План урока:

Строение альдегидов и кетонов 

Классификация альдегидов и кетонов

Номенклатура альдегидов и кетонов

Гомологический ряд альдегидов и кетонов

Изомерия альдегидов и кетонов

Способы получения альдегидов и кетонов

Физические свойства альдегидов и кетонов

Химические свойства альдегидов и кетонов

Применение альдегидов и кетонов

Приятный цветочный запах духов, аромат ванильных булочек, корицы и фруктов кроются в альдегидах и кетонах. Жидкость для снятия лака и строительные растворители также производят из карбонильных соединений. Без альдегидов и кетонов невозможно представить жизнь человека.

Карбонильные соединения – молекулы, содержащие карбонильную группу С=О. Они состоят из двух классов– альдегидов (R-CHO) и кетонов (R-CO-R’).

Общая формула гомологического ряд карбонильных соединений: C_nH_2nO.

Строение альдегидов и кетонов

Для карбонильных (входящих в состав функциональной группы альдегидов или кетонов)углеродных атомов характерна sp²-гибридизация. Все σ-связи располагаются под углом 120˚.

Кислородный атом более электроотрицателен, поэтому связь С=О поляризована. Он стягивает на себя электронную плотность, поэтому на кислороде образуется частично отрицательный заряд δ^-, а на углероде из функциональной группы – частично положительный заряд δ⁺.

Классификация альдегидов и кетонов

В классификации заключено отличительное строение молекулы. В основе одной из классификаций лежит строение радикала.

Также альдегиды и кетоны можно классифицировать по количеству карбонильных групп.

Номенклатура альдегидов и кетонов

В соответствии с систематической номенклатурой в альдегидах добавляется суффикс «-аль» (например, метанАЛЬ), а в кетонах –«-он» (например, метанОН).

Алгоритм составления названия

• Нахождение главной углеродной цепи.
• Нумерация главной цепи, начиная с углеродного атома функциональной группы.
• Название углеводородного радикала.
• Если в молекуле присутствует альдегидная группа, то к названию прибавляется суффикс -аль. Если в соединении есть одна кетонная группа, то к названию прибавляется суффикс -он, а есть кетонных группы две, то к названию прибавляется суффикс -дион.

Гомологический ряд альдегидов и кетонов

Ряд альдегидов начинается с соединения с одним углеродным атомом – с метаналя. Он содержится во многих природных объектах, например, в деревьях. Характерный запах новой мебели – это запах метаналя, который при больших концентрациях опасен для здоровья человека и животных.

Гомологический ряд кетонов начинается с пропанона. Это соединение широко известен как хороший растворитель. Ацетон характеризуется резким характерным запахом.

Изомерия карбонильных соединений

Для карбонильных соединений свойственна как структурная, так и пространственная изомерия. Пространственная изомерия включает оптическую и цис-транс. Оптическая изомерия возможна при наличии ассиметричного атома углерода в молекуле, а цис-транс-изомерия – при наличии кратной связи.

Цис-транс-изомерия альдегидов.

Оптическая изомерия альдегида.

Структурная изомерия альдегидов

Структурная изомерия кетонов

Способы получения альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения можно получить несколькими способами.

Окисление спиртов

Окисление протекает при нагревании. Альдегиды получают с помощью реакций окисления первичных спиртов, а кетоны – вторичных.

Дегидрирование спиртов

Реакция заключается в пропускании спиртовых паров над медью.

Взаимодействие алкинов с водой, или реакция Кучерова

Для проведения реакции необходим катализатор в виде соли ртути (II).

Гидролиз дигалогенпроизводных алканов

В ходе щелочного гидролиза образуется диол, содержащий две гидроксильные группы –ОН у одного атома углерода. Эта структура неустойчива, поэтому быстро образуется в альдегид или кетон.

Пиролиз солей карбоновых кислот

Для проведения данной реакции необходимо нагревание и наличие двухвалентных металлов. В результате образуются кетоны и карбонаты.

Кумольный метод получения пропанона

В промышленности пропанон, или более известный как ацетон, получают с помощью каталитического окисления кумола. Синтез пропанона проходит в два этапа.

Физические свойства альдегидов и кетонов

У соединений этого класса атомы не могут формировать водородные связи. Эта особенность отражается в низких температурах плавления и кипения, по сравнению со спиртами. У кетонов температура плавления и кипения немного выше, чем у альдегидов.

Существование в виде характерно только для формальдегида. Альдегиды с двумя-пятью и кетоны с тремя-четырьмя углеродными атомами – жидкости. Агрегатное состояние высших соединений – твердое. Низшие карбонильные молекулы растворимы в воде, а по мере увеличения углеродной цепи эта способность падает. Все альдегиды и кетоны хорошо растворимы в органических растворителях.

Особенность представителей класса заключается в особенных ароматах. Низшие альдегиды и кетоны отличаются резким запахом, средние имеют неприятный запах, а высшие обладают цветочными ароматами. Альдегиды опасны при вдыхании, т.к. поражают слизистые, а также оказывают негативное влияние на нервную систему.

Формальдегид – опасный для здоровья бесцветный газ. Его можно отличить по резкому запаху. Формальдегид относится к группе веществ раздражающего или слезоточивого действия. Водный раствор 40-% формальдегида – формалин, который обладает дезинфицирующим эффектом и используется для хранения биологических объектов.

Ацетальдегид – бесцветная жидкость с низкой температурой кипения в 21˚С. Обладает запахом зеленой листвы. Негативно влияет на организм человека и животных.

Некоторые альдегиды люди используют как источник витаминов. Например, в пиродоксале содержится витамин В₆.

Некоторые насекомые в качестве защиты используют сильные запахи, в состав которых входят альдегиды. Эти соединения оказывают раздражающее действие.

Химические свойства альдегидов и кетонов

Реакции определяются наличием группы С=О, которая создает активное вещество. Для альдегидов свойственна большая реакционная способность по сравнению с кетонами.

Реакции присоединения

Данные реакции проходят по двойной связи.

• Взаимодействие с водородом

Гидрирование альдегидов приводит к образованию первичных спиртов, а кетонов – вторичных.

• Взаимодействие с водой

Гидратация возможна только для формальдегида и уксусного альдегида. В результате гидратации формальдегида синтезируется гидратная форма, которая существует только при низких температурах.

• Присоединение спиртов

При взаимодействии спиртов и альдегидов образуются полуацетали, которые существуют только при низких температурах. Реакции протекает при участии катализатора – кислоты или щелочи.

При реакции полуацеталя с еще одной молекулы спирта в присутствии протона Н⁺полуацетальный гидроксил замещается на алкоксильную группу и образуется ацеталь.

• Присоединение циановодородной кислоты

Окисление

Альдегиды легко поддаются окислению. Кетоны окисляются только при участии сильных окислителей и при высоких температурах.

• Окисление гидроксидом меди (II)

Для данной реакции требуется свежеприготовленный гидроксид меди (II). Характерная черта реакции – образование краснокирпичного осадка оксида меди (I)Cu₂O.

• Окисление аммиачным раствором оксида серебра

Особенность данной реакции заключается в том, что на стенках пробирки образуется небольшой слой металлического серебра («серебряное зеркало»).

Упрощенная форма уравнения:

• Жесткое окисление

Окислителями могут быть перманганаты и соединения хрома (VI).

Кетоны подвергаются окислению только под действием перманганатов и дихроматов при нагревании.

• Горение (полное окисление)

Реакции замещения

При взаимодействии с галогенами образуется галогензамещенный (у ближайшего к функциональной группе атома углерода) альдегид или кетон.

Поликонденсация

Формальдегид может реагировать с фенолом при наличии катализатора – кислоты или щелочи.

Полимеризация

Реакция полимеризации возможна для легких альдегидов.

Применение альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения широко применяются во многих отраслях. Им характерна высокая реакционная активность.

Формальдегид применяется для получения пластмасс, формальдегидных смол, а также в производстве лекарств и продуктов органического синтеза и в обработке кож в кожевенной промышленности. При взаимодействии формальдегида и аммиака образуется уротропин – мочегонный препарат. Иногда прессованный уротропин используют как сухое горючее.

Ацетальдегид используется в получении уксусной кислоты, уксусного ангидрида, этилацетата и др.

Ацетон применяется в лакокрасочной промышленности, в производстве ацетатного шелка, пироксилина (бездымного пороха), киноплёнки.

Метаналь в основном используют для получения формальдегидной смолы, которая применяется в производстве пластмасс, клея, лаков.

Ванилин – альдегид, который используют в пищевой промышленности (в особенности при изготовлении выпечки) и парфюмерии. Он имеет характерный сладкий запах.

Цитраль – альдегид с цитрусовым ароматом. Его применяют в качестве отдушки моющих средств и косметики. Цитраль также входит в состав организмов муравьев. Он используется в медицине для понижения давления, а также для изготовления препаратов улучшающих зрение, антисептиков и антибактериальных средств.

Бензальдегид содержится в эфирных маслах и обладает запахом горького миндаля. Он в виде гликозида содержится в семенах миндаля, косточках вишни, абрикоса и персика.