Úvod

Jedná se o sloučeniny obsahující karbonylovou skupinu \u003d C \u003d O. V aldehydech je karbonyl vázán radikálem a vodíkem. Obecný vzorec aldehydů:

V ketonech je karbonyl vázán na dva radikály. Obecný vzorec ketonů:

Aldehydy jsou aktivnější než ketony (v ketonech je karbonyl jakoby blokován radikály na obou stranách).

Classfifikace

1. uhlovodíkovým radikálem (omezený, nenasycený, aromatický, cyklický).

2. počtem karbonylových skupin (jedna, dvě atd.)

Isomerie a nomenklatura

Izomerie aldehydů je způsobena izomerií uhlíkového skeletu. U ketonů je kromě izomerie uhlíkového skeletu pozorována izomerie polohy karbonylové skupiny. Podle triviálního názvosloví se aldehydy jmenují podle karboxylových kyselin, do kterých při oxidaci přecházejí. Podle vědeckého názvosloví se názvy aldehydů tvoří z názvů odpovídajících uhlovodíků s přidáním koncovky al. Atom uhlíku aldehydové skupiny určuje začátek číslování. Podle empirické nomenklatury je keton pojmenován podle radikálů spojených s karboxylem, s přidáním slova keton. Podle vědeckého názvosloví se názvy ketonů skládají z názvů odpovídajících uhlovodíků s přidáním koncovky OH, na konci se uvádí číslo atomu uhlíku, na kterém karbonyl stojí. Číslování začíná od konce řetězce nejblíže ketonové skupině.

Zástupci limitujících aldehydů. CnH2n+lC=0

Zástupci limitujících ketonů

Způsobypřijímání

1) Oxidací alkoholů. Primární alkoholy produkují aldehydy, sekundární alkoholy ketony. K oxidaci alkoholů dochází působením silných oxidačních činidel (směs chrómu) za mírného zahřátí. V průmyslu se jako oxidace používá vzdušný kyslík za přítomnosti katalyzátoru - mědi (Cu) při t0 = 300-5000C

CH3 - CH2 - CH2 - OH + O K2Cr2O7 CH3 - CH2 - C \u003d O + HOH

propanol - 1H

propanal

CH3 - CH - CH3 + O K2Cr2O7 CH3 - C - CH3

propanol - 2 propanon

2) Tepelný rozklad vápenatých solí karboxylových kyselin, navíc když vezmeme sůl kyseliny mravenčí, tak vznikají aldehydy a pokud jiné kyseliny, tak ketony.

O acetaldehydu

O - kalcinace Ca CaCO3 + CH3 - C \u003d O

CH3-C-0 CH3

Jedná se o laboratorní metody.

3) Podle Kucherovovy reakce (z alkynů a vody jsou katalyzátorem soli rtuti v kyselém prostředí). Z acetylenu se tvoří aldehydy, z jakýchkoli jiných alkynů - ketony.

CH \u003d CH + HOH CH2 \u003d CH - OH CH3 - C \u003d O

acetylen vinyl CH3

alkohol acetaldehyd

CH3 - C \u003d CH + HOH CH3 - C \u003d CH2 CH3 - C \u003d O

propin OH CH3

propenol - 2 aceton

4) Oxosyntéza. Jedná se o přímou interakci alkenů s vodním plynem (СО + Н2) v přítomnosti kobaltových nebo niklových katalyzátorů pod tlakem 100-200 atmosfér při t0 = 100-2000C. Tato metoda produkuje aldehydy.

CH3 - CH2 - CH2 - C \u003d O

butanal H

CH3 - CH \u003d CH2 + CO + H2

CH3 - CH - C \u003d O

2-methylpropanal

5) Hydrolýza dihalogenderivátů. Pokud jsou oba halogeny na primárním atomu uhlíku, vytvoří se aldehyd, pokud na sekundárním - keton.

CH3 - CH2 - C - CL2 + HOH 2HCL + CH3 - CH2 - C \u003d O

1,1-dichlorpropen propenal

CH3 - C - CH3 + HOH 2HCL + CH3 - C \u003d O

2,2-dichlorpropanpropanon

mravenčí aldehyd je plyn, ostatní nižší aldehydy a ketony jsou kapaliny snadno rozpustné ve vodě; Aldehydy mají dusivý zápach, který se po silném zředění stává příjemným (květinovým nebo ovocným). Ketony pěkně voní. Proto je karbonyl = C = O nosičem zápachu, proto se v parfémovém průmyslu používají aldehydy a ketony. bod varu aldehydů a ketonů se zvyšuje se zvyšující se molekulovou hmotností.

Povaha karbonylové skupiny

Většina reakcí aldehydů a ketonů je způsobena přítomností karbonylové skupiny. zvažte povahu karbonylu = C = O. Například,

1. uhlík a kyslík v karbonylu jsou spojeny dvojnou vazbou: jedna sigma je vazba, druhá je vazba pí. V důsledku přerušení vazby P v aldehydech a ketonech probíhají adiční reakce (nukleofilního typu):

R - C = O R - C - O:

Kyslík je elektronegativnější než uhlík, a proto je elektronová hustota atomu kyslíku větší než atomu uhlíku. Kromě reakcí se nukleofilní část činidla přidá k uhlíku a elektrofilní část se přidá ke kyslíku.

2. substituční reakce mohou nahradit karbonylový kyslík. Tím se přeruší dvojná vazba mezi C a O.

3. karbonyl ovlivňuje vazby C - H v radikálu a oslabuje je, zejména v poloze alfa, tedy vedle karbonylové skupiny.

H - ?C -? C - ?C - C \u003d O

Působením volných halogenů bude vodík nahrazen v uhlíkovém radikálu na atomu uhlíku alfa.

CH3 - CH2 - CH2 - C \u003d O + CL2 CH3 - CH2 - CH - C \u003d O + HCL

Chlormáselný aldehyd

Chemické vlastnosti

Ze všech tříd organických sloučenin jsou nejreaktivnější aldehydy a ketony. Navíc chemicky jsou aldehydy aktivnější než ketony. Vyznačují se následujícími reakcemi: oxidace, adice, substituce, polymerace, kondenzace. Ketony nepodléhají polymeračním reakcím.

Oxidační reakce

Aldehydy snadno oxidují, i se slabými oxidačními činidly HBrO, OH, Fehlingův roztok. Aldehydy jsou oxidovány za vzniku karboxylových kyselin.

CH3 - C \u003d O + O CH3 - C \u003d O - kyselina octová

Pokud je oxidačním činidlem OH, pak se uvolňuje volné stříbro (reakce "stříbrné zrcadlo" je kvalitativní reakcí pro aldehydy).

CH3 - C \u003d O + 2OH CH3 - C \u003d O + 2 Ag + 4 NH3 + H2O

Oxidace ketonů je mnohem obtížnější a pouze se silnými oxidačními činidly. Produkty oxidace jsou karboxylové kyseliny. Když je keton oxidován, vzniká alkoholový keton, pak diketon, který se rozpadá a tvoří kyseliny.

CH3 - CH2 - C - CH2 - CH3 + O CH3 - CH - C - CH2 - CH -H2O + O CH3 - C - C - CH2 - CH3 + O + H2O

O OH O O O

diethylketon alkohol keton diketon

CH3 - C \u003d O + O \u003d C - CH2 - CH3

kyselina octová kyselina propionová

V případě směsného ketonu probíhá oxidace podle Popov-Wagnerova pravidla, to znamená, že hlavním směrem reakce je oxidace nejméně hydrogenovaného atomu uhlíku sousedícího s karbonylem. Ale kromě hlavního směru bude existovat také boční směr reakce, to znamená, že atom uhlíku na druhé straně karbonylu bude oxidován. V tomto případě vzniká směs různých karboxylových kyselin.

CH3 - C - CH - CH3 - alkohol keton + O - H2O

CH3-C-CH2-CH3OHO

O CH2 - C - CH2 - CH3 + O - H2O

Butanon-2 alkohol keton

CH3 - C - C - CH3 + O + H2O 2 CH3 - C \u003d O

diketon kyseliny octové

CH-C - CH2 - CH3 + O + H2O HC \u003d O + CH3 - CH2 - C \u003d O

diketon kyselina mravenčí kyselina propionová

Reakcepřistoupení

Probíhají rozbitím pí vazby v karbonylu. Jedná se o nukleofilní adiční reakce, tj. nejprve se ke kladně nabitému karbonylovému uhlíku přidá nukleofilní část činidla s volným elektronovým párem (probíhá pomalu):

C + \u003d O - +: X - \u003d C - O -

Druhým stupněm je přidání protonu nebo jiného kationtu ke vzniklému aniontu (probíhá rychle):

C - O - + H + \u003d C - OH

1. Vazba vodíku.

Primární alkoholy se v tomto případě získávají z aldehydů a sekundární z ketonů. Reakce probíhá v přítomnosti Ni, Pt, atd. katalyzátorů.

CH3 - C \u003d O + H +: H - CH3 - C - H

acetaldehyd ethanol

CH3-C-CH3+H+: H-CH3-CH-CH3

propanon propanol -2

2. Připojení hydrogensíranu sodného (hydrosíranu):

R - C = O + HS03Na R - C - S03Na

V tomto případě vznikají bisulfitové deriváty. Tato reakce se používá k čištění aldehydů a ketonů a k jejich izolaci od nečistot.

3. Přístup kyseliny kyanovodíkové. V tomto případě se tvoří α-oxynitrily, které jsou meziprodukty syntézy hydroxykyselin, aminokyselin:

R - C = O + HCN R - C - C = N

oxynitril

4. Přírůstek amoniaku NH3. V tomto případě se tvoří hydroxyaminy.

R - C = O + H - NH2CH3 - CH - NH2

Oxyamin

5. Přídavek halogenorganických sloučenin hořčíku (Grignardovo činidlo). Reakce se používá k získání alkoholů.

6. Přístup alkoholů (bezvodých). V tomto případě se zpočátku tvoří poloacetaly (jako obvyklá adiční reakce). Poté při zahřívání s přebytkem alkoholu vznikají acetaly (jako ethery).

R - C \u003d O + CH3 - OH R - CH - O - CH3 + CH3OH R - CH - O - CH3

H OH O - CH3

poloacetal acetal

V přírodě je mnoho poloacetalových a acetalových sloučenin, zejména mezi sacharidy (cukry).

Substituční reakce

Kyslík karbonylových skupin může být nahrazen halogeny a některými sloučeninami obsahujícími dusík.

1. Substituce halogeny. Vyskytuje se, když jsou aldehydy a ketony vystaveny sloučeninám fosforu halogenů PCL3 a PCL5. Působením volných halogenů se v uhlovodíkovém radikálu na atomu α-uhlíku nahradí vodík.

PCL5 CH3 - CH2 - CH -CL2 + POCL3

CH3 - CH2 - C \u003d O 1,1-dichlorpopin (oxychlorid fosforečný)

H + CL2 CH3 - CH - CH \u003d O + HCL

propanal CL

Monochlorpropionaldehyd

2. Reakce s hydroxyaminem NH2OH. V tomto případě vznikají oxidy aldehydů (aldoxyly) a ketony (ketoxiny).

CH3 - CH \u003d O + H2N - OH CH3 - CH - N - OH + H2O

acetaldehyd hydroxyethanal

Tato reakce se používá pro kvantitativní stanovení karboxylových sloučenin.

3. Reakce s hydrazinem NH2 - NH2. Produkty reakce jsou hydraziny (když jedna molekula aldehydu nebo ketonu reaguje) a aziny (když reagují dvě molekuly).

CH3 - CH \u003d O + NH2 - NH2 CH3 - CH \u003d N - NH2

ethanal hydrazin hydrazin ethanal

CH3 - CH \u003d N - NH2 + O \u003d CH - CH3 CH3 - CH \u003d N - N \u003d HC - CH3

azinethanal (aldazin)

4. Reakce s fenylhydrazinem. C6H5 - NH - NH2. Reakčními produkty jsou fenylhydraziny.

CH3 - CH \u003d O + H2N - NH - C6H5 CH3 - CH \u003d N - NH - C6H5

Fenylhydrazonethanal

Oxidy, hydraziny, aziny, fenylhydraziny jsou pevné krystalické látky s charakteristickými teplotami tání, které určují povahu (strukturu) karbonylové sloučeniny.

polymerační reakce

Charakteristické pouze pro aldehydy. Ale i tehdy podléhají polymeraci pouze plynné a těkavé aldehydy (mravenčí, octové). To je velmi výhodné při skladování těchto aldehydů. mravenčí aldehyd polymeruje v přítomnosti kyseliny sírové nebo kyseliny chlorovodíkové při normální teplotě. Polymerační koeficient n=10-50. Polymerizační produkt - pevný, se nazývá - polyoxymethylen (formalin).

H - C \u003d O - C - O - C - O - ...- C - ... - C - O -

H H H H H n

Polyoxymethylen

Je to pevná látka, ale lze ji převést na aldehyd zředěním vodou a mírným zahřátím.

Acetaldehyd pod vlivem kyselin tvoří kapalný cyklický trimer - paraldóza a pevný tetramer - metaldóza ("suchý alkohol").

3 CH3 - CH \u003d O O

CH3 - HC CH - CH3

paraldehyd

4 CH3 - CH \u003d O CH3 - HC O

metaldehyd

Kondenzační reakce

1. Aldehydy ve slabě zásaditém prostředí (v přítomnosti acetonu draselného, potaše, síranu draselného) podléhají aldolové kondenzaci za vzniku aldehydových alkoholů, zkráceně aldolů. Tuto reakci vyvinul chemik A.P. Borodin (který je také skladatel). Jedna molekula se účastní reakce se svou karbonylovou skupinou a druhá molekula s vodíkem na atomu uhlíku.

CH3 - CH \u003d O + HCH2 - CH \u003d O CH3 - CH - CH2 - CH \u003d O

OH aldol

(3 - hydroxybutanal nebo a-hydroxymáselný aldehyd)

CH3 - CH - CH2 - CH \u003d O + HCH2 - CH \u003d O CH3 - CH - CH2 - CH - CH2 -CH \u003d O

hexenciol-3,5-al

Počet OH skupin se zvyšuje s každým časem. Při zhutnění vzniká aldehydová pryskyřice velký počet molekul.

2. Krotonová kondenzace. u aldehydů je to pokračování aldolové kondenzace, to znamená, že při zahřátí aldol odštěpí vodu za vzniku nenasyceného aldehydu.

CH3 - CH - CH2 - CH = O CH3 - CH = CH - C = O

krotonaldehyd

Zvažte tyto reakce pro ketony.

CH3 - C \u003d O + HCH2 - C \u003d O CH3 - C - CH2 - C \u003d O CH3 - C \u003d CH - C \u003d O

CH3 CH3 OH CH3 CH3 CH3 CH3

4-hydroxy-4-methylpentanon-2 4-methylpentan-3-on-2

3. Kondenzace esterů. Charakteristické pouze pro aldehydy. Vyvinul V.E.Tishchenko. probíhá v přítomnosti katalyzátorů na bázi alkoholátu hlinitého (CH3 - CH2 - O)3 AL.

CH3 - CH \u003d O + O \u003d HC - CH3 CH3 - CH2 - O - C \u003d O

ethylacetát

1.CH2 \u003d CH - CH \u003d O - propen-2-al - akrylaldehyd nebo akrolein

2.CH3 - CH \u003d CH - CH \u003d O - buten - 2 - al - krotonický aldehyd

Akrolein se také nazývá Čad, získává se zahříváním spalováním tuků. Chemicky mají nenasycené aldehydy všechny vlastnosti limitujících aldehydů v karbonylové skupině a díky dvojné vazbě v radikálu mohou vstupovat do adičních reakcí.

Tyto aldehydy mají konjugovaný systém dvojných vazeb, takže se chemicky liší v adičních reakcích. K adici vodíku, halogenů, halogenovodíků dochází na koncích konjugovaného systému.

Elektronová hustota je posunuta na kyslík a kladně nabitá část činidla je posílána do něj a záporná část činidla je směrována na kladně polarizovaný uhlík.

CH2+ \u003d CH- - CH + \u003d O- + H +: Br- CH2 - CH \u003d CH - OH CH2 - CH2 - CH \u003d O

3-brompropanal

Výsledná enolová forma aldehydu se okamžitě převede na stabilnější karbonylovou formu. Přidání halogenovodíků k radikálu jde tedy proti Markovnikovovu pravidlu.

Aromatické aldehydy

Zástupci C6H5 -CH \u003d O - benzoový aldehyd. Je to tekutina s vůní hořkých mandlí, nacházející se v peckách švestek, třešní, divokých meruněk a dalšího ovoce.

Sseznam použité literatury

1) Granberg I.I. Organická chemie. - M., 2002

2) Kim A.M. Organická chemie. - Novosibirsk, 2007

Aldehydy – organická hmota, jehož molekuly obsahují karbonylovou skupinu C=O, připojený k atomu vodíku a uhlovodíkovému radikálu.
Obecný vzorec pro aldehydy je:

V nejjednodušším aldehydu, formaldehydu, hraje roli uhlovodíkového radikálu jiný atom vodíku:

Karbonylová skupina připojená k atomu vodíku je často označována jako aldehyd:

Ketony- organické látky, v jejichž molekulách je karbonylová skupina vázána na dva uhlovodíkové radikály. Je zřejmé, že obecný vzorec pro ketony je:

Karbonylová skupina ketonů se nazývá keto skupina.
V nejjednodušším ketonu, acetonu, je karbonylová skupina navázána na dva methylové radikály:

Nomenklatura a izomerie aldehydů a ketonů

V závislosti na struktuře uhlovodíkového radikálu spojeného s aldehydovou skupinou se rozlišují limitní, nenasycené, aromatické, heterocyklické a další aldehydy:

V souladu s nomenklaturou IUPAC jsou názvy nasycených aldehydů tvořeny z názvu alkanu se stejným počtem atomů uhlíku v molekule pomocí přípony -al. Například:

Číslování atomů uhlíku hlavního řetězce začíná od atomu uhlíku aldehydové skupiny. Proto je aldehydová skupina vždy umístěna na prvním atomu uhlíku a není nutné uvádět její polohu.

Spolu se systematickým názvoslovím se používají i triviální názvy široce používaných aldehydů. Tyto názvy jsou obvykle odvozeny od názvů karboxylových kyselin odpovídajících aldehydům.

U názvu ketonů podle systematického názvosloví se ketoskupina označuje příponou -On a číslo, které udává číslo atomu uhlíku karbonylové skupiny (číslování by mělo začínat od konce řetězce nejblíže keto skupině). Například:

Pro aldehydy je charakteristický pouze jeden typ strukturní izomerie - izomerie uhlíkového skeletu, která je možná z butanalu, a pro ketony také izomerie polohy karbonylové skupiny. Kromě toho se vyznačují také mezitřídní izomerií (propanal a propanon).

Fyzikální vlastnosti aldehydů

V molekule aldehydu nebo ketonu se díky větší elektronegativitě atomu kyslíku ve srovnání s atomem uhlíku vazba C=O silně polarizované v důsledku posunu elektronové hustoty π - váže se na kyslík:

Aldehydy a ketony jsou polární látky s nadměrnou elektronovou hustotou na atomu kyslíku. Nižší členové řady aldehydů a ketonů (formaldehyd, acetaldehyd, aceton) jsou neomezeně rozpustné ve vodě. Jejich teploty varu jsou nižší než u odpovídajících alkoholů. To je způsobeno tím, že v molekulách aldehydů a ketonů na rozdíl od alkoholů nejsou žádné pohyblivé atomy vodíku a netvoří asociáty díky vodíkovým můstkům. Nižší aldehydy mají štiplavý zápach; aldehydy obsahující čtyři až šest atomů uhlíku v řetězci mají nepříjemný zápach; vyšší aldehydy a ketony mají květinovou vůni a používají se v parfumerii .

Chemické vlastnosti aldehydů a ketonů

Určuje přítomnost aldehydové skupiny v molekule charakteristické vlastnosti aldehydy.

1. Reakce zotavení.

K adici vodíku k molekulám aldehydu dochází prostřednictvím dvojné vazby v karbonylové skupině. Produktem hydrogenace aldehydů jsou primární alkoholy, ketony jsou sekundární alkoholy. Takže, když je acetaldehyd hydrogenován na niklovém katalyzátoru, vzniká ethylalkohol, a když je hydrogenován aceton, vzniká propanol-2.

Hydrogenace aldehydů- redukční reakce, při které klesá stupeň oxidace atomu uhlíku obsaženého v karbonylové skupině.

2. Oxidační reakce. Aldehydy jsou schopny nejen obnovit, ale také okysličovat. Při oxidaci tvoří aldehydy karboxylové kyseliny.

Oxidace vzdušným kyslíkem. Například kyselina propionová vzniká z propionaldehydu (propanal):

Oxidace slabými oxidačními činidly(roztok amoniaku oxid stříbrný).

Pokud byl povrch nádoby, ve které se reakce provádí, předtím odmaštěn, stříbro vzniklé během reakce jej pokryje tenkým rovnoměrným filmem. Ukáže se nádherné stříbrné zrcadlo. Proto se tato reakce nazývá reakce „stříbrného zrcadla“. Hojně se používá k výrobě zrcadel, stříbření dekorací a vánočních ozdob.

3. Polymerační reakce:

n CH 2 \u003d O → (-CH 2-O-) n paraformy n \u003d 8-12

Získávání aldehydů a ketonů

Použití aldehydů a ketonů

formaldehyd(methan, mravenčí aldehyd) H2C=O:
a) získat fenolformaldehydové pryskyřice;
b) získání močovino-formaldehydových (močovinových) pryskyřic;
c) polyoxymethylenové polymery;
d) syntéza léčiv (urotropin);
e) dezinfekční prostředek;
f) konzervant biologických přípravků (kvůli schopnosti skládat protein).

Acetaldehyd(ethanal, acetaldehyd) CH 3 CH \u003d O:
a) výroba kyseliny octové;
b) organická syntéza.

Aceton CH3-CO-CH3:
a) rozpouštědlo pro laky, barvy, acetáty celulózy;
b) suroviny pro syntézu různých organických látek.

Mezi organickými sloučeninami obsahujícími kyslík mají velký význam dvě třídy látek, které jsou vždy studovány společně pro svou podobnost ve struktuře a vlastnostech. Jsou to aldehydy a ketony. Tyto molekuly jsou základem mnoha chemické syntézy a jejich struktura je dostatečně zajímavá na to, aby byla předmětem studia. Podívejme se podrobněji, jaké jsou tyto třídy sloučenin.

Aldehydy a ketony: obecná charakteristika

Z hlediska chemie by třída aldehydů měla zahrnovat organické molekuly, obsahující kyslík jako součást funkční skupiny -CH, zvané karbonyl. Obecný vzorec v tomto případě bude vypadat takto: R-COH. Svou povahou to mohou být jak limitující, tak nenasycené sloučeniny. Také mezi nimi jsou aromatické zástupce spolu s alifatickými. Počet atomů uhlíku v radikálovém řetězci se mění v poměrně širokém rozmezí, od jednoho (formaldehydu nebo metanu) po několik desítek.

Ketony také obsahují karbonylovou skupinu -CO, ta je však připojena nikoli k vodíkovému kationtu, ale k jinému radikálu odlišnému nebo shodnému s radikálem obsaženým v řetězci. Obecný vzorec vypadá takto: R-CO-R,. Je zřejmé, že aldehydy a ketony jsou podobné v přítomnosti funkční skupiny takového složení.

Ketony mohou být také omezující a nenasycené a projevené vlastnosti jsou podobné úzce příbuzné třídě. Lze uvést několik příkladů, které ilustrují složení molekul a odrážejí přijatý zápis pro vzorce uvažovaných látek.

Aldehydy: methanal - HSON, butanal - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH, fenyloctová - C 6H 5 -CH 2 -CH.
Ketony: aceton nebo dimethylketon - CH 3 -CO-CH 3, methylethylketon - CH 3 -CO-C 2 H 5 a další.

Je zřejmé, že název těchto sloučenin je tvořen dvěma způsoby:

podle racionálního názvosloví podle složkových radikálů a přípony třídy -al (pro aldehydy) a -one (pro ketony);
triviální, historické.

Uvedeme-li obecný vzorec pro obě třídy látek, bude zřejmé, že jde navzájem o izomery: C n H 2n O. Charakteristické jsou pro ně následující typy izomerií:

K rozlišení zástupců obou tříd se používají kvalitativní reakce, z nichž většina umožňuje identifikovat aldehyd. Protože chemická aktivita těchto látek je mírně vyšší v důsledku přítomnosti vodíkového kationtu.

Struktura molekuly

Zvažte, jak vypadají aldehydy a ketony ve vesmíru. Struktura jejich molekul se může projevit v několika bodech.

Atom uhlíku přímo zahrnutý ve funkční skupině má sp 2 - hybridizaci, která umožňuje části molekuly mít plochý prostorový tvar.
V tomto případě je polarita vazby C=O silná. Jako elektronegativnější kyslík přebírá hlavní část hustoty pro sebe a koncentruje na sebe částečně záporný náboj.
V aldehydech O-N připojení je také vysoce polarizovaný, díky čemuž je atom vodíku mobilní.

V důsledku toho se ukazuje, že taková molekulární struktura umožňuje dotyčným sloučeninám jak oxidaci, tak redukci. Vzorec aldehydu a ketonu s redistribuovanou elektronovou hustotou umožňuje předpovídat produkty reakcí, kterých se tyto látky účastní.

Historie objevů a studia

Jako mnoho organických sloučenin se lidem podařilo aldehydy a ketony izolovat a studovat až v 19. století, kdy se vitalistické názory zcela zhroutily a bylo jasné, že tyto sloučeniny lze vytvářet synteticky, uměle, bez účasti živých bytostí.

Ještě v roce 1661 se však R. Boyleovi podařilo získat aceton (dimethylketon), když zahříval octan vápenatý. Ale nemohl tuto látku podrobně studovat a pojmenovat, určit její systematické postavení mezi ostatními. Teprve v roce 1852 se Williamsonovi podařilo tuto záležitost dotáhnout do konce a tehdy začala historie podrobného vývoje a hromadění znalostí o karbonylových sloučeninách.

Fyzikální vlastnosti

Zvažte, co jsou fyzikální vlastnosti aldehydy a ketony. Začněme tím prvním.

Prvním zástupcem metanu z hlediska stavu agregace je plyn, dalších jedenáct jsou kapaliny, více než 12 atomů uhlíku je součástí pevných aldehydů normální struktury.
Bod varu: závisí na počtu atomů C, čím více jich je, tím je vyšší. V tomto případě platí, že čím více je řetězec rozvětvený, tím nižší hodnota teploty klesá.
U kapalných aldehydů závisí viskozita, hustota a indexy lomu také na počtu atomů. Čím více jich je, tím jsou vyšší.
Plynné a kapalné aldehydy se ve vodě velmi dobře rozpouštějí, ale pevné to prakticky neumí.
Vůně zástupců je velmi příjemná, často se jedná o vůně květin, parfémů, ovoce. Pouze ty aldehydy, ve kterých je počet atomů uhlíku 1-5, jsou silné a nepříjemně zapáchající kapaliny.

Označíme-li vlastnosti ketonů, pak můžeme zvýraznit i ty hlavní.

Agregátní stavy: nižší zástupci - kapaliny, hmotnější - pevné sloučeniny.
Vůně je ostrá, nepříjemná u všech zástupců.
Rozpustnost ve vodě je dobrá pro ty nižší, v organických rozpouštědlech je výborná pro všechny.
Těkavé látky, toto číslo převyšuje u kyselin, alkoholů.
Bod varu a tání závisí na struktuře molekuly, velmi se liší od počtu atomů uhlíku v řetězci.

To jsou hlavní vlastnosti uvažovaných sloučenin, které patří do skupiny fyzikálních.

Chemické vlastnosti

Nejdůležitější je, s čím aldehydy a ketony reagují, chemické vlastnosti těchto sloučenin. Proto je určitě zvážíme. Pojďme se nejprve zabývat aldehydy.

Oxidace na odpovídající karboxylové kyseliny. Obecná forma reakční rovnice: R-COH + [O] = R-COOH. Aromatičtí zástupci vstupují do takových interakcí ještě snadněji a mohou v důsledku toho vytvářet estery, které mají velký průmyslový význam. Jako oxidační činidla se používají: kyslík, Tollensovo činidlo, hydroxid měďnatý (II) a další.
Aldehydy se projevují jako silná redukční činidla, přičemž se mění na nasycené jednosytné alkoholy.
Interakce s alkoholy za vzniku produktů acetalů a poloacetalů.
Speciální reakce - polykondenzace. V důsledku toho vznikají fenolformaldehydové pryskyřice, které jsou důležité pro chemický průmysl.
Několik specifických reakcí s následujícími činidly:

alkálie voda-alkohol;
Grignardovo činidlo;
hydrosulfity a další.

Kvalitativní reakcí na tuto třídu látek je reakce „stříbrného zrcadla“. V důsledku toho vzniká kovové redukované stříbro a odpovídající karboxylová kyselina. Vyžaduje to roztok amoniaku oxidu stříbrného nebo Tollinsovo činidlo.

Chemické vlastnosti ketonů

Alkoholy, aldehydy, ketony jsou sloučeniny podobné svými vlastnostmi, protože všechny obsahují kyslík. Již ve fázi oxidace je však zřejmé, že alkoholy jsou nejaktivnější a nejsnáze ovlivnitelné sloučeniny. Ketony jsou nejhůře oxidovatelné.

oxidační vlastnosti. V důsledku toho se tvoří sekundární alkoholy.
Hydrogenací také vznikají produkty uvedené výše.
Keto-enolová tautomerie je speciální specifická vlastnost ketonů nabývat beta formy.
Aldolové kondenzační reakce s tvorbou beta-ketoalkoholů.
Ketony jsou také schopny interagovat s:

amoniak;
kyselina kyanovodíková;
hydrosulfity;
hydrazin;
kyselina orthokřemičitá.

Je zřejmé, že reakce takových interakcí jsou velmi složité, zejména ty, které jsou specifické. To jsou všechny hlavní rysy, které vykazují aldehydy a ketony. Chemické vlastnosti jsou základem mnoha syntéz důležitých sloučenin. Proto je nesmírně nutné znát povahu molekul a jejich charakter při interakcích v průmyslových procesech.

Adiční reakce aldehydů a ketonů

Tyto reakce jsme již zvažovali, ale nedali jsme jim takový název. Všechny interakce, v jejichž důsledku vykazovala karbonylová skupina aktivitu, lze připsat adici. Přesněji řečeno, mobilní atom vodíku. Proto jsou v tomto ohledu zvýhodněny aldehydy kvůli jejich lepší reaktivitě.

S jakými látkami jsou možné reakce aldehydů a ketonů nukleofilní substitucí? Tento:

Vzniká kyselina kyanovodíková, kyanhydriny – surovina při syntéze aminokyselin.
Amoniak, aminy.
Alkoholy.
Voda.
hydrosíran sodný.
Grignardovo činidlo.
Thioly a další.

Tyto reakce mají velký průmyslový význam, protože produkty se používají v různých oblastech lidského života.

Jak se dostat

Existuje několik hlavních metod, kterými jsou aldehydy a ketony syntetizovány. Získávání v laboratoři a průmyslu lze vyjádřit následujícími způsoby.

Nejběžnější metodou, a to i v laboratořích, je oxidace odpovídajících alkoholů: primární na aldehydy, sekundární na zástupce ketonů. Jako oxidační činidlo mohou působit: chromany, ionty mědi, manganistan draselný. Celkový pohled na reakci: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
V průmyslu se často používá metoda založená na oxidaci alkenů – oxosyntéza. Hlavním činidlem je syntézní plyn, směs CO 2 + H 2 . Výsledkem je aldehyd s jedním uhlíkem navíc v řetězci. R \u003d R-R + CO2 + H2 \u003d R-R-R-COH.
Oxidace alkenů ozonem - ozonolýza. Výsledek také naznačuje aldehyd, ale také keton ve směsi. Pokud se produkty mentálně spojí a odstraní kyslík, je jasné, který počáteční alken byl přijat.
Kucherovova reakce - hydratace alkynů. Povinný prostředek - soli rtuti. Jedna z průmyslových metod syntézy aldehydů a ketonů. R=R-R + Hg2+ + H20 = R-R-COH.
Hydrolýza dihalogenderivátů uhlovodíků.
Regenerace: karboxylové kyseliny, amidy, nitrily, chloridy kyselin, estery. V důsledku toho se tvoří jak aldehyd, tak keton.
Pyrolýza směsí karboxylových kyselin na katalyzátorech ve formě oxidů kovů. Směs by měla být parní. Základem je štěpení mezi molekulami oxidu uhličitého a vodou. V důsledku toho se tvoří aldehyd nebo keton.

Aromatické aldehydy a ketony se získávají jinými způsoby, protože tyto sloučeniny mají aromatický radikál (například fenyl).

Podle Friedel-Craftse: v počátečních činidlech aromatický uhlovodík a dihalogenovaný keton. Katalyzátor - ALCL 3 . V důsledku toho se tvoří aromatický aldehyd nebo keton. Jiný název pro proces je acylace.
Oxidace toluenu působením různých činidel.
Získávání aromatických karboxylových kyselin.

Průmysl se přirozeně snaží používat takové metody, při kterých jsou suroviny co nejlevnější a katalyzátory jsou méně toxické. Pro syntézu aldehydů je to oxidace alkenů kyslíkem.

Průmyslová aplikace a význam

Použití aldehydů a ketonů se provádí v takových průmyslových odvětvích, jako jsou:

farmaceutika;
chemická syntéza;
lék;
oblast parfémů;
potravinářský průmysl;
výroba barev a laků;
syntéza plastů, tkanin atd.

Je možné označit více oblastí, protože ročně se syntetizuje jen asi 6 milionů tun formaldehydu ročně! Jeho 40% roztok se nazývá formalín a slouží k ukládání anatomických předmětů. Jde do výroby. léky antiseptiky a polymery.

Acetaldehyd neboli ethanal je také masově vyráběným produktem. Množství roční spotřeby ve světě je asi 4 mil. t. Je základem mnoha chemických syntéz, při kterých vznikají důležité produkty. Například:

kyselina octová a její anhydrid;
acetát celulózy;
léky;
butadien - základ kaučuku;
acetátové vlákno.

Aromatické aldehydy a ketony jsou nedílnou součástí mnoha chutí, jak potravin, tak parfémů. Většina z nich má velmi příjemné květinové, citrusové, bylinné aroma. To vám umožňuje vyrábět na jejich základě:

osvěžovače vzduchu různých druhů;
toaletní a voňavkářské vody;
různé čističe a saponáty.

Některé z nich jsou aromatické potravinářské přísady schválené pro spotřebu. Možnost takového využití dokazuje jejich přirozený obsah v éterických olejích, ovoci a pryskyřicích.

Jednotliví zástupci

Aldehyd, jako je citral, je vysoce viskózní kapalina se silnou citrónovou příchutí. V přírodě se nachází právě v esenciálních olejích posledně jmenovaných. Také ve složení eukalyptus, čirok, kebab.

Známé oblasti jeho použití:

pediatrie - snížení intrakraniálního tlaku;
normalizace krevního tlaku u dospělých;
složka léčiva pro orgány zraku;
nedílná součást mnoha vonných látek;
protizánětlivé činidlo a antiseptikum;
surovina pro syntézu retinolu;
ochucovadla pro potravinářské účely.

Aldehydy a ketony odkazují na karbonyl organické sloučeniny.

karbonylové sloučeniny nazývané organické látky, v jejichž molekulách je skupina\u003e C \u003d O (karbonylová nebo oxo skupina).

Obecný vzorec karbonylových sloučenin:

V závislosti na typu substituentu X se tyto sloučeniny dělí na:

 aldehydy (X = H);

 ketony (X = R, R");

 karboxylové kyseliny (X = OH) a jejich deriváty (X = OR, NH 2, NHR, Hal atd.).

Aldehydy a ketony- charakterizované přítomností v molekule karbonyl skupiny, nebo karbonylový radikál, >C=O. V aldehydech je atom uhlíku tohoto radikálu vázán alespoň na jeden atom vodíku, takže vzniká jednovazný radikál, tzv. aldehydová skupina. V ketonech je karbonylová skupina vázána na dva uhlovodíkové radikály a také se nazývá keto skupina nebo oxo skupina.

Homologní řady aldehydů a jejich nomenklatura

Aldehydy – organické sloučeniny, v jejichž molekulách je atom uhlíku karbonylové skupiny (karbonylový uhlík) vázán na atom vodíku.

Obecný vzorec: R–CH=O nebo

Funkční skupina –CH=O se nazývá aldehyd.

Aldehydy lze také považovat za látky odvozené z nahrazení atomu vodíku v parafinických uhlovodících aldehydovou skupinou, tedy za monosubstituované deriváty uhlovodíků metanové homologní řady. Proto je zde homologie a izomerie stejná jako u jiných monosubstituovaných derivátů nasycených uhlovodíků.

Názvy aldehydů jsou odvozeny od triviálních názvů kyselin se stejným počtem atomů uhlíku v molekule. Takže se nazývá aldehyd CH3-CHO acetaldehyd nebo acetaldehyd, CH 3 CH 2 -CHO - propionaldehyd, CH 3 CH 2 CH 2 -CHO - normální máselný aldehyd nebo butyraldehyd,(CH 3) 2 CH-CHO - isomáselný aldehyd, aldehydy C 4 H 9 -CHO - valerové aldehydy atd.

Podle ženevského názvosloví jsou názvy aldehydů odvozeny od názvů uhlovodíků se stejným počtem atomů uhlíku, s přidáním kokoncových en slabika al, Například metan H-CHO, ethanal CH3-CHO, 2 -methylpropanal CH 3CH (CH 3) -CHO atd.

Homologní řady ketonů a jejich nomenklatura

Ketony- organické látky, jejichž molekuly obsahují karbonylovou skupinu spojenou se dvěma uhlovodíkovými zbytky.

Obecné vzorce: R 2 C=O, R–CO–R" nebo

Nejjednodušší z ketonů má strukturu CH 3 -CO-CH 3 a je tzv dimethylketon nebo aceton. Z acetonu lze vyrobit homologní řadu postupným nahrazováním atomů vodíku methylem. Tedy následující homolog acetonu - methylethylketon má strukturu CH3-CO-CH2-CH3.

Názvy ketonů, stejně jako názvy aldehydů, jsou podle ženevského názvosloví odvozeny od názvů uhlovodíků se stejným počtem atomů uhlíku, s přidáním kokonc. en slabika On a přidání čísla udávajícího umístění atomu uhlíku karbonylové skupiny, počítáno od začátku normálního uhlíkového řetězce; tak se nazývá aceton propanon, diethylketon - pentanon- 3, methylisopropylketon - 2 -methylbutanon atd

Aldehydy a ketony se stejným počtem atomů uhlíku v molekule jsou navzájem izomerní. Obecný vzorec pro homologní řadu limitujících aldehydů a ketonů: C n H 2 n O.

Aldehydy a ketony obsahují v molekule stejnou karbonylovou skupinu, která dává vzniknout mnoha společným typickým vlastnostem. Proto je mnoho společného jak ve způsobech získávání, tak v chemických reakcích těchto dvou příbuzných tříd látek. Přítomnost atomu vodíku vázaného na karbonylovou skupinu v aldehydech způsobuje řadu rozdílů mezi touto třídou látek a ketony.

V molekulách aldehydů a ketonů nejsou žádné atomy vodíku schopné tvořit vodíkové vazby. Proto jsou jejich teploty varu nižší než u odpovídajících alkoholů. Methanal (formaldehyd) - plyn, aldehydy S2 -C5 a ketony S3 -S4 - kapaliny, vyšší - pevné látky.

Nižší homology jsou rozpustné ve vodě díky tvorbě vodíkových vazeb mezi vodíkovými atomy molekul vody a karbonylovými atomy kyslíku. S rostoucím uhlovodíkovým radikálem klesá rozpustnost ve vodě.

Chemické vlastnosti

Karbonylové sloučeniny jsou charakterizovány reakcemi různých typů:

adice na karbonylovou skupinu;

· polymerace;

kondenzace

redukce a oxidace.

Většina reakcí aldehydů a ketonů probíhá mechanismem nukleofilní adice (AN) na vazbu C=O.
Reaktivita v takových reakcích klesá z aldehydů na ketony:

Je to způsobeno především dvěma faktory:

uhlovodíkové radikály na C=O skupině zvyšují prostorové překážky pro adici nových atomů nebo atomových skupin na karbonylový uhlíkový atom;

uhlovodíkové radikály díky + já-účinek snižuje kladný náboj na uhlíkovém atomu karbonylu, což ztěžuje přidání nukleofilního činidla.

já. Adiční reakce

1. Přidání vodíku (redukce ):

R-CH \u003d O + H 2 t, Ni→ R-CH 2 -OH (primární alkohol)

2. Přídavek kyseliny kyanovodíkové (kyanovodíkové):

Tato reakce se používá k prodloužení uhlíkového řetězce a také k získání a-hydroxykyselin R-CH(COOH)OH podle schématu:

R-CH(CN)OH + H20 -> R-CH(COOH)OH + NH3

CH3-CH \u003d O + H-CN -> CH3-CH (CN) -OH

CH 3 — CH(CN)- Ach kyanohydrin je jed! v jádrech třešní, švestek

3. S alkoholy - získat poloacetaly a acetaly:

Poloacetaly- sloučeniny, ve kterých je atom uhlíku vázán na hydroxylové a alkoxylové (-OR) skupiny.
Interakce poloacetalu s jinou molekulou alkoholu (za přítomnosti kyseliny) vede k substituce hemiacetalový hydroxyl na alkoxyskupině OR' a vznik acetalu:

Acetaly sloučeniny, ve kterých je atom uhlíku vázán na dvě alkoxyskupiny

(-OR) skupiny.

4. Připojení vody :

5. Příloha Grignardovo činidlo (používá se k výrobě primárních alkoholů jiných než methanol):

R-X(R— R PROTI diethyl přenos) + Mghobliny→ R-Mg-X( činidlo Grignard) + Q

TadyR– alkylový nebo arylový radikál; X je halogen.

HCH= Ó + CH 3 — mg — Cl → CH 3 — CH 2 — Ó— mg— Cl(příloha)

CH 3 — CH 2 — Ó— mg— Cl + H 2 Ó → CH 3 — CH 2 — Ach + mg(Ach) Cl(hydrolýza)

6. Interakce s amoniakem

II. Oxidační reakce

1. Stříbrná zrcadlová reakce – kvalitativní reakce na aldehydovou skupinu:

Ketony nepodléhají reakci „stříbrného zrcadla“. Obtížně se oxidují pouze působením silnějších oxidačních činidel a zvýšené teploty. V tomto případě se přeruší vazby C–C (sousedící s karbonylem) a vznikne směs karboxylových kyselin s nižší molekulovou hmotností.

2. Oxidace hydroxidem měďnatým ( II ):

3. Aldehydy mohou být oxidovány na kyseliny bromovou vodou

III. Substituční reakce