Урок 20. Альдегиды и кетоны
план-конспект урока по химии (10 класс)

 Урок 20. Альдегиды и кетоны

Карбонильные соединения. Простейшие альдегиды и кетоны

Альдегиды и кетоны называют карбонильными соединениями. Их молекулы содержат карбонильную группу .

Состав предельных альдегидов и кетонов CnH2nO.

Дополнительная информация

Примеры других карбонильных соединений

Кроме предельных с открытой цепью альдегидов и кетонов, известны и находят применение циклические, непредельные, ароматические, гетероциклические:

Метаналь, этаналь, пропаналь, бутаналь — это гомологи.

Пропанон, бутанон — это гомологи.

Пропаналь и пропанон — это изомеры.

Бутаналь, 2-метилпропаналь, бутанон — это изомеры.

Напишите формулы структурных изомеров, имеющих состав С5Н10О. Дайте им названия.

Ответ

Изомеры, имеющие состав С5H10O

Электронное строение альдегидов и кетонов

Электронная плотность π-связи С = O как наиболее подвижной сильно смещена к более электроотрицательному атому кислорода (полярность связи С = O больше, чем полярность C = O связи в спиртах). В результате на атоме углерода образуется частичный положительный заряд, на величину которого влияют алкильные радикалы. Очевидно, что в альдегидах δ+ на карбонильном атоме углерода больше, чем в кетонах.

Физические свойства альдегидов и кетонов

Метаналь HCHO — бесцветный газ с удушливым запахом, ядовит, его 40%-ый раствор называется формалином.

Этаналь CH3CHO — жидкость с резким запахом, хорошо растворяется в воде, ядовит.

Пропанон (ацетон) CH3COCH3 — бесцветная жидкость с характерным запахом, хорошо растворяется в воде, является органическим растворителем.

Растворимость низших альдегидов и кетонов объясняется образованием водородных связей с молекулами воды.

С увеличением молекулярной массы температуры кипения карбонильных соединений увеличиваются, а растворимость в воде снижается.

Дополнительная информация

К характеристике физических свойств

К характеристике физических свойств

Молекулы альдегидов и кетонов полярны. Но температуры кипения их ниже, чем у соответствующих спиртов, т. к. они не образуют ассоциатов за счет водородных связей. А вот с молекулами воды карбонильные соединения образуют водородные связи, чем и объясняется хорошая растворимость в воде низших альдегидов и кетонов.

Низшие альдегиды и кетоны имеют резкие, часто неприятные запахи, но с усложнением углеводородного радикала запах становится приятным, такие соединения используются в парфюмерии.

Высшие альдегиды и кетоны — пахучие вещества, применяются в парфюмерии.

Это интересно!

Формальдегид HCHO содержится в древесном дыме и является одним из агентов, обеспечивающих консервирующее действие в ходе копчения продуктов.

Из корицы выделяют коричный альдегид C6H5CH=CHCHO, из горького миндаля — бензальдегид C6H5CHO. Эти альдегиды используют как пищевые добавки для придания запаха продуктам питания.

Это интересно!

Уксусный альдегид CH3CHO является промежуточным продуктом расщепления в организме сахаридов и первичным продуктом метаболизма этилового спирта в печени. Именно он является одной из причин состояния опьянения.

Химические свойства

Карбонильные соединения — реакционно-способные вещества.

Присоединение

Присоединение водорода — общее свойство альдегидов и кетонов, обусловленное карбонильной группой.

Важный вывод

Карбонильные соединения восстанавливаются водородом в спирты!

Другие реакции присоединения

Активность альдегидов и кетонов в реакциях присоединения (особенно полярных молекул веществ) определяется величиной частичного положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы.

Легкость протекания таких реакций увеличивается в ряду:

кетоны < альдегиды < формальдегид.

Алкильные радикалы уменьшают частичный заряд δ+ на реакционном центре. Самым активным из карбонильных соединений является формальдегид, молекула которого не содержит алкильных радикалов.

Присоединение полярных молекул карбонильными соединениями:

В такой гидратной форме и существует преимущественно формальдегид в водном растворе.

Образующийся продукт содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид. Такая реакция применяется для удлинения углеродной цепи в органических молекулах.

Образующиеся производные альдегидов и метилкетонов выпадают в осадок и при нагревании с минеральными кислотами разлагаются с образованием первоначальных карбонильных соединений.

Эта реакция используется для обнаружения указанных карбонильных соединений, выделения их из смеси с другими веществами, для очистки.

Из формальдегида — углевод!

Обратите внимание на очень важный в развитии органической химии синтез. В 1861 г. А.М. Бутлеров обнаружил способность формальдегида под влиянием гидроксида кальция образовывать линейные карбоцепные полимеры, близкие по свойствам к сахаристым веществам.

Окисление

Качественные реакции на альдегиды, обусловленные разрывом связи 

1. Окисление аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»):

Реакция «серебряного зеркала»

• В колбу с аммиачным раствором оксида серебра добавляем по стенке разбавленный водой формалин.

• Помещаем колбу в стакан с горячей водой.

• На стенках колбы образуется осадок серебра — красивый зеркальный налет.

2. Окисление свежеприготовленным гидроксидом меди (II):

Окисление формальдегида гидроксидом меди (II)

• В пробирку наливаем 1 мл формалина, добавляем к нему равный объем раствора гидроксида натрия, а затем несколько капель раствора сульфата меди (II).

• Полученную смесь осторожно нагреваем на спиртовке.

• Наблюдаем постепенное изменение окраски с образованием в итоге красного осадка.

Как с помощью свежеприготовленного гидроксида меди (II) Сu(OH)2 доказать, что из двух растворов один раствор многоатомного спирта (например, глицерин), другой — раствор альдегида (например, формалин)?

ОтветГлицерин + Сu(OH)2  ярко-синий раствор

Формалин + Сu(OH)2   смесь  осадок красного цвета Cu2O↓

Полимеризацией формальдегида получают полиформальдегид (–CH2–O–)n.

При взаимодействии формальдегида с фенолом образуется фенолоформальдегидная смола .

Изделия из фенолоформальдегидной смолы

Дополнительная информация

Полимеризация формальдегида

Полимеризация формальдегида

Поликонденсация формальдегида с фенолом — реакция образования полимера с выделением побочного низкомолекулярного продукта.

Схема процесса, протекающего в кислотной или щелочной среде:

При достаточном количестве реагентов реакция продолжается с участием всех «подвижных» атомов водорода и получением пространственного полимера, имеющего уникальные свойства (твердость, устойчивость к нагреванию, высокие диэлектрические характеристики).

Это интересно!

Муравьи для подачи сигнала тревоги выделяют два феромона: непредельный альдегид

Это интересно!

Одним из пользующихся большим спросом и дорогих пахучих веществ является мускус. Его извлекают из железы самца мускусной кабарги. Самец кабарги этим запахом привлекает самку. Непосредственный носитель запаха — мускон (I) — составляет в мускусе только около 1%. Аналогичные соотношения у еще одного пахучего природного продукта — цибета, получаемого от самцов и самок африканской цибетовой кошки. Носитель запаха — цибетон (II). Мускон и цибетон — кетоны:

Получение

Окисление спиртов

Гидратация алкинов (реакция Кучерова)

Окисление углеводородов кислородом воздуха

Изучите способы получения альдегидов и ответьте на вопрос: Какой из этих способов преимущественно используется для промышленного получения а) муравьиного альдегида, б) уксусного альдегида? Почему?

Ответ

В промышленности муравьиный альдегид преимущественно получают окислением метана, уксусный альдегид — окислением этилена. Метан и этилен — наиболее доступное сырье из всех возможных.

Это интересно!

Альдегиды получили свое название благодаря Ю. Либиху, который установил, что состав нового вещества, выделенного из продуктов окисления этилового спирта, на 2 атома водорода меньше: Alkoholdehydrogenates — «безводородный алкоголь».

Это интересно!

Метилгептилкетон, метилоктилкетон образуются при прогоркании жиров и содержатся в сыре «рокфор», кокосовом масле как продукты бактериального разложения жирных кислот.

Применение

Формальдегид HCHO

• Формалин для дезинфекции, протравливания семян, обработки кож, сохранения биологических препаратов.
• Для получения полиформальдегида, фенолоформальдегидной смолы, используемых в производстве пластмасс и композиционных материалов.
• Для получения лекарства уротропина
  (CH2)6N4. Спрессованный уротропин — сухое горючее.
• Для получения муравьиной кислоты

.

Ацетальдегид CH3CHO

• Для получения уксусной кислоты

.

• В производстве пластмасс и ацетатного волокна.

Ацетон CH3COCH3

• В качестве растворителя используется в производстве искусственного шелка, бездымного пороха, кинопленки, лаков, лекарств, эпоксидных смол.
• Исходное вещество для синтеза др. органических соединений.

Это интересно!

Запах лимона чистящим и моющим средствам придает синтетический цитраль, по химической структуре являющийся диеновым альдегидом: