Алдехиди. Физични и химични свойства на алдехидите Химични свойства на алдехидите

ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Алдехиди– органични вещества, принадлежащи към класа на карбонилните съединения, съдържащи функционалната група –CH = O, която се нарича карбонил.

Общата формула за наситени алдехиди и кетони е C n H 2 n O. Имената на алдехидите съдържат наставката –al.

Най-простите представители на алдехидите са формалдехид (формалдехид) -CH 2 = O, ацеталдехид (оцетен алдехид) - CH 3 -CH = O. Има циклични алдехиди, например циклохексан-карбалдехид; ароматните алдехиди имат тривиални имена - бензалдехид, ванилин.

Въглеродният атом в карбонилната група е в състояние на sp 2 хибридизация и образува 3σ ​​връзки (две С-Н връзки и една С-О връзка). π връзката се образува от р електроните на въглеродните и кислородните атоми. Двойната връзка C=O е комбинация от σ и π връзки. Електронната плътност се измества към кислородния атом.

Алдехидите се характеризират с изомерия на въглеродния скелет, както и междукласова изомерия с кетони:

CH3-CH2-CH2-CH = O (бутанал);

СН3-СН (СН3)-СН = О (2-метилпентанал);

CH3-C (CH2-CH3) = О (метил етил кетон).

Химични свойства на алдехидите

Алдехидните молекули имат няколко реакционни центъра: електрофилен център (карбонилен въглероден атом), който участва в реакции на нуклеофилно присъединяване; основният център е кислороден атом с несподелени електронни двойки; α-CH киселинен център, отговорен за реакциите на кондензация; C-H връзка, разпадайки се при окислителни реакции.

1. Реакции на добавяне:

- вода с образуване на хеме-диоли

R-CH = O + H 2 O ↔ R-CH(OH)-OH;

— алкохоли с образуване на полуацетали

CH3-CH = O + C2H5OH ↔CH3-CH(OH)-O-C2H5;

— тиоли с образуване на дитиоацетали (в кисела среда)

CH3-CH = O + C2H5SH ↔ CH3-CH(SC2H5) -SC2H5 + H2O;

— натриев хидросулфит с образуването на натриеви а-хидроксисулфонати

C2H5-CH = O + NaHSO3 ↔ C2H5-CH(OH)-SO3Na;

- амини с образуване на N-заместени имини (бази на Шиф)

C 6 H 5 CH = O + H 2 NC 6 H 5 ↔ C 6 H 5 CH = NC 6 H 5 + H 2 O;

- хидразини за образуване на хидразони

CH3-CH = O + 2 HN-NH2 ↔ CH3-CH = N-NH2 + H2O;

— циановодородна киселина с образуване на нитрили

CH3-CH = O + HCN ↔ CH3-CH(N)-OH;

- възстановяване. Когато алдехидите реагират с водород, се получават първични алкохоли:

R-CH = O + H 2 → R-CH 2 -OH;

2. Окисляване

- реакция на "сребърно огледало" - окисляване на алдехиди с амонячен разтвор на сребърен оксид

R-CH = O + Ag 2 O → R-CO-OH + 2Ag↓;

- окисляване на алдехиди с меден (II) хидроксид, което води до образуването на червена утайка от меден (I) оксид

CH 3 -CH = O + 2Cu(OH) 2 → CH 3 -COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O;

Тези реакции са качествени реакции към алдехиди.

Физични свойства на алдехидите

Първи представител хомоложни серииалдехиди - формалдехид (мравчен алдехид) - газообразно вещество (n.s.), алдехиди с неразклонена структура и състав C 2 -C 12 - течности, C 13 и по-дълго - твърди вещества. Колкото повече въглеродни атоми съдържа чист алдехид, толкова по-висока е неговата точка на кипене. С увеличение молекулно теглоалдехиди, стойностите на техния вискозитет, плътност и индекс на пречупване се увеличават. Формалдехидът и ацеталдехидът могат да се смесват с вода в неограничени количества, но с нарастването на въглеводородната верига тази способност на алдехидите намалява. Нисшите алдехиди имат остра миризма.

Получаване на алдехиди

Основните методи за получаване на алдехиди:

- хидроформилиране на алкени. Тази реакция се състои от добавяне на CO и водород към алкен в присъствието на карбонили на някои метали от група VIII, например октакарбонил дикобалт (Co 2 (CO) 8).Реакцията се провежда чрез нагряване до 130 °C и налягане 300 атм

CH3-CH = CH2 + CO +H2 →CH3-CH2-CH2-CH = O + (CH3) 2 CHCH = O;

- хидратация на алкини. Взаимодействието на алкини с вода се осъществява в присъствието на живачни (II) соли и в кисела среда:

HC≡CH + H 2 O → CH 3 -CH = O;

- окисление на първични алкохоли (реакцията протича при нагряване)

CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH = O + Cu + H 2 O.

Приложение на алдехиди

Алдехидите се използват широко като суровини за синтеза на различни продукти. Така от формалдехид (мащабно производство) се получават различни смоли (фенолформалдехид и др.) и лекарства (уротропин); ацеталдехидът е суровина за синтеза на оцетна киселина, етанол, различни пиридинови производни и др. Много алдехиди (маслен, канелен и др.) се използват като съставки в парфюмерията.

Примери за решаване на проблеми

ПРИМЕР 1

ПРИМЕР 2

За определяне химична формула органична материямалка маса от него се изгаря, след което се изследват продуктите от горенето. Например при изгаряне 3,75 грполучи формалдехид 2,25 грводна пара и 5,5 грвъглероден окис (IV). Установено е, че плътността на парите на формалдехида по отношение на водорода 15 . Използвайки тези данни, намерете колко грама въглерод и водород се съдържат в 3,75 грформалдехид:

M(CO2) = 12 + 32 = 44; М = 44 g/mol
44 g CO 2 съдържа 12 g
5,5 g CO 2 "x 1

44 ÷ 5,5 = 12 ÷ x 1; x 1 = (5,5 12) / 44 = 1,5; m(C) = 1,5 g
М (Н20) = 2 + 16 = 18; М = 18 g/mol
18 g H 2 O съдържа 2 g
2,25 g H2O" x 2

18 ÷ 2,25 = 2 ÷ x 2; x 2 = (2,25 2) / 18 = 0,25; m(H) = 0,25 g

Намерете общата маса на въглерода и водорода:

X 1 + x 2 = 1,5 + 0,25 = 1,75

Тъй като за изгаряне са взети 3,75 g формалдехид, може да се изчисли масата на кислорода:

3,75 - 1,75 = 2; m(O) = 2 g

Определете най-простата формула:

C: H: O = (1,5 ÷ 12) : (0,25 ÷ 1) : (2 ÷ 16) = 0,125 : 0,25 : 0,125 = 1 : 2 : 1

Следователно най-простата формула на изследваното вещество е CH2O.
Познавайки плътността на парите на формалдехид във водород, изчислете го моларна маса:

M = 2D (H 2) = 2 15 = 30; М = 30 g/mol

Намерете моларната маса, като използвате най-простата формула:

М (СН20) = 12 + 2 + 16 = 30; M(CH2O) = 30 g/mol

Следователно молекулната формула на формалдехида е CH2O

В молекулата на формалдехида има σ връзка между въглеродните и водородните атоми и една σ и една π връзка между въглеродните и кислородните атоми.

Изомерия и номенклатура

Алдехидите се характеризират с изомерия на въглеводородния радикал. Може да има права или разклонена верига. Имената на алдехидите идват от историческите наименования на съответните органични киселини, в които те се превръщат при окисление (формалдехид, ацеталдехид, пропионалдехид и др.). Според международната номенклатура имената на алдехидите се получават от имената на съответните въглеводороди с добавяне на наставка -ал.

Най-важните представители на алдехидите.

Метанал или формалдехид*
Етанал или ацеталдехид*
Пропанал
Бутанал
2-Метилпропанал
Пентанал
хексанал

Касова бележка

IN лабораторииалдехидите се получават чрез окисление на първични алкохоли. Използва се като окислител меден (II) оксид, водороден прекиси други вещества, които могат да отделят кислород. IN общ изгледможе да се покаже така:

IN индустриясе получават алдехиди различни начини. Икономически най-изгодно е получаването метаналдиректно окисление на метан с атмосферен кислород в специален реактор.
За да се предотврати окисляването на метанала, смес от метан и въздух преминава през реакционната зона с висока скорост.
Метаналът се получава и чрез окисляване на метанол, преминавайки неговите пари заедно с въздуха през реактор с гореща медна или сребърна мрежа. Този метод обаче е по-малко икономически изгоден.
Етаналможе също да се получи чрез хидратиране на ацетилен в присъствието на живачни соли като катализатор ( реакция на М. Г. Кучеров). Тъй като в тази реакция като катализатор се използват токсични вещества - живачни соли, тогава напоследъкРазработен е нов метод за получаване на ацеталдехид: смес от етилен и въздух преминава през воден разтвор на медни, железни и паладиеви соли.

Физични свойства

Метанал- безцветен газ с остра миризма. Разтвор на метанал във вода (35 - 40%) се нарича формалин. Останалите членове на алдехидната серия са течности, докато по-високите са твърди вещества.

Химични свойства

Най-типичните реакции за алдехидите са окисление и добавяне.

1. Окислителни реакции

а)Качествената реакция към алдехидите е реакцията "Сребърно огледало". За да го направите, изсипете в чиста епруветка амонячен разтвор на сребърен (I) оксид(Ag 2 O е практически неразтворим във вода, но образува разтворимо ОН съединение с амоняк), към него се добавя разтвор на алдехид и се нагрява.
Редуцираното сребро се утаява по стените на епруветката под формата на лъскаво покритие, а алдехидът се окислява до съответната органична киселина.
б)Друга характерна реакция е окисляването на алдехидите меден (II) хидроксид. Ако към синята утайка от меден (II) хидроксид се добави разтвор на алдехид и сместа се нагрее, тогава първо се появява жълта утайка от меден (I) хидроксид, която при по-нататъшно нагряване се превръща в червен меден (I) оксид. В тази реакция окислителят е мед с окислителен номер +2 , който се редуцира до степен на окисление +1 .

2. Реакции на присъединяване

Реакциите на присъединяване се дължат на наличието на π облигации, който се чупи лесно. На мястото на неговото разкъсване се прикрепват атоми и атомни групи. Например, когато смес от метанал и водород преминава през нагрят катализатор, тя се редуцира до метанол.
По подобен начин се добавят водород и други алдехиди.

РАБОТНИ ТЕТРАДКИ

Продължение. Вижте началото в № 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 26, 28, 29, 30, 31, 32/2004

Химични свойства. Нека разгледаме поведението на алдехидите по отношение на стандартен набор от реагенти: атмосферен кислород O2, окислители [O], както и H2, H2O, алкохоли, Na, HCl.

Алдехидите се окисляват бавно от атмосферния кислород до карбоксилни киселини:

Качествена реакция към алдехиди е реакцията на "сребърно огледало".Реакцията се състои във взаимодействието на алдехида RCHO с водно-амонячен разтвор на сребърен(I) оксид, който е разтворимо комплексно съединение ОН. Реакцията се провежда при температура, близка до точката на кипене на водата (80–100 °C). В резултат на това се образува утайка от метално сребро по стените на стъклен съд (епруветка, колба) - "сребърно огледало":

Редукцията на меден (II) хидроксид до меден (I) оксид е друга характерна реакцияалдехиди. Реакцията настъпва при кипене на сместа и се състои от окисление на алдехида. По-точно, възниква въвеждането на атома [O] ​​на окислителя Cu(OH) 2 във връзката C–H на алдехидната група. В този случай степента на окисление на карбонилния въглерод (от +1 до +3) и медния атом (от +2 до +1) се променя. Когато синята утайка от Cu (OH) 2 се нагрява в смес с алдехид, синият цвят изчезва и се образува червена утайка от Cu 2 O:

Алдехидите добавят водород H 2 чрез двойна връзка C=O при нагряване в присъствието на катализатор (Ni, Pt, Pd). Реакцията е придружена от разкъсване
-връзка в карбонилната група С=О и добавянето на два Н атома на водородната молекула Н–Н в мястото на нейното разкъсване. Така алкохолите се получават от алдехиди:

Алдехиди с електрон-привличащи заместители в-позиция вода се добавя към алдехидната групас образуването на алдехидни хидрати (диоли-1,1):

За да задържи две електроотрицателни хидроксилни групи, въглеродният атом трябва да носи достатъчно положителен заряд. Създаването на допълнителен положителен заряд върху карбонилния въглерод се улеснява от три електрон-оттеглящи хлорни атома при съседния -въглерод на хлорала.

Взаимодействие на алдехиди с алкохоли. Синтез на полуацетали и ацетали. IN благоприятни условия(например: а) при нагряване с киселина или в присъствието на средства за отстраняване на водата; б) по време на вътрешномолекулна кондензация с образуването на пет- и шестчленни пръстени), алдехидите реагират с алкохоли. В този случай една молекула алкохол (продуктът е полуацетал) или две молекули алкохол (продуктът е ацетал) могат да бъдат добавени към една молекула алдехид:

Не се добавят алдехидиНС1 чрез двойна връзка C=O. Също и алдехиди не реагирайтес Na, т.е. Алдехидният водород от –CHO групата няма забележими киселинни свойства.

Приложение на алдехидивъз основа на тяхната висока реактивност. Алдехидите се използват като изходни и междинни съединения при синтеза на вещества с полезни свойства от други класове.
За производството се използва формалдехид HCHO - безцветен газ с остра миризма полимерни материали. Вещества с подвижни Н атоми в молекулата (обикновено с C–H или N–H връзки, но не и O–H) се свързват с формалдехид CH 2 O, както следва:

Ако молекулата на изходното вещество има два или повече подвижни протона (фенолът C 6 H 5 OH има три такива протона), тогава реакцията с формалдехид произвежда полимер. Например с фенол - фенолформалдехидна смола:

По същия начин, урея с формалдехид произвежда урея-формалдехидни смоли:

Формалдехидът служи като изходен материал за производството бои, фармацевтични продукти, синтетичен каучук, експлозивии много други органични съединения.

Като форма се използва формалин (40% воден разтвор на формалдехид). антисептик(дезинфектант). Способността на формалдехида да коагулира протеините се използва при дъбене и за консервиране на биологични продукти.

Ацеталдехидът CH 3 CHO е безцветна течност ( T kip = 21 °C) с остър мирис, силно разтворим във вода. Основната употреба на ацеталдехид е получаването оцетна киселина. Получава се и от синтетични смоли, лекарстваи т.н.

УПРАЖНЕНИЯ

1. Опишете как химична реакцияМогат да се разграничат следните двойки вещества:
а) бензалдехид и бензилов алкохол; б) пропионалдехид и пропилов алкохол. Посочете какво ще се наблюдава по време на всяка реакция.

2. Дайте уравнения на реакцията, които потвърждават присъствието в молекулата
р-хидроксибензалдехид на съответните функционални групи.

3. Напишете уравненията за реакциите на бутанал със следните реагенти:
а) H 2, T, котка Pt; б) KMnO 4, H 3 O +, T; V)ОХ V NH3/H20; G) NOCH 2 CH 2 OH, t, кат.НС1.

4. Напишете уравнения на реакцията за верига от химични трансформации:

5. В резултат на хидролиза на ацетала се образува алдехид RCHO и алкохол R'OH в моларно съотношение 1:2. Напишете уравнения за реакциите на хидролиза на следните ацетали:

6. Окислението на наситен моновалентен алкохол с меден (II) оксид дава 11,6 g органично съединениес добив 50%. Когато полученото вещество взаимодейства с излишък от амонячен разтвор на сребърен оксид, се отделят 43,2 g утайка. Какъв алкохол е взет и каква е неговата маса?

7. 5-Хидроксихексаналът в подкислен воден разтвор е предимно под формата на шестчленен цикличен полуацетал. Напишете уравнение за съответната реакция:

1. Можете да разграничите две вещества, като използвате реакции, които са характерни само за едно от тези вещества. Например, алдехидите се окисляват до киселини под действието на слаби окислители. Нагряването на смес от бензалдехид и амонячен разтвор на сребърен оксид става с образуването на "сребърно огледало" по стените на колбата:

Бензалдехидът се редуцира чрез каталитично хидрогениране до бензилов алкохол:

Бензиловият алкохол реагира с натрий и при реакцията се отделя водород:

2C 6 H 5 CH 2 OH + 2Na 2C 6 H 5 CH 2 ONa + H 2.

При нагряване в присъствието на меден катализатор бензиловият алкохол се окислява от атмосферния кислород до бензалдехид, който се открива по характерната миризма на горчиви бадеми:

Пропионовият алдехид и пропиловият алкохол могат да бъдат разграничени по подобен начин.

2. IN П-хидроксибензалдехид три функционални групи: 1) ароматен пръстен; 2) фенолен хидроксил; 3) алдехидна група. При специални условия – при защита на алдехидната група от окисляване (обозначение – [–CHO]) – може да се извърши хлориране П-хидроксибензалдехид към бензенов пръстен:

Реакция с алкали върху фенолен хидроксил:

Окисляване на алдехидната група CHO в карбоксил COOH, например, при нагряване със суспензия от прясно приготвен Cu(OH) 2:

б) Схема на окисление н-бутанал с калиев перманганат в неутрална среда:

C 3 H 7 CHO + KMnO 4 C 3 H 7 COOK + MnO 2 + H 2 O.

Електронно-йонен баланс:

4. Реакционни уравнения за верига от химични трансформации:

Тегло на алкохола: м = М= 0,4 60 = 24 g.

Отговор. Взет е алкохол пропанол-1 с тегло 24гр.