Bevezetés

Ezek olyan vegyületek, amelyek karbonilcsoportot tartalmaznak = C = O. Az aldehidekben a karbonilcsoportot egy gyök és hidrogén köti össze. Az aldehidek általános képlete:

A ketonokban a karbonilcsoport két gyökhöz kapcsolódik. A ketonok általános képlete:

Az aldehidek aktívabbak, mint a ketonok (a ketonokban a karbonilcsoportot mindkét oldalon gyökök blokkolják).

Classification

1.szénhidrogén gyök által (telített, telítetlen, aromás, ciklusos).

2. a karbonilcsoportok számával (egy, kettő stb.)

Izomerizmus és nómenklatúra

Az aldehidek izomériája a szénváz izomériájának köszönhető. A ketonokban a szénváz izomériája mellett a karbonilcsoport helyzetének izomériája is megfigyelhető. A triviális nómenklatúra szerint az aldehideket aszerint nevezik, hogy milyen karbonsavakká alakulnak át az oxidáció során. A tudományos nómenklatúra szerint az aldehidek nevei a megfelelő szénhidrogének nevéből állnak össze, az al végződés hozzáadásával. Az aldehidcsoport szénatomja határozza meg a számozás kezdetét. Az empirikus nómenklatúra szerint a ketont a karboxilcsoporthoz kapcsolódó gyökök nevezik el, a keton szó hozzáadásával. A tudományos nómenklatúra szerint a ketonok nevei a megfelelő szénhidrogének nevéből állnak össze OH végződés hozzáadásával, és a végére teszik annak a szénatomnak a számát, amelynél a karbonil található. A számozás a ketoncsoporthoz legközelebb eső lánc végétől kezdődik.

A telített aldehidek képviselői. CnH2n+1C=O

A telített ketonok képviselői

Módfogadása

1) Alkoholok oxidációjával. Az aldehideket primer alkoholokból, a ketonokat pedig a szekunder alkoholokból nyerik. Az alkoholok oxidációja erős oxidálószerek (króm keverék) hatására enyhe melegítéssel történik. Az iparban légköri oxigént használnak oxidációként katalizátor jelenlétében - réz (Cu) t0 = 300-5000 C-on.

CH3 - CH2 - CH2 - OH + O K2Cr2O7 CH3 - CH2 - C =O + HOH

propanol -1 H

propanál

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

propanol -2 propanon

2) A karbonsavak kalciumsóinak hőbomlása, és ha hangyasavat veszünk, akkor aldehidek képződnek, és ha más savakat veszünk, akkor ketonok.

Ó, acetaldehid

O - Ca kalcinálás CaCO3 + CH3 - C = O

CH3-C-O CH3

Ezek laboratóriumi gyártási módszerek.

3) A Kucserov-reakció szerint (alkinekből és vízből a katalizátor a higanysók savas környezetben). Az aldehidek acetilénből, a ketonok pedig bármely más alkinból képződnek.

CH = CH + HON CH2 = CH - OH CH3 - C = O

acetilén-vinil CH3

alkohol acetaldehid

CH3 - C = CH + HON CH3 - C = CH2 CH3 - C = O

propin OH CH3

propenol - 2 aceton

4) Oxoszintézis. Ez az alkének közvetlen kölcsönhatása vizes gázzal (CO + H2) kobalt vagy nikkel katalizátorok jelenlétében, 100-200 atmoszféra nyomáson, t0 = 100-2000 C hőmérsékleten. Ezzel a módszerrel aldehideket állítanak elő

CH3 - CH2 - CH2 - C = O

butanal N

CH3 - CH = CH2 + CO + H2

CH3 - CH - C = O

2-metil-propanal

5) Dihalogén-származékok hidrolízise. Ha mindkét halogén az elsődleges szénatomon található, akkor aldehid, ha a szekunder szénatomon, akkor keton képződik.

CH3 - CH2 - C - CL2 + HOH 2HCL + CH3 - CH2 - C = O

1,1-diklór-propén-propenál

CH3 - C - CH3 + HOH 2HCL + CH3 - C = O

2,2-diklór-propán-propanon

A hangyaldehid gáz, a többi rövid szénláncú aldehid és keton folyadék, vízben könnyen oldódik; Az aldehidek fullasztó illatúak, ami erősen hígítva kellemessé (virágos vagy gyümölcsös) válik. A ketonok nagyon kellemes illatúak. Ezért a karbonil = C = O szaghordozó, ezért az illatiparban aldehideket és ketonokat használnak. Az aldehidek és ketonok forráspontja a molekulatömeg növekedésével nő.

A karbonilcsoport természete

Az aldehidek és ketonok legtöbb reakcióját karbonilcsoport jelenléte hajtja végre. Tekintsük a karbonil = C = O természetét. Például,

1. a szén és az oxigén a karbonilben kettős kötéssel kapcsolódnak egymáshoz: az egyik szigma kötés, a másik pi kötés. Az aldehidekben és ketonokban a P-kötés felhasadása következtében addíciós reakciók (nukleofil típusú) lépnek fel:

R - C = O R - C - O:

Az oxigén elektronegatívabb elem, mint a szén, ezért az oxigénatom elektronsűrűsége nagyobb, mint a szénatomé. Az addíciós reakciók során a reagens nukleofil része a szénhez, az elektrofil rész pedig oxigénhez kerül hozzáadásra.

2. A szubsztitúciós reakciókban a karbonil-oxigén helyettesíthető. Ez megszakítja a kettős kötést C és O között.

3.a karbonil a gyökben lévő C - H kötésekre hat, gyengíti azokat, különösen az alfa-helyzetben, vagyis a karbonilcsoport mellett.

N - ?S -? C - ?C - C = O

Ha szabad halogéneknek vannak kitéve, a hidrogén az alfa-szénatom széngyökében helyettesítődik.

CH3 - CH2 - CH2 - C = O + CL2 CH3 - CH2 - CH - C = O + HCL

Klór-butiraldehid

Kémiai tulajdonságok

A szerves vegyületek összes osztálya közül az aldehidek és a ketonok a legreaktívabbak. Ezenkívül kémiailag az aldehidek aktívabbak, mint a ketonok. A következő reakciók jellemzik őket: oxidáció, addíció, szubsztitúció, polimerizáció, kondenzáció. A ketonokra nem jellemző a polimerizációs reakció.

Oxidációs reakciók

Az aldehidek könnyen oxidálódnak, még gyenge oxidálószerekkel is HBrO, OH, Fehling-oldat. Az aldehidek oxidációja során karbonsavak keletkeznek.

CH3 - C = O + O CH3 - C = O - ecetsav

Ha az oxidálószer OH, akkor szabad ezüst szabadul fel (az „ezüsttükör” reakció az aldehidek minőségi reakciója).

CH3 - C = O + 2OH CH3 - C = O + 2 Ag + 4 NH3 + H2O

A ketonok oxidációja sokkal nehezebb és csak erős oxidálószerekkel történik. Az oxidációs termékek karbonsavak. Egy keton oxidálásakor alkohol-keton, majd diketon keletkezik, amely feltörve savakat képez.

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

Ó Ó Ó O

dietil-keton alkohol keton diketon

CH3-C=O+O=C-CH2-CH3

ecetsav propionsav

Vegyes keton esetén az oxidáció a Popov-Wagner-szabály szerint megy végbe, vagyis a reakció fő iránya a karbonil melletti legkevésbé hidrogénezett szénatom oxidációja. De a fő irány mellett lesz a reakció oldaliránya is, vagyis a karbonil másik oldalán lévő szénatom oxidálódik. Ez különféle karbonsavak keverékét eredményezi.

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 = O

diketon-ecetsav

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

diketon hangyasav propionsav

Reakciókcsatlakozás

A karbonilben lévő pi-kötés felszakadása miatt fordulnak elő. Ezek a reakciók nukleofil addíciós reakciók, azaz először a reagens szabad elektronpárral rendelkező nukleofil részét adják hozzá a pozitív töltésű karbonilszénhez (lassan megy tovább):

C+ = O - + :X - = C - O -

A második lépés egy proton vagy más kation hozzáadása a kapott anionhoz (gyorsan megy):

C - O - + H + = C - OH

1.Hidrogén hozzáadása.

Ebben az esetben a primer alkoholokat aldehidekből, a szekunder alkoholokat pedig a ketonokból nyerik. A reakció Ni, Pt stb. katalizátorok jelenlétében megy végbe.

CH3-C=O+H+:H-CH3-C-H

acetaldehid etanol

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

propanon propanol -2

2. Nátrium-hidrogén-szulfát (hidrogén-szulfát) hozzáadása:

R - C = O + HSO3Na R - C - S03Na

Ebben az esetben biszulfit-származékok képződnek. Ezt a reakciót az aldehidek és ketonok tisztítására és a szennyeződésektől való elválasztására használják.

3. Hidrociánsav hozzáadása. Ebben az esetben p-hidroxi-nitrilek képződnek, amelyek a hidroxisavak és aminosavak szintézisének közbenső termékei:

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

Oxinitril

4. Ammónia NH3 hozzáadása. Ebben az esetben oxiaminok képződnek.

R - C = O + H - NH2 CH3 - CH - NH2

Oxiamin

5. Szerves magnézium-halogenid vegyületek hozzáadása (Grignard-reagens). A reakciót alkoholok előállítására használják.

6. Alkoholok (vízmentes) hozzáadása. Ebben az esetben kezdetben félacetálok képződnek (normál addíciós reakcióként). Ezután alkoholfelesleggel hevítve acetálok (éterek formájában) keletkeznek.

R - C = O + CH3 - OH R - CH - O - CH3 + CH3OH R - CH - O - CH3

H OH O - CH3

félacetál acetál

A természetben nagyon sok félacetál és acetál vegyület található, különösen a szénhidrátok (cukrok) között.

Szubsztitúciós reakciók

A karbonilcsoportok oxigénje helyettesíthető halogénekkel és egyes nitrogéntartalmú vegyületekkel.

1. Halogének helyettesítése. Akkor fordul elő, ha az aldehidek és ketonok a PCL3 és PCL5 halogén foszforvegyületeinek vannak kitéve. Ha szabad halogéneknek vannak kitéve, a hidrogén helyettesítődik a szénhidrogéngyökben az α-szénatomnál.

PCL5 CH3 - CH2 - CH -CL2 + POCL3

CH3 - CH2 - C = O 1,1-dikloropopin (foszfor-oxi-klorid)

H +CL2 CH3 - CH - CH = O + HCL

propanal CL

Monoklór-propionaldehid

2. Reakció hidroxiamin NH2OH-val. Ebben az esetben aldehidek (aldoxilok) és ketonok (ketoxinok) oxidjai képződnek.

CH3 - CH = O + H2N - OH CH3 - CH - N - OH + H2O

acetaldehid oxietanal

Ezt a reakciót a karboxilvegyületek mennyiségi meghatározására használják.

3. Reakció NH2-NH2 hidrazinnal. A reakciótermékek a hidrazinok (amikor egy molekula aldehid vagy keton reagál) és az azinek (ha két molekula reagál).

CH3-CH=O+NH2-NH2CH3-CH=N-NH2

ethanal hidrazin hidrazin ethanal

CH3 - CH = N - NH2 + O = CH - CH3 CH3 - CH = N - N = HC - CH3

azin etanal (aldazin)

4. Reakciók fenilhidrazinnal. C6H5-NH-NH2. A reakciótermékek fenilhidrazinok.

CH3 - CH = O + H2N - NH - C6H5 CH3 - CH = N - NH - C6H5

Fenilhidrazon etanol

Az oxidok, hidrazinok, azinek, fenilhidrazinok jellegzetes olvadáspontú szilárd, kristályos anyagok, amelyek meghatározzák a karbonilvegyület természetét (szerkezetét).

Polimerizációs reakciók

Csak az aldehidekre jellemző. De még ekkor is csak a gáznemű és illékony aldehidek (hangyasav, ecetsav) mennek keresztül polimerizáción. Ez nagyon kényelmes, ha ezeket az aldehideket tárolja. A hangya-aldehid kénsav vagy sósav jelenlétében polimerizálódik normál hőmérsékleten. Polimerizációs együttható n=10-50. Polimerizációs termék - szilárd, az úgynevezett polioximetilén (formalin).

N - C = O - C - O - C - O - ...- C - ... - C - O -

N N N N N n

polioximetilén

Szilárd anyag, de vízzel hígítva és finoman melegítve formikaldehiddé alakítható.

Az acetaldehid savak hatására folyékony ciklikus trimmert - paraldózt és szilárd tetramert - metaldózist ("száraz alkohol") képez.

3 CH3 - CH = O O

CH3-HC CH-CH3

paraldehid

4 CH3 - CH = O CH3 - HC O

Metaldehid

Kondenzációs reakciók

1. Az aldehidek gyengén lúgos környezetben (kálium-aceton, hamuzsír, kálium-szulfát jelenlétében) aldolkondenzáción mennek keresztül, így aldehid-alkoholok, rövidítve aldolok keletkeznek. Ezt a reakciót kémikus A.P. Borodin (szintén zeneszerző). Az egyik molekula karbonilcsoportjával, a másik molekula pedig a szénatomon lévő hidrogénnel vesz részt a reakcióban.

CH3 - CH = O + HCH2 - CH = O CH3 - CH - CH2 - CH = O

HE aldol

(3-hidroxi-butanál vagy a-hidroxi-butiraldehid)

CH3 - CH - CH2 - CH = O + HCH2 - CH = O CH3 - CH - CH2 - CH - CH2 -CH =O

hexenciol-3,5-al

Az OH csoportok száma minden alkalommal növekszik. Tömörítéskor aldehid gyantát termel nagyszámú molekulák.

2. Croton kondenzáció. az aldehideknél az aldolkondenzáció folytatása, vagyis hevítéskor az aldol leválik a vízről, és telítetlen aldehid keletkezik.

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

krotonaldehid

Nézzük meg ezeket a ketonok reakcióit.

CH3 - C = O + HCH2 - C = O CH3 - C - CH2 - C = O CH3 - C = CH - C = O

CH3 CH3 OH CH3 CH3 CH3 CH3

4-hidroxi-4-metil-pentanon-2 4-metil-pentán-3-on-2

3.Észter kondenzáció. Csak az aldehidekre jellemző. V.E. Tishchenko fejlesztette ki. alumínium-alkoxid katalizátorok (CH3 - CH2 - O)3 AL jelenlétében fordul elő.

CH3 - CH = O + O = HC - CH3 CH3 - CH2 - O - C = O

etil-acetát

1.CH2 = CH - CH =O - propén-2-al - akril aldehid vagy akrolein

2. CH3 - CH = CH - CH = O - butén - 2 - al - krotonaldehid

Az akroleint más néven csádnak nevezik; zsírok elégetésének hevítésével nyerik. Kémiailag a telítetlen aldehidek a karbonilcsoportban lévő telített aldehidek összes tulajdonságával rendelkeznek, és a gyökben lévő kettős kötés miatt addíciós reakciókon mennek keresztül.

Ezek az aldehidek kettős kötésekből álló konjugált rendszerrel rendelkeznek, így kémiailag az addíciós reakciókban különböznek egymástól. Hidrogén, halogének és hidrogén-halogenidek hozzáadása a konjugált rendszer végein történik.

Az elektronsűrűség az oxigén felé tolódik el, és a reagens pozitív töltésű része felé, a reagens negatív része pedig a pozitívan polarizált szén felé irányul.

CH2+ = CH- - CH+= O- + H+: Br- CH2 - CH = CH - OH CH2 - CH2 - CH = O

3-bróm-propanal

Az így létrejövő aldehid enol formája azonnal stabilabb karbonil formává alakul. Így a hidrogén-halogenidek hozzáadása egy gyökhöz ellentétes Markovnikov uralmával.

Aromás aldehidek

Képviselők C6H5 -CH = O - benzoaldehid. Ez egy keserű mandula illatú folyadék, amely szilva, cseresznye, vadbarack és más gyümölcsök magjában található.

VAL VELfelhasznált irodalom listája

1) Granberg I.I. Szerves kémia. - M., 2002

2) Kim A.M. Szerves kémia. - Novoszibirszk, 2007

Aldehidek – szerves anyag, amelynek molekulái karbonilcsoportot tartalmaznak C=O, amely egy hidrogénatomhoz és egy szénhidrogén gyökhöz kapcsolódik.
Az aldehidek általános képlete:

A legegyszerűbb aldehidben, a formaldehidben a szénhidrogéngyök szerepét egy másik hidrogénatom tölti be:

A hidrogénatomhoz kapcsolódó karbonilcsoportot gyakran nevezik aldehid:

Ketonok– szerves anyagok, amelyek molekuláiban a karbonilcsoport két szénhidrogéngyökhöz kapcsolódik. Nyilvánvalóan a ketonok általános képlete a következő:

A ketonok karbonilcsoportját ún keto csoport.
A legegyszerűbb ketonban, az acetonban a karbonilcsoport két metilcsoporthoz kapcsolódik:

Az aldehidek és ketonok nómenklatúrája és izomériája

Az aldehidcsoporthoz kapcsolódó szénhidrogéncsoport szerkezetétől függően telített, telítetlen, aromás, heterociklusos és egyéb aldehideket különböztetnek meg:

Az IUPAC nómenklatúrával összhangban a telített aldehidek neve a molekulában azonos számú szénatomot tartalmazó alkán nevéből jön létre a utótag használatával. -al. Például:

A főlánc szénatomjainak számozása az aldehidcsoport szénatomjával kezdődik. Ezért az aldehidcsoport mindig az első szénatomon helyezkedik el, és nem szükséges feltüntetni a helyét.

A szisztematikus nómenklatúra mellett a széles körben használt aldehidek triviális neveit is használják. Ezek a nevek általában az aldehideknek megfelelő karbonsavak nevéből származnak.

A ketonok szisztematikus nómenklatúra szerinti elnevezéséhez a ketocsoportot az utótag jelöli -Őés egy szám, amely a karbonilcsoport szénatomjának számát jelöli (a számozást a lánc ketocsoporthoz legközelebb eső végétől kell kezdeni). Például:

Az aldehideket csak egyfajta szerkezeti izoméria jellemzi - a szénváz izomériája, amely butanállal lehetséges, és a ketonok esetében a karbonilcsoport helyzetének izomériája is. Ezenkívül jellemző rájuk az osztályok közötti izoméria (propanal és propanon).

Az aldehidek fizikai tulajdonságai

Az aldehid vagy keton molekulában az oxigénatom szénatomhoz képest nagyobb elektronegativitása miatt a kötés C=O erősen polarizált az elektronsűrűség eltolódása miatt π - oxigénhez kötődik:

Az aldehidek és ketonok poláris anyagok, amelyeknek az oxigénatomon túlzott elektronsűrűsége van. Az aldehidek és ketonok sorozatának alsóbb tagjai (formaldehid, acetaldehid, aceton) korlátlanul oldódnak vízben. Forráspontjuk alacsonyabb, mint a megfelelő alkoholoké. Ennek oka az a tény, hogy az aldehidek és ketonok molekuláiban az alkoholoktól eltérően nincsenek mozgó hidrogénatomok, és a hidrogénkötések miatt nem képeznek asszociációkat. Az alacsonyabb aldehidek szúrós szagúak; a láncban négy-hat szénatomot tartalmazó aldehidek kellemetlen szagúak; a magasabb aldehidek és ketonok virágszagúak, és az illatszerekben használatosak .

Aldehidek és ketonok kémiai tulajdonságai

Az aldehidcsoport jelenléte a molekulában meghatározza jellemző tulajdonságok aldehidek.

1. Redukciós reakciók.

A hidrogén hozzáadása az aldehidmolekulákhoz a karbonilcsoportban lévő kettős kötésen keresztül történik. Az aldehidek hidrogénezésének terméke primer alkoholok, a ketonok pedig szekunder alkoholok. Így acetaldehid nikkelkatalizátoron történő hidrogénezésekor etil-alkohol, aceton hidrogénezésekor 2-propanol képződik.

Aldehidek hidrogénezése- redukciós reakció, amelyben a karbonilcsoportba tartozó szénatom oxidációs állapota csökken.

2. Oxidációs reakciók. Az aldehidek nem csak csökkenthetők, hanem oxidálódik. Oxidálva az aldehidek karbonsavakat képeznek.

Levegő oxigénnel történő oxidáció. Például a propionsav propionaldehidből (propanál) képződik:

Oxidálás gyenge oxidálószerekkel(ammónia oldat ezüst-oxid).

Ha a reakciót végzõ edény felületét elõzõleg zsírtalanították, akkor a reakció során képzõdõ ezüst vékony, egyenletes filmréteggel fedi be. Ez egy csodálatos ezüst tükör. Ezért ezt a reakciót „ezüsttükör” reakciónak nevezik. Széles körben használják tükrök, ezüstös díszek és karácsonyfadíszek készítésére.

3. Polimerizációs reakció:

n CH2=O → (-CH2-O-) n paraforma n=8-12

Aldehidek és ketonok előállítása

Aldehidek és ketonok alkalmazása

Formaldehid(metanol, hangya-aldehid) H 2 C=O:
a) fenol-formaldehid gyanták előállítására;
b) karbamid-formaldehid (karbamid) gyanták előállítása;
c) polioximetilén polimerek;
d) gyógyszerek szintézise (urotropin);
e) fertőtlenítőszer;
f) biológiai készítmények tartósítószere (a fehérjék koaguláló képessége miatt).

Acetaldehid(etanol, acetaldehid) CH 3 CH=O:
a) ecetsav előállítása;
b) szerves szintézis.

Aceton CH3-CO-CH3:
a) oldószer lakkokhoz, festékekhez, cellulóz-acetátokhoz;
b) alapanyagok különféle szerves anyagok szintéziséhez.

Az oxigéntartalmú szerves vegyületek közül két anyagosztálynak van nagy jelentősége, amelyeket mindig együtt vizsgálnak szerkezetük és tulajdonságaik hasonlósága miatt. Ezek aldehidek és ketonok. Ezek a molekulák sokak mögött állnak kémiai szintézisek, és szerkezetük elég érdekes ahhoz, hogy tanulmányozás tárgyává váljanak. Nézzük meg közelebbről, melyek ezek a vegyületosztályok.

Aldehidek és ketonok: általános jellemzők

Kémiai szempontból az aldehidek osztályának tartalmaznia kell szerves molekulák, amely a -SON funkciós csoport részeként oxigént tartalmaz, amelyet karbonilnek neveznek. Az általános képlet ebben az esetben így néz ki: R-COH. Természetüknél fogva ezek lehetnek korlátozó és nem korlátozó vegyületek is. Közöttük is vannak aromás képviselők, valamint alifás. A szénatomok száma a gyökláncban meglehetősen széles skálán mozog, egytől (formaldehid vagy metanol) több tucatig.

A ketonok tartalmaznak egy -CO karbonilcsoportot is, de ez nem egy hidrogénkationhoz kapcsolódik, hanem egy másik, a láncban lévőtől eltérő vagy azzal azonos gyökhöz kapcsolódik. Az általános képlet így néz ki: R-CO-R, . Nyilvánvaló, hogy az aldehidek és a ketonok hasonlóak az összetétel egy funkciós csoportjának jelenlétében.

A ketonok telítettek és telítetlenek is lehetnek, és a mutatott tulajdonságok hasonlóak egy szorosan kapcsolódó osztály tulajdonságaihoz. Számos példa hozható a molekulák összetételének illusztrálására, és tükrözi a kérdéses anyagok képleteinek elfogadott elnevezéseit.

1. Aldehidek: metanol - HCOH, butanal - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH, fenil-ecetsav - C 6 H 5 - CH 2 -CH.
2. Ketonok: aceton vagy dimetil-keton - CH 3 -CO-CH 3, metil-etil-keton - CH 3 -CO-C 2 H 5 és mások.

Nyilvánvaló, hogy ezeknek a vegyületeknek a neve kétféleképpen alakul ki:

• a racionális nómenklatúra szerint a készítményben szereplő gyökök és az -al (aldehidek) és -on (ketonok) osztályutótag szerint;
• triviális, történelmileg megalapozott.

Ha mindkét anyagosztályra megadjuk az általános képletet, akkor világossá válik, hogy ezek egymás izomerjei: C n H 2n O. Magukat is a következő izomériatípusok jellemzik:

A két osztály képviselőinek megkülönböztetésére kvalitatív reakciókat alkalmaznak, amelyek legtöbbje lehetővé teszi az aldehid azonosítását. Mivel ezeknek az anyagoknak a kémiai aktivitása valamivel magasabb, a hidrogénkation jelenléte miatt.

Molekula szerkezete

Nézzük meg, hogyan néznek ki az aldehidek és ketonok az űrben. Molekuláik szerkezete több ponton is tükröződhet.

1. A funkciós csoportban közvetlenül szereplő szénatom sp 2 hibridizációval rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy a molekula egy része lapos térbeli alakot kapjon.
2. Ebben az esetben a C=O kötés polaritása erős. Mivel elektronegatívabb, az oxigén veszi fel a sűrűség nagy részét, és egy részlegesen negatív töltést koncentrál magára.
3. Aldehidekben O-H csatlakozás szintén erősen polarizált, ami mozgékonysá teszi a hidrogénatomot.

Ennek eredményeként kiderül, hogy a molekulák ilyen szerkezete lehetővé teszi a kérdéses vegyületek oxidációját és redukálását is. Az újraelosztott elektronsűrűségű aldehid és keton képlete lehetővé teszi azon reakciók termékeinek előrejelzését, amelyekben ezek az anyagok részt vesznek.

Felfedezés és tanulmányozás története

Sok szerves vegyülethez hasonlóan az aldehideket és ketonokat is csak a 19. században sikerült izolálni és tanulmányozni az embereknek, amikor a vitalista nézetek teljesen összeomlottak, és világossá vált, hogy ezek a vegyületek szintetikusan, mesterségesen, élőlények közreműködése nélkül is előállíthatók.

1661-ben azonban R. Boyle-nak sikerült acetont (dimetil-ketont) nyernie, amikor a kalcium-acetátot hőhatásnak tette ki. De ezt az anyagot nem tudta részletesen tanulmányozni és megnevezni, meghatározni szisztematikus helyzetét többek között. Williamson csak 1852-ben tudta ezt a kérdést befejezni, és ekkor kezdődött a karbonilvegyületekkel kapcsolatos ismeretek részletes fejlődésének és felhalmozásának története.

Fizikai tulajdonságok

Gondoljuk át, mit fizikai tulajdonságok aldehidek és ketonok. Kezdjük az elsőkkel.

1. A metanál első képviselője aggregált állapotában egy gáz, a következő tizenegy folyadék, több mint 12 szénatom a normál szerkezetű szilárd aldehidek része.
2. Forráspont: a C atomok számától függ; minél több van, annál magasabb. Ebben az esetben minél elágazóbb a lánc, annál alacsonyabb a hőmérséklet.
3. A folyékony aldehidek viszkozitása, sűrűsége és törésmutatója az atomok számától is függ. Minél többen vannak, annál magasabbak.
4. A gáznemű és folyékony aldehidek nagyon jól oldódnak vízben, de a szilárd aldehidek ezt gyakorlatilag nem tudják megtenni.
5. A képviselők illata nagyon kellemes, gyakran virágok, parfümök és gyümölcsök aromái. Csak azok az aldehidek erősek és kellemetlen szagú folyadékok, amelyekben a szénatomok száma 1-5.

Ha a ketonok tulajdonságait jelöljük, akkor a főbb tulajdonságokat is kiemelhetjük.

1. Aggregált állapotok: alacsonyabb képviselői folyadékok, nagyobb tömegűek szilárd vegyületek.
2. A szag csípős és kellemetlen minden képviselőnél.
3. Vízben való oldhatósága az alacsonyabbak számára jó, szerves oldószerekben pedig mindenki számára kiváló.
4. Illékony anyagok, ez a mutató meghaladja a savak és alkoholokét.
5. A forráspont és az olvadáspont a molekula szerkezetétől függ, és nagymértékben változik a láncban lévő szénatomok számától függően.

Ezek a vizsgált vegyületek fő tulajdonságai, amelyek a fizikaiak csoportjába tartoznak.

Kémiai tulajdonságok

A legfontosabb az, hogy az aldehidek és ketonok mivel reagálnak, illetve ezeknek a vegyületeknek a kémiai tulajdonságai. Ezért mindenképpen figyelembe vesszük őket. Először is foglalkozzunk az aldehidekkel.

1. Oxidálás a megfelelő karbonsavakká. Általános forma reakcióegyenlet: R-COH + [O] = R-COOH. Az aromás képviselők még könnyebben lépnek be ilyen kölcsönhatásokba, és észterek képzésére is képesek, amelyek ipari jelentőséggel bírnak. A következő oxidálószereket használják: oxigén, Tollens-reagens, réz(II)-hidroxid és mások.
2. Az aldehidek erős redukálószerként nyilvánulnak meg, miközben telített egyértékű alkoholokká alakulnak.
3. Kölcsönhatás alkoholokkal acetálok és félacetálok képzése során.
4. Különleges reakciók a polikondenzáció. Ennek eredményeként fenol-formaldehid gyanták keletkeznek, amelyek fontosak a vegyipar számára.
5. Számos specifikus reakció a következő reagensekkel:

• hidroalkohol lúg;
• Grignard-reagens;
• hidroszulfitok és mások.

Az anyagok ezen osztályára adott minőségi reakció az „ezüsttükör” reakció. Ennek eredményeként fémesen redukált ezüst és a megfelelő karbonsav képződik. Ehhez ezüst-oxidból vagy Tollins-reagensből álló ammóniás oldatra van szükség.

A ketonok kémiai tulajdonságai

Az alkoholok, aldehidek és ketonok hasonló tulajdonságú vegyületek, mivel mindegyik oxigéntartalmú. Azonban már az oxidációs szakaszban világossá válik, hogy az alkoholok a legaktívabb és legkönnyebben befolyásolható vegyületek. A ketonok a legnehezebben oxidálhatók.

1. Oxidatív tulajdonságok. Ennek eredményeként szekunder alkoholok képződnek.
2. A hidrogénezés a fent említett termékekhez is vezet.
3. A keto-enol tautoméria a ketonok sajátos tulajdonsága, hogy béta formát öltenek.
4. Aldol-kondenzációs reakciók béta-keto-alkoholok képződésével.
5. A ketonok a következőkkel is kölcsönhatásba léphetnek:

• ammónia;
• hidrogén-cianid;
• hidroszulfitok;
• hidrazin;
• ortoszilsav.

Nyilvánvaló, hogy az ilyen kölcsönhatások reakciói nagyon összetettek, különösen azok, amelyek specifikusak. Ezek mind az aldehidek és ketonok fő jellemzői. A kémiai tulajdonságok számos fontos vegyület szintézisének hátterében állnak. Ezért az ipari folyamatokban rendkívül szükséges a molekulák természetének és karakterének ismerete a kölcsönhatások során.

Aldehidek és ketonok addíciós reakciói

Ezeket a reakciókat már megvizsgáltuk, de nem adtunk nekik ilyen nevet. Minden olyan kölcsönhatás, amelynek eredményeként a karbonilcsoport aktivitást mutat, addíciósnak minősíthető. Vagy inkább mozgékony hidrogénatom. Éppen ezért ebben a kérdésben előnyben részesítik az aldehideket, jobb reakcióképességük miatt.

Milyen anyagokkal lehetséges az aldehidek és ketonok reakciója nukleofil szubsztitúcióval? Ez:

1. A hidrogén-ciánsav cianohidrineket termel - az aminosavak szintézisének kiindulási anyagát.
2. Ammónia, aminok.
3. Alkoholok.
4. Víz.
5. Nátrium-hidrogén-szulfát.
6. Grignard reagens.
7. tiolok és mások.

Ezek a reakciók nagy ipari jelentőséggel bírnak, mivel a termékeket az emberi tevékenység különböző területein használják fel.

Megszerzési módszerek

Számos fő módszer létezik az aldehidek és ketonok szintetizálására. A laboratóriumi és ipari termelést a következő módokon fejezhetjük ki.

1. A leggyakoribb módszer, beleértve a laboratóriumokat is, a megfelelő alkoholok oxidációja: elsődlegesen aldehidekké, másodlagosan ketonokká. Oxidálószerként működhetnek: kromátok, rézionok, kálium-permanganát. A reakció általános formája: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
2. Az iparban gyakran alkalmaznak az alkének oxidációján alapuló módszert - oxoszintézist. A fő hatóanyag a szintézisgáz, CO 2 + H 2 keveréke. Az eredmény egy aldehid, amelynek láncában még egy szén található. R=R-R+CO2+H2=R-R-R-COH.
3. Alkének oxidációja ózonnal - ozonolízis. Az eredmény aldehidet, de ketont is sejtet a keverékben. Ha a termékeket az oxigén eltávolításával mentálisan kombinálják, kiderül, melyik eredeti alként vették fel.
4. Kucherov reakció - az alkinok hidratálása. Kötelező szer a higanysók. Aldehidek és ketonok szintézisének egyik ipari módszere. R≡R-R + Hg 2+ + H 2 O = R-R-COH.
5. Dihalogénezett szénhidrogének hidrolízise.
6. Redukálása: karbonsavak, amidok, nitrilek, savkloridok, észterek. Ennek eredményeként aldehid és keton is képződik.
7. Karbonsav-keverékek pirolízise katalizátorok felett fém-oxidok formájában. A keveréknek gőzösnek kell lennie. A lényeg a szén-dioxid és a vízmolekulák közötti szétválás. Ennek eredményeként aldehid vagy keton képződik.

Az aromás aldehideket és ketonokat más módszerekkel állítják elő, mivel ezek a vegyületek tartalmaznak egy aromás csoportot (például fenilcsoportot).

1. Friedel-Crafts szerint: a kiindulási reagensek egy aromás szénhidrogént és egy dihalogénezett ketont tartalmaznak. Katalizátor - ALCL 3. Ennek eredményeként aromás aldehid vagy keton képződik. Az eljárás másik neve acilezés.
2. A toluol oxidációja különböző szerek hatására.
3. Az aromás karbonsavak redukciója.

Az ipar természetesen igyekszik olyan módszereket alkalmazni, amelyeknél az alapanyag a lehető legolcsóbb és a katalizátorok kevésbé mérgezőek. Az aldehidek szintéziséhez ez az alkének oxigénnel történő oxidációja.

Ipari alkalmazások és jelentősége

Az aldehideket és ketonokat olyan iparágakban használják, mint:

• gyógyszerek;
• kémiai szintézis;
• gyógyszer;
• parfüm terület;
• élelmiszeripar;
• festék- és lakkgyártás;
• műanyagok, szövetek szintézise stb.

Több terület azonosítása is lehetséges, mert évente körülbelül 6 millió tonna formaldehidet szintetizálnak! 40%-os oldatát formalinnak hívják, és anatómiai tárgyak tárolására használják. Bemegy a gyártásba gyógyszerek, antiszeptikumok és polimerek.

Az acetaldehid vagy etanol szintén tömegtermék. A világ éves fogyasztása mintegy 4 millió tonna, ez az alapja számos kémiai szintézisnek, amelyben fontos termékek keletkeznek. Például:

• ecetsav és anhidridje;
• cellulóz-acetát;
• gyógyszerek;
• butadién - a gumi alapja;
• acetát rost.

Az aromás aldehidek és ketonok számos aroma alkotóelemei, mind az élelmiszerekben, mind az illatokban. Legtöbbjük nagyon kellemes virágos, citrusos, gyógynövényes aromájú. Ez lehetővé teszi, hogy ezek alapján állítsák elő:

• különböző típusú légfrissítők;
• WC- és parfümvizek;
• különféle tisztítószerek és mosószerek.

Ezek egy része fogyasztásra engedélyezett aromás élelmiszer-adalékanyag. Természetes illóolaj-, gyümölcs- és gyantatartalmuk bizonyítja az ilyen felhasználás lehetőségét.

Egyéni képviselők

Az aldehid, például a citrál magas viszkozitású és erős citrom aromájú folyadék. A természetben az utóbbi illóolajaiban található. Tartalmaz még eukaliptuszt, cirokot, kebabot.

Alkalmazási területei jól ismertek:

• gyermekgyógyászat - csökkent koponyaűri nyomás;
• a vérnyomás normalizálása felnőtteknél;
• a látásszervek gyógyszerének összetevője;
• számos aromás anyag szerves része;
• gyulladásgátló és antiszeptikus;
• nyersanyagok a retinol szintéziséhez;
• ízesítők étkezési célokra.

Aldehidek és ketonok hivatkozni karbonil szerves vegyületek.

Karbonilvegyületek olyan szerves anyagok, amelyek molekulái >C=O (karbonil- vagy oxocsoport) csoportot tartalmaznak.

A karbonilvegyületek általános képlete:

Az X szubsztituens típusától függően ezek a vegyületek a következőkre oszthatók:

 aldehidek (X = H);

 ketonok (X = R, R");

 karbonsavak (X = OH) és származékaik (X = OR, NH 2, NHR, Hal stb.).

Aldehidek és ketonok- a molekulában való jelenlét jellemzi karbonil csoportok, vagy karbonilcsoport, >C=O. Az aldehidekben ennek a gyöknek a szénatomja legalább egy hidrogénatomhoz kötődik, így egy egyértékű gyök keletkezik, ún. aldehid csoport. A ketonokban a karbonilcsoport két szénhidrogén gyökhöz kapcsolódik, és más néven keto csoport vagy oxo csoport.

Az aldehidek homológ sorozata és elnevezésük

Aldehidek – szerves vegyületek, amelynek molekuláiban a karbonilcsoport szénatomja (karbonilszén) hidrogénatomhoz kapcsolódik.

Általános képlet: R–CH=O vagy

A –CH=O funkciós csoportot aldehidnek nevezzük.

Az aldehidek olyan anyagoknak is tekinthetők, amelyek a paraffin szénhidrogénekben lévő hidrogénatom aldehidcsoporttal való helyettesítéséből származnak, azaz a homológ metánsorozat szénhidrogéneinek monoszubsztituált származékaiként. Következésképpen itt a homológia és izoméria ugyanaz, mint a telített szénhidrogének más monoszubsztituált származékainál.

Az aldehidek neve a molekulában azonos számú szénatomot tartalmazó savak triviális nevéből származik. Így a CH 3 -CHO aldehidet ún acetaldehid vagy acetaldehid, CH3CH2-CHO- propionaldehid, CH 3 CH 2 CH 2 -CHO - normál butiraldehid vagy butiraldehid,(CH 3) 2 CH-CHO - izobutiraldehid, aldehidek C 4 H 9 -CHO - valeriánaldehidek stb.

A genfi ​​nómenklatúra szerint az aldehidek neve az azonos szénatomszámú szénhidrogének nevéből származik, hozzáadva hu szótag al, Például metanol N-SNO, ethanal CH3-CHO, 2 -metilpropanal CH3CH(CH3)-CHO stb.

A ketonok homológ sorozata és elnevezésük

Ketonok– olyan szerves anyagok, amelyek molekulái két szénhidrogén gyökhöz kapcsolódó karbonilcsoportot tartalmaznak.

Általános képletek: R 2 C=O, R–CO–R" vagy

A legegyszerűbb keton szerkezete CH 3 -CO-CH 3, és az ún dimetil-keton vagy aceton. Az acetonból homológ sorozat állítható elő a hidrogénatomok egymást követő metilre cserélésével. Így az aceton következő homológja - metil-etil-keton CH3-CO-CH2-CH3 szerkezetű.

A ketonok nevei, valamint az aldehidek nevei a genfi ​​nómenklatúra szerint az azonos szénatomszámú szénhidrogének nevéből származnak, a társterminális hozzáadásával hu szótag Őés hozzáadunk egy számot, amely a karbonilcsoport szénatomjának helyét jelzi, a normál szénlánc elejétől számítva; acetont ezért nevezik propanon, dietil-keton - pentanon- 3, metil-izopropil-keton - 2 -metil-butanon stb

A molekulánként azonos számú szénatomot tartalmazó aldehidek és ketonok izomerek egymással. A telített aldehidek és ketonok homológ sorozatának általános képlete: C n H 2 n RÓL RŐL.

Az aldehidek és ketonok ugyanazt a karbonilcsoportot tartalmazzák a molekulában, ami sok közös jellemző tulajdonságot okoz. Ezért mindkét rokon anyagosztály előállítási módszereiben és kémiai reakcióiban sok a közös. A valdehidekben a karbonilcsoporthoz kapcsolódó hidrogénatom jelenléte számos különbséget határoz meg az anyagok ezen osztálya és a ketonok között.

Az aldehidek és ketonok molekuláiból hiányoznak a hidrogénkötések kialakítására képes hidrogénatomok. Ezért forráspontjuk alacsonyabb, mint a megfelelő alkoholoké. Methanal (formaldehid) - gáz, aldehidek VAL VEL2 –C5 és ketonok VAL VEL3 -VAL VEL4 - folyadékok, magasabb - szilárd anyagok.

Az alacsonyabb homológok vízben oldódnak, mivel a vízmolekulák hidrogénatomjai és a karbonil-oxigénatomok között hidrogénkötések képződnek. A szénhidrogén gyök növekedésével a vízben való oldhatóság csökken.

Kémiai tulajdonságok

A karbonilvegyületeket különböző típusú reakciók jellemzik:

· addíció a karbonilcsoportnál;

· polimerizáció;

· páralecsapódás;

· redukció és oxidáció.

Az aldehidek és ketonok legtöbb reakciója a nukleofil addíciós (AN) mechanizmuson keresztül megy végbe a C=O kötésnél.
Az ilyen reakciókban a reaktivitás aldehidekből ketonokká csökken:

Ez elsősorban két tényezőnek köszönhető:

· a C=O csoportban lévő szénhidrogén gyökök növelik a térbeli akadályokat az új atomok vagy atomcsoportok karbonil-szénatomhoz való hozzáadásával szemben;

szénhidrogén gyökök a + miatt én-hatás csökkenti a karbonil-szénatom pozitív töltését, ami megnehezíti a nukleofil reagens rögzítését.

én. Addíciós reakciók

1. Hidrogén hozzáadása (redukció ):

R-CH=O + H2 t,Ni→ R-CH2-OH (elsődleges alkohol)

2. Hidrociánsav (hidrogén-ciánsav) hozzáadása:

Ezt a reakciót a szénlánc meghosszabbítására, valamint az R-CH(COOH)OH α-hidroxisavak előállítására használják a séma szerint:

R-CH(CN)OH + H 2 O -> R-CH(COOH)OH + NH 3

CH3-CH=O + H-CN → CH3-CH(CN)-OH

CH 3 — CH(CN)- Ó A cianohidrin méreg! cseresznyemagban, szilvában

3. Alkoholokkal – félacetálokat és acetálokat kapnak:

Félacetálok- olyan vegyületek, amelyekben a szénatom hidroxil- és alkoxicsoporthoz (-OR) kapcsolódik.
A hemiacetál kölcsönhatása egy másik alkoholmolekulával (sav jelenlétében) ahhoz vezet, hogy csere hemiacetál-hidroxil-alkoxicsoporttá OR' és acetál képződése:

Acetálok- olyan vegyületek, amelyekben egy szénatom két alkoxicsoporthoz kapcsolódik

(-VAGY) csoportok.

4. Vízcsatlakozás :

5. Csatlakozás Grignard reagens (a metanoltól eltérő primer alkoholok előállítására használják):

R-X(R— R V dietil Adásban) +Mgforgács→ R-Mg-X( reagens Grignard) +Q

IttR– alkil- vagy arilcsoport; X jelentése halogén.

HCH= O + CH 3 — Mg — Cl → CH 3 — CH 2 — O— Mg— Cl(csatlakozik)

CH 3 — CH 2 — O— Mg— Cl + H 2 O → CH 3 — CH 2 — Ó + Mg(Ó) Cl(hidrolízis)

6. Kölcsönhatás ammóniával

II. Oxidációs reakciók

1. Ezüsttükör reakció – kvalitatív reakció az aldehidcsoportra:

A ketonok nem mennek keresztül az „ezüsttükör” reakción. Csak erősebb oxidálószerek hatására és magas hőmérsékleten oxidálódnak nehezen. Ebben az esetben a (karbonilcsoporttal szomszédos) C–C kötések felszakadnak, és kisebb molekulatömegű karbonsavak keveréke keletkezik.

2. Oxidálás réz-hidroxiddal ( II ):

3. Az aldehidek brómos vízzel savakká oxidálhatók

III. Szubsztitúciós reakciók