- •53.Экспериментальные (качественные) задачи по химии.
- •54. Азотная кислота
- •55. Моносахариды
- •56.Подготовка учителя к уроку.Виды планирования.Рабочий плпн урока.
- •58. Дисахариды
- •Физические свойства
- •59. Массовая внеклассная работа по химии.
- •60. Растворы электролитов. Эл. Диссоциация.
- •61. Альдегиды, кетоны. Изомерия и номенклатура. Сравнительная реакционная способность альдегидов и кетонов. Способы получения и химические свойства.
- •62. Самостоятельная работа учащихся по химии.
- •65. Задачи курса химии средней школы.
- •66. Скорости хим. Р-й. Факторы, влияющие на скорость хим. Р-й. Классиф. Хим. Р-й. Молекулярность и порядок р-и. Энергия активации.
- •68. Технические средства обучения (тсо)
- •71. Лабороторные и практические занятия по химии.
- •72. Cерная кислота
- •73. Структура нуклеотидов и нуклеозидов. Динуклеотиды. Надф и фад.
- •7 4. Проверка знаний и умений по химии.
- •75. Основные химические понятия.
- •Основные законы химии
- •Способы получения
- •Физические свойства
61. Альдегиды, кетоны. Изомерия и номенклатура. Сравнительная реакционная способность альдегидов и кетонов. Способы получения и химические свойства.
Общая характеристика
Органические соединения, в молекуле которых имеется карбонильная группа >С=О, называются карбонильными соединениями или оксосоединениями. Они делятся на две родственные группы — альдегиды и кетоны. В молекулах альдегидов карбонильная группа связана с атомами водорода или с одним углеводородным радикалом:
R-СO-Н Н-СO-Н СНз-СO-Н
альдегиды формальдегид ацетальдегид
(муравьиный альдегад) (уксусный альдегид)
а в молекулах кетонов — с двумя углеводородными радикалами:
R-СO-R' СНз-СO-СНз СН3-СO-СН2-СН3
кетоны ацетон (диметилкетон) метнлэтилкетон
Углеводородные радикалы могут быть алифатическими (насыщенными или ненасыщенными), алициклическими и ароматическими.
В молекуле кетона радикалы могут быть одинаковыми или разными. Поэтому кетоны, как и простые эфиры, делятся на симметричные и смешанные.
Общая формула предельных альдегидов и кетонов СпН2пО.
Строение. В карбонильной группе связь между атомами углерода и кислорода — двойная. Атом углерода находится в состоянии sp2-гибридизации и образует 3 σ-связи (две связи С-Н и одну связь С-О), которые располагаются в одной плоскости под углом 120° друг к другу, π-связь С-О образована при перекрывании негибридных 2p-орбиталей атомов углерода и кислорода. В силу большей электроотрицательности атома кислорода электронная плотность двойной связи смещена в сторону атома кислорода. Полярность связи С=О сказывается на физических и химических свойствах карбонильных соединений.
Изомерия.
Изомерия альдегидов связана только со строением углеродного скелета, например:
СНз-СН2-СН2-СН=О СН3-СН(СН3)-СН=О.
буганаль 2-метилпропаналь
Изомерия кетонов связана со строением углеродного скелета и с положением карбонильной группы, например:
СНз-СO-СН2-СНз-СНз СН3-СН2-СO-СН2-СНз
пентанон-2 пентанон-3
Кроме того, альдегиды и кетоны с одинаковым числом атомов углерода изомерны друг другу, например ацетон и пропаналь или глюкоза и фруктоза.
Номенклатура. Для альдегидов часто используют тривиальные названия, например формальдегид HCOH. По международной номенклатуре названия альдегидов образуют, прибавляя окончание -аль к названию углеводорода с самой длинной углеродной цепью, включающей карбонильную группу, от которой и начинают нумерацию цепи.
Кетоны часто называют по наименованию радикалов, связанных с карбонильной группой, например метилэтилкетон СНз-СО-СН2-СНз. По международной номенклатуре: к названию предельного углеводорода добавляют окончание -он и указывают номер атома углерода, связанного с карбонильным кислородом. Нумерацию начинают с ближайшего к карбонильной группе конца цепи, например: метилэтилкетон — это то же самое, что буганон-2 (СНз-СО-СН2-СНз).
Получение и химические свойства.
Получение. 1. Гидратация алкинов. Из ацетилена получается альдегид в кислой среде и в присутствии солей ртути(II), из его гомологов — кетоны:
СН≡СН + Н2О ---> СНз-СН=О.
СНз-С≡СН + Н2О ---> СНз-СО-СНз.
Из-за своей относительной дороговизны, а также из-за того, что получаемые соединения загрязнены токсичными соединениями ртути, в настоящее время этот способ находит ограниченное применение.
2. Общий способ получения карбонильных соединений — окисление спиртов. В качестве окислителя можно использовать не только дихромат или перманганат калия, но и другие окислители, например, оксид меди (П) при нагревании:
СН3-СН2-ОН + СuО — > СН3-СН=О + Сu + Н2О,
СН3-СН(ОН)-СН3 + СuО — > СН3-СО-СН3 + Сu + Н2О.
3. При щелочном гидролизе дигалогеналканов, содержащих два атома галогена при одном атоме углерода, образуются двухатомные спирты, в которых две группы ОН соединены с одним атомом углерода. Эти вещества неустойчивы и отщепляют воду, превращаясь в карбонильные соединения:
2NаОН + СНз-СН−Сl2 → [СН3СН(ОН)2] → СН3-СН=0 + Н2О.
4. Дегидрирование спиртов. Одним из промышленных способов получения альдегидов и кетонов является дегидрирование спиртов в газовой фазе над металлическими медью, серебром, хромом, никелем, оксидом цинка и др., например:
СНз-СН(ОН)-СН3 → СНз-СО-СНз
Пропанол-2 Ацетон (выход~90%)
5. Окисление алкенов. Альдегиды и кетоны получают окислением углеводородов ряда этилена кислородом воздуха в присутствии хлоридов палладия (П) и меди (I), например:
2CH2=CH2 + O2 → 2CH3COH
Этилен Уксусный альдегид
(выход >90%)
Этим экономичным способом в промышленности получают низшие альдегиды и кетоны.
6. Простейший кетон — ацетон — получают кумольным методом вместе с фенолом по реакции:
Н3С-СН-СНз + О2 = С6Н5ОН + СНз-СО-СН3
С6Н5
Химические свойства альдегидов и кетонов определяются тем, что в состав их молекул входит карбонильная группа с полярной двойной связью. Альдегиды и кетоны — химически активные соединения, которые склонны к реакциям присоединения по связи С=О. Эти реакции протекают по механизму нуклеофильного присоединения (обозначается AN ). Активность альдегидов и кетонов в реакциях присоединения определяется величиной положительного заряда δ+ на атоме углерода в карбонильной группе. Электронодонорные группы, связанные с группой СО, уменьшают величину этого заряда. Карбонильная группа кетонов связана с двумя углеводородными радикалами (которые являются электронодонорными группами), поэтому кетоны менее активны, чем альдегиды (в которых группа СО связана только с одним радикалом). Самым активным из альдегидов является формальдегид НСОH.
Важнейшие реакции присоединения:
1. Присоединение водорода (восстановление). При взаимодействии альдегидов с водородом получаются первичные спирты:
R-СН=О + Н2→ R−CН2-ОН.
Кетоны в аналогичной реакции дают вторичные спирты.
R-СО-R' + Н2 → R-СН(ОН)-R'.
В лабораторных условиях для восстановления карбонильных соединений используют алюмогидрид лития LiAlН4
2. Присоединение циановооородной (синильной) кислоты',
СНз-СН=О + Н-СN → СНз-СН(СN)-ОН.
Образовавшееся соединение содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид или кетон, поэтому подобные реакции используются для удлинения углеродной цепи.
3. Взаимодействие со спиртами. Альдегиды могут взаимодействовать с одной или двумя молекулами спирта, образуя соответственно полуацетали и ацетали.
Полуацеталями называют соединения, содержащие при одном атоме углерода гидроксильную и алкоксильную (ОR) группы. Ацетали — это соединения, содержащие при одном атоме углерода две алкоксильные группы:
Полуацеталь: R-CH(OH)OR'
Ацеталь: R-CH(OR')OR"
Реакцию получения ацеталей широко используют в органических синтезах для "защиты" активной альдегидной группы от нежелательных реакций:
СН3-СН=О + 2СН3ОН → СН3-СН-(ОСНз)2+ Н20
Особенно важное значение подобные реакции имеют в химии углеводов.
4. Присоединение гидросульфитов служит для выделения альдегидов из смесей с другими веществами и для получения их в чистом виде, поскольку полученное сульфопроизводное очень легко гидролизуется:
R-СН=О + NaНSО3 → R-СН(ОН)-SО3Na.
5. Присоединение реактива Гриньяра. Реактив Гриньяра — одно из простейших металлоорганических соединений -R-Мg-Х, где R — алкильный или арильный радикал, X — галоген.
а) Взаимодействием реактива Гриньяра с формальдегидом можно получить практически любой первичный спирт (кроме метанола). Для этого продукт присоединения реактива Гриньяра гидролизуют водой:
НСОH + RMgX → R-СН2-О-МgХ→ R-СН2-ОН.
б) При использовании любых других алифатических альдегидов могут быть получены вторичные спирты:
СН3-СН=О + R-Мg-Х → СН3-СН(R)-О-Мg-Х → СН3-СН(R) -ОН
в) Взаимодействием реактивов Гриньяра с кетонами получают третичные спирты:
(СН3)2С=О + R-Мg-Х→ (СН3)2С(R)-О-Мg-Х → (СН3)2С(R)-ОН
6. Присоединение воды. Альдегиды в водных растворах существуют в виде гидратных форм, образующихся в результате присоединения воды к карбонильной группе:
HCOH + H2O → CH2(OH)2
Гидратная формальдегида
Реакция обратима. Kетоны в водных растворах практически не гидратируются.
7. Реакции окисления. Альдегиды и кетоны по-разному относятся к действию окислителей. Альдегиды легко (значительно легче, чем спирты) окисляются в соответствующие карбоновые кислоты. Для их окисления можно использовать такие мягкие окислители, как оксид серебра и гидроксид меди (II),
Кетоны к действию окислителей инертны. Кетоны реагируют только с очень сильными окислителями, способными разорвать связи С-С в их молекуле.
Реакция "серебряного зеркала" — это окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра.
R-СН=О + 2[Ад(NН3)2]ОН → RСООNН4 + 2Аg↓+ ЗNН3 + Н2О.
Oкислениe альдегидов гидроксидом меди (П):
СН3-СН=О + 2Cu(ОН)2 → СНз-СООН + Сц2O↓ + 2Н2О.
Данная реакция и реакция серебряного зеркала являются качественными реакциями на альдегиды.
Реакции поликонденсации
8. Для альдегидов характерны реакции поликонденсации:
nС6Н5ОН + nHCOH → …−СН2−С6Н3ОН−СН2−…