какие виды изомерии характерны для альдегидов
Какие виды изомерии характерны для альдегидов
Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия.
Изомерия альдегидов
1. Изомерия углеродного скелета, начиная с С 4
2. Межклассовая изомерия
с кетонами, начиная с С3
с циклическими оксидами (с С2)
с непредельными спиртами и простыми эфирами (с С3)
Изомерия кетонов
1. Изомерия углеродного скелета (c C5)
2. Изомерия положения карбонильной группы (c C5)
3. Межклассовая изомерия (аналогично альдегидам).
Пример – изомеры масляного альдегида
Химия. 10 класс
§ 29. Альдегиды. Номенклатура. Изомерия. Физические свойства
Строение альдегидной группы
Вы уже знаете, что атомы кислорода в молекулах органических соединений могут выступать в качестве «мостиков» между алкильным радикалом и атомом водорода (спирты):
либо между двумя алкильными группами (простые эфиры):
Кроме этого, атом кислорода может быть связан с атомом углерода двойной связью:
Данная формула отражает строение новой функциональной группы, которая входит в состав множества органических соединений. Эта группа называется карбонильной группой.
Как видно, атом углерода карбонильной группы образует две связи с атомом кислорода. Две оставшиеся связи атом углерода может образовывать с углеводородными радикалами:
Такие органические соединения относятся к классу кетонов. Углеводородные радикалы в молекулах кетонов могут быть как одинаковыми, так и различными. В молекуле простейшего кетона оба радикала — метильные группы. Этот кетон называется ацетон:
Ацетон представляет собой легкокипящую жидкость (tкип = 56 °С) с характерным запахом, неограниченно смешивающуюся с водой. Используется в качестве растворителя и в органическом синтезе.
Интересно знать
Еще один известный кетон — кетон малины — также имеет в составе молекулы карбонильную группу, это соединение более сложного строения: 
Кетон малины содержится, естественно, в малине, обусловливает её характерный запах. Синтетический кетон малины применяется в качестве добавки к пищевым продуктам и косметическим средствам.
Если соединить карбонильную группу с атомом водорода, то получится альдегидная группа:
Соединения, содержащие альдегидную группу, относятся к классу альдегидов. В молекуле простейшего представителя этого класса соединений альдегидная группа связана с атомом водорода:
Это соединение называется муравьиный альдегид, или формальдегид, и представляет собой бесцветный ядовитый газ с резким запахом, который хорошо растворяется в воде. 40%-й водный раствор формальдегида называется формалин и используется для консервации биологических тканей.
Название этого соединения — уксусный альдегид, или ацетальдегид. Уксусный альдегид при н. у. представляет собой бесцветную жидкость с запахом яблок. Температура кипения уксусного альдегида 21 °С.
Наличие группы 
(или —CHO) в молекулах альдегидов обусловливает их характерные химические свойства. Поэтому альдегидную группу называют функциональной группой. Таким образом, альдегиды — органические соединения, в молекулах которых содержится группа —CHO, соединённая с атомом водорода или углеводородным радикалом.
Составим общую формулу гомологов уксусного альдегида. В молекулах таких альдегидов группа —CHO соединена с алкильным радикалом или водородом. Как вы уже знаете, алкильный радикал образуется в результате отрыва от молекулы алкана одного атома водорода. Общая формула алкильных радикалов CnH2n+1. Тогда общая формула гомологов уксусного альдегида:
Обратите внимание, что для муравьиного альдегида n = 0.
Альдегиды
Альдегиды содержат в молекуле альдегидную группу –СН=О. Кетоны содержат карбонильную группу, связанную с двумя углеводородными радикалами. Общая формула предельных альдегидов и кетонов CnH2nO.
В названии альдегидов присутствует суффикс –аль, кетонов – он. Если карбонильная группа находится не в главной цепи, то её наличие указывают префиксом – формил.
Простейшие представители альдегидов – формальдегид (муравьиный альдегид) –СН2=О, ацетальдегид (уксусный альдегид) – СН3-СН=О; кетонов – ацетон (диметилкетон, пропанон-2) – СН3-СО-СН3.
Существуют циклические альдегиды, например, циклогексан-карбальдегид; ароматические альдегиды имеют тривиальные названия – бензальдегид, ванилин.
Изомерия альдегидов
Для альдегидов характерна изомерия углеродного скелета, а также межклассовая изомерия с кетонами:
Строение
Физические свойства альдегидов
Карбонильные соединения не образуют водородных связей, поэтому их температуры кипения значительно ниже, чем у соответствующих спиртов. Низшие альдегиды – легкокипящие жидкости (формальдегид – газ) с резким запахом, хорошо растворимы в воде.
Получение
Основные способы получения альдегидов:
— гидроформилирование алкенов. Эта реакция заключается в присоединении СО и водорода к алкену в присутствии карбонилов некоторых металлов VIII группы, например, октакарбонилдикобальта (Cо2(СО)8) Реакция проводится при нагревании до 130
С и давлении 300 атм
— гидратация алкинов. Взаимодействие алкинов с водой происходит в присутствии солей ртути (II) и в кислой среде:
— окисление первичных спиртов (реакция протекает при нагревании)
Химические свойства альдегидов
В молекулах карбонильных соединений имеется несколько реакционных центров: электрофильный центр (карбонильный атом углерода), участвующий в реакциях нуклеофильного присоединения; основный центр – атом кислорода с неподеленными электронными парами; α-СН кислотный центр, отвечающий за реакции конденсации; связь С-Н, разрывающаяся в реакциях окисления.
1. Реакции присоединения:
— воды с образованием гем-диолов
— спиртов с образованием полуацеталей
— тиолов с образованием дитиоацеталей (в кислой среде)
— гидросульфита натрия с образованием α-гидроксисульфонатов натрия
— аминов с образованием N-замещенных иминов (основания Шиффа)
— гидразинов с образованием гидразонов
— циановодородной кислоты с образованием нитрилов
— восстановление. При взаимодействии альдегидов с водородом получаются первичные спирты:
— реакция «серебряного зеркала» — окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра
R-CH=O + Ag2O → R-CO-OH + 2Ag↓
— окисление альдегидов гидроксидом меди (II), в результате которого выпадает осадок оксида меди (I) красного цвета
Эти реакции являются качественными реакциями на альдегиды
Примеры решения задач
| Задание | Бромированием СnH2n+2 получили 9,5 г монобромида, который при обработке разбавленным раствором NaOH превратился в кислородсодержащее соединение. Пары его с воздухом пропущены над раскаленной медной сеткой. При обработке образовавшегося при этом нового газообразного вещества избытком аммиачного раствора Ag2O выделилось 43,2 г осадка. Какой углеводород был взят и в каком количестве, если выход на стадии бромирования 50%, остальные реакции протекают количественно. |
| Решение | Запишем уравнения всех протекающих реакций: |
R-CH=O + Ag2O → R-CO-OH + 2Ag↓
Осадок выделившийся в последней реакции – это серебро, следовательно, можно найти количество вещества выделившегося серебра:
v(Ag) = m/M=43,2/108 = 0,4 моль
Количество вещества бромметана:
v(CH3Br) = m/M = 9,5/95 = 0,1 моль
Тогда, количество вещества метана, необходимое для 50% выхода бромметана – 0,2 моль. М(CH4) = 16 г/моль. Следовательно масса и объем метана:
| Задание | Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: бутен-1 → 1-бромбутан + NaOH → А – Н2 → В + [Ag(NH 3)2]OH → С + HCl → D |
| Решение | Для получения 1-бромбутана из бутена-1 необходимо провести реакцию гидробромирования в присутствии пероксидных соединений R2O2 (реакция протекает против правила Марковникова): |
При взаимодействии с водным раствором щелочи 1-бромбутан подвергается гидролизу с образованием бутанола-1 (А):
Бутанол-1 при дегидрировании образует альдегид – бутаналь (В):
Аммиачный раствор оксида серебра окисляет бутаналь до аммонийной соли – бутирата аммония (С):
Бутират аммония при взаимодействии с соляной кислотой образует масляную (бутановую) кислоту (D):
Альдегиды
Не часто встречаются в природе в отдельном виде, но, несомненно, играют важную роль в физиологических процессах растений и животных. Общая формула альдегидов CnH2nO.
Многие альдегиды имеют специфический запах. Высшие альдегиды, в особенности непредельные, используются в пищевой промышленности и парфюмерии.
Номенклатура и изомерия альдегидов
Названия альдегидов формируются путем добавления суффикса «аль» к названию алкана с соответствующим числом атомов углерода: метаналь, этаналь, пропаналь, бутаналь, пентаналь и т.д.
Для альдегидов характерна структурная изомерия: углеродного скелета, межклассовая изомерия с кетонами.
Получение альдегидов и кетонов
Этот способ также просто осуществить в лабораторных условиях. При пиролизе (нагревании без доступа кислорода) кальциевых или бариевых солей карбоновых кислот возможно получение кетонов.
В присутствии катализатора и при нагревании спиртов от гидроксогруппы и прилежащего к ней атома углерода отщепляется по атому водорода. В результате образуется карбонильная группа.
Реакцией Кучерова называют гидратацию алкинов в присутствии солей двухвалентной ртути.
В результате такой реакции ацетилен превращается в уксусный альдегид. Все остальные его гомологи: пропин, бутин, пентин и т.д. превращаются в соответствующие кетоны.
В результате такого гидролиза образуются двухатомные спирты, в которых две OH-группы прилежат к одному атому углерода. Такие соединения неустойчивы и распадаются на карбонильное соединение (альдегид или кетон) и воду.
В промышленности окислением метана при температуре 500 °C и в присутствии катализатора получают формальдегид.
В прошлой теме, посвященной фенолам, мы касались данного способа. В результате такой реакции образуется не только фенол, но и ацетон.
Химические свойства альдегидов и кетонов
Запомните, что для альдегидов и кетонов характерны реакции присоединения по карбонильной группе. Это является важным отличием альдегидов от карбоновых кислот, для которых реакции присоединения не характерны.
Для понимания механизма реакции важно вспомнить об электроотрицательности. В карбонильной группе кислорд, как более электроотрицательный элемент, тянет электронную плотность на себя от углерода. На атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд (δ-), а на атоме углерода частичный положительный (δ+).
Основы школьного курса физики подсказывают, что отрицательный заряд притягивает положительный: именно так и будет происходить при присоединении различных молекул к карбонильной группе альдегидов и кетонов.
В результате полного окисления, горения, образуется углекислый газ и вода.
Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот в лабораторных условиях. Это осуществляется с помощью известной реакции серебряного зеркала. Данная реакция является качественной для альдегидов.
Кетоны, в отличие от альдегидов, в реакции окисления не вступают.
Обратите особое внимание, что при написании реакции с аммиачным раствором серебра в полном виде, правильнее будет указать не кислоту, а ее аммиачную соль. Это связано с тем, что выделяющийся аммиак, который обладает основными свойствами, реагирует с кислотой с образованием соли
© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021
Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.
Альдегиды и кетоны — номенклатура, получение, химические свойства
Строение альдегидов и кетонов
В простейшем альдегиде – формальдегиде роль углеводородного радикала играет другой атом водорода:
Карбонильную группу, связанную с атомом водорода, часто называют альдегидной:
Кетоны – органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами. Очевидно, общая формула кетонов имеет вид:
Карбонильную группу кетонов называют кетогруппой.
В простейшем кетоне – ацетоне – карбонильная группа связана с двумя метильными радикалами:
Номенклатура и изомерия альдегидов и кетонов
В зависимости от строения углеводородного радикала, связного с альдегидной группой, различают предельные, непредельные, ароматические, гетероциклические и другие альдегиды:
В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия предельных альдегидов образуются от названия алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле с помощью суффикса -аль. Например:
Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы. Поэтому альдегидная группа всегда располагается при первом атоме углерода, и указывать ее положение нет необходимости.
Наряду с систематической номенклатурой используют и тривиальные названия широко применяемых альдегидов. Эти названия, как правило, образованы от названий карбоновых кислот, соответствующих альдегидам.
Для названия кетонов по систематической номенклатуре кетогруппу обозначают суффиксом -он и цифрой, которая указывает номер атома углерода карбонильной группы (нумерацию следует начинать от ближайшего к кетогруппе конца цепи). Например:
Для альдегидов характерен только один вид структурной изомерии — изомерия углеродного скелета, которая возможна с бутаналя, а для кетонов также и изомерия положения карбонильной группы. Кроме этого, для них характерна и межклассовая изомерия (пропаналь и пропанон).
Физические свойства альдегидов
В молекуле альдегида или кетона вследствие большей электороотрицательности атома кислорода по сравнению с углеродным атомом связь С=O сильно поляризована за счет смещения электронной плотности π-связи к кислороду:
Альдегиды и кетоны — полярные вещества с избыточной электронной плотностью на атоме кислорода. Низшие члены ряда альдегидов и кетонов (формальдегид, уксусный альдегид, ацетон) растворимы в воде неограниченно. Их температуры кипения ниже, чем у соответствующих спиртов. Это связано с тем, что в молекулах альдегидов и кетонов в отличие от спиртов нет подвижных атомов водорода и они не образуют ассоциатов за счет водородных связей. Низшие альдегиды имеют резкий запах; у альдегидов, содержащих от четырех до шести атомов углерода в цепи, неприятный запах; высшие альдегиды и кетоны обладают цветочными запахами и применяются в парфюмерии.
Химические свойства альдегидов и кетонов
Наличие альдегидной группы в молекуле определяет характерные свойства альдегидов.
1. Реакции восстановления.
Присоединение водорода к молекулам альдегидов происходит по двойной связи в карбонильной группе. Продуктом гидрирования альдегидов являются первичные спирты, кетонов — вторичные спирты. Так, при гидрировании уксусного альдегида на никелевом катализаторе образуется этиловый спирт, при гидрировании ацетона — пропанол-2.
Гидрирование альдегидов — реакция восстановления, при которой понижается степень окисления атома углерода, входящего в карбонильную группу.
2. Реакции окисления. Альдегиды способны не только восстанавливаться, но и окисляться. При окислении альдегиды образуют карбоновые кислоты.
Окисление кислородом воздуха. Например, из пропионового альдегида (пропаналя) образуется пропионовая кислота:
Окисление слабыми окислителями (аммиачный раствор оксида серебра).
Если поверхность сосуда, в котором проводится реакция, была предварительно обезжирена, то образующееся в ходе реакции серебро покрывает ее тонкой ровной пленкой. Получается замечательное серебряное зеркало. Поэтому эту реакцию называют реакцией «серебряного зеркала». Ее широко используют для изготовления зеркал, серебрения украшений и елочных игрушек.
3. Реакция полимеризации:
Получение альдегидов и кетонов
Применение альдегидов и кетонов
Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) H2C=O:
а) для получение фенолформальдегидных смол;
б) получение мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол;
в) полиоксиметиленовые полимеры;
г) синтез лекарственных средств (уротропин);
д) дезинфицирующее средство;
е) консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).
Уксусный альдегид (этаналь, ацетальдегид) СН3СН=О:
а) производство уксусной кислоты;
б) органический синтез.
Ацетон СН3-СО-СН3:
а) растворитель лаков, красок, ацетатов целлюлозы;
б) сырье для синтеза различных органических веществ.