10 класс. Химия. Химические свойства альдегидов и кетонов

Комментарии преподавателя

 

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ

1.  Определение альдегидов и кетонов, различие в строении.

2.  Номенклатура и изомерия

3.  Физические свойства

4.  Химические свойства. Строение карбонильной группы (электронные эффекты группы).

5.  Применение альдегидов и кетонов.

6.  Влияние на здоровье человека и природу.

Альдегиды и кетоны кислородсодержащие органические соединения, содержа-щие карбонильную группу (-С=О).

Общая формула карбонильных соединений:

В альдегидах Х = Н (исключением является формальдегид (R = Х = H); в кетонах Х = R, R' – алкильные радикалы (СН3-. С2Н5-)

Номенклатура альдегидов и кетонов

Для альдегидов используется тривиальная, рациональная номенклатура и номенклатура ИЮПАК (систематическая).

Тривиальные названия альдегидов производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении.

По рациональной номенклатуре названия альдегидов строятся с использованием в качестве основы названия уксусного альдегида. Более сложные альдегиды рассматриваются как производные с замещением атомов водорода в метильной группе уксусного альдегида на более сложные радикалы.

Согласно номенклатуре ИЮПАК названия альдегидов строят от названия соответствующего углеводорода и добавлением суффикса -аль. Нумерацию цепи всегда начинают с карбонильного атома углерода, поэтому номер группы не ставится. Цифрами и приставками указывается положение и число заместителей.

Номенклатура кетонов.

Для кетонов тривиальное название используется для первого представителя – ацетона (СН3СОСН3).

По рациональной номенклатуре названия кетонов строятся путем перечисления радикалов связанных с карбонильной группой в порядке возрастания их молекулярной массы и добавлением основы «кетон».

В соответствии с номенклатурой ИЮПАК в кетоне выбирается самая длинная цепь, содержащая –С=О-группу, нумерация начинается с того конца, где эта группа располагается. Названия кетонов строятся от названия углеводородов с прибавлением окончания –ОН, цифрой обязательно указывается положение функциональной группы. Также цифрами и приставками указывается положение и число заместителей.

Строение карбонильной группы C=O

Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной группы >C=O.

Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp2-гибридизации. Углерод своими sp2-гибридными орбиталями образует 3 s-связи (одна из них - связь С–О), которые располагаются в одной плоскости под углом около 120° друг к другу. Одна из трех sp2-орбиталей кислорода участвует в s-связи С–О, две другие содержат неподеленнные электронные пары.

Связь С=О сильно поляризована. Электроны кратной связи С=О, в особенности более подвижные p-электроны, смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда. Карбонильный углерод приобретает частичный положительный заряд.

Поэтому углерод подвергается атаке нуклеофильными реагентами, а кислород - электрофильными, в том числе и протонами Н+.

Физические свойства

В молекулах альдегидов и кетонов отсутствуют атомы водорода, способные к образованию водородных связей (подобно спиртам). Поэтому их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов.

Метаналь (формальдегид) – газ с резким запахом, растворим в воде, альдегиды С2–C5 и кетоны С3–С4 - жидкости, высшие - твердые вещества.

Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря образованию водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает.

Низшие альдегиды имеют резкий неприятный запах, высшие гомологи обладают запахом цветов и фруктов.

ПОЛУЧЕНИЕ АЛЬДЕГИДОВ И КЕТОНОВ

 

Альдегиды и кетоны получают рядом общих методов:

1) Наиболее универсальный способ – окисление спиртов, при этом из первичных спиртов образуются альдегиды, а из вторичных – кетоны.

При окислении спиртов используется медный катализатор.

2) Другой способ – каталитическая гидратация ацетилена, промежуточное соединение – виниловый спирт (этот способ был рассмотрен в первом модуле – и носит название реакции Кучерова).

5) Гидролиз дигалогенпроизводных алканов и метиларенов.

Эта реакция приводит к альдегидам, если оба атома галогена находятся у одного атома углерода. Если атом находится в конце цепи – получается альдегид, если в середине – кетон.

6) Реакция Фриделя-Крафтса (рассмотрена в реакциях ацилирования аренов, электрофильное замещение ароматических углеводородов).

Химические свойства альдегидов и кетонов

Химические свойства определяются особенностями строения карбонильной группы >C=O, обладающей полярностью – электронная плотность между атомами С и О распределена неравномерно, сдвинута к более электроотрицательному атому О. В результате карбонильная группа приобретает повышенную реакционную способность, что проявляется в разнообразных реакциях присоединения по двойной связи.

Кроме того, за счет смещения электронной плотности атомы водорода расположенные в α-положении относительно карбонильной группы приобретают подвижность, это свойство называется СН-кислотность.

Во всех случаях кетоны менее реакционноспособны, чем альдегиды, в частности, из-за пространственных затруднений, создаваемых двумя органическими группами R.

I. Присоединение по двойной связи С=О, взаимодействие с О-, N-, S-нуклеофилами

1) При взаимодействии со спиртами альдегиды образуют полуацетали – соединения, содержащие одновременно алкокси - и гидрокси-группу у одного атома углерода. Полуацетали могут далее реагировать с еще одной молекулой спирта, образуя полные ацетали – соединения, где у одного атома углерода находятся одновременно две RО-группы. Реакцию катализируют кислоты и основания. В случае кетонов присоединение спиртов к двойной связи в С=О затруднено.

2) Сходным образом альдегиды и кетоны реагируют с синильной кислотой HCN, образуя гидроксинитрилы – соединения, содержащие у одного атома углерода ОН - и CN-группу. Реакция удобна тем, что позволяет увеличивать углеродную цепь (возникает новая С-С - связь). Прежде чем изобразить реакцию, рассмотрим строение синильной кислоты.

3) Точно так же (раскрывая двойную связь С=О) реагируют с альдегидами и кетонами аммиак и амины, продукты присоединения неустойчивы и конденсируются с выделением воды и образованием двойной связи C=N. Эта реакция позволяет различать альдегиды и кетоны.

В случае взаимодействия альдегида и аммиака получаются имины, а из аминов образуются так называемые основания Шиффа – соединения, содержащие фрагмент >C=NR.

4) Присоединение гидросульфита натрия (NaHSO3) приводит к образованию гидросульфидных производных альдегидов и кетонов, которые легко разлагаются водой. α-Гидроксилалкансульфонаты не растворяются в органических соединениях, они появляются бесцветных кристаллов. Эта реакция является качественной.

5) Реакции с гидроксиламином осуществляются с выделением воды. Продуктом взаимодействия альдегида или кетона с гидроксиламином является оксим. Такие соединения представляют интерес для органического синтеза.

Источники

Исhttp://ppt4web.ru/khimija/aldegidy-i-ketony.html

http://prezentacii.com/po_himii/4683-aldegidy-i-ketony-prezentaciya.html

http://pandia.ru/text/78/082/79811.php

http://www.myshared.ru/slide/85830/#

http://5klass.net/zip/khimija/Aldegidy-i-ketony.zip

Файлы