Алдехиди и кетони. Формула, подготовка, приложение

Сред кислородсъдържащите органични съединения има огромно значение два класа вещества, които винаги се изучават заедно за сходство в структурата и проявените свойства. Това са алдехиди и кетони. Именно тези молекули са в основата на много химични синтези и тяхната структура е достатъчно интересна, за да бъде изучена. Нека разгледаме по-подробно какво представляват тези класове съединения.

Алдехиди и кетони: общи характеристики

От гледна точка на химията, класът на алдехидите трябва да включва органични молекули, съдържащи кислород във функционалната група -СОН, наречена карбонил. Общата формула в този случай ще изглежда така: R-COH. По своята същност те могат да бъдат както ограничаващи, така и ненаситени съединения. Също така сред тях има и ароматни представители, заедно с алифатни. Броят на въглеродните атоми в радикалната верига варира в доста широки граници, от един (формалдехид или метан) до няколко десетки.

Кетоните също съдържат карбонилна група -СО, но не е свързана с катион на водород, а с различен радикал, който е различен или идентичен с това, което влиза в веригата. Общата формула е както следва: R-CO-R ,. Очевидно е, че алдехидите и кетоните са сходни в присъствието на функционална група на този състав.

Кетоните също могат да бъдат ограничаващи и ненаситени, а проявените свойства са подобни на тясно свързания клас. Има няколко примера, илюстриращи състава на молекулите и отразяващи приетите означения на формулите на разглежданите вещества.

1. Алдехиди: метан-НС1, бутанал-СН3-СН2-СН2-СОН, фенилоцетат - С6Н5-СН2-СОН.
2. Кетони: ацетон или диметилкетон - СНз-СО-СНЗ, метил етил кетон - СНз-СО-С2Н5 и други.
   

Очевидно е, че името на тези съединения се формира по два начина:

• съгласно рационалната номенклатура съгласно радикалите и суфикса на класа-al (за алдехиди) и -он (за кетони);
• тривиално, исторически.

Ако дадете обща формула за двата класа вещества, ще стане ясно, че те са изомери един на друг: C _n H _2n O. За себе си са характерни следните видове изомеризъм:

• за кетони, структурата на въглеводородната верига на радикала и позицията на -СО групата;
• за алдехиди - само разположението на атомите във веригата.

  

За да се направи разграничение между представители на двата класа, използвайте качествени реакции повечето от които ни позволяват да идентифицираме алдехид. Тъй като химическата активност на тези вещества е малко по-висока, поради наличието на водород катион.

Молекулна структура

Помислете как алдехидите и кетоните изглеждат в пространството. Структурата на техните молекули може да бъде отразена в няколко точки.

1. Въглеродният атом, директно включен във функционалната група, има sp2 хибридизация, която позволява на част от молекулата да има плоска пространствена форма.
2. В този случай, полярността на С = О връзката е силна. Като по-електроотрицателен, кислородът поема по-голямата част от своята плътност, концентрирайки частично отрицателен заряд върху себе си.
3. В алдехидите ОН връзката е също силно поляризирана, което прави мобилния водороден атом.

В резултат се оказва, че такава структура на молекулите позволява въпросните съединения да бъдат окислени и редуцирани. Формулата на алдехида и кетона с преразпределена електронна плътност дава възможност да се предскажат реакционните продукти, в които тези вещества участват.

История на откриването и изследването

Като много органични съединения едва през ХІХ в. хората успяват да изолират и изучат алдехиди и кетони, когато виталистичните възгледи се разрушават напълно и става ясно, че тези съединения могат да се образуват чрез синтетични, изкуствени средства, без участието на живи същества.

Въпреки това, през 1661 г. Р. Бойл успява да получи ацетон (диметил кетон), когато подлага на нагряване калциев ацетат. Но той не можеше да изучи тази материя в детайли и да го нарече, да определи системната позиция сред останалите. Едва през 1852 г. Уилямсън успява да сложи край на този въпрос, след което започва историята на детайлното развитие и натрупване на знания за карбонилни съединения.

Физични свойства

Помислете за физическите свойства на алдехидите и кетоните. Да започнем с първото.

1. Според състоянието на агрегация, първият представител е метан, следващите единадесет са течности, повече от 12 въглеродни атома са част от твърдите алдехиди с нормална структура.
2. Точка на кипене: зависи от броя на атомите С, колкото повече са те, толкова е по-висока. Освен това, колкото по-разклонена е веригата, толкова по-ниска е температурата.
3. За течните алдехиди вискозитетът, плътността и рефракционните индекси също зависят от броя на атомите. Колкото повече от тях, така и те са по-високи.
4. Газообразни и течни алдехиди се разтварят във вода много добре, но твърдите вещества практически не могат да го направят.
5. Мирисът на представителите е много приятен, често е аромат на цветя, парфюм, плодове. Само тези алдехиди, в които броят на въглеродните атоми е 1-5, са силно и неприятно миришещи течности.

Ако посочите свойствата на кетоните, можете да изберете и основните.

1. Съставните състояния: по-ниските представители са течности, по-масивните са твърди съединения.
2. Миризмата е остра, неприятна за всички представители.
3. Разтворимостта във водата е добра за по-ниските, отлична за всички в органични разтворители.
4. Летливите вещества, този индикатор превишава този на киселини, алкохоли.
5. Точката на кипене и точката на топене зависят от структурата на молекулата, варира значително от броя на въглеродните атоми във веригата.

Това са основните свойства на разглежданите съединения, които принадлежат към групата на физическите.

Химични свойства

Най-важното нещо е това, с което реагират алдехидите и кетоните, химичните свойства на тези съединения. Ето защо ги считаме за задължителни. Първо се занимавайте с алдехиди.

1. Окисляване до съответните карбоксилни киселини. Общ изглед на уравнението на реакцията: R-COH + [О] = R-СООН. Ароматичните представители още по-лесно влизат в такива взаимодействия и могат да формират в резултат естери от индустриално значение. Като окислители се използват следните вещества: кислород, Tollens реагент, меден (II) хидроксид и др.
2. Алдехидите се проявяват като силни редуциращи агенти, като се превръщат в ограничаващи монохидратни алкохоли.
3. Взаимодействие с алкохоли за образуване на продукти от ацетали и хемиацетали.
4. Специални реакции - поликондензация. В резултат се образуват фенолформалдехидни смоли, които са важни за химическата промишленост.
5. Няколко специфични реакции със следните реагенти:

• водно-алкохолен алкал;
• Реагент на Grignard;
• хидросулфити и други.

Качествена реакция на този клас вещества е реакцията на „сребърното огледало”. В резултат на това образува метално редуцирано сребро и съответната карбоксилна киселина. Необходим е разтвор на амоняк от сребърен оксид или реагент на Tollins.

Химични свойства на кетони

Алкохолите, алдехидите, кетоните са сходни по своите свойства на съединенията, тъй като всички те съдържат кислород. Въпреки това, вече на етапа на окисление става ясно, че алкохолите са най-активните и лесно възприемчиви съединения. Кетоните са най-трудни за окисляване.

1. Оксидиращи свойства. В резултат се образуват вторични алкохоли.
2. Хидрогенирането също води до споменатите по-горе продукти.
3. Кето-енолната тавтомерия е специфично специфично свойство на кетоните да приемат бета формата.
4. Реакции на алдоловата кондензация с образуването на бета-кетоспиртов.
5. Също така кетоните могат да взаимодействат с:

• амоняк;
• циановодородна киселина ;
• хидросулфит;
• хидразин;
• ортосилициева киселина.

Очевидно реакциите на такива взаимодействия са много сложни, особено тези, които са специфични. Това са всички основни характеристики, които показват алдехидите и кетоните. Химичните свойства са в основата на много синтези на важни съединения. Следователно, да се знае естеството на молекулите и техния характер по време на взаимодействията е изключително необходимо в промишлените процеси.

Алдехидни и кетонни реакции

Вече прегледахме тези реакции, но не им дадохме такова име. Всички взаимодействия могат да бъдат приписани на добавянето, в резултат на което карбонилната група показва активност. Или по-скоро, мобилен водороден атом. Ето защо в тази област приоритет имат алдехидите, поради по-добрата им реактивност.

Какви вещества са възможни реакции на алдехиди и кетони за нуклеофилно заместване? Това е:

1. Образуват се хидроцианова киселина, цианхидрини - суровината при синтеза на аминокиселини.
2. Амоняк, амини.
3. Алкохоли.
4. Вода.
5. Натриев хидросулфат.
6. Grignard реагент.
7. Тиоли и др.

Тези реакции са от голямо индустриално значение, тъй като продуктите се използват в различни области на човешката дейност.

Начини за получаване

Съществуват няколко основни метода, чрез които се синтезират алдехиди и кетони. Получаването в лабораторията и промишлеността може да бъде изразено по следните начини.

1. Най-често срещаният метод, включително в лабораториите, е окислението на съответните алкохоли: първично до алдехиди, вторично на представители на кетони. Хромати, медни йони, калиев перманганат могат да действат като окислител. Общ изглед на реакцията: R-OH + Cu (KMnO4) = R-COH.
2. В промишлеността често се използва методът, основан на окислението на алкени - оксосинтеза. Основният агент е синтетичен газ, смес от СО2 + Н2. Резултатът е алдехид с голям брой атоми на въглерод от веригата. R = RR + СО2 + Н2 = RRR-COH.
3. Окисление на алкени чрез озон - озонолиза. Резултатът също предполага алдехид, но освен това, кетонът също е в сместа. Ако продуктите са психически свързани, отстраняват кислород, става ясно какво е взето от оригиналния алкен.
4. Кучерова реакция - хидратиране на алкини. Задължителен агент - живачни соли. Един от промишлените методи за синтез на алдехиди и кетони. R2RR + Hg2 + + H20 = RR-COH.
5. Хидролиза на дихалогенни производни на въглеводороди.
6. Редукция на карбоксилни киселини, амиди, нитрили, киселинни хлориди, естери. В резултат се образуват и алдехид, и кетон.
7. Пиролиза на карбоксилни смеси върху метални оксидни катализатори. Сместа трябва да се изпари. Долната линия е елиминирането между молекулите на въглеродния диоксид и водата. Резултатът е алдехид или кетон.

Ароматни алдехиди и кетони се приготвят по други начини, тъй като тези съединения имат ароматен радикал (например фенил).

1. Според Friedel-Crafts: в изходните реактиви има ароматен въглеводород и дихалоген-заместен кетон. Катализатор - ALCL ₃ . Резултатът е ароматен алдехид или кетон. Друго име за процеса е ацилиране.
2. Окисляване на толуен от различни агенти.
3. Възстановяване на ароматни карбоксилни киселини.

Разбира се, промишлеността се опитва да използва тези методи, при които суровините са възможно най-евтини и катализаторите са по-малко токсични. За синтеза на алдехиди е окислението на алкените с кислород.

Индустриални приложения и значение

Употребата на алдехиди и кетони се извършва в такива отрасли като:

• фармацевтични продукти;
• химичен синтез;
• медицина;
• парфюмерийна зона;
• хранителна промишленост;
• производство на бои и лакове;
• синтез на пластмаси, тъкани и др.

Можете да обозначите повече от една област, защото годишно само формалдехид се синтезира приблизително 6 милиона тона годишно! Неговият 40% разтвор се нарича формалин и се използва за съхранение на анатомични обекти. Той също така отива при производството на лекарства, антисептици и полимери.

Оцетен алдехид, или етанал, също и масово произведен продукт. Годишното потребление в света е около 4 млн. Тона, което е в основата на много химични синтези, при които се формират важни продукти. Например:

• оцетна киселина и нейния анхидрид;
• целулозен ацетат;
• лекарства;
• бутадиен - основа на каучук;
• етилов алкохол ;
• ацетатни влакна.

Ароматните алдехиди и кетони са неразделна част от много вкусове, както хранителни, така и парфюмни. Повечето от тях имат много приятни цветни, цитрусови, билкови аромати. Това ви позволява да произвеждате на тяхна основа:

• освежители за въздух от различни видове;
• тоалетна и парфюмна вода;
• различни почистващи препарати и детергенти.

Някои от тях са ароматизирани хранителни добавки, разрешени за консумация. Тяхното естествено съдържание в етерични масла, плодове и смоли доказва възможността за такава употреба.

Индивидуални представители

Такъв алдехид, като цитрал, е течност с висок вискозитет и силен аромат на лимон. В природата се съдържа в етеричните масла на последния. Също така в състава на евкалипт, сорго, кебап.

Добре известни области на приложението му:

• педиатрия - понижаване на вътречерепното налягане;
• нормализиране на кръвното налягане при възрастни;
• компонент на лекарството за органите на зрението;
• част от много аромати;
• противовъзпалително и антисептично;
• суровини за синтез на ретинол;
• ароматизатор за хранителни цели.