Тема 5. Альдегіди, кетони та карбонові кислоти

Лекція 1.

Альдегіди

Визначення:

Альдегіди – це складні органічні речовини, у яких вуглеводневий радикал поєднаний з функціональною альдегідною групою – карбонільною групою:

R−C

Скорочено альдегідну групу позначають –СНО. Загальна формула насичених альдегідів С_nH₂_nO.

Гомологічний ряд альдегідів:

Формула альдегіда С_nH₂_nO	Назва за номенклатурою IUPAC	Тривіальна (історична) назва
НСНО	Метаналь	Мурашиний альдегід, формальдегід
СН₃СНО	Етаналь	Оцтовий альдегід, ацетальдегід
С₂Н₅СНО	Пропаналь	Пропіоновий альдегід
С₃Н₇СНО	Бутаналь	Масляний альдегід
С₄Н₉СНО	Пентаналь	Валеріановий альдегід

Будова:

Між атомами Карбону й Оксигену в молекулах альдегідів утворюється подвійний зв'язок.

Атом Карбону карбонільної групи перебуває у стані

Sp²-гібридизації і за рахунком Sp²-гібридизованих хмар

утворюються три ς -зв’язки, а одна π -електронна

хмара цього атома Карбону перекривається з π-орбіталлю

атома Оксигену й утворює π-зв’язок.

Оскільки атом Оксигену більш електронегативний, ніж атом Карбону, то подвійний зв’язок карбонільної групи є високо поляризованим і на атомі Оксигену є надлишок електронної густини, тобто частковий заряд δ^-, а на атомі Карбону нестача густини, тобто частковий заряд δ⁺. Алкільний радикал має електронно-донорні властивості властивості і зменшує негативний заряд Оксигену карбонільної групи. Таким чином С=О стає менш полярним і тому активність зменшується.

Фізичні властивості:

Метаналь або формальдегід – газ, наступні гомологи – рідини, а починаючи з пальмітинового С₁₆Н₃₁-СОН – тверді речовини. Метаналь і етаналь добре розчинні в воді. Метаналь – отруйна речовина.

Хімічні властивості:

1. Горіння. Альдегіди повністю окиснюються до вуглекислого газу і води.

СН₂О+О₂àCO₂+H₂O

2. Часткове окиснення. Продуктами часткового окиснення альдегідів є карбонові кислоти.

a. Альдегіди вступають у реакції окиснення з купрум(ІІ) гідроксидом, при цьому утворюється жовтий осад купрум(І) гідроксиду, що відразу розкладається на купрум(І) оксид червоного кольору і воду:

б. Реакція окиснення амоніачним розчином аргентум(І) оксиду відбувається за схемою:

Цю реакцію називають " реакцією срібного дзеркала", оскільки на стінках посуду, в якому проводять реакцію, осідає металічне срібло.

3. Приєднання. За подвійним зв'язком в альдегідній групі відбувається приєднання водню, при цьому альдегіди відновлюються до спиртів.

· СН₃СНО+Н₂àCH₃-CH₂OH (за умовою t, Ni)

4. Полімеризація та поліконденсація. Якщо сполучаються три молекули ацетальдегіду, то утворюється метальдегід, відомий як "сухий спирт":

На відміну від реакції полімеризації внаслідок реакції поліконденсації не лише утворюється полімер, а й виділяється низькомолекулярна речовина. Поліконденсацією формальдегіду і фенолу добувають цінний полімер – фенолоформальдегідну смолу.

5. Реакції заміщення:

А)

Б) СН₃-CHO + Cl₂ ^hv СН₃-COCl + HCl

Добування

1.Важливим методом добування ацетальдегіду є гідратація ацетилену за методом Кучерова Реакція відбувається за участю каталізатора – суміші сульфатної кислоти і меркурій(ІІ) сульфату та з утворенням проміжного продукту реакції:

2. каталітична дегідрогенізація первинних спиртів

3. окислення первинних спиртів

CuO, t

4. Гідроліз дігалогенопохідних

СН₃–СН₂–СН–CI₂ + HOH 2HCl + CH₃ – CH₂ – CH = O

Застосування:

А) Формальдегід

Застосовують у виробництві термореактивних пластмас, феноло – формальдегідних та сечовино – формальдегідних смол. Формальдегід є біологічно активною речовиною: під його впливом відбувається згортання (денатурація) білка. На цьому ґрунтується його (точніше його водного розчину - формаліну) застосування як засобу для дезінфекції, як дубильного засобу та консерванта для анатомічних препаратів. Формаліном називають 37 – 40% водний розчин формальдегіду, до якого як інгібітор полімеризації додають 6-15% метанолу. У медицині також використовують похідні формальдегіду – уротропін.

Б) Ацетальдегід

Найважливіші застосування оцтового альдегіду ґрунтуються на використанні його реакцій окиснення та відновлення. За допомогою першої з них добувають оцтову кислоту, за допомогою другої – етанол (у деяких країнах). Основне застосування оцтового альдегіду – добування оцтової кислоти.

Інші альдегіди в промисловості застосовують не так часто. Деякі альдегіди, які мають приємний запах, використовують у парфумерії та косметиці.

Лекція 2.

Кетони

Визначення:

Кетони - органічні речовини, в яких карбонільна група зв'язана з двома вуглеводневими радикалами

Загальна формула:

Номенклатура: Обирають найдовший ланцюг, атоми нумерують так, щоб атом Карбону карбонільної групи отримай найменший номер.

Фізичні властивості:

Ацетон – безбарвна рідина з характерним запахом і t_{кипіння}=56^оС, добре розчиняється у воді й переважній більшості органічних розчинників. Ацетон та його гомологи до С₄Н₉-С-С₄Н₉включно – рідини, далі – тверді речовини.

Хімічні властивості:

Зумовлені наявністю карбонільної групи. Завдяки цьому між атомами карбону й оксигену полярного подвійного зв’язку кетони вступають в реакції приєднання внаслідок розриву π-зв’язку карбонільної групи. Однак у молекулах кетонів, внаслідок впливу на карбонільну групу 2х вуглеводневих радикалів. Величина заряду δ⁺ на атомі карбону карбонільної групи менша, ніж у молекулі альдегіду. Тому карбонільна група кетонів хімічно значно менш активна ніж карбонільна група альдегідів.

1. приєднання водню

2. реакції окислення для кетонів протікають лише під дією дуже сильних окислювачів і супроводжуються розривом вуглецевого ланцюга. кетони не дають реакцію срібного дзеркала і не окислюються гідроксидом Купруму(ІІ).

3. OH
CH₃—CO—CH₃ + HCN CH₃ – C – CH₃

C≡N

4. OH
CH₃—CO—CH₃ + NaHSO₃ CH₃ – C – CH₃

SO₃Na

Добування кетонів

1. окислення вторинних спиртів

CuO, t

5. Гідроліз дігалогенпохідних

СН₃ – СCl₂ – CH₃ + HOH 2HCL + CH₃ – CO – CH₃

3. Дегідратація вторинних спиртів:
CH₃—CH(OH)—CH₃ CH₃—CO—CH₃ + H₂

Лекція 3.

Карбонові кислоти

Визначення:

Карбонові кислоти – це органічні сполуки, в молекулах яких міститься функціональна карбоксильна група яка пов’язана з вуглеводневим радикалом.

Загальна формула:

Закінчення «ова»

Гомологічний ряд:

Формула	Назва за ІЮПАК	Тривіальна назва
НСООН	метанова кислота	мурашина кислота
СН ₃-СООН	етанова кислота	оцтова кислота
СН _3-СН₂-СООН	пропанова кислота	пропіонова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 2}-СООН	бутанова кислота	масляна кислота
СН ₃ - (СН _{2) 3}-СООН	пентанова кислота	валеріанова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 14-СООН}	гексадекановая кислота	пальмітинова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 15-СООН}	гептадекановая кислота	маргаринова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 16-СООН}	октадекановая кислота	стеаринова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 17-СООН}	нонадекановая кислота	стеаринова кислота
СН ₃ - (СН _{2) 18-СООН}	бензолкарбоновая кислота	бензойна кислота

Будова: Атом кисню, сполучений з вуглецем подвійним зв’язком

витягує електрони до себе і Карбон набуває деякого

позитивного заряду і притягує до себе електрони від

другого атома кисню з групи –ОН, що викликає зміщення

електронної хмари зв’язку О-Н до атома кисню. Чим

більше в кислоті радикалів, там менша полярність зв’язку

ОН, а значить тим складніше кислота дисоціює, тому реактивна здатність збільшується знизу до гори.

Чим більше катіонів Н⁺ утворюється при дисоціації, тим більше кислотність.

Фізичні властивості:

До С₄ – з характерним запахом, змішується з водою у будь-яких співвідношеннях.

С₄-С₁₀ – маслянисті, неприємний запах, погано розчиняється у воді.

Вищі карбонові кислоти – тверді нерозчинні у воді, добре розчиняються у спиртах. Молекули дисоціюють і утворюють димери завдяки водневому зв’язку.

Хімічні властивості:

1. Карбонові кислоти при реакції з металами, їх оксидами або їх основними гідроксидами дають солі відповідних металів, реагують зі всіма металами до Н₂, окрім лужних:

2. Карбонові кислоти можуть витісняти більш слабку кислоту з її солі, наприклад:

^H2SO4(^к⁾

3. Карбонові кислоти в присутності кислого каталізатора реагують зі спиртами, утворюючи складні ефіри (реакція етерифікації):

4. а) З аміаком:

CH₃COOH + NH₃ CH₃COONH₄

б) При нагріванні амонійних солей карбонових кислот утворюються їх аміди:

5. Під дією карбонові кислоти перетворюються в відповідні хлорангідриди:

7. Дисоціює на йони:

CH₃COOH CH₃COO^– + H⁺

Якісні реакції:

1. CH₃COOH ^лакмус червоний

2. СH₃COOH + NaHCO₃ → CH₃COONa + H₂O + CO₂

3. 2CH₃COOH + FeCl₃ FeOH (CH₃COO)₂+ 3HCl
(темно-червоний колір)

Добування:

Подвійне окислення спиртів

+ H₂O

Cat [K₂Cr₂O₇, H⁺]

[KMnO₄, H⁺]

Окислення альдегідів

Гідроліз трігалогеналканів

Карбоксилювання металоорганічних сполук

Гідроліз складних ефірів

Водний розчин

Застосування:

Мурашина кислота застосовується як протрава для фарбування шерсті, консервант фруктових соків і силосу, використовується для дезінфекції місткостей у харчовій промисловості, у хімічних синтезах.
Оцтова кислота застосовується для добування пластмас, барвників, ліків, штучних волокон, кіноплівки в хімічних синтезах. Вона використовується як приправа до їжі, для консервації овочів. Солі оцтової кислоти використовують для фарбування тканин, а також для боротьби зі шкідниками сільського господарства.

Лекція 4.

Мурашина Кислота

Мурашина кислота (метанова кислота) НСООН являє собою рідину (t _пл.=8,3⁰С; t _кип.=100,8⁰С) з дуже різким запахом; добре розчиняється у воді і етиловому спирті; проявляє бактерицидні властивості. Солі мурашиної кислоти називаються форміатами.

Вперше мурашину кислоту було виявлено у їдких виділеннях мурах. Мурашина кислота вміщується також у кропиві.

У промисловості мурашину кислоту отримують наступним методом:

CO + NaOH → HCOONa;

HCOONa + H₂SO₄ → HCOOH + NaHSO₄.

Для мурашиної кислоти характерними є всі властивості карбонових кислот. До особливостей слід віднести виражені відновні властивості мурашиної кислоти, наприклад, реакцію срібного дзеркала:

Лекція 5.

Бензойна кислота

Бензойна кислота C₆H₅-СООН являє собою білу кристалічну речовину (t _пл.=122,3⁰С; t _кип.=249,2⁰С); погано розчиняється у воді, але добре розчиняється в органічних розчиннниках - етиловому спирті, бензолі; проявляє бактерицидні властивості.

Хімічні властивості:

1. Утворює солі