Альдегіди і карбонові кислоти
Альдегіди
Ми знаємо, що спирти легко окиснюються. При їх повному окисненні (горінні) утворюються оксид вуглецю (IV) і вода. Під впливом різних окисників спирти здатні окиснюватися до більш цінних органічних речовин, зокрема альдегідів. Так, найпростіший за складом мурашиний альдегід добувають окисненням метилового спирту:
Продукт реакції утворюється внаслідок відщеплення двох атомів водню від молекули спирту. Звідси і походить назва "альдегід", що означає продукт дегідрування спирту, або дегідрований спирт -- спирт без водню.
Будова і фізичні властивості. Ми ознайомились із структурною формулою мурашиного альдегіду. Відомості про найпростіші речовини цього ряду сполук, наведені у таблиці, засвідчують, що всі вони мають подібну будову.
Гемологічний ряд альдегідів
Молекулярна формула |
Скорочена структурна формула |
Назва альдегіду |
Температура кипіння |
СН2О |
Мурашиний (формальдегід, або метаналь) |
-- 19 | |
С2Н4О |
Оцтовий (ацетальдегід, або етаналь |
20 | |
С3Н6О |
Пропюновий (пропаналь) |
49 | |
С4Н80 |
Масляний (бутаналь) |
79 | |
С5Н10О |
Валеріановий (пентаналь) |
103 |
Альдегідами називають органічні речовини, молекули яких містять функціональну групу атомів, сполучену з вуглеводневим радикалом
Загальна формула речовин цього класу у якій R -- атом водню (у випадку з мурашиним альдегідом) або вуглеводневий радикал. Група атомів С=О називається карбонільною групою, або карбонілом. Модель молекули формальдегіду зображено на малюнку.
Альдегіди відрізняються від кетонів, у яких карбонільна група сполучена з двома вуглеводневими радикалами. Загальна формула кетонів R - C - R
З наведених вище загальних формул видно, що альдегіди є продуктами окиснення первинних, а кетони -- вторинних спиртів. Найпростішим важливим представником кетонів є ацетон Н3С -- С -- СН3, безбарвна рідина з характерним запахом.
Як розчинник він використовується у побуті, а також при виробництві лаків, каучуків, бездимного пороху. Є вихідною сировиною для добування багатьох лікарських препаратів.
Мал. Масштабна модель Мал. Схема утворення молекули формальдегіду. р-зв'язку в карбонільній групі альдегідів.
Особливості електронної будови альдегідів зумовлені наявністю в їхніх молекулах карбонільної групи, атом вуглецю якої перебуває у стані sp2-гібридизації. Так, у мурашиному альдегіді три орбіталі атома вуглецю витрачаються на утворення у-зв'язків із двома атомами водню і атомом кисню. Ці зв'язки, як і в молекулі етилену, лежать в одній площині під кутом 1200. Орбіталь негібридизованого р-електрона атома вуглецю розміщена перпендикулярно до площини у-зв'язку. Атом кисню однією орбіталлю зв'язаний з атомом вуглецю (зв'язок С-О), другою р-орбіталлю, яка розміщена перпендикуляр 110 Д° першої, утворює з р-орбіталлю вуглецю р-зв'язок.
Електронна густина у й р-зв'язків карбонільної групи (головним чином р-зв'язку, рухливішого за д-зв'язок) зміщена від вуглецю до кисню як більш електронегативного атома, внаслідок чого на атомі вуглецю виникає частковий позитивний заряд, на атомі кисню -- частковий негативний:
На відміну від етиленового подвійного зв'язку С=С з рівномірним розподілом електронної густини між атомами вуглецю подвійний зв'язок С=О в молекулах альдегідів полярний, що й зумовлює високу реакційну здатність речовин цього класу.
За номенклатурою, що історично склалась, назви альдегідів походять від назв тих кислот, на які вони перетворюються при окисненні: наприклад мурашиний альдегід або формальдегід, -- від мурашиної кислоти, оцтовий альдегід, або ацетальдегід, -- від оцтової кислоти і т. д. За систематичною номенклатурою назви альдегідів утворюють додаванням суфікса - аль до назв відповідних насичених вуглеводнів, похідними яких можна вважати альдегіди.
Як видно з наведених у таблиці 5 властивостей альдегідів, перший член ряду -- мурашиний альдегід -- газ, наступні гомологи -- рідини, вищі альдегіди -- тверді речовини. Мурашиний та оцтовий альдегіди мають різкий задушливий запах, добре розчинні у воді. Водний розчин з масовою часткою формальдегіду 40 % називається формаліном.
Хімічні властивості альдегідів зумовлені насамперед наявністю в їхніх молекулах карбонільної групи.
Реакції приєднання можливі внаслідок розриву подвійного зв'язку карбонільної групи. Приєднання водню, що відбувається при пропусканні суміші формальдегіду і водню над нагрітим каталізатором -- порошком нікелю, приводить до відновлення альдегіду у спирт:
Реакції окиснення Відбуваються дуже легко за місцем зв'язку С -- Н, який перебуває під впливом карбонільного атома кисню. Так, при нагріванні формальдегіду з аміачним розчином оксиду срібла Ag2O (у воді оксид срібла не розчиняється) відбувається окиснення формальдегіду у мурашину кислоту НСООН і відновлення срібла:
Срібло виділяється у вигляді тонкого дзеркального нальоту на стінках посудини. Ця реакція має назву реакції срібного дзеркала і є якісною реакцією на альдегідну групу. Вона використовується у промисловості для виробництва дзеркал.
Альдегіди відновлюють гідроксид міді (II) до гідроксиду міді (І), який далі перетворюється на оранжевий оксид міді (І). Реакція відбувається при нагріванні:
2 CuOH > Cu2O + Н2О
Цю реакцію також можна використати для виявлення альдегідів. У загальному вигляді реакцію окиснення альдегіду можна зобразити так:
Альдегіди вступають у реакції полімеризації. При довгому стоянні формаліну можна помітити утворення білого осаду полімеру формальдегіду -- параформу. Реакцію полімеризації можна зобразити схемою:
ПН2С==О > (-- Н2С -- О --)п
Чим нижча температура, тим швидше відбувається цей процес, тому формалін не слід зберігати при температурі, нижчій за 10 -- 12°С. У промисловості цю реакцію використовують для добування поліформальдегіду, вироби з якого є замінниками металевих деталей.
Окремі альдегіди, наприклад формальдегід, можуть вступати в реакцію поліконденсації з утворенням високомолекулярних сполук. Так, формальдегід за наявності каталізатора (кислоти або лугу) реагує з фенолом. Оскільки у молекулі фенолу атоми водню рухливі (особливо в положеннях 2, 4, 6), а карбонільна група альдегіду здатна до реакцій приєднання, то спочатку фенол і формальдегід взаємодіють між собою:
Сполука, що утворилася, взаємодіє далі з фенолом з виділенням молекули води:
Добутий продукт взаємодіє з наступною молекулою формальдегіду, потім з молекулою фенолу і т. д. Такий спосіб добування полімеру називається реакцією поліконденсації.
Реакція поліконденсації -- це процес утворення високомолекулярних речовин з низькомолекулярних, під час якого відщеплюється побічний продукт (найчастіше вода).
Як відомо, при полімеризації на відміну від поліконденсації побічні речовини не виділяються.
Застосування альдегідів. Внаслідок поліконденсації фенолу з формальдегідом утворюються феноло-формальдегідні смоли, з яких виготовляють пластмаси-фенопласти. Це -- найважливіші замінники кольорових і чорних металів у багатьох галузях промисловості. З них виготовляють велику кількість виробів широкого вжитку, електроізоляційні матеріали та будівельні деталі.
Формальдегід використовують звичайно у вигляді водного розчину -- формаліну. Діючи на білок, формалін робить його щільним, нерозчинним у воді і, головне, запобігає гниттю. Тому його використовують для вичинення шкур, а також для консервування анатомічних препаратів. Формалін використовують у сільському господарстві для протруювання насіння з метою знищення личинок шкідників, його застосовують також для дезинфекції приміщень, хірургічних інструментів. Взаємодією формальдегіду з аміаком добувають відому лікарську речовину уротропін.
Оцтовий альдегід застосовують головним чином для добування оцтової кислоти, а також у деяких органічних синтезах. Відновленням ацетальдегіду в деяких країнах добувають етиловий спирт.
Вищі альдегіди, які містять у молекулі від 7 до 16 атомів вуглецю, мають приємний запах і тому широко застосовуються у парфумерії.
Добування альдегідів. Загальним способом добування альдегідів є окиснення спиртів. Ми вже розглядали таку реакцію. Для ілюстрації цього способу проведемо такий дослід. Розжаримо в полум'ї спиртівки спіраль з мідної дротини й опустимо її в пробірку із спиртом. Помічаємо, що спіраль, яка вкривається при нагріванні темним нальотом оксиду міді (II), у спирті знову стає блискучою; одночасно відчуємо запах альдегіду:
На практиці як окисник використовують кисень повітря і проводять реакцію за наявності металічного каталізатора -- міді. Так, формальдегід добувають, пропускаючи через реактор із розжареною міддю суміш пари метилового спирту з повітрям. Мідь при цьому не витрачається, вона є переносником кисню повітря.
Михайло Григорович Кучеров (1850 -- 1911). Російський хімік-органік. Основні наукові роботи присвячені розвитку органічного синтезу. Відкрив (1881) реакцію каталітичної гідратації ацетилену в оцтовий альдегід за наявності солей ртуті (реакція Кучерова). Цей метод був покладений в основу промислового добування оцтового альдегіду і оцтової кислоти.
Оцтовий альдегід добувають з ацетилену. Синтез ацетальдегіду з ацетилену відкрив російський хімік М. Г. Кучеров (1881 p.). Суть його в тому, що ацетилен за наявності солей ртуті вступає в реакцію з водою (реакція гідратації):
Внаслідок розриву одного л-зв'язку приєднується молекула води і утворюється ненасичений вініловий спирт. Ця сполука нестійка і відразу ізомеризується в оцтовий альдегід.
Освоєно також спосіб прямого окиснення етилену в оцтовий альдегід за наявності хлоридів паладію і міді:
Цей спосіб вважається найперспективнішим, бо в ваш, час етилен -- доступніша і дешевша сировина для органічного синтезу, ніж ацетилен.
Похожие статьи
-
Виробництво сульфатної кислоти - Неметали та їхні сполуки
Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості - це кнтактний. Як сировина використовується пірит FeS2 (залізий, сірчаний,...
-
Властивості нітратної і фосфатної кислоти
Властивості Нітратної і Фосфатної кислоти Нітратна кислота . Чиста Нітратна кислота HNO - безбарвна рідина густиною 1,51 р/см при - 42 °С застигаюча в...
-
ВИРОБНИЦТВО СУЛЬФАТНОЇ КИСЛОТИ - Загальні відомості про елементи
Найбільш сучасний спосіб добування сульфатної кислоти у промисловості - це кнтактний. Як сировина використовується пірит FeS2 (залізий, сірчаний,...
-
Готуємо розчин НСІ з С = 0,1 моль/дм3 об'ємом 1 дм3 з фіксаналу, у відповідності з правилами, наведеними вище. Стандартизація приготовленого розчину...
-
Каталітичний крекінг - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Значно вищі октанові числа бензинів, які одержують в процесі каталітичного крекінгу (у порівнянні з термічним крекінгом), пояснюється головним чином...
-
Моносахариды - Классификация углеводов
Из шестиуглеродных моносахаридов - гексоз - важное значение имеют глюкоза, фруктоза и галактоза. Глюкоза Основные понятия . Строение молекулы. Для...
-
Химические свойства. Образование ковалентной связи по донорно-акцепторному механизму - Аммиак
1. Аммиак - основание Льюиса. Его раствор в воде (аммиачная вода, нашатырный спирт) имеет щелочную реакцию (лакмус - синий; фенолфталеин - малиновый)...
-
ПРОХОЖДЕНИЕ ЧЕРЕЗ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР - Процесс катализа
Закон Аррениуса - экспериментально установленный факт. Он утверждает, что скорость реакции возрастает с увеличением температуры для преобладающего...
-
Кореляційний і регресивний методи аналізу зв'язку
Кореляційний і регресивний Методи аналізу зв'язку Основне завдання кореляційного і регресійного методів полягає в аналізі статистичних даних для...
-
Комплексообразующие свойства тиосульфатов - Тиосульфат натрия
Тиосульфат-ион - сильный комплексообразователь, использующийся в фотографии для удаления из фотопленки невосстановленного бромида серебра: Отметим, что...
-
Алкильная составляющая с тем или иным весом входит в состав молекулы большинства органических соединений, по этой причине качество прогнозирования...
-
Електролітична дисоціація кислот - Електролітична дисоціація солей та лугів
Між атомами в молекулах кислот, наприклад, соляної HCl, сірчаної H2SO4, азотної HNO3, фосфорної H3PO4 існують полярні ковалентні зв'язки. Розглянемо...
-
Електролітична дисоціація кислот - Дисоціація
Між атомами в молекулах кислот, наприклад, соляної HCl , сірчаної H 2 SO 4 , азотної HNO 3 , фосфорної H 3 PO 4 існують полярні ковалентні зв'язки....
-
Окиснення вуглеводнів - Алкани як паливо
Взаємодія вуглеводнів з киснем супроводжується виділенням енергії. Цей процес є основою використання бензину в якості палива для двигунів внутрішнього...
-
ХИМИЧЕСКАЯ СВЯЗЬ - Неограническая химия
Задание 2.1. Для двух, указанных по варианту (табл. II.2), молекул с позиций метода валентных связей показать образование молекул и ответить на следующие...
-
Вплоть до 1980-х электронная ионизация (EI) была основным способом ионизации для анализа масс. Однако EI ограничивала химиков и биохимиков малыми...
-
Вступ - Типові неметали - галогени, їх характеристика, властивості і сполуки
До головної підгрупи VII групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва входять: Фтор F, Хлор Cl, Бром Br, Йод J та Астат At. Загальна назва цієї...
-
ВВЕДЕНИЕ - Биологическая роль каротина и каротиноидов
Исторические данные Впервые каротин был выделен в 1831 году Вакенродером из желтой репы и моркови. По имени этой последней -- Daucus carota -- он и...
-
Окиснення вуглеводнів - Алкани як паливо. Октанове та цетанове число
Взаємодія вуглеводнів з киснем супроводжується виділенням енергії. Цей процес є основою використання бензину в якості палива для двигунів внутрішнього...
-
Молекулы, радикалы и ионы - Введение в химию
Молекула - наименьшая частица вещества, определяющая его свойства, способная к самостоятельному существованию. Состоит из одинаковых или разных атомов....
-
Рис.2. Стереоизомеры хлоряблочной кислоты Если в молекуле имеется несколько (n) асимметрических центров, то в общем случае число оптических изомеров...
-
Химическая связь - Квантовые концепции в химии
Химия изучает процессы превращения молекул при воздействиях и при воздействии на них внешних факторов (теплоты, света, электрического тока, магнитного...
-
Обзор литературы - Синтез пара-нитродифенила. Теоретические основы нитрования
Нитрование - введение нитрогруппы - NO2 в молекулы органических соединений. Может проходить по электрофильному, нуклеофильному и радикальному механизмам;...
-
Каталітичний крекінг - Алкани як паливо
Значно вищі октанові числа бензинів, які одержують в процесі каталітичного крекінгу (у порівнянні з термічним крекінгом), пояснюється головним чином...
-
Термічний крекінг - Алкани як паливо
Термічний крекінг для виробництва бензину може бути визначений як ряд реакцій розкладу і конденсації, які мають місце при високих температурах. Реакції...
-
МЛЭ - один из современных и много обещающих технологических методов выращивания тонких монокристаллических полупроводниковых структур. Для осаждения...
-
Алкілування - Алкани як паливо
Другою технологічно важливою реакцією є алкілування алканів олефінами. Ізобутан при алкілуванні ізобутиленом дає ізооктан. Таким чином, цей цінний...
-
Каталітичний риформінг - Алкани як паливо
Каталітичний риформінг -- один з найважливіших нафтохімічних процесів, який застосовується для підвищення октанового числа легких дистилятів, з тим щоб...
-
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОКСИГЕНУ І СУЛЬФУРУ - Загальні відомості про елементи
Історичні відомості. Про історію відкриття кисню, молекули якого складаються з елемента Оксигену, ви довідалися ще у 8 класі. Тепер ознайомтеся з деякими...
-
Т. к. разложение цианамида кальция водой медленно протекает при обычных температурах, то им можно пользоваться как азотным удобрением, внося его в почву...
-
Одно дерево бразильской гевеи в среднем, до недавнего времени, было способно давать лишь 2-3 кг каучука в год; годовая производительность одного гектара...
-
Понятие квантовой химии - Квантовые концепции в химии
Квантовая химия - это раздел теоретической химии, в котором строение и свойства химических соединений, их взаимодействие и превращение в химических...
-
Молекулярные перегруппировки Это химические реакции, в результате которых происходит изменение взаимного расположения атомов в молекуле, места кратных...
-
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ БАРЬЕР - Процесс катализа
Все каталитические реакции - самопроизвольный процесс, т. е. протекают в направлении убыли энергии Гиббса - убыли энергии системы. Давно уже было...
-
Определение атомных масс - Великие открытия Йенса Якоба Берцелиуса
Работы Берцелиуса были направлены на определение атомных масс. Ему удалось идентифицировать атомные массы 45 химических элементов, которые в 1818 были...
-
Берцелиус, его ученики и последователи бурно оспаривали правильность работ Дюма. В немецком журнале "Annalen der Chemie und Pharmacie" появилось...
-
Генетические ряды, Номенклатура энантиомеров - Оптические изомеры и их влияние на организм человека
Вещества, различные по строению, но имеющие родственную конфигурацию у асимметрического центра, относятся к одному и тому же стереохимическому ряду(D-или...
-
Новый класс металлорганических соединений, имеющий двухслойную структуру, называется "сэндвичевые соединения". Наиболее изученным из них является...
-
Скорость реакции определяется изменением молярной концентрации одного из реагирующих веществ: V=dC/dtV. Факторы, влияющие на скорость химических...
-
Полиэлементоорганосилоксаны - Кремнийорганические полимеры
Введение атомов металлов в полимерную силоксановую цепь существенно меняет физические и химические свойства полимеров. Полиалюмофенилсилоксан и...
Альдегіди і карбонові кислоти