Това е (3n-1)/2 кислородни молекули.

Така съставихме уравнението за изгаряне на карбонилни съединения в общ вид.

И накрая дванадесетисвойство, свързано с реакциите на заместване, халогениране при алфа въглеродния атом. Нека се обърнем отново към структурата на алдехидната молекула. Кислородът привлича електронната плътност върху себе си, създавайки частичен положителен заряд върху въглерода. Метиловата група се опитва да компенсира този положителен заряд чрез изместване на електрони от водород към него по верига от сигма връзки. Връзката въглерод-водород става по-полярна и водородът се разпада по-лесно, когато се атакува с реагент. Този ефект се наблюдава само за алфа въглеродния атом, т.е. атома след алдехидната група, независимо от дължината на въглеводородния радикал.

Така е възможно да се получи например 2-хлороацеталдехид. Възможно е допълнително заместване на водородни атоми с трихлороетан.

Характерни химични свойства на наситени едновалентни и многовалентни алкохоли, фенол

Ограничете едновалентните и поливалентните алкохоли

Алкохолите (или алканолите) са органични вещества, чиито молекули съдържат една или повече хидроксилни групи ($—OH$ групи), свързани с въглеводороден радикал.

Според броя на хидроксилните групи (атомност) алкохолите се делят на:

- моноатомни, например:

$(CH_3-OH)↙(метанол(метилов алкохол))$$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол(етилов алкохол))$

— двуатомни (гликоли), например:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(етандиол-1,2(етилен гликол))$

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

— триатомен, например:

Според природата на въглеводородния радикал се разграничават следните алкохоли:

— маргиналенсъдържащи само наситени въглеводородни радикали в молекулата, например:

— неограниченсъдържащ множество (двойни и тройни) връзки между въглеродни атоми в молекулата, например:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(пропен-2-ол-1 (алилов алкохол))$

— ароматен, т.е. алкохоли, съдържащи бензенов пръстен и хидроксилна група в молекулата, свързани помежду си не директно, а чрез въглеродни атоми, например:

Органичните вещества, съдържащи хидроксилни групи в молекулата, които са директно свързани с въглеродния атом на бензеновия пръстен, се различават значително по химични свойства от алкохолите и следователно се открояват в независим клас органични съединения - феноли. Например:

Съществуват и многовалентни (многовалентни) алкохоли, съдържащи повече от три хидроксилни групи в молекулата. Например, най-простият шестводен алкохол хексаол (сорбитол):

Номенклатура и изомерия

При формирането на имената на алкохолите към името на въглеводорода, съответстващ на алкохола, се добавя родов суфикс. -ол.Цифрите след наставката показват позицията на хидроксилната група в главната верига, а префиксите ди-, три-, тетра-и т.н. - броят им:

При номерирането на въглеродните атоми в главната верига позицията на хидроксилната група има предимство пред позицията на множествените връзки:

Започвайки от третия член на хомоложната серия, алкохолите имат изомерия на позицията на функционалната група (пропанол-1 и пропанол-2), а от четвъртия - изомерията на въглеродния скелет (бутанол-1, 2-метилпропанол -1). Те също се характеризират с междукласова изомерия - алкохолите са изомерни на етери:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(диметилов етер)$

алкохоли

Физически свойства.

Алкохолите могат да образуват водородни връзки както между алкохолни молекули, така и между алкохолни и водни молекули.

Водородните връзки възникват от взаимодействието на частично положително зареден водороден атом на една алкохолна молекула и частично отрицателно зареден кислороден атом на друга молекула. Това се дължи на водородните връзки между молекулите, че алкохолите имат необичайно високи точки на кипене за тяхното молекулно тегло. Така пропанът с относително молекулно тегло $44$ е газ при нормални условия, а най-простият от алкохолите е метанолът с относително молекулно тегло $32$, при нормални условия е течност.

Долните и средните членове на серията от наситени едновалентни алкохоли, съдържащи от $1$ до $11$ въглеродни атоми, са течности. Висши алкохоли (започващи с $C_(12)H_(25)OH$) при стайна температура - твърди вещества. Нисшите алкохоли имат характерен алкохолен мирис и парещ вкус, силно разтворими във вода. Тъй като въглеводородният радикал се увеличава, разтворимостта на алкохолите във вода намалява и октанолът вече не се смесва с вода.

Химични свойства.

Имоти органична материяопределени от техния състав и структура. Алкохолите потвърждават общото правило. Следователно техните молекули включват въглеводородни и хидроксилни радикали Химични свойстваалкохолите се определят от взаимодействието и влиянието на тези групи една върху друга. Свойствата, характерни за този клас съединения, се дължат на наличието на хидроксилна група.

1. Взаимодействието на алкохоли с алкални и алкалоземни метали. За да се разкрие ефектът на въглеводороден радикал върху хидроксилна група, е необходимо да се сравнят свойствата на вещество, съдържащо хидроксилна група и въглеводороден радикал, от една страна, и вещество, съдържащо хидроксилна група и несъдържащо въглеводороден радикал , от друга. Такива вещества могат да бъдат например етанол (или друг алкохол) и вода. Водородът от хидроксилната група на алкохолните молекули и водните молекули може да бъде редуциран от алкални и алкалоземни метали (заместени от тях):

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

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

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

2. Взаимодействие на алкохоли с халогеноводороди.Заместването на хидроксилна група с халоген води до образуването на халоалкани. Например:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Тази реакция е обратима.

3. Междумолекулна дехидратация на алкохоли- разделяне на водна молекула от две алкохолни молекули при нагряване в присъствието на средства за отстраняване на вода:

В резултат на междумолекулна дехидратация на алкохоли, етери.И така, когато етилов алкохол се нагрява със сярна киселина до температура от $100$ до $140°C$, се образува диетилов (сярен) етер:

4. Взаимодействие на алкохолис органични и неорганични киселини за образуване на естери ( реакция на естерификация):

Реакцията на естерификация се катализира от силни неорганични киселини.

Например, когато етилов алкохол и оцетна киселина реагират, се образува оцетен етилов естер - етилацетат:

5. Вътремолекулна дехидратация на алкохоливъзниква, когато алкохолите се нагряват в присъствието на дехидратиращи агенти до температура, по-висока от температурата на междумолекулна дехидратация. В резултат на това се образуват алкени. Тази реакция се дължи на наличието на водороден атом и хидроксилна група при съседни въглеродни атоми. Пример е реакцията на получаване на етен (етилен) чрез нагряване на етанол над $140°C$ в присъствието на концентрирана сярна киселина:

6. Окисляване на алкохолобикновено се извършва със силни окислители, например калиев дихромат или калиев перманганат в кисела среда. В този случай действието на окислителя е насочено към въглеродния атом, който вече е свързан с хидроксилната група. В зависимост от естеството на алкохола и условията на реакцията могат да се образуват различни продукти. Така първичните алкохоли първо се окисляват до алдехидии след това в карбоксилни киселини:

Когато вторичните алкохоли се окисляват, се образуват кетони:

Третичните алкохоли са доста устойчиви на окисляване. Въпреки това, при тежки условия (силен окислител, висока температура) е възможно окисление на третични алкохоли, което се случва с разрушаването на връзките въглерод-въглерод, които са най-близо до хидроксилната група.

7. Дехидрогениране на алкохоли.Когато алкохолните пари преминават при $200-300°C$ през метален катализатор, като мед, сребро или платина, първичните алкохоли се превръщат в алдехиди, а вторичните алкохоли в кетони:

Наличието на няколко хидроксилни групи в една алкохолна молекула едновременно определя специфичните свойства многовалентни алкохоли, които са способни да образуват водоразтворими ярко сини комплексни съединения при взаимодействие с прясна утайка от меден (II) хидроксид. За етилен гликол можете да напишете:

Едновалентните алкохоли не могат да влязат в тази реакция. Следователно това е качествена реакция към поливалентните алкохоли.

Фенол

Структурата на фенолите

Хидроксилната група в молекулите на органичните съединения може да бъде свързана директно с ароматното ядро ​​или може да бъде отделена от него с един или повече въглеродни атоми. Може да се очаква, че в зависимост от това свойство веществата ще се различават значително едно от друго поради взаимното влияние на групи от атоми. Наистина, органичните съединения, съдържащи ароматния фенилов радикал $С_6Н_5$— директно свързан към хидроксилната група, показват специални свойстваразлични от свойствата на алкохолите. Такива съединения се наричат ​​феноли.

Фенолите са органични вещества, чиито молекули съдържат фенилов радикал, свързан с една или повече хидроксо групи.

Подобно на алкохолите, фенолите се класифицират по атомност, т.е. по броя на хидроксилните групи.

Едноатомни фенолисъдържа една хидроксилна група в молекулата:

Многовалентни фенолисъдържа повече от една хидроксилна група в молекулите:

Има и други поливалентни феноли, съдържащи три или повече хидроксилни групи в бензеновия пръстен.

Нека се запознаем по-подробно със структурата и свойствата на най-простия представител на този клас - фенол $C_6H_5OH$. Името на това вещество е в основата на името на целия клас - феноли.

Физични и химични свойства.

физични свойства.

Фенолът е твърдо, безцветно, кристално вещество, $t°_(пл.)=43°С, t°_(кип.)=181°С$, с остър характерен мирис. Отровни. Фенолът е слабо разтворим във вода при стайна температура. Воден разтвор на фенол се нарича карболова киселина. Предизвиква изгаряния при контакт с кожата, така че с фенола трябва да се работи внимателно!

Химични свойства.

киселинни свойства.Както вече беше споменато, водородният атом на хидроксилната група има киселинен характер. Киселинните свойства на фенола са по-изразени от тези на водата и алкохолите. За разлика от алкохолите и водата, фенолът реагира не само с алкални метали, но и с алкали за образуване фенолати:

Въпреки това, киселинните свойства на фенолите са по-слабо изразени от тези на неорганичните и карбоксилните киселини. Например, киселинните свойства на фенола са около $3000$ пъти по-слаби от тези на въглеродната киселина. Следователно, чрез преминаване на въглероден диоксид през воден разтвор на натриев фенолат, може да се изолира свободен фенол:

Добавянето на солна или сярна киселина към воден разтвор на натриев фенолат също води до образуването на фенол:

Качествена реакция към фенол.

Фенолът реагира с железен (III) хлорид, за да образува интензивно лилаво комплексно съединение.

Тази реакция позволява да се открие дори в много ограничени количества. Други феноли, съдържащи една или повече хидроксилни групи в бензеновия пръстен, също дават ярък синьо-виолетов цвят, когато реагират с железен (III) хлорид.

Реакции на бензеновия пръстен.

Наличието на хидроксилен заместител значително улеснява протичането на реакциите на електрофилно заместване в бензеновия пръстен.

1. Бромиране на фенол.За разлика от бензена, бромирането на фенол не изисква добавяне на катализатор (железен (III) бромид).

В допълнение, взаимодействието с фенол протича селективно (селективно): бромните атоми се изпращат към орто-и пара позиции, замествайки разположените там водородни атоми. Селективността на заместването се обяснява с характеристиките на електронната структура на фенолната молекула, разгледана по-горе.

Така че, когато фенолът реагира с бромна вода, се образува бяла утайка 2,4,6-трибромофенол:

Тази реакция, както и реакцията с железен (III) хлорид, служи за качествено откриване на фенол.

2. Нитриране на фенолсъщо се случва по-лесно от нитрирането на бензен. Реакцията с разредена азотна киселина протича при стайна температура. Резултатът е смес орто-и чифт-изомери на нитрофенола:

При използване на концентриран азотна киселинасе образува експлозив 2,4,6-тринитрофенол(пикринова киселина):

3. Хидрогениране на ароматния пръстен на фенолав присъствието на катализатор се случва лесно:

4.Поликондензация на фенол с алдехиди, по-специално с формалдехид, протича с образуването на реакционни продукти - фенолформалдехидни смоли и твърди полимери.

Взаимодействието на фенол с формалдехид може да се опише по схемата:

Вероятно сте забелязали, че „подвижните“ водородни атоми са запазени в молекулата на димера, което означава, че по-нататъшното продължаване на реакцията е възможно с достатъчно количество реагенти:

реакция поликондензация,тези. реакцията на производство на полимер, протичаща с освобождаването на нискомолекулен страничен продукт (вода), може да продължи допълнително (докато един от реагентите бъде напълно изразходван) с образуването на огромни макромолекули. Процесът може да се опише с общото уравнение:

Образуването на линейни молекули става при обикновена температура. Провеждането на тази реакция при нагряване води до факта, че полученият продукт има разклонена структура, той е твърд и неразтворим във вода. В резултат на нагряване на фенолформалдехидна смола с линейна структура с излишък на алдехид се получават твърди пластични маси с уникални свойства. Полимери на базата на фенолформалдехидни смоли се използват за производството на лакове и бои, пластмасови изделия, които са устойчиви на нагряване, охлаждане, вода, основи и киселини и имат високи диелектрични свойства. Полимери на основата на фенолформалдехидни смоли се използват за направата на най-критичните и важни части на електрически уреди, кутии на захранващи агрегати и машинни части, полимерна основа на печатни платки за радиоустройства. Лепилата на базата на фенол-формалдехидни смоли са в състояние надеждно да свързват части от различно естество, поддържайки най-висока якост на свързване в много широк температурен диапазон. Такова лепило се използва за закрепване на металната основа на осветителни лампи към стъклена крушка. Сега разбирате защо фенолът и продуктите, базирани на него, са широко използвани.

Характерни химични свойства на алдехиди, наситени карбоксилни киселини, естери

Алдехиди и кетони

Алдехидите са органични съединения, чиито молекули съдържат карбонилна група. , свързан с водороден атом и въглеводороден радикал.

Общата формула за алдехиди е:

В най-простия алдехид, формалдехид, вторият водороден атом играе ролята на въглеводороден радикал:

Нарича се карбонилна група, свързана с водороден атом алдехид:

Органичните вещества, в молекулите на които карбонилната група е свързана с два въглеводородни радикала, се наричат ​​кетони.

Очевидно общата формула за кетоните е:

Карбонилната група на кетоните се нарича кето група.

В най-простия кетон, ацетон, карбонилната група е свързана с два метилови радикала:

Номенклатура и изомерия

В зависимост от структурата на въглеводородния радикал, свързан с алдехидната група, се разграничават ограничаващи, ненаситени, ароматни, хетероциклични и други алдехиди:

В съответствие с номенклатурата на IUPAC имената на наситените алдехиди се формират от името на алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата с помощта на наставката -ал.Например:

Номерирането на въглеродните атоми на главната верига започва от въглеродния атом на алдехидната група. Следователно алдехидната група винаги е разположена при първия въглероден атом и не е необходимо да се посочва нейната позиция.

Наред със систематичната номенклатура се използват и тривиални имена на широко използвани алдехиди. Тези имена обикновено произлизат от имената на карбоксилни киселини, съответстващи на алдехиди.

За наименованието на кетоните според систематичната номенклатура кетогрупата се обозначава с наставката -тойи число, което показва номера на въглеродния атом на карбонилната група (номерирането трябва да започне от края на веригата, най-близо до кето групата). Например:

Алдехидите имат само един вид. структурна изомерия- изомерия на въглеродния скелет, която е възможна от бутанал, а за кетоните - също изомерия на позицията на карбонилната група. В допълнение, те също се характеризират с междукласова изомерия (пропанал и пропанон).

Тривиални имена и точки на кипене на някои алдехиди.

Физични и химични свойства

физични свойства.

В алдехидна или кетонна молекула, поради по-голямата електроотрицателност на кислородния атом в сравнение с въглеродния атом, $C=O$ връзката е силно поляризирана поради изместването на електронната плътност на $π$ връзката към кислорода:

Алдехидите и кетоните са полярни вещества с излишна електронна плътност върху кислородния атом. Нисшите членове на серията алдехиди и кетони (формалдехид, ацеталдехид, ацетон) са безкрайно разтворими във вода. Техните точки на кипене са по-ниски от тези на съответните алкохоли. Това се дължи на факта, че в молекулите на алдехидите и кетоните, за разлика от алкохолите, няма подвижни водородни атоми и те не образуват асоциирани връзки поради водородни връзки. Нисшите алдехиди имат остра миризма; алдехидите, съдържащи от четири до шест въглеродни атома във веригата, имат неприятна миризма; висшите алдехиди и кетони имат флорални миризми и се използват в парфюмерията.

Химични свойства

Наличието на алдехидна група в молекулата определя характерни свойстваалдехиди.

реакции на възстановяване.

Добавяне на водородкъм алдехидните молекули възниква при двойната връзка в карбонилната група:

Алдехидите се хидрогенират като първични алкохоли, докато кетоните са вторични алкохоли.

Така че, когато ацеталдехидът се хидрогенира върху никелов катализатор, се образува етилов алкохол, а когато ацетонът се хидрогенира, се образува пропанол-2:

Хидрогениране на алдехиди реакция на възстановяване,при което степента на окисление на въглеродния атом в карбонилната група намалява.

Окислителни реакции.

Алдехидите са способни не само да се възстановяват, но и окислявам.При окисление алдехидите образуват карбоксилни киселини. Схематично този процес може да бъде представен по следния начин:

От пропионалдехид (пропанал), например, се образува пропионова киселина:

Алдехидите се окисляват дори от атмосферен кислород и такива слаби окислители като амонячен разтвор на сребърен оксид. В опростена форма този процес може да бъде изразен чрез уравнението на реакцията:

Например:

По-точно този процес се отразява от уравненията:

Ако повърхността на съда, в който се провежда реакцията, е била предварително обезмаслена, тогава образуваното по време на реакцията сребро го покрива с равномерен тънък филм. Следователно тази реакция се нарича реакция "сребърно огледало". Използва се широко за изработка на огледала, сребърни декорации и коледна украса.

Прясно утаеният меден (II) хидроксид може също да действа като окислител за алдехиди. Окислявайки алдехида, $Cu^(2+)$ се редуцира до $Cu^+$. Медният (I) хидроксид $CuOH$, образуван по време на реакцията, веднага се разлага на червен меден (I) оксид и вода:

Тази реакция, подобно на реакцията на "сребърно огледало", се използва за откриване на алдехиди.

Кетоните не се окисляват нито от атмосферния кислород, нито от такъв слаб окислител като амонячен разтвор на сребърен оксид.

Отделни представители на алдехидите и тяхното значение

Формалдехид(метанал, мравчен алдехид$HCHO$ ) - безцветен газ с остра миризма и точка на кипене от $ -21C ° $, лесно ще се разтвори във вода. Формалдехидът е отровен! Разтвор на формалдехид във вода ($40%$) се нарича формалин и се използва за дезинфекция. AT селско стопанствоформалинът се използва за обработка на семена, в кожарската промишленост - за обработка на кожа. Формалдехидът се използва за получаване на уротропин - лекарствено вещество. Понякога компресиран под формата на брикети, уротропинът се използва като гориво (сух алкохол). Голямо количество формалдехид се изразходва при производството на фенолформалдехидни смоли и някои други вещества.

Оцетен алдехид(етанал, ацеталдехид$CH_3CHO$ ) - течност с остра неприятна миризма и точка на кипене $ 21 ° C $, ние ще разтворим добре във вода. Оцетната киселина и редица други вещества се получават от ацеталдехид в промишлен мащаб, той се използва за производството на различни пластмаси и ацетатни влакна. Оцетният алдехид е отровен!

карбоксилни киселини

Веществата, съдържащи една или повече карбоксилни групи в молекула, се наричат ​​карбоксилни киселини.

група от атоми Наречен карбоксилна група, или карбоксил.

Органичните киселини, съдържащи една карбоксилна група в молекулата, са едноосновен.

Общата формула за тези киселини е $RCOOH$, например:

Наричат ​​се карбоксилни киселини, съдържащи две карбоксилни групи двуосновен.Те включват, например, оксалова и янтарна киселини:

Също така има многоосновенкарбоксилни киселини, съдържащи повече от две карбоксилни групи. Те включват, например, триосновна лимонена киселина:

В зависимост от естеството на въглеводородния радикал карбоксилните киселини се разделят в ограничаващи, ненаситени, ароматни.

Ограничаващи или наситени карбоксилни киселини са например пропанова (пропионова) киселина:

или вече позната ни янтарна киселина.

Очевидно наситените карбоксилни киселини не съдържат $π$-връзки във въглеводородния радикал. В молекулите на ненаситени карбоксилни киселини карбоксилната група е свързана с ненаситен, ненаситен въглеводороден радикал, например в акрил (пропен) $CH_2=CH—COOH$ или олеинова $CH_3-(CH_2)_7—CH=CH—( CH_2)_7—COOH молекули $ и други киселини.

Както може да се види от формулата на бензоената киселина, тя е ароматна, тъй като съдържа ароматен (бензенов) пръстен в молекулата:

Номенклатура и изомерия

Общите принципи за формиране на имената на карбоксилни киселини, както и други органични съединения, вече бяха разгледани. Нека се спрем по-подробно на номенклатурата на моно- и двуосновните карбоксилни киселини. Името на карбоксилна киселина се образува от името на съответния алкан (алкан със същия брой въглеродни атоми в молекулата) с добавяне на наставката -ов-, край -и ази думите киселина. Номерирането на въглеродните атоми започва с карбоксилната група. Например:

Броят на карбоксилните групи е посочен в името с префикси ди-, три-, тетра-:

Много киселини също имат исторически развити или тривиални имена.

Имена на карбоксилни киселини.

Химична формула	Систематично наименование на киселината	Тривиално име за киселина
$H—COOH$	метан	мравчена
$CH_3—COOH$	Етан	Оцетна
$CH_3—CH_2—COOH$	пропан	пропионов
$CH_3—CH_2—CH_2—COOH$	Бутан	мазна
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$	Пентан	Валериан
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$	хексан	Найлон
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$	Хептанова	Enanthic
$NEOS-UNSD$	Етандий	киселец
$HOOS—CH_2—COOH$	Пропандиова	Малоник
$HOOS—CH_2—CH_2—COOH$	Бутан	Амбър

След като се запознах с разнообразните и интересен святорганични киселини, нека разгледаме по-подробно ограничаващите моноосновни карбоксилни киселини.

Ясно е, че съставът на тези киселини се изразява с общата формула $C_nH_(2n)O_2$, или $C_nH_(2n+1)COOH$, или $RCOOH$.

Физични и химични свойства

физични свойства.

По-ниски киселини, т.е. киселините със сравнително малко молекулно тегло, съдържащи до четири въглеродни атома в молекула, са течности с характерна остра миризма (помнете миризмата на оцетна киселина). Киселините, съдържащи от $4$ до $9$ въглеродни атоми, са вискозни маслени течности с неприятна миризма; съдържащи повече от $9$ въглеродни атоми в молекула - твърди вещества, които не се разтварят във вода. Точките на кипене на ограничаващите едноосновни карбоксилни киселини се увеличават с увеличаване на броя на въглеродните атоми в молекулата и следователно с увеличаване на относителното молекулно тегло. Например точката на кипене на мравчената киселина е $100,8°C$, оцетната киселина е $118°C$, а пропионовата киселина е $141°C$.

Най-простата карбоксилна киселина, мравчена $HCOOH$, с малко относително молекулно тегло $(M_r(HCOOH)=46)$, при нормални условия е течност с точка на кипене $100,8°С$. В същото време бутан $(M_r(C_4H_(10))=58)$ при същите условия е газообразен и има точка на кипене $-0,5°С$. Това несъответствие между точките на кипене и относителните молекулни маси се обяснява с образуването на димери на карбоксилна киселина, в които две киселинни молекули са свързани с две водородни връзки:

Появата на водородни връзки става ясна при разглеждане на структурата на молекулите на карбоксилната киселина.

Молекулите на наситени едноосновни карбоксилни киселини съдържат полярна група от атоми - карбоксил и по същество неполярен въглеводороден радикал. Карбоксилната група се привлича от водните молекули, образувайки водородни връзки с тях:

Мравчената и оцетната киселина са безкрайно разтворими във вода. Очевидно, с увеличаване на броя на атомите във въглеводородния радикал, разтворимостта на карбоксилните киселини намалява.

Химични свойства.

Общите свойства, характерни за класа киселини (както органични, така и неорганични), се дължат на присъствието в молекулите на хидроксилна група, съдържаща силна полярна връзка между водородни и кислородни атоми. Нека разгледаме тези свойства на примера на водоразтворимите органични киселини.

1. Дисоциацияс образуването на водородни катиони и аниони на киселинния остатък:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

По-точно този процес се описва с уравнение, което отчита участието на водните молекули в него:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Равновесието на дисоциация на карбоксилните киселини се измества наляво; по-голямата част от тях са слаби електролити. Въпреки това, киселият вкус на, например, оцетната и мравчената киселина се дължи на дисоциацията на водородни катиони и аниони на киселинни остатъци.

Очевидно наличието на „киселинен“ водород в молекулите на карбоксилните киселини, т.е. водородна карбоксилна група, поради други характерни свойства.

2. Взаимодействие с металистоящ в електрохимичната серия от напрежения до водород: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

И така, желязото редуцира водорода от оцетна киселина:

$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Взаимодействие с основни оксидис образуването на сол и вода:

$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Взаимодействие с метални хидроксидис образуване на сол и вода (реакция на неутрализация):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

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

5. Взаимодействие със соли на по-слаби киселинис образуването на последния. Така оцетната киселина измества стеариновата киселина от натриевия стеарат и въглеродната киселина от калиевия карбонат:

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

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

6. Взаимодействие на карбоксилни киселини с алкохолис образуването на естери - реакцията на естерификация (една от най-важните реакции, характерни за карбоксилните киселини):

Взаимодействието на карбоксилни киселини с алкохоли се катализира от водородни катиони.

Реакцията на естерификация е обратима. Равновесието се измества към образуване на естер в присъствието на обезводняващи агенти и когато естерът се отстрани от реакционната смес.

При реакцията на обратна естерификация, която се нарича естерна хидролиза (реакция на естер с вода), се образуват киселина и алкохол:

Очевидно, за да реагира с карбоксилни киселини, т.е. поливалентните алкохоли, като глицерол, също могат да влязат в реакция на естерификация:

Всички карбоксилни киселини (с изключение на мравчената), заедно с карбоксилна група, съдържат въглеводороден остатък в своите молекули. Разбира се, това не може да не повлияе на свойствата на киселините, които се определят от естеството на въглеводородния остатък.

7. Реакции на добавяне на множество връзки- в тях влизат ненаситени карбоксилни киселини. Например реакцията на присъединяване на водород е хидрогениране. За киселина, съдържаща една $π$-връзка в радикала, уравнението може да бъде написано в общ вид:

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

И така, когато олеиновата киселина се хидрогенира, се образува наситена стеаринова киселина:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"олеинова киселина")(→)↖(катализатор)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"стеаринова киселина") $

Ненаситените карбоксилни киселини, подобно на други ненаситени съединения, добавят халогени към двойната връзка. Например акриловата киселина обезцветява бромната вода:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"акрилова (пропенова) киселина")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"2,3-дибромопропанова киселина").$

8. Реакции на заместване (с халогени)- в тях могат да влизат наситени карбоксилни киселини. Например чрез взаимодействие на оцетна киселина с хлор могат да се получат различни хлорни производни на киселини:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(червен))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"хлороцетна киселина")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червен))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"дихлороцетна киселина")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червен))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"трихлороцетна киселина")$

Отделни представители на карбоксилните киселини и тяхното значение

мравчена(метан) киселина HCOOH— течност с остра миризма и точка на кипене $100,8°C$, силно разтворима във вода. Мравчената киселина е отровна Причинява изгаряния при контакт с кожата!Жилната течност, отделяна от мравките, съдържа тази киселина. Мравчената киселина има дезинфекциращо свойство и затова намира приложение в хранително-вкусовата, кожената и фармацевтичната промишленост и медицината. Използва се при боядисване на текстил и хартия.

Оцетна (етан)киселина $CH_3COOH$ е безцветна течност с характерен остър мирис, смесима с вода във всякакви съотношения. Водните разтвори на оцетна киселина се продават под името оцет ($3-5%$ разтвор) и оцетна есенция ($70-80%$ разтвор) и се използват широко в хранително-вкусовата промишленост. Оцетната киселина е добър разтворител за много органични вещества и затова се използва при боядисване, в кожената промишленост и в производството на бои и лакове. В допълнение, оцетната киселина е суровина за производството на много технически важни органични съединения: например, тя се използва за получаване на вещества, използвани за борба с плевелите - хербициди.

Основната съставка е оцетната киселина винен оцет,чиято характерна миризма се дължи именно на него. Той е продукт на окисляването на етанола и се образува от него, когато виното се съхранява на въздух.

Най-важните представители на най-високите лимитиращи едноосновни киселини са палмитинова$C_(15)H_(31)COOH$ и стеаринова$C_(17)H_(35)COOH$ киселини. За разлика от по-ниските киселини, тези вещества са твърди, слабо разтворими във вода.

Техните соли обаче - стеарати и палмити - са силно разтворими и имат детергентно действие, поради което се наричат ​​още сапуни. Ясно е, че тези вещества се произвеждат в голям мащаб. От ненаситени висши карбоксилни киселини най-висока стойностТо има олеинова киселина$C_(17)H_(33)COOH$, или $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Това е маслоподобна течност без вкус и мирис. Солите му намират широко приложение в техниката.

Най-простият представител на двуосновните карбоксилни киселини е оксалова (етандиова) киселина$HOOC—COOH$, чиито соли се намират в много растения, например в киселец и оксалис. Оксаловата киселина е безцветно кристално вещество, силно разтворимо във вода. Използва се при полиране на метали, в дървообработващата и кожарската промишленост.

Естери

Когато карбоксилните киселини взаимодействат с алкохоли (реакция на естерификация), естери:

Тази реакция е обратима. Продуктите на реакцията могат да взаимодействат помежду си, за да образуват изходните вещества - алкохол и киселина. По този начин реакцията на естери с вода - хидролиза на естера - е обратната на реакцията на естерификация. Химичното равновесие, което се установява, когато скоростите на директните (естерификация) и обратните (хидролиза) реакции са еднакви, може да бъде изместено към образуването на етер чрез присъствието на средства за отстраняване на водата.

мазнини- производни на съединения, които са естери на глицерол и висши карбоксилни киселини.

Всички мазнини, подобно на други естери, се подлагат на хидролиза:

Когато хидролизата на мазнините се извършва в алкална среда $(NaOH)$ и в присъствието на калцинирана сода $Na_2CO_3$, тя протича необратимо и води до образуването не на карбоксилни киселини, а на техните соли, които се наричат сапуни.Следователно хидролизата на мазнините в алкална среда се нарича осапунване.

Какво изобщо са алдехидите? Отговорът на този въпрос не е толкова прост, колкото може да изглежда на пръв поглед. Попитайте опитен любител на парфюми за това - най-вероятно той ще ви разкаже за синтетични материали с неописуема миризма, които са направили аромата толкова необичаен, абстрактен и иновативен.

Химик или дори обикновен единадесетокласник, който редовно е посещавал часовете по химия, също няма да мисли много и да каже, че алдехидите са клас органични съединения, съдържащи група -ЧО, която се нарича алдехидна група. Всички алдехиди имат общи химични свойства, като например лесно се окисляват, за да образуват съответните киселини. Това е в основата на реакцията на сребърното огледало - спомнете си, когато епруветката се нагрява и върху повърхността на стъклото се появява лъскав метален слой. Думата "алдехид", измислена от немския химик Юстас фон Либих, е съкратена алкохол дехидрогенат,което означава " алкохол без водород».

В тривиалните имена на алдехидите често* (виж бележката под линия) присъства или самата дума "алдехид", или наставката -ал , например "кнедли алдехид", "жабалдехид", "покергал". Вещества като ванилин и хелиотропин също са алдехиди от химическа гледна точка. Като цяло парфюмеристът има огромно количество алдехиди с напълно различни миризми в своя арсенал: мелоналмирише на пъпеш адоксалмирише на море и белтък, цитронелал- лимонена трева, лирал- Момина сълза трипл- зелена трева. Има цикламен алдехид, канелен алдехид, анасон, кумик, мандарина.

Добре, питате вие, какво общо има Chanel с това? Ако има толкова много алдехиди и всички те миришат по различен начин, тогава каква е тази „алдехидна нотка“, на какво мирише и какви конкретни алдехиди са включени в Chanel No. 5? Спомняте ли си „Анекдоти от живота на Пушкин“ на Хармс: „Пушкин се влюби в Жуковски и започна да го нарича приятелски Жуков“? Това, което парфюмеристите често наричат ​​приятелски просто алдехиди, всъщност е подвид и специален случай: наситени алифатни или така наречените мастни алдехиди. Те обикновено се наричат ​​според броя на въглеродните атоми в молекулата. При "алдехид С-7" или хептанал, - седем въглеродни атома, в "алдехид C-10", деканал, както се досещате, десет.

Chanel № 5 съдържа смес от алдехиди " C-11 ундецикличен"или "С-110"(ундеканал) , "C-11 ундецилен"(10-недесетичен) и S-12(додеканал). Заслужава да се отбележи, че алдехидите се появяват в състава на парфюмите много преди появата на този легендарен аромат [ Chanel No. 5 е пуснат през 1921 г]. Много историци на парфюмерията са съгласни, че алдехидите са използвани за първи път при създаването на, или по-скоро, неговото преиздаване от 1905 г., създадено от парфюмериста Pierre Armigeant. Има алдехиди и в двата (1912) и в Bouquet de Catherine (1913) от московската фабрика Alphonse Rallet & Co, създаден, подобно на Chanel № 5, от парфюмериста Ернест Бо (между другото, роден московчанин). Но Шанел несъмнено се превърна в основния алдехиден аромат на всички времена и народи, пораждайки огромен брой имитации и копия.

Мастните алдехиди са обединени от характерна восъчна миризма, подобна на миризмата на издухана свещ (всъщност тази миризма на свещ се дължи на мастни алдехиди, продукти от непълно изгаряне на парафин). Миризмата на мастни алдехиди е много интензивна и остра, става приятна, когато се разреди до 1% или по-малко. Миризмата на декан (C-10) има нотка на жар, миризмата на алдехид C-12 има нюанси на лилии и теменужки. В най-простите алдехиди, формалдехид и ацеталдехид, миризмата е изключително остра и доста неприятна (въпреки това дори ацеталдехидът се използва от ароматизаторите и е включен в някои ароматични добавки), в хексанал (C-6 алдехид) вече може да се различи сравнително приятно зелено и ябълкови аспекти. Мастните алдехиди, които имат 15 или повече въглеродни атома във веригата, вече са почти без мирис.

Миризмата на мастни алдехиди има друга обща собственост- един вид "сапуненост". Алдехидите отдавна се използват активно за аромати за сапуни поради тяхната ниска цена, интензитет на миризмата и способността да маскират добре неприятните миризми на основата на сапун. Често миризмата на алдехид се свързва с абстрактна чистота или усещане за прясно изгладено пране.

Друг важен момент, на който си струва да се обърне специално внимание е, че алдехидите не са нещо изкуствено, резултат от човешкия труд. Много от тях са широко разпространени в природата. Деканал например се намира в етеричните масла от цитрусови плодове (до 4% в портокала!), иглолистни и много цветни растения, а има го много и в етеричното масло от кориандър. Ненаситените алифатни алдехиди също са повсеместни в природата, те имат още по-интензивен мирис, например (E)-2-decenal е отговорен за характерната миризма на кориандър, той наистина често присъства в „химическите оръжия“ на дървениците, и епоксидното производно, транс-4,5-епокси-(Е)-2-деценал, причинява характерната миризма на кръв, което му придава ясно изразен метален аспект. Именно по миризмата на това вещество хищниците проследяват плячката си.

След успеха на първите флорално-алдехидни аромати, химиците работиха неуморно, за да синтезират нови материали с подобни обонятелни свойства. През 1905 г. французите E.E. Blaise и L. Huillon (Bull.Soc.Chim.Fr. 1905, 33, 928) синтезират гама-ундекалактон, малко по-късно, през 1908 г., подобна работа е публикувана от двама руски химици A.A. Жуков и П.И. Шестаков (ЖРХО 40, 830, 1908). Това съединение имаше интересен аромат, напомнящ миризмата на зряла праскова, затоплена на слънце - плодов, восъчен и някак кокосово-кремообразен.

Производителите решиха да продават това вещество под името "алдехид С-14", за да задоволят жаждата на парфюмеристите за нови "алдехиди с числа", от една страна, и от друга страна, за да заблудят конкурентите, защото всъщност от от химическа гледна точка не беше алдехид, а лактон (цикличен естер) и атомите в молекулата на това съединение не са 14, а 11. Както във вица, „не в шаха, а в предпочитанието , не спечелих, а загубих.”

Така нареченият "алдехид C-14" прави своя дебют в Guerlain Mitsouko с голям успех през 1919 г., а малко по-късно се появяват нови подобни материали: "алдехид C-16 (ягода)", "алдехид C-18 (кокос) ", "алдехид С-20 (пурпурно)" и някои други. Така се оказва, че от една страна, почти всяко трето ароматно вещество е алдехид, а от друга страна, някои от най-важните алдехиди изобщо не са алдехиди.

* Химиците използват няколко типа имена. Първият тип е систематичен или номенклатурен. Името на номенклатурата е вид шифър, алгоритъм, благодарение на който е възможно да се пресъздаде структурата на веществото, тоест да се разбере кои атоми и как са свързани вътре в молекулата. Всяко наименование отговаря на една структура и обратно - за всяко вещество има само едно номенклатурно наименование. Алдехидите, според номенклатурата, трябва да имат наставката "ал". Единственият, но много съществен недостатък на такива имена е тяхната обемност. Например, iso e super, обсъждан миналия път, според правилата на номенклатурата, трябва да се нарича „1-(1,2,3,4,5,6,7,8-октахидро-2,3,8,8, -тетраметил-2-нафтил)етанон-1". Трудно е да си представим в какво би се превърнало ежедневието на лабораториите, ако химиците използваха само номенклатурни имена („Василий, моля, подай тази колба с цис-3-диметилметокси ...“).

Поради тази причина по-често се използват тривиални имена. Тривиалното име е, така да се каже, псевдоним, прякор на вещество. Не ни казва нищо за структурата и структурата, но е кратко и запомнящо се. Ванилин, дихлорвос, промедол, парабен - това са тривиални имена. Различни компании могат да пуснат едно и също съединение под различни имена, обикновено такива имена се наричат ​​търговски марки. 2ацетилоксибензоената киселина е номенклатурно име, ацетилсалициловата киселина е тривиално, а аспиринът е търговска марка. Производителите на синтетични аромати обичат да дават на своите материали ярки, звучни имена. Често алдехидите (от химическа гледна точка) се наричат ​​с наставката "al" в края. Но знаейки любовта на парфюмеристите към алдехидите, понякога имена с „ал“ се дават на вещества, които са нещо съвсем различно. Например, Clonal, продукт от IFF, всъщност е нитрил, а Mystikal, каптивен материал от Givaudan, е карбоксилна киселина. По същество същият трик като с "алдехид C-14".

Алдехидите и кетоните се характеризират с наличието на карбонилна група в молекулата. В алдехидите карбонилната група е свързана с един водороден атом и един въглеводороден радикал. Всички алдехиди съдържат група

наречена алдехидна група.

Обща формула на алдехиди:

Алдехидната молекула съдържа два водородни атома по-малко от съответната алкохолна молекула.

т.е. алдехидът е дехидрогениран (окислен) алкохол. Оттам и името "алдехид" - от съчетанието на две съкратени латински думи алкохол dehydrogenatus (дехидрогениран алкохол).

Граничните алдехиди и кетони имат една и съща обща формула

Номенклатура и изомерия.Имената на алдехидите идват от имената на наситените киселини, в които те се превръщат при окисление. Това се дължи на факта, че много киселини са открити и именувани по-рано от съответните им алдехиди.

Имената и формулите на някои от най-простите алдехиди са дадени по-долу:

За да се съставят имената на алдехидите според Женевската номенклатура, окончанието al се добавя към името на въглеводород със същия брой въглеродни атоми. В сложни случаи позицията на алдехидната група се обозначава с число, което се поставя след този край:

Изомерията на алдехидите се дължи на изомерията на веригата от въглеродни атоми на въглеводородния радикал:

Имената на кетоните според рационалната номенклатура се получават от имената на радикалите, включени в тяхната молекула, с добавяне на крайния кетон, например:

Някои кетони имат исторически имена, например диметил кетонът се нарича ацетон.

Според Женевската номенклатура имената на кетоните се получават чрез добавяне на окончанието he към името на съответния въглеводород. В случай на разклонена кетонна верига, номерирането на въглеродните атоми започва от най-близкия край до разклонението (съгласно правилата за номериране на въглеводороди). място

зает от карбонилна група се обозначава в името с дифра след края, например:

физични свойства.Първият член на хомоложната серия от алдехиди е мравчен алдехид - газ; средни представители на течността; висшите алдехиди са твърди вещества. Нисшите алдехиди имат остра миризма и се смесват добре с вода. Средните алдехиди са умерено разтворими във вода; висшите алдехиди са неразтворими. Всички алдехиди са лесно разтворими в алкохол и етер.

Нисшите кетони са течности с характерна миризма, които лесно се смесват с вода. Висшите кетони са твърди вещества. Всички кетони са силно разтворими в алкохол и етер.

Химични реакции на алдехиди и кетони.Алдехидите и кетоните са изключително реактивни органични съединения. Много от техните реакции протичат без нагряване и натиск. Особено характерни за алдехидите и кетоните са реакциите, протичащи с участието на карбонилна група. Има обаче някои разлики в реакциите на алдехиди и кетони. Като цяло алдехидите са по-реактивни от кетоните.

Реакции на присъединяване: Редица различни вещества могат да добавят към карбонилната група на алдехиди и кетони. В този случай една от връзките, свързващи кислородните и въглеродните атоми в карбонилната група, се разкъсва и части от реагента се добавят към образуваните свободни валенции. Ако свързващото вещество съдържа водород, тогава последният винаги е насочен към карбонилния кислород; карбонилната група се превръща в хидроксилна група:

От електронна гледна точка тази „реактивна характеристика на карбонилния кислород в алдехиди и кетони се обяснява с факта, че електронните облаци, които образуват връзка между въглеродните и кислородните атоми в карбонилната група, се изместват към кислородния атом, тъй като последният привлича електрони по-силно от въглеродния атом.В резултат на това двойната връзка е силно поляризирана:

Към поляризирана двойна връзка в определена посока се добавят различни вещества. Помислете за някои реакции на присъединяване, характерни за алдехиди и кетони.

Присъединяване на циановодородна киселина Връзката в молекулата на циановодородната киселина също е поляризирана и следователно водородът, който има някакъв положителен заряд, е прикрепен към кислородния атом, а групата към въглеродния атом:

Средите, получени в този случай, се наричат ​​цианогиорини (или оксинитрили) и са "съединения със смесени функции (съдържащи както хидроксилна, така и циано група). Оксинитрилите служат като изходни материали за синтеза на различни органични съединения.

Добавянето на натриев бисулфит (кисел натриев сулфит

Получените съединения (бисулфитни съединения) са кристални вещества. Те се използват в лабораторната практика за изолиране на алдехиди и кетони в чисто състояние от техните смеси с други вещества, тъй като те лесно се разлагат, когато

кипене със сода или разредени киселини за образуване на първоначални алдехиди и кетони.

Добавянето на органометални съединения към карбонилната група на алдехиди и кетони е обсъдено на страница 165.

Редукцията на алдехиди и кетони може да се разглежда като добавяне на водородна молекула към карбонилна група. При редукция на алдехиди се образуват първични алкохоли, а при редукция на кетони се образуват вторични:

Реакциите на заместване в серията алдехиди и кетони водят до заместване на кислорода на карбонилната група с други атоми или радикали.

Действието на пентахалогенида на фосфора. Под действието на, например, фосфорен пентахлорид, карбонилният кислород се заменя с два хлорни атома и се образува дихалоиден въглеводород:

Тези дихалогениди, реагирайки с вода, са в състояние отново да дадат първоначалните алдехиди и кетони.

Действие на хидроксиламин. Под действието на хидроксиламин върху алдехиди и кетони, съответно, се образуват алдоксими и кетоксими (хидроксиламинът може да се разглежда като амоняк, в който един водороден атом е заменен с хидроксил):

Оксимите, получени от тази реакция, в повечето случаи са кристални вещества и служат за откриване и изолиране на чисти алдехиди и кетони.

Окислителни реакции. Алдехидите лесно се окисляват от различни окислители, превръщайки се в карбоксилни киселини:

Например, алдехидите лесно отнемат кислород от оксидите на някои метали. На това свойство се основава така наречената реакция със сребърно огледало. Той се крие във факта, че чрез нагряване на алдехида с амонячен разтвор на сребърен оксид, алдехидът се окислява до киселина и сребърният оксид се редуцира до метално сребро:

Металното сребро се утаява по стените на съда и образува лъскава огледална повърхност.

Кетоните се окисляват много по-трудно. Само при много енергично окисление тяхната въглеродна верига се разкъсва, образуват се две киселини, например:

Реакции, включващи водороден атом в -позиция спрямо карбонилната група.

действието на халогените. Карбонилната група на алдехидите и кетоните силно влияе върху мобилността на водородните атоми, разположени при въглерода до карбонилната група - позиция). Така например, когато бромът или хлорът действат върху алдехиди или кетони, те лесно заместват водородните атоми в -позиция:

Халогенните атоми, които са влезли в - позиция към карбонилната група на алдехиди или кетони, също имат много висока реактивност.

Реакции на кондензация. Реакциите на кондензация се наричат ​​реакции на уплътняване, при които се образуват нови въглерод-въглеродни връзки. Реакциите на кондензация могат да протичат без освобождаване на прости молекули (вода, амоняк, хлороводород и др.) или с тяхното освобождаване.

Алдехидите лесно влизат в реакции на кондензация. Така например една молекула ацеталдехид под действието на малки количества разреден алкален кондензира на студено с друга молекула на същия алдехид:

Полученото съединение, съдържащо алдехидни и алкохолни групи, се нарича алдол (съкратено от алдехиден алкохол), а горната реакция се нарича алдолна кондензация. Както може да се види от уравнението на реакцията, алдолната кондензация възниква поради подвижния водороден атом в -позиция към карбонилната група.

При малко по-различни условия кондензацията може да продължи с образуването на нова двойна връзка въглерод-въглерод:

Полученото съединение се нарича кротонов алдехид, а реакцията се нарича кротонова кондензация.

Кетонгите също са способни на реакции на кондензация, които са малко по-сложни, отколкото при алдехидите.

Типични реакции на алдехиди.За алдехидите, като съединения, по-реактивни от кетоните, са характерни и следните реакции:

Образуването на естери. Ако към алдехида се добави малко количество алуминиев алкохолат, тогава възниква енергична реакция, при която, така да се каже, окисляването на една алдехидна молекула се извършва поради редукция на друга алдехидна молекула и се образува естер:

Тази реакция се нарича реакция на Тишченко, на името на руския учен, който я открива.

образуване на ацетали. Когато алдехидите се нагряват с алкохоли в присъствието на малки количества минерални киселини, протича следната реакция:

Полученото съединение се нарича ацетал и е, така да се каже, прост етер на нестабилен двувалентен алкохол:

Реакцията на образуване на ацетал е обратима. При хидролиза в присъствието на киселини ацеталите лесно се разлагат, за да образуват изходните алдехиди и алкохоли. четири

Полимеризация. Алдехидите могат да образуват линейни или циклични полимери и в двата случая остатъците от алдехидните молекули са свързани заедно чрез атом

Минералните киселини се използват като вещества, които ускоряват полимеризацията на алдехидите. Цикличните полимери при нагряване се разделят на молекули на първоначалните алдехиди.

Начини за получаване.Окисляване на алкохол. Както вече знаем, при окисляването на първичните алкохоли се образуват алдехиди, а при окислението на вторичните - кетони. Окисляването може да се извърши с помощта на различни окислители, например калиев дихромат в кисела среда или кислород във въздуха в присъствието на катализатори - платина, мед и др. И в двата случая реакциите протичат по схемата:

Получаване от дихалогенирани въглеводороди. Ако и двата халогенни атома са при един и същ въглероден атом, тогава, когато такива халогенни производни се нагряват с вода или по-добре с алкали, се образуват алдехиди или кетони:

Действие на водата върху ацетиленови въглеводороди (реакция на Кучеров). Когато водата действа върху ацетилена в присъствието на двувалентни живачни соли, се получава ацеталдехид:

Ацетиленовите хомолози при тези условия образуват кетони:

Оксосинтеза. Оксосинтезата е метод за получаване на кислородсъдържащи органични съединения чрез взаимодействие на ненаситени въглеводороди с въглероден оксид и водород при повишена температура, в присъствието на кобалтов катализатор и под налягане. В резултат на този процес се образуват алдехиди, съдържащи един въглероден атом повече от първоначалния олефин:

Мравчен алдехид (формалдехид)Безцветен газ с остър, специфичен мирис; добре разтворим във вода. Воден разтвор на формалдехид, съдържащ формалдехид в разтвор, се нарича формалин. Когато разтворът се изпари, формалдехидът полимеризира с образуването на твърда смес от нискомолекулни полиоксиметилени (параформалдехид), която отново дава формалдехид под действието на киселини.

Формалдехидът е първият член на хомоложната серия алдехиди. В общата формула

формалдехидът има водороден атом вместо алкилов радикал. Следователно някои химични свойства на формалдехида се различават рязко от свойствата на други алдехиди от тази серия. Така че, найример, под действието на алкали, формалдехидът, за разлика от други мастни алдехиди, които са смолисти с алкали, образува метилов алкохол и сол на мравчена киселина;

При тази реакция една молекула формалдехид се редуцира до алкохол, докато другата се окислява до киселина.

Формалдехидът се използва в огромни количества за производството на фенолформалдехид, урея и други синтетични полимери. Изключително ценни свойства притежава високомолекулен полимер на формалдехид - полиформалдехид (стр. 327).

Значително количество формалдехид се използва за получаване на изопрен (2-метилбутадиен-1,3) - изходен материал за синтетичен каучук.

Процесът на получаване на изопрен от формалдехид и изобутилен протича на два етапа по схемата:

Вторият етап на процеса протича при 200–220°C в присъствието на производни на фосфорната киселина като катализатор.

Формалдехидът се използва като изходен материал за производството на багрила, фармацевтични продукти, синтетичен каучук, експлозиви и много други органични съединения. Формалдехидът е отровен и дори в малки концентрации дразни лигавиците.

Формалинът (воден разтвор на формалдехид) се използва широко като антисептик (дезинфектант). Интересното е, че консервиращият ефект на дима при пушене на храна (риба, месо) се обяснява със силното антисептично действие на формалдехида, който се образува в резултат на непълно изгаряне на горивото и се съдържа в дима в малки количества.

Промишлен метод за получаване на формалдехид е каталитичното окисление на метанола. Метанолът се окислява в газова фаза с атмосферен кислород при 500-600 °C:

Като катализатори се използват метална мед или сребро, нанесени върху инертен порест носител или под формата на метална мрежа. (Наскоро те започнаха да използват по-ефективен железен оксид-молибден

катализатор.) За понижаване на температурата на процеса, което благоприятства окислителната реакция и увеличаването на добива на формалдехид, към метанола се добавя 10-12% вода.

На фиг. 15 показва схематична диаграма на производството на формалдехид чрез окисление на метанол.

Изпарителят 2 получава метанол от измервателния резервоар 1 и пречистен въздух през вентилатора 4. В изпарителя течният метанол се изпарява и смесва с въздуха, което води до образуването на паровъздушна смес със съдържание на метанол в сместа. Загрятата до 100 °C паровъздушна смес влиза в контактен апарат 6, в който метанолът се окислява при

Ориз. 15. Схема за производство на формалдехид чрез окисление на метанол: 1 - пръчка за измерване; 2 - изпарител; 3 - филтър; 4 - вентилатор; 5 - нагревател; 6 - контактен апарат; 7 - хладилник; 8, 10 - абсорбери; 9 - междинен охладител.

Продуктите от реакцията се изпращат в хладилник 7, където се охлаждат до 100-130 °C. След това постъпват в абсорбери 8 и 10, в които се абсорбира образувалият се формалдехид.Абсорбер 8 се напоява с разреден разтвор на формалдехид, идващ от абсорбер 10, напоен с вода. Така полученият формалдехид излиза от абсорбера като воден разтвор, съдържащ 37,6% формалдехид и около 10% метанол. Изходът на формалдехид е около 80%. Отработените газове от абсорбера 10 съдържат азот (около 70%), водород (около 20%) и малки количества метан, кислород, въглероден оксид и въглероден диоксид.

Наскоро методът за синтез на формалдехид получи промишлено приложение чрез непълно окисление на концентриран метан с атмосферен кислород:

Азотните оксиди служат като катализатор. (Окислението се извършва., при температура около 600 ° C.

Оцетен алдехид (ацеталдехид)СН3-СНО. Безцветна течност с остра миризма, силно разтворима във вода; темпо. бала +21°С. Под действието на киселини лесно се полимеризира в циклични полимери - паралдехид (течен) и металдехид (твърд).

Оцетният алдехид е най-важното изходно съединение за производството на оцетна киселина, синтетични полимери, медицински съединения и много други вещества.

В индустрията най-широко се използват следните методи за производство на ацеталдехид:

1. Директна хидратация на ацетилен с водна пара в присъствието на течни живачни катализатори (според реакцията на Кучеров).

3. Директно окисляване на етилен с атмосферен кислород в присъствието на течни паладиеви катализатори.

Хидратирането на ацетилен в присъствието на живачни катализатори се извършва чрез преминаване на ацетилен, смесен с водна пара при 90-100 ° C, в хидрататор, напълнен с катализатор, така наречената "контактна" киселина (разтвор на живачен сулфат в сярна киселина). Хидраторът също получава непрекъснато или периодично) метален живак, който образува живачен сулфат със сярна киселина. Смес от ацетилен и парни мехурчета през киселинния слой; в този случай се получава хидратация на ацетилена и образуване на ацеталдехид. Газопарната смес, излизаща от хидрататора, се кондензира и отделеният ацеталдехид се отделя от примесите. Добивът на ацеталдехид (изчислен като ацетилен) достига 95%.

Когато ацетиленът се хидратира в присъствието на катализатори без съдържание на живак, ацетиленът се разрежда с азот, смесва се с водна пара и получената смес газ-пара преминава при висока температура през катализатор без съдържание на живак, като оксиди на цинк, кобалт , хром или други метали. Продължителността на контакта на сместа газ-пара с катализатора е част от секундата, в резултат на това няма странични реакции, което води до увеличаване на добива на ацеталдехид и по-чист продукт.

Много обещаващ промишлен метод за производство на ацеталдехид е директното окисление на етилен с атмосферен кислород в присъствието на течни паладиеви катализатори:

Реакцията протича много повече сложна схемаотколкото е показано по-горе, и се образуват редица странични продукти. Процесът се извършва в тръбни реактори при температура около 120 ° C и налягане.

Ацетон (диметил кетон)Безцветна течност с характерна миризма, разтворима във вода, темп. бала 56,1 °С.

Ацетонът е отличен разтворител за много органични вещества и затова се използва широко в различни отрасли (производство на изкуствени влакна, лекарства и др.). Ацетонът се използва и за синтеза на различни органични съединения.

А. Е. Фаворски получава изопрен от ацетон и ацетилен. Реакцията протича на три етапа:

Основният промишлен метод за производство на ацетон е получаването му от изопропилбензен едновременно с фенол (стр. 234).

Част от ацетона се получава чрез окислително дехидрогениране или дехидрогениране изопропил алкохол.

Окислително дехидрогениране на изопропилов алкохол може да се извърши върху сребърен катализатор при 450-500 °C:

Като странични продукти се образуват въглероден диоксид, пропилен и оцетна киселина. Този процес може да се проведе и в течна фаза при атмосферно налягане и температура от около 150 °C:

Полученият водороден пероксид се използва за различни синтези, например за получаване на глицерол от акролеин (стр. 96).

Дехидрогенирането на изопропиловия алкохол се извършва в парна фаза при 350-400 °C в присъствието на меден катализатор:

Почти всички химически вещества, заобикалящи ни, се тестват от човек, въз основа на неговите искания и нужди. Всяко съединение има уникален набор от характеристики и свойства, присъщи само на него, от които полезни и необходими за нас в Ежедневието. Алдехидите, които ще бъдат обсъдени, също не са изключение.

Скромно дете на органичната химия

Сред въглеродните съединения, които обикновено се наричат ​​органични, има добре познати, които, както се казва, са „на устните на всички“. Например глюкоза, етилов алкохол или пластмаси. Алдехидите нямат късмет в този смисъл. Те са известни само на тесни специалисти и дори на гимназисти, които учат интензивно химия за прием в университет. Всъщност такива съединения (като ацеталдехид), чиито химични свойства ще разгледаме, се използват широко както в промишленото производство, така и в ежедневието.

Ябълката на раздора

Уви, откритията в науката доста често не вървят гладко. Алдехиди, техните химическа структураи свойства са открити в резултат на продължителни спорове и дискусии между учените 19 век. И такива добре известни химици като Либих и Дьоберейнер дори се скараха сериозно, за да разберат кой всъщност притежава палмата в получаването и изолирането на чист ацеталдехид. Получава се от пари на етилов алкохол, преминали през платинена решетка, която служи като катализатор за реакцията. Единственото нещо, което можеше да помири противниците, беше безусловното приемане от всички химици на името на нов клас вещества - алдехиди, което буквално означава "алкохоли без водород". Той показва метод за получаването им от алкохоли чрез реакцията на елиминиране на два водородни атома.

Не бъркайте с нищо

Като се имат предвид физичните и химичните свойства на алдехидите, лесно се вижда, че те са достатъчно специфични. Така че формалдехидът, който е токсичен газ, има остра, задушлива миризма. Неговият 40% воден разтвор, наречен формалин, предизвиква особена миризма в анатомичните лаборатории и моргите, където се използва като противогнилостно средство, което запазва протеините на органите и тъканите.

А ацеталдехидът, който е следващият в хомоложната серия, е безцветна течност, силно разтворима във вода, с неприятна миризма на гнили ябълки. Алдехидите, чиито химични свойства се характеризират с реакции на окисление и добавяне, могат да бъдат превърнати в вещества от генетично близки класове: карбоксилни киселини или алкохоли. Нека ги разгледаме на конкретни примери.

Визитка на алдехиди

В органичната химия, както и в неорганичната, има такова нещо като "качествена реакция". Може да се сравни с маяк, който сигнализира, че имаме работа конкретно с вещества от определен клас, например с алдехиди. Химичните свойства на алдехидите се потвърждават от реакции с амонячен разтвор на сребърен оксид и с меден хидроксид при нагряване (реакция на сребърно огледало)

Продуктът от реакцията ще бъде чисто сребро, което се отделя под формата на огледален слой върху стените на епруветката.

В резултат на реакцията се образува утайка с тухлен цвят - меден оксид.

Вещества-близнаци

Сега е време да се справим с такова явление, което е характерно за всички органични вещества, включително алдехидите, като изомерия. Той напълно отсъства в света на неорганичната химия. Там всичко е просто: само едно конкретно съединение с присъщите му физични и химични свойства съответства на една химична формула. Например, формулата HNO 3 съответства на едно вещество, наречено нитратна киселина, с точка на кипене 86 ° C, с остра миризма, много хигроскопична.

В областта на органичната химия живеят и живеят вещества-изомери, в които формулите са еднакви, но свойствата са различни. Например, формулата C 4 H 8 O има два напълно различни алдехида: бутанал и 2-метилпропанал.

Техните формули:

Изомерните алдехиди, чиито химични свойства зависят от техния състав и структура, са отлично доказателство за гениалната теория за структурата на органичните съединения, създадена от руския учен М. Бутлеров. Неговото откритие е от същото фундаментално значение за химията като периодичния закон на Д. Менделеев.

Уникален карбон

Химичните свойства на алдехидите служат като отлично доказателство, потвърждаващо теорията на М. Бутлеров. Органичната химия, благодарение на изследванията на руския учен, най-накрая успя да отговори на въпроса, който измъчваше не едно поколение учени със своята сложност, а именно: как да обясним удивителното разнообразие от органични съединения, в основата на което стои феноменът на изомерия. Помислете за структурата на молекулите на два алдехидни изомера: бутанал и 2-метилпропанал, които имат една и съща молекулна формула - C 4 H 8 O, но различни структурни и следователно различни физични и химични свойства.

Нека обърнем внимание на двете най-важни характеристики на въглеродния атом, които са въведени като постулати в теорията на М. Бутлеров:

1. Въглеродът в органичните съединения винаги е четиривалентен.

2. Въглеродните атоми могат да се комбинират помежду си и да образуват различни пространствени конфигурации: неразклонени и разклонени вериги или цикли.

На тях, според валентността, атомите на др химически елементи: водород, кислород, азот, като по този начин се формира целият гигантски арсенал от съществуващи органични съединения (а те са повече от 10 милиона).В допълнение, броят им непрекъснато се увеличава поради новите вещества, получени в химията на органичния синтез.

Колкото по-полярни, толкова по-добре.

Продължавайки да изучаваме алдехидите, тяхната химическа структура и свойства, нека се спрем на феномена на полярността на атомите, които изграждат молекулите на алдехидите. Така въглеродният атом на алдехидната група в молекулата на ацеталдехида придобива частичен положителен заряд, а кислородният атом придобива частичен отрицателен заряд. Причината за тяхното възникване се крие в следното: електронната плътност на π-връзката е по-подвижна от σ-връзката.

В общата формула на алдехидите, където R е въглеводороден радикал, свързан с алдехидна група, се образува частичен отрицателен заряд върху кислородния атом и частичен положителен заряд върху въглеродния атом. Така функционалната група на алдехидите става силно поляризирана, което води до по-голяма реактивност на тези вещества. Просто казано, колкото по-поляризирани са атомите в една молекула на дадено вещество, толкова по-добре и по-бързо то влиза в химични реакции. Бързата окислителна способност на водородния атом в алдехидната група и реактивоспособността на карбонилната група осигуряват алдехидите с техните характерни реакции на присъединяване и полимеризация.

Да живееш в пластмасов свят

Именно алдехидите, чиито химични свойства се определят от способността да претърпяват реакции на поликондензация и полимеризация, станаха основателите на фенолни и аминопласти - основни материали. модерна индустрияполимери. Неговите суровини са формалдехид и ацеталдехид. И така, от фенолформалдехидни смоли се получават фенолни пластмаси - най-важните заместители на черни и цветни метали. Формалдехидът се получава чрез окисляване на метан чрез нагряване до 600°C в смес с въздух, както и чрез окисляване на метанол, загрят до 300°C върху меден катализатор. По този начин алдехидите, получаването и химичните свойства, които считаме, са важни суровини в реакциите на органичен синтез.

Правене на изводи

Както можете да видите, в историята на алдехидите има достатъчно необходими и важни вещества, като например формалдехид и оцетни алдехиди, чиито химични свойства човек успешно използва в различни области на живота си.