Aldehid elégetése. Az aldehidek fizikai és kémiai tulajdonságai. Az aldehidek izomerek egy másik vegyületcsoporthoz, a ketonokhoz.

Aldehidek olyan vegyületek, amelyek molekulái hidrogénatomhoz kapcsolódó karbonilcsoportot tartalmaznak, azaz. az aldehidek általános képlete így írható fel

ahol R jelentése szénhidrogéncsoport, amely különböző telítettségi fokú lehet, például telített vagy aromás.

A –CHO csoportot aldehidnek nevezik.

Ketonok – olyan szerves vegyületek, amelyek molekulái két szénhidrogén gyökhöz kapcsolódó karbonilcsoportot tartalmaznak. A ketonok általános képlete a következőképpen írható fel:

ahol R és R' szénhidrogéncsoportot jelent, például telített (alkil) vagy aromás csoportot.

Aldehidek és ketonok hidrogénezése

Az aldehidek és ketonok hidrogénnel redukálhatók katalizátorok jelenlétében és hevítéssel primer és szekunder alkoholokká, rendre:

Aldehid oxidáció

Az aldehidek könnyen oxidálhatók még olyan enyhe oxidálószerekkel is, mint a réz-hidroxid és az ezüst-oxid ammóniaoldata.

A réz-hidroxidot és az aldehidet hevítve a reakcióelegy kezdeti kék színe eltűnik, és téglavörös réz-oxid csapadék képződik:

Az ezüst-oxid ammóniaoldatával végzett reakció során maga a karbonsav helyett ammóniumsója képződik, mivel az oldatban lévő ammónia savakkal reagál:

A ketonok nem lépnek reakcióba réz(II)-hidroxiddal és ezüst-oxid ammóniás oldatával. Emiatt ezek a reakciók minőségiek az aldehidekre. Így az ezüst-oxid ammóniaoldatával történő reakció, ha helyesen hajtják végre, jellegzetes ezüsttükör képződéséhez vezet a reakcióedény belső felületén.

Nyilvánvaló, hogy ha az enyhe oxidálószerek képesek oxidálni az aldehideket, akkor az erősebb oxidálószerek, például a kálium-permanganát vagy a kálium-dikromát természetesen képesek erre. Ha ezeket az oxidálószereket savak jelenlétében alkalmazzák, karbonsavak képződnek:

A karbonsavak kémiai tulajdonságai

Karbonsavak egy vagy több karboxilcsoportot tartalmazó szénhidrogén-származékok.

KarboxilcsoportokV:

Amint látható, a karboxilcsoport egy –C(O)- karbonilcsoportból áll, amely egy –OH hidroxilcsoporthoz kapcsolódik.

Tekintettel arra, hogy a negatív induktív hatású karbonilcsoport közvetlenül kapcsolódik a hidroxilcsoporthoz, az O-H kötés polárisabb, mint az alkoholokban és a fenolokban. Emiatt a karbonsavak észrevehetően kifejezettebb savas tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az alkoholok és fenolok. Vizes oldatokban a gyenge savak tulajdonságait mutatják, pl. reverzibilisen disszociál hidrogénkationokra (H+) és savmaradékok anionjaira:

Sóképződési reakciók

Sók képzése során a karbonsavak reakcióba lépnek:

1) fémek hidrogénre a tevékenységsorokban:

2) ammónia

3) bázikus és amfoter oxidok:

4) bázikus és amfoter fémhidroxidok:

5) gyengébb savak sói - karbonátok és bikarbonátok, szulfidok és hidroszulfidok, magasabb (a molekulában nagy számú szénatomot tartalmazó) savak sói:

Egyes savak és sóik szisztematikus és triviális neveit a következő táblázat tartalmazza:

Emlékeztetni kell az ellenkezőjére is: az erős ásványi savak kiszorítják a karbonsavakat sóikból, mint gyengébbeket:

Az OH-csoportot érintő reakciók

A karbonsavak észterezési reakcióba lépnek egy- és többértékű alkoholokkal erős szervetlen savak jelenlétében, ami észterek képződését eredményezi:

Az ilyen típusú reakciók reverzibilisek, ezért az egyensúlyi állapot észterképződés felé történő eltolásához úgy kell végrehajtani, hogy hevítés közben az illékonyabb észtert leszorítsák.

Az észterezési reakció fordítottját észterhidrolízisnek nevezzük:

Ez a reakció lúgok jelenlétében visszafordíthatatlanul megy végbe, mivel a keletkező sav reakcióba lép a fém-hidroxiddal és sót képez:

Hidrogénatomok szubsztitúciós reakciói szénhidrogén szubsztituensben

Ha karbonátokat klórral vagy brómmal reagáltatunk vörös foszfor jelenlétében, hevítéskor az α-szénatomon lévő hidrogénatomokat halogénatomokra cserélik:

Magasabb halogén/sav arány esetén mélyebb klórozás léphet fel:

A karboxilcsoport lebontási reakciói (dekarboxilezés)

A hangyasav speciális kémiai tulajdonságai

A hangyasav molekula kis mérete ellenére két funkciós csoportot tartalmaz:

Ebben a tekintetben nemcsak a savak, hanem az aldehidek tulajdonságait is mutatja:

Tömény kénsavnak kitéve a hangyasav vízzé és szén-monoxiddá bomlik.

Az aldehidek olyan szerves anyagok, amelyek a -SON funkciós csoportot tartalmazó karbonilvegyületekhez tartoznak, amelyeket karbonilcsoportnak neveznek.

A szénhidrogénváz természetétől függően az aldehidmolekulák telítettek, telítetlenek és aromásak. Molekuláik halogénatomokat vagy további funkciós csoportokat is tartalmazhatnak. A telített aldehidek általános képlete: C n H 2 n O. Az IUPAC-nómenklatúrának megfelelően nevük -al utótaggal végződik.

Az aldehidek oxidációja azért fontos az iparban, mert meglehetősen könnyen karbonsavakká alakulnak. Ebben az esetben a réz-hidroxid, az ezüst-oxid vagy akár a levegő oxigénje is szolgálhat oxidálószerként.

A karbonilcsoport szerkezete

A C=O csoportba tartozó kettős kötés elektronszerkezetét egy σ- és egy másik π-kötés kialakulása jellemzi. A C atom sp 2 hibridizációs állapotban van, a molekula lapos szerkezetű, a kötések közötti kötésszögek körülbelül 120 0. A kettős kötés közötti különbség ebben a funkciós csoportban az, hogy egy szénatom és egy nagyon elektronegatív oxigénatom között helyezkedik el. Ennek eredményeként az elektronok az O atomhoz vonzódnak, ami azt jelenti, hogy ez a kötés nagyon erősen polarizált.

Egy ilyen polarizált kettős kötés tartalma az aldehidcsoportban az aldehidek magas reakcióképességének fő okának nevezhető. Az aldehidek esetében a legjellemzőbb reakció az atomok vagy csoportjaik hozzáadása a C=O kötéshez. És a legegyszerűbb reakció a nukleofil addíció. Az aldehidekre jellemzőek azok a reakciók is, amelyekben az aldehidek funkciós csoportjából H atomok vesznek részt. A C=O csoport elektronvonó hatása miatt a kötés polaritása megnő. Ez az oka annak, hogy az aldehidek viszonylag könnyen oxidálódnak.

Az aldehidek egyéni képviselői

Formaldehid (formaldehid vagy metanol) A CH 2 O egy nagyon szúrós szagú gáz halmazállapotú anyag, amelyet általában úgy nyernek, hogy metanolgőz és levegő keverékét forró réz- vagy ezüsthálón vezetik át. 40%-os vizes oldatát formalinnak nevezik. A formaldehid könnyen reagál, amelyek közül sok számos fontos anyag ipari szintézisének alapja. Pentaeritrit, számos gyógyhatású anyag, különféle színezékek előállítására, bőr cserzésére, fertőtlenítőként és dezodorként is használják. A formaldehid meglehetősen mérgező, maximálisan megengedett koncentrációja a levegőben 0,001 mg/l.

Acetaldehid (acetaldehid, etanal) A CH 3 COH színtelen, fullasztó szagú folyadék, amely vízzel hígítva gyümölcsös aromát kap. Az acetaldehid az aldehidek összes alapvető tulajdonságával rendelkezik. Az acetaldehid oxidációja során hatalmas mennyiségű ecetsav és ecetsavanhidrid keletkezik, amelyek különféle gyógyszereket jelentenek.

Akrolein (propenál) CH 2 =CH-SON, a legegyszerűbb telítetlen aldehid színtelen, erősen illékony folyadék. Gőzei erősen irritálják a szem nyálkahártyáját és a felső légutakat. Nagyon mérgező, maximálisan megengedett koncentrációja a levegőben 0,7 mg/m 3. A propenál bizonyos polimerek szintézisének köztes terméke, és bizonyos gyógyszerek előállításához szükséges.

A benzaldehid (benzoaldehid) C 6 H 5 COH színtelen folyadék, amelynek aromái a tárolás során sárgára színeződnek. A levegő gyorsan benzoesavvá oxidálja. Növényi illóolajokban (neroli, pacsuli) és glükozid formájában - a keserűmandula, cseresznye, sárgabarack és őszibarack magjában található. Aromás anyagként az illatszeriparban, élelmiszeresszenciák összetevőjeként, valamint egyéb aromás anyagok (fahéjaldehid, jázminaldehid) szintézisének alapanyagaként használják.

Ezüsttükör reakció

Az aldehidek ezüst-oxiddal történő oxidációja a legjellemzőbb minőségi reakció a funkciós csoport megfelelő formájára. Ez a reakció a kémcső falán lévő vékony ezüst bevonatról kapta a nevét, amely a reakció során képződik.

Lényege az R-СОН aldehid és az ezüst(I)-oxid ammóniaoldatának kölcsönhatásában rejlik, amely egy oldható OH komplex vegyület, és Tollens-reagensnek nevezik. A reakciót a víz forráspontjához közeli hőmérsékleten (80-100 °C) hajtjuk végre. Ebben az esetben az aldehidek a megfelelő karbonsavakká oxidálódnak, az oxidálószer pedig fémes ezüstté redukálódik, amely kicsapódik.

Reagensek előkészítése

Az aldehidekben lévő -SON csoport minőségi meghatározásához először egy ezüstkomplex vegyületet készítenek. Ehhez öntsünk egy kémcsőbe kevés ammónia (ammónium-hidroxid) vizes oldatot, majd egy kis mennyiségű ezüst-nitrátot. Ebben az esetben a keletkező ezüst-oxid csapadék azonnal eltűnik:

2AgNO 3 + 2NH 3 + H 2 O -> Ag 2 O↓ + 2NH 4 NO 3

Ag 2 O + 4NΗ 3 + Η 2 O -> 2ОΗ

Megbízhatóbb eredményeket ad a lúg hozzáadásával előállított Tollens-reagens. Ehhez 1 g AgNO 3 -ot feloldunk 10 g desztillált vízben, és azonos térfogatú tömény nátrium-hidroxidot adunk hozzá. Ennek eredményeként Ag 2 O csapadék képződik, amely tömény ammónium-hidroxid oldat hozzáadásakor eltűnik. A reakcióhoz csak frissen elkészített reagenst szabad használni.

Reakció mechanizmus

Az ezüsttükör reakciója a következő egyenletnek felel meg:

2OΗ + HCOΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + H 2 O

Érdemes megjegyezni, hogy az aldehidek esetében ezt a kölcsönhatást nem vizsgálták kellőképpen. Ennek a reakciónak a mechanizmusa nem ismert, de az oxidáció gyökös vagy ionos változatát feltételezik. A diamin-ezüst-hidroxiddal az addíció nagy valószínűséggel ezüst-diol-sót képez, amelyből az ezüst lehasad, és karbonsav keletkezik.

A sikeres kísérlethez rendkívül fontos a használt edények tisztasága. Ennek az az oka, hogy a kísérlet során keletkező ezüstkolloid részecskéknek hozzá kell tapadniuk az üveg felületéhez, tükörfelület kialakítása. A legkisebb szennyeződés jelenlétében szürke, pelyhes üledék formájában hullik ki.

A tartály tisztításához lúgos oldatokat kell használni. Tehát ezekre a célokra NaOH-oldatot vehet, amelyet nagy mennyiségű desztillált vízzel le kell mosni. Az üveg felületén nem lehet zsír vagy mechanikai részecskék.

Oxidálás réz-hidroxiddal

Az aldehidek réz(II)-hidroxiddal való oxidációs reakciója is meglehetősen látványos és hatékony a funkciós csoport típusának meghatározásában. A reakcióelegy forráspontjának megfelelő hőmérsékleten fordul elő. Ebben az esetben az aldehidek a Fehling-reagens (frissen készített Cu(OH) 2 ammóniaoldat) összetételében lévő kétértékű rezet egyértékű rézsé redukálják. Maguk is oxidálódnak egy oxigénatomnak a C-H kötésbe való bejutása miatt (a C oxidációs állapota +1-ről +3-ra változik).

A reakció előrehaladása vizuálisan követhető az oldatkeverék színének változásával. A réz-hidroxid kékes csapadéka fokozatosan sárgává válik, ami megfelel a réz-hidroxidnak és a Cu 2 O élénkvörös csapadékának további megjelenésének.

Ez a folyamat megfelel a reakcióegyenletnek:

R-SON + Cu 2+ + NaOH + H 2 O -> R-COONa + Cu 2 O + 4H +

Jones-reagens akciója

Érdemes megjegyezni, hogy ez a reagens az aldehideken működik a legjobban. Ebben az esetben az oxidáció nem igényel melegítést, és 0-20 ° C hőmérsékleten történik meglehetősen rövid ideig, és a termékek hozama több mint 80%. A Jones-reagens fő hátránya, hogy nincs nagy szelektivitása más funkciós csoportokkal szemben, és emellett a savas környezet néha izomerizációhoz vagy pusztuláshoz vezet.

A Jones-reagens króm(VI)-oxid híg acetonban készült oldata. Nátrium-dikromátból is előállítható. Amikor az aldehideket oxidálják, e reagens hatására karbonsavak keletkeznek.

Ipari oxidáció oxigénnel

Az acetaldehid oxidációja az iparban oxigénnek való kitettséggel történik katalizátorok - kobalt vagy mangán ionok - jelenlétében. Először perecetsav képződik:

CH 3 -SON + O 2 -> CH 3 -COOON

Ez viszont kölcsönhatásba lép az acetaldehid második molekulájával, és egy peroxidvegyületen keresztül két ecetsavmolekulát hoz létre:

CH 3 -COOON + CH 3 -SON -> 2CH 3 -COOH

Az oxidációt 60-70 °C hőmérsékleten és 2·10 5 Pa nyomáson végezzük.

Kölcsönhatás jódoldattal

Az aldehidcsoportok oxidálására néha lúg jelenlétében jódoldatot használnak. Ez a reagens különösen fontos a szénhidrátok oxidációjának folyamatában, mivel nagyon szelektíven hat. Tehát a hatása alatt a D-glükóz D-glükonsavvá alakul.

A jód lúgok jelenlétében hipojodidot képez (nagyon erős oxidálószer): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + H 2 O.

A hipojodid hatására a formaldehid metánsavvá alakul: ΗСОΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + H 2 O.

Az aldehidek jóddal történő oxidációját az analitikai kémia alkalmazza az oldatok mennyiségi tartalmának meghatározására.

Oxidálás szelén-dioxiddal

A korábbi reagensekkel ellentétben a szelén-dioxid hatására az aldehidek dikarbonilvegyületekké alakulnak, a formaldehidből pedig glioxál képződik. Ha a karbonilcsoport mellett metilén- vagy metilcsoportok találhatók, ezek karbonilcsoportokká alakíthatók. A SeO2 oldószereként általában dioxánt, etanolt vagy xilolt használnak.

Az egyik módszer szerint a reakciót egy háromnyakú lombikban hajtják végre, amely keverővel, hőmérővel és visszafolyató hűtővel van összekötve. A kiindulási anyaghoz 0,25 mol mennyiségben 0,25 mol szelén-dioxid 180 ml dioxánnal készült oldatát, valamint 12 ml H 2 O-t csepegtetünk. A hőmérséklet nem haladhatja meg a 20 °C-ot. ha szükséges, hűtsük le a lombikot). Ezt követően állandó keverés mellett az oldatot 6 órán át forraljuk. Ezután a forró oldatot szűrjük a szelén elválasztására, és a csapadékot dioxánnal mossuk. Az oldószer vákuumdesztillálása után a maradékot frakcionáljuk. A főfrakciót széles hőmérsékleti tartományban (20-30 °C) választják ki és ismét rektifikálják.

Aldehidek autooxidációja

Szobahőmérsékleten a légköri oxigén hatására az aldehidek oxidációja nagyon lassan megy végbe. E reakciók fő termékei a megfelelő karbonsavak. Az autooxidációs mechanizmus hasonló az etanál ipari oxidációjához ecetsavvá. Az egyik köztes termék egy persav, amely reakcióba lép egy másik aldehid molekulával.

Tekintettel arra, hogy ezt a fajta reakciót fény, peroxidok és nyomokban nehézfémek gyorsítják, arra a következtetésre lehet jutni, hogy gyökös mechanizmusa van. A vizes oldatokban lévő formaldehid sokkal rosszabb, mint társai, mivel levegővel oxidálódik, mivel hidratált metilénglikol formájában van jelen benne.

Aldehidek oxidációja kálium-permanganáttal

Ez a reakció a legsikeresebben Vizuálisan megy végbe, előrehaladása a kálium-permanganát oldat intenzitásvesztése és a rózsaszín szín teljes elszíneződése alapján értékelhető. A reakció szobahőmérsékleten és normál nyomáson megy végbe, így nem igényel különleges körülményeket. Elegendő 2 ml formaldehidet és 1 ml kénsavval megsavanyított anyagot a kémcsőbe önteni.

5CH 3 -SON + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5CH 3 -COOH + 2 MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Ha ugyanezt a reakciót emelt hőmérsékleten hajtják végre, akkor a metanol könnyen szén-dioxiddá oxidálódik:

5CH 3 -SON + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5CO 2 + 4 MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11 H 2 O

Az aldehidek és ketonok jellemzője a karbonilcsoport jelenléte a molekulában. Az aldehidekben a karbonilcsoport egy hidrogénatomhoz és egy szénhidrogéncsoporthoz kapcsolódik. Minden aldehid tartalmaz egy csoportot

aldehid csoportnak nevezzük.

Az aldehidek általános képlete:

Egy aldehid molekula kettővel kevesebb hidrogénatomot tartalmaz, mint a megfelelő alkoholmolekula

azaz az aldehid egy dehidrogénezett (oxidált) alkohol. Innen származik az „aldehid” elnevezés – két rövidített latin alkohol dehydrogenatus (dehidrogénezett alkohol) szó kombinációjából.

A telített aldehidek és ketonok összképlete megegyezik

Nomenklatúra és izoméria. Az aldehidek neve azon telített savak nevéből származik, amelyekké az oxidáció során átalakulnak. Ez azzal magyarázható, hogy sok savat korábban fedeztek fel és neveztek el, mint a megfelelő aldehideket.

A legegyszerűbb aldehidek neve és képlete az alábbiakban található:

Az aldehidek nevének a genfi ​​nómenklatúra szerinti összeállításához az al végződést hozzá kell adni az azonos szénatomszámú szénhidrogén nevéhez. Bonyolult esetekben az aldehidcsoport helyzetét egy szám jelzi, amely e vég után kerül:

Az aldehidek izomériája a szénhidrogén gyök szénatomjainak izomériájának köszönhető:

A racionális nómenklatúra szerint a ketonok nevei a molekulájukban lévő gyökök nevéből származnak, a végződés keton hozzáadásával, például:

Néhány ketonnak történelmi neve van, például a dimetil-ketont acetonnak hívják.

A genfi ​​nómenklatúra szerint a ketonokat úgy nevezik el, hogy a megfelelő szénhidrogén nevéhez a he végződést adják. Elágazó ketonlánc esetén a szénatomok számozása attól a végtől kezdődik, amelyikhez az elágazás a legközelebb van (a szénhidrogének számozási szabályai szerint). Hely

A karbonilcsoportot elfoglalt kifejezést a névben egy diphro jelzi a vége után, például:

Fizikai tulajdonságok. Az aldehidek homológ sorozatának első tagja a hangyaldehid – egy gáz; a folyadék átlagos képviselői; A magasabb aldehidek szilárd anyagok. Az alsóbbrendű aldehidek szúrós szagúak és jól keverednek vízzel. A közepes aldehidek mérsékelten oldódnak vízben; a magasabb aldehidek oldhatatlanok. Minden aldehid jól oldódik alkoholban és éterben.

Az alsó ketonok jellegzetes szagú folyadékok, amelyek könnyen keverednek vízzel. A magasabb ketonok szilárd anyagok. Minden keton jól oldódik alkoholban és éterben.

Aldehidek és ketonok kémiai reakciói. Az aldehidek és ketonok rendkívül reakcióképes szerves anyagok. Sok reakciójuk hő és nyomás nélkül megy végbe. Az aldehidekre és ketonokra különösen jellemzőek azok a reakciók, amelyek karbonilcsoport részvételével mennek végbe. Vannak azonban eltérések az aldehidek és ketonok reakcióiban. Általában az aldehidek reaktívabbak, mint a ketonok.

Addíciós reakciók: Az aldehidek és ketonok karbonilcsoportjához számos különböző anyag csatlakozhat. Ebben az esetben a karbonilcsoport oxigén- és szénatomját összekötő kötések egyike megszakad, és a reagens egy része hozzáadódik a keletkező szabad vegyértékekhez. Ha az összekötő anyag hidrogént tartalmaz, akkor az utóbbi mindig a karbonil-oxigén felé irányul; a karbonilcsoport hidroxilcsoporttá alakul:

Elektronikus szempontból az aldehidekben és ketonokban lévő karbonil-oxigénnek ez a reakcióképes tulajdonsága azzal magyarázható, hogy a karbonilcsoport szén- és oxigénatomja között kötést képező elektronfelhők az oxigénatom felé tolódnak el, mivel az utóbbi erősebben vonzza az elektronokat, mint a szénatom Ennek eredményeként a kettős kötés erősen polarizált:

Különféle anyagok adnak hozzá egy polarizált kettős kötést egy adott irányban. Nézzünk meg néhány, az aldehidekre és ketonokra jellemző addíciós reakciót.

Hidrociánsav hozzáadása A hidrogén-cianid molekulában a kötés is polarizált, ezért az oxigénatomhoz a pozitív töltésű hidrogén, a szénatomhoz pedig a csoport adódik:

A keletkező vegyületeket ciangiorinoknak (vagy oxinitrileknek) nevezik, és vegyes funkciójú vegyületek (hidroxil- és cianocsoportokat egyaránt tartalmaznak), amelyek kiindulási anyagként szolgálnak különböző szerves vegyületek szintéziséhez.

Nátrium-hidrogén-szulfit (savas nátrium-szulfid) hozzáadása

A keletkező vegyületek (biszulfitvegyületek) kristályos anyagok. A laboratóriumi gyakorlatban aldehidek és ketonok tiszta állapotban történő elkülönítésére használják más anyagokkal való keverékeikből, mivel könnyen lebomlanak, amikor

szódával vagy híg savakkal forralva az eredeti aldehideket és ketonokat képezik.

Az aldehidek és ketonok karbonilcsoportjához fémorganikus vegyületek hozzáadását a 165. oldalon tárgyaljuk.

Az aldehidek és ketonok redukciója egy hidrogénmolekula karbonilcsoporthoz való hozzáadásának reakciójának tekinthető. Az aldehidek redukálásakor primer alkoholok, ketonok redukálásakor szekunder alkoholok képződnek:

Az aldehidek és ketonok sorozatában végbemenő szubsztitúciós reakciók a karbonilcsoport oxigénjének más atomokkal vagy gyökökkel való helyettesítéséhez vezetnek.

A foszfor-pentahalid hatása. Ha például foszfor-pentakloridnak teszik ki, a karbonil-oxigént két klóratom helyettesíti, és dihalogénezett szénhidrogén képződik:

Ezek a dihalogenid vegyületek vízzel reagálva ismét képesek az eredeti aldehidek és ketonok előállítására.

A hidroxil-amin hatása. Amikor a hidroxil-amin aldehidekre és ketonokra hat, aldoximok és ketoximok képződnek (a hidroxil-amin ammóniának tekinthető, amelyben egy hidrogénatomot hidroxil helyettesít):

A keletkező oximok a legtöbb esetben kristályos anyagok, és az aldehidek és ketonok tiszta formájukban történő felnyitására és izolálására szolgálnak.

Oxidációs reakciók. Az aldehideket különféle oxidálószerek könnyen oxidálják, karbonsavakká alakulva:

Például az aldehidek könnyen eltávolítják az oxigént egyes fémek oxidjaiból. Ezen a tulajdonságon alapul az úgynevezett ezüsttükörreakció. Ez abban rejlik, hogy amikor az aldehidet ezüst-oxid ammóniás oldatával hevítik, az aldehid savvá oxidálódik, és az ezüst-oxid fémezüstté redukálódik:

A fémezüst az edény falára telepszik, és fényes tükörfelületet képez.

A ketonok sokkal nehezebben oxidálódnak. Csak nagyon erőteljes oxidáció esetén szakad meg a szénláncuk, és két sav keletkezik, pl.

Olyan reakciók, amelyekben a hidrogénatom a karbonilcsoporthoz képest -helyzetben van.

Halogének hatása. A karbonilcsoport a waldehidekben és ketonokban erősen befolyásolja a karbonilcsoporttal szomszédos szénatomon elhelyezkedő hidrogénatomok mobilitását. Például, ha az aldehideket vagy ketonokat brómnak vagy klórnak teszik ki, könnyen helyettesítik a hidrogénatomokat a - pozícióban:

Az aldehidek vagy ketonok karbonilcsoportjához -pozícióba került halogénatomok szintén nagyon nagy reakciókészséggel rendelkeznek.

Kondenzációs reakciók. A kondenzációs reakciók olyan tömörítési reakciók, amelyek során új szén-szén kötések jönnek létre. A kondenzációs reakciók egyszerű molekulák (víz, ammónia, hidrogén-klorid stb.) felszabadulása nélkül, vagy azok felszabadulásával is létrejöhetnek.

Az aldehidek könnyen kondenzációs reakciókon mennek keresztül. Így például egy acetaldehid molekula kis mennyiségű híg lúg hatására hidegben kondenzálódik ugyanazon aldehid másik molekulájával:

A keletkező, aldehid- és alkoholcsoportokat tartalmazó vegyületet aldolnak (az aldehid-alkohol rövidítése), a fenti reakciót aldolkondenzációnak nevezzük. Amint a reakcióegyenletből látható, az aldol kondenzációja a karbonilcsoporthoz -helyzetben lévő mozgó hidrogénatom miatt következik be.

Kissé eltérő körülmények között kondenzáció léphet fel új szén-szén kettős kötés kialakulásával:

A keletkező vegyületet krotonaldehidnek, a reakciót krotonkondenzációnak nevezik.

A ketongok kondenzációs reakciókra is képesek, amelyek valamivel bonyolultabbak, mint az aldehidek esetében.

Az aldehidek jellemző reakciói. Az aldehidekre, mint a ketonoknál reaktívabb vegyületekre a következő reakciók is jellemzőek:

Észterek képződése. Ha egy aldehidhez kis mennyiségű alumínium-alkoxidot adunk, akkor heves reakció megy végbe, amelyben az egyik aldehidmolekula oxidációja egy másik aldehidmolekula redukciója miatt következik be, és észter képződik:

Ezt a reakciót Tiscsenko-reakciónak nevezik, az azt felfedező orosz tudós után.

Acetálok képződése. Ha az aldehideket alkoholokkal hevítik kis mennyiségű ásványi sav jelenlétében, a következő reakció megy végbe:

A kapott vegyületet acetálnak nevezik, és olyan, mint egy instabil kétértékű alkohol étere:

Az acetálképződés reakciója reverzibilis. Savak jelenlétében hidrolizálva az acetálok könnyen lebomlanak, és kiindulási aldehidekké és alkoholokká alakulnak. 4

Polimerizáció. Az aldehidek lineáris vagy ciklikus polimereket képezhetnek, és mindkét esetben az aldehidmolekulák maradékai atomon keresztül kapcsolódnak egymáshoz

Az ásványi savakat olyan anyagokként használják, amelyek felgyorsítják az aldehidek polimerizációs folyamatát. Hevítéskor a ciklikus polimerek az eredeti aldehidek molekuláira hasadnak.

Megszerzési módszerek. Alkoholok oxidációja. Mint már tudjuk, a primer alkoholok oxidációja során aldehidek, a szekunder alkoholok oxidációja során pedig ketonok keletkeznek. Az oxidációt különféle oxidálószerekkel végezhetjük, például kálium-bikromátot savas környezetben vagy levegő oxigénjét katalizátorok - platina, réz stb. - jelenlétében. Mindkét esetben a reakció a következő séma szerint megy végbe:

Előállítás dihalogénezett szénhidrogénekből. Ha mindkét halogénatom ugyanazon a szénatomon található, akkor az ilyen halogénszármazékokat vízzel vagy jobb esetben lúggal hevítve aldehidek vagy ketonok képződnek:

A víz hatása az acetilén szénhidrogénekre (Kucherov-reakció). Ha víz hat az acetilénre kétértékű higanysók jelenlétében, acetaldehid keletkezik:

Az acetilén homológjai ilyen körülmények között ketonokat képeznek:

Oxoszintézis. Az oxoszintézis egy eljárás oxigéntartalmú szerves vegyületek előállítására telítetlen szénhidrogének szén-monoxiddal és hidrogénnel való reagáltatásával emelt hőmérsékleten, kobaltkatalizátor jelenlétében és nyomás alatt. Ez az eljárás olyan aldehideket állít elő, amelyek eggyel több szénatomot tartalmaznak, mint az eredeti olefin:

Hangya-aldehid (formaldehid) Színtelen, éles, sajátos szagú gáz; vízben oldódik. A formaldehid vizes oldatát, amely formaldehidet tartalmaz oldatban, formalinnak nevezzük. Amikor az oldatot elpárologtatjuk, a formaldehid polimerizálódik, és kis molekulatömegű polioximetilének (paraformaldehid) szilárd keverékét képezi, amely savak hatására ismét formaldehidet ad.

A formaldehid az aldehidek homológ sorozatának első tagja. Az általános képletben

a formaldehid alkilcsoport helyett hidrogénatomot tartalmaz. Ezért a formaldehid egyes kémiai tulajdonságai élesen eltérnek a sorozat többi aldehidének tulajdonságaitól. így például a lúgok hatására a formaldehid, eltérően más zsíraldehidektől, amelyek lúgoktól gyantás jellegűek, metil-alkoholt és hangyasav sót képez;

Ebben a reakcióban az egyik formaldehidmolekula alkohollá redukálódik, a másik pedig savvá oxidálódik.

A formaldehidet hatalmas mennyiségben használják fenol-formaldehid, karbamid és más szintetikus polimerek előállítására. A formaldehid nagy molekulatömegű polimerje, a poliformaldehid kivételesen értékes tulajdonságokkal rendelkezik (327. o.).

Jelentős mennyiségű formaldehidet használnak az izoprén (2-metil-butadién-1,3) - a szintetikus gumi kiindulási anyagának - előállításához.

Az izoprén formaldehidből és izobutilénből történő előállításának folyamata két lépésben történik a következő séma szerint:

Az eljárás második szakasza 200-220 °C-on megy végbe foszforsav-származékok katalizátorként történő jelenlétében.

A formaldehid kiindulási anyagként szolgál színezékek, gyógyszerek, szintetikus gumi, robbanóanyagok és sok más szerves vegyület előállításához. A formaldehid mérgező, és már kis koncentrációban is irritálja a nyálkahártyákat.

A formalin (a formaldehid vizes oldata) meglehetősen széles körben használatos antiszeptikus (fertőtlenítő) szerként. Érdekes, hogy a füst tartósító hatását élelmiszerek (hal, hús) elszívásakor a formaldehid erős fertőtlenítő hatása magyarázza, amely az üzemanyag tökéletlen égése eredményeként képződik, és kis mennyiségben a füstben található.

A formaldehid előállításának egyik ipari módszere a metanol katalitikus oxidációja. A metanol gázfázisban oxidálódik légköri oxigénnel 500-600 °C-on:

Katalizátorként inert porózus hordozóra vagy fémháló formájában lerakott fémes rezet vagy ezüstöt használnak. (A közelmúltban elkezdték használni a hatékonyabb vas-oxid-molibdént

katalizátor.) Az oxidációs reakciót elősegítő folyamat hőmérsékletének csökkentése és a formaldehid hozam növelése érdekében 10-12% vizet adnak a metanolhoz.

ábrán. A 15. ábra a formaldehid metanol oxidációjával történő előállításának sematikus diagramját mutatja.

A 2. elpárologtató a metanolt az 1-es mérőből, a tisztított levegőt pedig a 4-es fúvón keresztül fogadja. Az elpárologtatóban a folyékony metanol elpárolog és levegővel keveredik, aminek eredményeként a keverékben metanolt tartalmazó gőz-levegő keverék képződik. A 100 °C-ra melegített gőz-levegő keverék belép a 6 érintkező berendezésbe, amelyben a metanol oxidációja

Rizs. 15. Formaldehid előállításának sémája metanolos oxidációval: 1 - mérőtartály; 2 - elpárologtató; 3 - szűrő; 4 - fúvó; 5 - fűtőtest; 6 - érintkező eszköz; 7 - hűtőszekrény; 8, 10 - abszorberek; 9 - közbenső hűtőszekrény.

A reakciótermékeket a 7-es hűtőszekrénybe küldjük, ahol 100-130 °C-ra hűtjük. Ezután a 8-as és 10-es abszorberekbe kerülnek, amelyekben a képződött formaldehidet a 10-es abszorberből származó, vízzel öntözött formaldehid híg oldatával öntözzük. Így a kapott formaldehid 37,6% formaldehidet és körülbelül 10% metanolt tartalmazó vizes oldat formájában hagyja el az abszorbert. A formaldehid hozama körülbelül 80%. A 10 abszorberből kilépő gázok nitrogént (körülbelül 70%), hidrogént (körülbelül 20%) és kis mennyiségű metánt, oxigént, szén-monoxidot és szén-dioxidot tartalmaznak.

A közelmúltban ipari alkalmazást nyert a formaldehid szintézisének módszere tömény metán légköri oxigénnel való nem teljes oxidációjával:

A katalizátor nitrogén-oxidok. (Az oxidációt körülbelül 600 °C hőmérsékleten végezzük.

Acetaldehid (acetaldehid) CH3-CHO. Színtelen, szúrós szagú, vízben jól oldódó folyadék; ütemben. kip. +21°С. Savak hatására könnyen polimerizálódik ciklikus polimerekké - paraldehid (folyékony) és metaldehid (szilárd).

Az acetaldehid a legfontosabb kiindulási vegyület ecetsav, szintetikus polimerek, gyógyászati ​​vegyületek és sok más anyag előállításához.

Az iparban az acetaldehid előállítására a következő módszereket alkalmazzák a legszélesebb körben:

1. Acetilén közvetlen hidratálása vízgőzzel folyékony higanykatalizátorok jelenlétében (a Kucserov-reakció szerint).

3. Etilén közvetlen oxidációja légköri oxigénnel folyékony palládiumkatalizátorok jelenlétében.

Az acetilén hidratálását higanykatalizátorok jelenlétében úgy hajtják végre, hogy 90-100 °C-os vízgőzzel kevert acetilént egy katalizátorral, az úgynevezett „kontakt” savval (higany-szulfát kénsavas oldata) töltött hidratálóba vezetnek. ). A fémes higany is folyamatosan vagy időszakosan belép a hidratálóba, és a kénsavval higany-szulfátot képez. Acetilén és vízgőz keveréke buborékol át a savrétegen; Ebben az esetben acetilén-hidrátok és acetaldehid képződnek. A hidratálóból kilépő gőz-gáz keveréket kondenzálják, és a leválasztott acetaldehidet elválasztják a szennyeződésektől. Az acetaldehid hozama (acetilént számolva) eléri a 95%-ot.

Az acetilén hidratálásakor nem higany katalizátorok jelenlétében az acetilént nitrogénnel hígítják, vízgőzzel keverik, és a keletkező gőz-gáz keveréket magas hőmérsékleten nem higany katalizátoron, például cink-oxidokon, kobalton vezetik át. , króm vagy más fémek. A gőz-gáz keverék katalizátorral való érintkezésének időtartama a másodperc töredéke, ennek eredményeként nem lépnek fel mellékreakciók, ami az acetaldehid hozamának növekedéséhez és a tiszta termékhez vezet.

Egy nagyon ígéretes ipari módszer az acetaldehid előállítására az etilén közvetlen oxidációja légköri oxigénnel folyékony palládiumkatalizátorok jelenlétében:

A reakció a fentinél sokkal bonyolultabb séma szerint megy végbe, és számos melléktermék képződik. Az eljárást csőreaktorokban, körülbelül 120 °C hőmérsékleten és nyomáson hajtják végre.

Aceton (dimetil-keton) Színtelen, jellegzetes szagú folyadék, vízben jól oldódik, hőm. kip. 56,1 °C.

Az aceton számos szerves anyag kiváló oldószere, ezért széles körben használják különféle iparágakban (műrostgyártás, gyógyszeripar stb.). Az acetont különféle szerves vegyületek szintézisére is használják.

A. E. Favorsky izoprént állított elő acetonból és acetilénből. A reakció három szakaszban megy végbe:

Az aceton előállításának fő ipari módszere az, hogy azt izopropil-benzolból fenollal egyidejűleg állítják elő (234. o.).

Az aceton egy részét izopropil-alkohol oxidatív dehidrogénezésével vagy dehidrogénezésével nyerik.

Az izopropil-alkohol oxidatív dehidrogénezése ezüstkatalizátoron végezhető 450-500 °C-on:

Melléktermékként szén-dioxid, propilén és ecetsav keletkezik. Ez az eljárás folyékony fázisban is végrehajtható légköri nyomáson és körülbelül 150 °C hőmérsékleten:

A kapott hidrogén-peroxidot különféle szintézisekhez használják fel, például akroleinből glicerint állítanak elő (96. o.).

Az izopropil-alkohol dehidrogénezését gőzfázisban, 350-400 °C-on, rézkatalizátor jelenlétében hajtják végre:

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– olyan szerves vegyületek, amelyek 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.

(a legegyszerűbb aldehid esetében R=H)

Az aldehidek osztályozása

A szénhidrogén gyök szerkezete szerint:

Határ; Például:

Korlátlan; Például:

aromás; Például:

aliciklusos; Például:

A telített aldehidek általános képlete

Homológ sorozatok, izoméria, nómenklatúra

Az aldehidek izomerek egy másik vegyületcsoporthoz, a ketonokhoz.

Például:

Az aldehidek és ketonok ˃C=O karbonilcsoportot tartalmaznak, ezért karbonilvegyületeknek nevezik őket.

Aldehid molekulák elektronikus szerkezete

Az aldehidcsoport szénatomja sp 2 hibridizációs állapotban van, ezért ebben a csoportban minden σ kötés ugyanabban a síkban helyezkedik el. A π kötést alkotó p elektronok felhői merőlegesek erre a síkra, és könnyen eltolódnak az elektronegatívabb oxigénatom felé. Ezért a C=O kettős kötés (ellentétben az alkének C=C kettős kötésével) erősen polarizált.

Fizikai tulajdonságok

Kémiai tulajdonságok

Az aldehidek reaktív vegyületek, amelyek számos reakción mennek keresztül. Az aldehidekre leginkább jellemző:

a) addíciós reakciók a karbonilcsoportnál; A HX típusú reagenseket a következőképpen kell hozzáadni:

b) az aldehidcsoport C-H kötésének oxidációs reakciói, amelyek karbonsavak képződését eredményezik:

I. Addíciós reakciók

1. Hidrogénezés (primer alkoholok képződnek

2. Alkoholok hozzáadása (félacetálok és acetálok képződnek)

Feleslegben lévő alkoholban HCl jelenlétében a félacetálok acetálokká alakulnak:

II. Oxidációs reakciók

1. Az „ezüsttükör” reakció

Egyszerűsített:

Ez a reakció kvalitatív reakció az aldehidcsoportra (a reakcióedény falán fémes ezüst tükörbevonat képződik).

2. Reakció réz(II)-hidroxiddal

Ez a reakció egyben kvalitatív reakció is az y aldehidcsoportra (vörös Cu 2 O csapadék válik ki).

A formaldehidet különféle O-tartalmú oxidálószerek oxidálják, először hangyasavvá, majd H 2 CO 3-má (CO 2 + H 2 O):

III. Di-, tri- és polimerizációs reakciók

1. Aldol kondenzáció

2. Az acetaldehid trimerizálása

3. Formaldehid polimerizációja

A formaldehid (40%-os formaldehid vizes oldata) hosszú távú tárolása során polimerizáció megy végbe benne fehér paraform csapadék képződésével:

IV. Formaldehid polikondenzációs reakciója fenollal