Документ описывает карбонильные соединения, такие как альдегиды и кетоны, их структуру, свойства и классификацию. Основное внимание уделяется реакциям, включая нуклеофильное присоединение, окисление и полимеризацию, а также методам их получения и применения в химической промышленности. Включены примеры качественных реакций для определения присутствия альдегидов и кетонов в различных системах.

1. Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)Петрова Елена АлександровнаМосковский Государственный Строительный Университет

2. Основные понятияКарбонильные соединения – это соединения, содержащие в своем составе одну или несколько карбонильных групп (C=O). К ним относятся альдегиды и кетоны. Общая формула карбонильных соединений:В зависимости от типа заместителя Х эти соединения подразделяют на:альдегиды ( Х = Н );кетоны ( Х = R, R' );карбоновые кислоты ( Х = ОН ) и их производные ( Х = ОR, NH2, NHR, Hal и т.д.).Альдегиды – органические соединения, в молекулах которых атом углерода карбонильной группы связан с атомом водорода.Кетоны – органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.

3. Классификация карбонильных соединений в зависимости от характера радикалаЦиклические

4. Ациклические

5. Предельные

6. непредельныеНоменклатура карбонильных соединенийтривиальнаясистематическаяСистематические названия строят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса-аль (для альдегидов) и –он (для кетонов). Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода.Тривиальные названия альдегидов производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окисленииуксусный альдегид (ацетальдегид)Систематические названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов (в порядке увеличения) с добавлением слова кетон.

7. Гомологический ряд альдегидов

8. Изомерия альдегидов1. Изомерия углеродного скелета, начиная с С42. Межклассовая изомерия с кетонами, начиная с С3Изомерия с циклическими оксидами (с С2)Изомерия с непредельными спиртами и простыми эфирами (с С3)

9. Изомерия кетонов1. Изомерия углеродного скелета (c C5)2. Изомерия положения карбонильной группы (c C5)3. Межклассовая изомерия (аналогично альдегидам).

10. Строение карбонильной группыСвойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной группы >C=O.Атомы углерода и кислорода в карбонильной группе находятся в состоянии sp2-гибридизации. Углерод 3 σ-связи (одна из них – связь С–О. Одна из трех sp2-орбиталей кислорода участвует в σ-связи С–О, две другие содержат неподеленнные электронные пары.Связь С=О сильно полярна. Ее дипольный момент значительно выше, чем у связи С–О в спиртах. Электроны кратной связи С=О смещены к электроотрицательному атому кислорода, что приводит к появлению на нем частичного отрицательного заряда. Карбонильный углерод приобретает частичный положительный заряд.Поэтому углерод подвергается атаке нуклеофильными реагентами, а кислород - электрофильными, в том числе Н+.

11. Физические свойства карбонильных соединенийВ молекулах альдегидов и кетонов отсутствуют атомы водорода, способные к образованию водородных связей. Поэтому их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Метаналь(формальдегид) – газ, альдегиды С2-C5 и кетоны С3-С4 – жидкости, высшие – твердые вещества. Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря образованию водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает.

12. Получение карбонильных соединений1. Окисление спиртовПервичные спирты при окислении образуют альдегидыПри окислении вторичных спиртов образуются кетоны.2. В промышлености альдегиды и кетоны получают дегидрированием спиртовпозволяет получать карбонильные соединения, в особенности альдегиды, без побочных продуктов окисления

13. 3. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)Присоединение воды к ацетилену в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию ацетальдегида:Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:4. Окисление алкенов (катализаторы - хлориды Pd и Cu)5. Кумольныйспособ получения ацетона (наряду с фенолом)

14. Химические свойства карбонильных соединенийРеакции альдегидов и кетоновприсоединение по карбонильной группеполимеризацияконденсациявосстановление и окислениеБольшинство реакций альдегидов и кетонов протекает по механизму нуклеофильного присоединения (AN) по связи С=О. Реакционная способность в этом случае уменьшается от альдегидов к кетонам:Т.к. углеводородные радикалы у группы С=О затрудняют присоединение к карбонильному атому углерода новых атомов или атомных групп;углеводородные радикалы за счет +I-эффекта уменьшают положительный заряд на карбонильном атоме углерода, что затрудняет присоединение нуклеофильного реагента.

15. Реакции присоединения по карбонильной группе1. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты HCN:2. Присоединение спиртов с образованием полуацеталейПолуацетали - соединения, в которых атом углерода связан с гидроксильной и алкоксильной (-OR) группамиВзаимодействие полуацеталя с еще одной молекулой спирта приводит к образованию ацеталя:Ацетали - соединения, в которых атом углерода связан с двумя алкоксильными (-OR) группами.

16. 3. присоединение магнийорганических соединений (реактивов Гриньяра) идет по нуклеофильному механизмуИз формальдегида получается первичный спирт, из остальных альдегидов – вторичный спирт, из кетонов – третичный4. Взаимодействие карбонильных соединений с аммиаком и его производнымиАммиак и его производные NH2X реагируют с альдегидами и кетонами в две стадии. Сначала образуются продукты нуклеофильного присоединения, которые затем вследствие неустойчивости отщепляют воду. Поэтому данный процесс в целом классифицируют как реакцию присоединения-отщепления.При взаимодействии с аммиаком образуются имины:

17. 5. Качественная реакция на альдегиды с гидроксидом меди (II)Одной из качественных реакций на альдегиды является реакция с гидроксидом меди (II). Получим гидроксид меди (II) сливанием растворов гидроксида натрия и сульфата меди (II)На стенках пробирки выделяется металлическая медь. Однако чаще в результате этой реакции образуется красный осадок оксида меди (I) 5. Качественная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотойОдной из качественных реакций, позволяющих определить присутствие альдегидов, является реакция с фуксинсернистой кислотой. В пробирку с раствором формальдегида приливаем бесцветный раствор фуксинсернистой кислоты. Постепенно появляется фиолетовое окрашивание.

18. Качественные реакции1. Замещение хлором:для качественного и количественного определения альдегидов и кетонов2. Реакция ацетона с бисульфитом натрия используется для качественного определения альдегидов и кетонов, а также для их выделения и очистки.3. Определение формальдегида в сточных водах в виде фенилгидразина в присутствии ферроцианида калия

19. Количественные реакцииКоличественное определение альдегидов и кетонов в сточных водахО количестве альдегидов и кетонов судят по количеству выделившейся HCl, которую оттитровывают щелочью в присутствии метилоранжа

20. Реакции полимеризацииПолимеризация характерна в основном для альдегидов. Например, при стоянии 40% водного раствора формальдегида (формалина), в виде белого осадка образуется полимер формальдегида с невысокой молекулярной массой - параформ

21. Реакции конденсацииКонденсация - реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета и образованию сложной молекулы. 1. Выявление ацетона в сточных водах реакцией конденсации с фурфуролом2. Конденсация с фенолами. Практическое значение имеет реакция формальдегида с фенолом (катализаторы - кислоты или основания):

22. Реакции восстановленияАльдегиды при взаимодействии с водородом в присутствии Ni-катализатора образуют первичные спирты, кетоны - вторичные: