hjem » Matematikk » Formel for fremstilling av karbonmonoksid 4. Karbonmonoksid (IV), karbonsyre og deres salter. Finne karbon i naturen

Formel for fremstilling av karbonmonoksid 4. Karbonmonoksid (IV), karbonsyre og deres salter. Finne karbon i naturen

Blant oksygenholdige organiske forbindelser er to klasser av stoffer av stor betydning, som alltid studeres sammen for deres likhet i struktur og egenskaper. Dette er aldehyder og ketoner. Det er disse molekylene som ligger til grunn for mange kjemiske synteser, og deres struktur er interessant nok til å bli gjenstand for studier. La oss se nærmere på hva disse klassene av forbindelser er.

Aldehyder og ketoner: generelle egenskaper

Fra et kjemisk synspunkt bør klassen av aldehyder inkludere organiske molekyler som inneholder oksygen som en del av den funksjonelle gruppen -SON, kalt karbonyl. Den generelle formelen i dette tilfellet vil se slik ut: R-COH. Disse kan i sin natur være både begrensende og ikke-begrensende forbindelser. Også blant dem er det aromatiske representanter, sammen med alifatiske. Antallet karbonatomer i radikalkjeden varierer ganske mye, fra ett (formaldehyd eller metanal) til flere dusin.

Ketoner inneholder også en karbonylgruppe -CO, men den er ikke koblet til et hydrogenkation, men til en annen radikal, forskjellig eller identisk med den i kjeden. Den generelle formelen ser slik ut: R-CO-R, . Det er åpenbart at aldehyder og ketoner er like i nærvær av en funksjonell gruppe av denne sammensetningen.

Ketoner kan også være mettede og umettede, og egenskapene som vises er lik egenskapene til en nært beslektet klasse. Det kan gis flere eksempler for å illustrere sammensetningen av molekyler og reflektere aksepterte notasjoner formler for de aktuelle stoffene.

Aldehyder: metanal - HCOH, butanal - CH3-CH2-CH2-CH, fenyleddiksyre - C6H5-CH2-CH.
Ketoner: aceton eller dimetylketon - CH 3 -CO-CH 3, metyletylketon - CH 3 -CO-C 2 H 5 og andre.

Selvfølgelig er navnet på disse forbindelsene dannet på to måter:

i henhold til rasjonell nomenklatur i henhold til radikalene inkludert i sammensetningen og klassesuffikset -al (for aldehyder) og -on (for ketoner);
trivielt, historisk etablert.

Hvis vi gir den generelle formelen for begge stoffklassene, vil det bli klart at de er isomerer av hverandre: C n H 2n O. De er selv karakterisert ved følgende typer isomerisme:

For å skille mellom representanter for begge klasser, brukes kvalitative reaksjoner, hvorav de fleste tillater identifisering av aldehydet. Siden den kjemiske aktiviteten til disse stoffene er litt høyere, på grunn av tilstedeværelsen av et hydrogenkation.

Molekylstruktur

La oss se på hvordan aldehyder og ketoner ser ut i verdensrommet. Strukturen til molekylene deres kan reflekteres på flere punkter.

Karbonatomet direkte inkludert i den funksjonelle gruppen har sp 2 hybridisering, som gjør at en del av molekylet har en flat romlig form.
I dette tilfellet er polariteten til C=O-bindingen sterk. Ved å være mer elektronegativ tar oksygen hoveddelen av tettheten, og konsentrerer en delvis negativ ladning på seg selv.
I aldehyder O-H tilkobling er også sterkt polarisert, noe som gjør hydrogenatomet mobilt.

Som et resultat viser det seg at en slik struktur av molekyler gjør at de aktuelle forbindelsene både kan oksideres og reduseres. Formelen til et aldehyd og et keton med en omfordelt elektrontetthet gjør det mulig å forutsi produktene av reaksjoner der disse stoffene deltar.

Historie om oppdagelser og studier

Som mange organiske forbindelser lyktes folk med å isolere og studere aldehyder og ketoner først på 1800-tallet, da vitalistiske synspunkter kollapset fullstendig og det ble klart at disse forbindelsene kunne dannes syntetisk, kunstig, uten deltagelse av levende vesener.

Tilbake i 1661 klarte imidlertid R. Boyle å få tak i aceton (dimetylketon) da han utsatte kalsiumacetat for varme. Men han kunne ikke studere dette stoffet i detalj og navngi det, bestemme dets systematiske posisjon blant andre. Det var først i 1852 at Williamson var i stand til å fullføre denne saken, og da begynte historien om den detaljerte utviklingen og akkumuleringen av kunnskap om karbonylforbindelser.

Fysiske egenskaper

La oss vurdere hva fysiske egenskaper aldehyder og ketoner. La oss starte med de første.

Den første representanten for metanal aggregeringstilstand- gass, de neste elleve er væsker, over 12 karbonatomer er en del av faste aldehyder med normal struktur.
Kokepunkt: avhenger av antall C-atomer jo flere det er, jo høyere er det. I dette tilfellet, jo mer forgrenet kjeden er, jo lavere faller temperaturen.
For flytende aldehyder avhenger viskositeten, tettheten og brytningsindeksene også av antall atomer. Jo flere det er, jo høyere er de.
Gassformige og flytende aldehyder løser seg veldig godt i vann, men faste kan praktisk talt ikke gjøre dette.
Lukten av representanter er veldig behagelig, ofte aromaer av blomster, parfymer og frukt. Bare de aldehydene der antallet karbonatomer er 1-5 er sterke og ubehagelig luktende væsker.

Hvis vi betegner egenskapene til ketoner, kan vi også fremheve de viktigste.

Aggregerte tilstander: lavere representanter er væsker, mer massive er faste forbindelser.
Lukten er skarp og ubehagelig hos alle representanter.
Løselighet i vann er bra for de lavere, og utmerket i organiske løsemidler for alle.
Flyktige stoffer, denne indikatoren overstiger den for syrer og alkoholer.
Koke- og smeltepunktene avhenger av strukturen til molekylet og varierer mye avhengig av antall karbonatomer i kjeden.

Dette er hovedegenskapene til forbindelsene under vurdering, som tilhører gruppen av fysiske forbindelser.

Kjemiske egenskaper

Det viktigste er hva aldehyder og ketoner reagerer med og de kjemiske egenskapene til disse forbindelsene. Derfor vil vi definitivt vurdere dem. La oss først ta for oss aldehyder.

Oksidasjon til passende karboksylsyrer. Den generelle formen for reaksjonsligningen er: R-COH + [O] = R-COOH. Aromatiske representanter går enda lettere inn i slike interaksjoner, og de er også i stand til å danne estere, som er av stor industriell betydning. Følgende oksidasjonsmidler brukes: oksygen, Tollens reagens, kobber(II)hydroksid og andre.
Aldehyder manifesterer seg som sterke reduksjonsmidler, mens de blir til mettede enverdige alkoholer.
Interaksjon med alkoholer for å danne acetaler og hemiacetaler.
Spesielle reaksjoner er polykondensasjon. Som et resultat dannes det fenol-formaldehyd-harpikser, som er viktige for den kjemiske industrien.
Flere spesifikke reaksjoner med følgende reagenser:

hydroalkoholisk alkali;
Grignard reagens;
hydrosulfitter og andre.

En kvalitativ reaksjon på denne klassen av stoffer er "sølvspeilreaksjonen". Som et resultat dannes metallisk redusert sølv og den tilsvarende karboksylsyren. Det krever en ammoniakkløsning av sølvoksid eller Tollins-reagens.

Kjemiske egenskaper til ketoner

Alkoholer, aldehyder og ketoner er forbindelser med lignende egenskaper, siden de alle er oksygenholdige. Allerede på oksidasjonsstadiet blir det imidlertid klart at alkoholer er de mest aktive og lett påvirkede forbindelsene. Ketoner er de vanskeligste å oksidere.

Oksidative egenskaper. Som et resultat dannes sekundære alkoholer.
Hydrogenering fører også til produktene nevnt ovenfor.
Keto-enol tautomerisme er en spesiell spesifikk egenskap til ketoner for å ta betaformen.
Aldol kondensasjonsreaksjoner med dannelse av beta-keto alkoholer.
Ketoner kan også samhandle med:

ammoniakk;
blåsyre;
hydrosulfitter;
hydrazin;
ortokiselsyre.

Det er klart at reaksjonene til slike interaksjoner er svært komplekse, spesielt de som er spesifikke. Dette er alle hovedtrekkene som aldehyder og ketoner viser. Kjemiske egenskaper danner grunnlaget for mange synteser viktige forbindelser. Derfor er det ekstremt nødvendig å kjenne til molekylenes natur og deres karakter under interaksjoner i industrielle prosesser.

Addisjonsreaksjoner av aldehyder og ketoner

Vi har allerede undersøkt disse reaksjonene, men har ikke gitt dem et slikt navn. Alle interaksjoner som et resultat av hvilke karbonylgruppen viste aktivitet kan klassifiseres som addisjon. Eller rettere sagt, et mobilt hydrogenatom. Det er derfor i denne saken preferanse gis til aldehyder, på grunn av deres bedre reaktivitet.

Med hvilke stoffer er reaksjoner av aldehyder og ketoner mulig ved nukleofil substitusjon? Dette:

Hydrocyansyre produserer cyanohydriner - utgangsmaterialet for syntese av aminosyrer.
Ammoniakk, aminer.
Alkoholer.
Vann.
Natriumhydrogensulfat.
Grignard-reagens.
Thiols og andre.

Disse reaksjonene er av stor industriell betydning, siden produktene brukes i ulike områder av menneskelig aktivitet.

Metoder for å skaffe

Det er flere hovedmetoder for syntetisering av aldehyder og ketoner. Produksjon i laboratorium og industri kan uttrykkes på følgende måter.

Den vanligste metoden, inkludert i laboratorier, er oksidasjon av de tilsvarende alkoholene: primær til aldehyder, sekundær til ketoner. Følgende kan fungere som et oksidasjonsmiddel: kromater, kobberioner, kaliumpermanganat. Generell reaksjonsform: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
I industrien brukes ofte en metode basert på oksidasjon av alkener - oksosyntese. Hovedmiddelet er syntesegass, en blanding av CO 2 + H 2. Resultatet er et aldehyd med ett karbon til i kjeden. R=R-R + CO2 + H2 = R-R-R-COH.
Oksidasjon av alkener med ozon - ozonolyse. Resultatet antyder også et aldehyd, men også et keton i blandingen. Hvis produktene kombineres mentalt ved å fjerne oksygenet, vil det bli klart hvilken original alken som ble tatt.
Kucherov-reaksjon - hydrering av alkyner. Et obligatorisk middel er kvikksølvsalter. En av de industrielle metodene for syntese av aldehyder og ketoner. R≡R-R + Hg2+ + H2O = R-R-COH.
Hydrolyse av dihalogenerte hydrokarboner.
Reduksjon av: karboksylsyrer, amider, nitriler, syreklorider, estere. Som et resultat dannes både et aldehyd og et keton.
Pyrolyse av blandinger av karboksylsyrer over katalysatorer i form av metalloksider. Blandingen skal være dampende. Essensen er splittelsen mellom karbondioksid og vannmolekyler. Som et resultat dannes et aldehyd eller keton.

Aromatiske aldehyder og ketoner fremstilles etter andre metoder, siden disse forbindelsene har et aromatisk radikal (f.eks. fenyl).

I følge Friedel-Crafts: i startreagensene aromatisk hydrokarbon og et dihalogenert keton. Katalysator - ALCL 3. Som et resultat dannes et aromatisk aldehyd eller keton. Et annet navn på prosessen er acylering.
Oksidasjon av toluen ved påvirkning av ulike midler.
Reduksjon av aromatiske karboksylsyrer.

Naturligvis prøver industrien å bruke de metodene der råstoffet er så billig som mulig og katalysatorene er mindre giftige. For syntese av aldehyder er dette oksidasjon av alkener med oksygen.

Industrielle anvendelser og betydning

Bruken av aldehyder og ketoner utføres i slike bransjer som:

legemidler;
kjemisk syntese;
medisin;
parfyme området;
mat industri;
produksjon av maling og lakk;
syntese av plast, tekstiler, etc.

Det er mulig å identifisere mer enn ett område, fordi omtrent 6 millioner tonn formaldehyd alene syntetiseres årlig! Dens 40% løsning kalles formalin og brukes til å lagre anatomiske gjenstander. Han skal i produksjon medisiner, antiseptika og polymerer.

Acetaldehyd, eller etanal, er også et masseprodusert produkt. Mengden årlig forbruk i verden er omtrent 4 millioner tonn Det er grunnlaget for mange kjemiske synteser der viktige produkter dannes. For eksempel:

eddiksyre og dens anhydrid;
celluloseacetat;
medisiner;
butadien - grunnlaget for gummi;
acetatfiber.

Aromatiske aldehyder og ketoner er komponent mange smakstilsetninger, både mat og parfyme. De fleste av dem har veldig behagelige blomster-, sitrus-, urtearomaer. Dette gjør det mulig å produsere på deres grunnlag:

ulike typer luftfriskere;
toalett- og parfymevann;
ulike rengjøringsmidler og vaskemidler.

Noen av dem er aromatiske tilsetningsstoffer godkjent for konsum. Deres naturlige innhold i essensielle oljer, frukt og harpiks beviser muligheten for slik bruk.

Individuelle representanter

Et aldehyd som citral er en væske med høy viskositet og en sterk sitronaroma. Det finnes i naturen i essensielle oljer av sistnevnte. Inneholder også eukalyptus, sorghum, kebab.

Bruksområdene er velkjente:

pediatri - redusert intrakranielt trykk;
normalisering av blodtrykket hos voksne;
komponent av en medisin for synets organer;
en integrert del av mange aromatiske stoffer;
anti-inflammatorisk og antiseptisk;
råvarer for syntese av retinol;
smakstilsetning til matformål.

Økologiske stoffer

Vi studerer legemidler delt inn i grupper etter kjemisk klassifisering. Fordelen med denne klassifiseringen er evnen til å identifisere og studere generelle mønstre i utviklingen av metoder for å skaffe legemidler som utgjør gruppen, metoder for farmasøytisk analyse basert på stoffers fysiske og kjemiske egenskaper, og etablere en sammenheng mellom kjemisk struktur og farmakologisk virkning.

Alle legemidler er delt inn i uorganiske og organiske. Uorganiske er på sin side klassifisert i henhold til plasseringen av elementene i PS. Og organiske er delt inn i derivater av den alifatiske, alicykliske, aromatiske og heterosykliske serien, som hver er delt inn i klasser: hydrokarboner, halogenderivater av hydrokarboner, alkoholer, aldehyder, ketoner, syrer, etere og estere, etc.

ALIFATISKA FORBINDELSER, SOM RUSSIKKER.

Preparater av aldehyder og deres derivater. Karbohydrater

Aldehyder

Denne gruppen av forbindelser inkluderer organiske medisinske stoffer som inneholder en aldehydgruppe eller deres funksjonelle derivater.

Generell formel:

Farmakologiske egenskaper

Innføringen av en aldehydgruppe i strukturen til en organisk forbindelse gir den en narkotisk og antiseptisk effekt. I denne forbindelse er virkningen av aldehyder lik virkningen av alkoholer. Men i motsetning til alkoholgruppen, øker aldehydgruppen toksisiteten til forbindelsen.

Faktorer som påvirker strukturen på den farmakologiske virkningen :

forlengelse av alkylradikalet øker aktiviteten, men samtidig øker toksisiteten;

introduksjonen av umettede bindinger og halogener har samme effekt;

dannelsen av den hydrerte formen av aldehyd fører til en reduksjon i toksisitet. Men evnen til å danne en stabil hydratform manifesteres bare i klorerte aldehyder. Dermed er formaldehyd en protoplasmatisk gift, brukt til desinfeksjon, acetaldehyd og kloral brukes ikke i medisin på grunn av deres høye toksisitet, og klorhydrat er et medikament som brukes som sovemiddel og beroligende middel.

Styrken til den narkotiske (farmakologiske) effekten og toksisiteten økte fra formaldehyd til acetaldehyd og kloral. Dannelsen av hydratformen (kloralhydrat) kan dramatisk redusere toksisiteten samtidig som den farmakologiske effekten opprettholdes.

I henhold til fysisk tilstand aldehyder kan være gassformig (lav molekylvekt), væsker og faste stoffer. De med lav molekylvekt har en skarp ubehagelig lukt, de med høy molekylvekt har en behagelig blomsterlukt.

Kjemiske egenskaper

Kjemisk er dette svært reaktive stoffer, noe som skyldes tilstedeværelsen av en karbonylgruppe i molekylet deres.

Den høye reaktiviteten til aldehyder forklares med:

a) tilstedeværelsen av en polarisert dobbeltbinding

b) karbonyldipolmoment

c) tilstedeværelsen av en delvis positiv ladning på karbonylkarbonatomet

σ -

σ + H

Dobbeltbindingen mellom C og O, i motsetning til dobbeltbindingen mellom to karboner, er sterkt polarisert, siden oksygen har mye høyere elektronegativitet enn karbon, og elektrontettheten til π-bindingen forskyves mot oksygen. En slik høy polarisering bestemmer de elektrofile egenskapene til karbonet i karbonylgruppen og dets evne til å reagere med nukleofile forbindelser (for å gå inn i nukleofile addisjonsreaksjoner). Oksygengruppen har nukleofile egenskaper.

Karakteristiske reaksjoner er oksidasjon og nukleofil addisjon

I. Oksidasjonsreaksjoner.

AldehyderEnkelt oksidere. Oksidasjon av aldehyder til syrer skjer under påvirkning like sterkog svake oksidasjonsmidler .

Mange metaller - sølv, kvikksølv, vismut, kobber - reduseres fra løsninger av deres salter, spesielt i nærvær av alkali. Dette skiller aldehyder fra andre organiske forbindelser som er i stand til oksidasjon - alkoholer, umettede forbindelser, hvis oksidasjon krever sterkere oksidasjonsmidler. Følgelig kan oksidasjonsreaksjonene av aldehyder med komplekst bundne kationer av kvikksølv, kobber og sølv i et alkalisk medium brukes til å bevise ektheten til aldehyder.

JEG. 1 .Reaksjonmed ammoniakkløsning av sølvnitrat (sølvspeilreaksjon) FS anbefales for å bekrefte autentisiteten til stoffer med en aldehydgruppe. Den er basert på oksidasjon av aldehyd til syre og reduksjon av Ag + til Ag↓.

AgNO3 + 2NH4OH → NO3 +2H2O

NSSON+ 2N03 + H20 → HCOONH 4 + 2Ag↓+ 2NH4NO3 + NH3

Formaldehyd, som oksiderer til ammoniumsaltet av maursyre, reduserer metallisk sølv, som utfellespå veggene i reagensrøret i form skinnende belegg "speil" eller grått sediment.

JEG. 2. Reaksjonmed Fehlings reagens (en kompleks forbindelse av kobber (II) med kalium-natriumsalt av vinsyre). Aldehyder reduserer kobber(II)forbindelsen til kobber(I)oksid, Det dannes et mursteinsrødt bunnfall. Forbered før bruk).

Fellings reagens 1 - CuSO 4 løsning

Fellingsreagens 2 – alkalisk løsning av kalium-natriumsalt av vinsyre

Ved blanding av 1:1 Fellings reagens 1 og 2 det dannes en blå kobberkompleksforbindelse (II) med kalium-natrium vinsyre:

blå farge

Når aldehydet tilsettes og varmes opp, forsvinner den blå fargen på reagenset, og det dannes et mellomprodukt - et gult bunnfall av kobber(I)-hydroksid, som umiddelbart brytes ned til et rødt bunnfall av kobber(I)-oksid og vann.

2KNa+ R- COH+2NaOH+2KOH→ R- COONa+4KNaC4H4O6+ 2 CuOH ↓ +H2O

2 CuOH ↓ →Cu 2 O ↓ +H2O

Gult sediment murstein rødt sediment

Lærebøkene har et annet generelt reaksjonsskjema

JEG. 3. Reaksjonmed Nesslers reagens (alkalisk løsning av kaliumtetrajodomerkurat (II). Formaldehyd reduserer kvikksølvionet til metallisk kvikksølv - et mørkegrått bunnfall.

R-COH + K2 +3KOH → R-COOK + 4KI + Hg↓ + 2H20

Nomenklatur

Aldehyder suffiks al

Ketoner suffiks Han

Kvitteringsmetoder

1. Hydrering av alkyner (Kucherov-reaksjon) (se emnet "Alkyner")

2. Oksidasjon og dehydrogenering av primære og sekundære alkoholer (se emnet "Alkoholer")

3. Pyrolyse (dekarboksylering) av karboksylsyresalter

Reaktivitet

Karbon- og oksygenatomene i karbonylgruppen er i sp 2 hybridisering, gruppen har en plan struktur. CO-bindingen er polarisert, elektrontettheten forskyves mot oksygenatomet.

Elektrontetthetsunderskuddet på karbonylkarbonatomet (+d ") i ketoner er mindre enn i aldehyder (+d) på grunn av donoreffektene til de to alkylgruppene. Konsekvensen av dette er en reduksjon i reaktiviteten til karbonylgruppen i ketoner.

I. Addisjonsreaksjoner ved karbonylgruppen

1. Reduksjon (hydrogenering) – syntese primære og sekundære alkoholer.

Når aldehyder reduseres eller hydrogeneres, oppnås primære alkoholer, og sekundære alkoholer dannes fra ketoner.

a) hydrogenering

b) reduksjon med natriumborhydrid (NaBH 4) og litiumaluminiumhydrid (LiAlH 4)

2. HCN-tilkobling – utdanning cyanohydriner eller nitriler av 2-hydroksysyrer.

Reaksjonen kalles cyanohydrin syntese og brukes ved fremstilling av 2-hydroksy- og 2-aminosyrer (se materialer fra 2. semester).

AdNu-mekanisme-nukleofil addisjon ved karbonylgruppen

Nu– − :С≡N (nitril anion)

KSN kan også brukes som reagens i nærvær av vann.

2. Tilsetning av NaHSO 3(natriumhydrosulfitt) – dannelse bisulfittderivat (kvalitativ reaksjon)

Mekanisme Ad Nu, Nu – svovelatom på grunn av NPE:

Hindrede (forgrenede) ketoner, som diisopropylketon, danner ikke bisulfittderivater. Reaksjonen kan tjene som en kvalitativ reaksjon. Denne reaksjonen brukes også til å isolere aldehyder (ketoner) fra en blanding med andre forbindelser.

4. Tilsetning av Grignard-reagenser – syntese alkoholer av alle typer.

a) primære alkoholer oppnås fra formaldehyd

b) sekundære alkoholer oppnås fra andre aldehyder

c) tertiære alkoholer oppnås fra ketoner

Tilsetning av svake nukleofiler

Syrekatalyse er nødvendig for tilsetning av svake nukleofiler.

1. Tilsetning av H 2 O, HXХ=Cl, Br

Reaksjoner med disse reagensene er reversible. Tilsetningsproduktene (addukter) er ustabile.

Unntaket er addukter av vann og aldehyder (ketoner) som har akseptorgrupper.

2. Tilsetning av alkoholer – utdanning hemiacetaler (hemiketaler), acetaler (ketaler).

Tilsetningen av ett molekyl alkohol til et aldehyd fører til syntese av hemiacetaler, og til en keton - hemiketaler. Ved ytterligere interaksjon med et andre alkoholmolekyl dannes en acetal fra et hemicetal og en ketal fra et hemiketal. Hemiacetaler og hemiketaler inneholder hydroksyl- og alkoksygrupper ved ett karbonatom, mens acetaler og ketaler inneholder to alkoksygrupper ved ett karbonatom.

Dannelsesmekanismen for hemiacetal og acetal er gitt nedenfor:

II. Addisjon-elimineringsreaksjoner (reaksjoner med nitrogenholdige nukleofiler).

Reaksjoner med forbindelser med den generelle formelen NH 2-X, hvor X = H, OH, NH 2, NH-C 6 H 5, NH-C(O)NH 2, NH-C 6 H 3 (o, p-NO 2) forekommer i to stadier, mellomadduktene er ustabile.

Generelt reaksjonsskjema:

1. Reaksjon med ammoniakk - utdanning iminov.

Aldiminer er ustabile og gjennomgår cykliseringsreaksjoner:

Samspillet mellom 6 mol formaldehyd og 4 mol ammoniakk produserer urotropin (heksametylentetramin), først syntetisert av A. M. Butlerov i 1859. Heksamin brukes til å behandle urinveiene komplekset med kalsiumklorid kalles calcex og brukes som et anti-influensamiddel.

2. Reaksjon med hydroksylamin - NH 2 OH - utdanning oximov.

Reaksjonen er kvalitativ. Oximes – krystallinske stoffer, krystalliserer lett.

3. Reaksjoner med hydrazin - NH 2 - NH 2, fenylhydrazin - NH 2 - NH - C 6 H 5 og med 2,4-dinitrofenylhydrazin - NH 2 - NH - C 6 H 3 -2,4-(NO 2) 2 - utdanning hydrazoner, fenylhydrazoner og 2,4-dinitrofenylhydrazoner.

Fenylhydrazoner og 2,4-dinitrofenylhydrazoner dannes i henhold til et lignende skjema:

2,4-dinitrofenylhydrazoner er spesielt mye brukt for identifisering av aldehyder og ketoner. De har høye smeltepunkter, krystalliserer lett og har klare spektraldata.

3. Reaksjon med semikarbazid – NH 2 - NH - CONH 2- utdanning semikarbazoner.

Alle reaksjonene ovenfor er katalysert svake syrer i tilfelle av reaksjonen med 2,4-dinitrofenylhydrazin, skjer reaksjonen i nærvær av konsentrert svovelsyre. Mekanismen er den samme - nukleofil addisjonseliminering og er beskrevet nedenfor i generell form:

X=H, OH, NH2, NH-C6H5, NH-C(O)NH2

De resulterende iminoderivatene ved sur eller alkalisk hydrolyse gir utgangsaldehyder (ketoner).

III. Reaksjoner som involverer hydrogenatomer ved a-karbonatomet

Aldehyder og ketoner som har hydrogenatomer i a-posisjon er karakterisert ved fenomenet tautomerisme.

Tautomerisme er en prosess med dynamisk isomerisering. Strukturelle isomerer (i dette tilfellet tautomerer), gjensidig transformerende, er i en tilstand av dynamisk likevekt. Som regel skjer det under isomerisering en protonoverføring, i så fall kalles tautomerisme prototropisk.

Hvis det er to a-posisjoner i ketoner, kan det dannes to enoler.

Aldehyder og ketoner dannes gjennom enoler under hydrering av alkyner i henhold til Kucherov-reaksjonen (se emnet "Alkyner"). Enoler eller enolatanioner er mellomprodukter i halogenerings- og kondensasjonsreaksjonene til karbonylforbindelser.

1. Halogenering av karbonylforbindelser(går bare langs α-posisjonen).

a) Klorering

Klorering med klor skjer uten en katalysator, resultatet avhenger av mengden klor, mono-, di- og triklorderivater (for etanal).

b) Bromering

Klorering skjer lett og uten katalysator, avhengig av mengden av reagenset og strukturen til forbindelsen, kan fra ett til tre kloratomer innføres. For bromering brukes 1 mol av reagenset i nærvær av en alkali.

c) Haloformspalting (overskudd I 2, Cl 2 eller Br 2, Na OH (kons.))

Kvalitativ reaksjon for nærvær av et acetylfragment (CH 3 CO) i karbonylforbindelser. Ved reaksjon med jod og brom dannes et farget haloformbunnfall, som har en spesifikk lukt.

Reaksjonsmekanisme

gjennomgå haloform spaltning acetaldehyd Og metylalkylketoner, i tillegg til halogenformen gir reaksjonen natriumsalter av karboksylsyrer.

2. Reaksjoner av aldol- og krotonkondensasjon

Kondensasjon er en reaksjon som fører til en komplikasjon av hydrokarbonskjelettet. Aldol- og krotonkondensasjoner involverer to molekyler av en karbonylforbindelse. Ett molekyl - karbonylkomponent, reagerer ved hjelp av en karbonylgruppe, den andre - metylenkomponent på grunn av hydrogenatomene i α-posisjonen.

a) Aldol-kondensering(reaksjon katalysert av baser)

AdNu-mekanisme

Når de varmes opp i et alkalisk miljø, er aldoler i stand til å spalte vann og bli til a, b - umettede aldehyder (ketoner).

b) Krotonkondensering(i et surt miljø ved oppvarming). Fortsetter i henhold til Ad E-mekanismen.

I et surt miljø, når det varmes opp, stopper ikke kondenseringen på stadiet av aldoldannelse. Intramolekylær dehydrering av aldolen skjer til et umettet aldehyd eller keton. Med deltakelse av propanal, butanal og andre aldehyder i reaksjonen oppnås aldehyder og ketoner som har en alkylgruppe i C-2-posisjonen.

Ad E-mekanisme

IV. Oksidasjonsreaksjoner

1. Aldehyder oksideres under milde forhold til karboksylsyrer, og viser egenskapene til reduksjonsmidler.

Reaksjoner med Tolens-løsninger (sølvspeilreaksjon) og Fehling-løsninger anses som kvalitative.

2. Ketoner oksideres destruktivt med spaltning av molekylet under tøffe forhold etter enolisering under påvirkning av KMnO 4 og K 2 Cr 2 O 7 i nærvær av konsentrert svovelsyre (vi beskriver ikke reaksjonen).

ALDEHYDER OG KETONER

1. Bestemmelse av aldehyder og ketoner, forskjeller i struktur.

2. Nomenklatur og isomeri

3. Fysiske egenskaper

4. Kjemiske egenskaper. Struktur av karbonylgruppen (elektroniske effekter av gruppen).

5. Bruk av aldehyder og ketoner.

6. Innvirkning på menneskers helse og natur.

Aldehyder og ketoner som inneholder oksygen organiske forbindelser, inneholder karbonyl gruppe (-C=O).

Generell formel for karbonylforbindelser:

– alkylradikaler (CH3-. C2H5-)

Nomenklatur for aldehyder og ketoner

For aldehyder brukes trivial, rasjonell og IUPAC (systematisk) nomenklatur.

Trivielle navn aldehyder er avledet fra trivielle navn på de syrene som aldehyder omdannes til under oksidasjon.

	Mauraldehyd (formaldehyd)
	Acetaldehyd (acetaldehyd)
	Propionsyre
	Olje
	Iso-fet

I henhold til rasjonell nomenklatur navnene på aldehyder er konstruert ved å bruke navnet acetaldehyd som base. Mer komplekse aldehyder betraktes som derivater med erstatning av hydrogenatomer i metylgruppen til acetaldehyd med mer komplekse radikaler.

	Acetaldehyd
	Metyleddikaldehyd
	Etyleddikaldehyd
	Dimetyleddikaldehyd

I følge IUPAC-nomenklatur navnene på aldehyder er basert på navnet på det tilsvarende hydrokarbonet og tilsetningen av et suffiks -al. Kjedenummerering begynner alltid med karbonylkarbonatomet, så gruppenummeret er ikke gitt. Tall og prefikser angir posisjon og antall substituenter.


	propanal
	butanal
	2-metylpropanal
	2,3-dimetylbutanal

Nomenklatur av ketoner.

For ketoner trivielt navn brukt for den første representanten - aceton (CH3COCH3).

I følge rasjonell nomenklatur er navnene på ketoner konstruert ved å liste radikalene assosiert med karbonylgruppen i økende rekkefølge molekylær vekt og legge til en "keton"-base.

	dimetylketon (aceton)
	metyletylketon
	propylisopropylketon

I henhold med IUPAC-nomenklaturen i keton velges mest lang kjede, som inneholder –C=O-gruppe, nummerering starter fra slutten der denne gruppen befinner seg. Navnene på ketoner er basert på navnene på hydrokarboner med tillegg av endingen - HAN, tallet må angi posisjonen til den funksjonelle gruppen. Posisjonen og antallet substituenter er også indikert med tall og prefikser.

	propanon
	Butanon-2
	2-metyl-heksanon-3

Struktur av karbonylgruppen C=O

Egenskapene til aldehyder og ketoner bestemmes av strukturen til karbonylgruppen >C=O.

Karbon- og oksygenatomene i karbonylgruppen er i en tilstand av sp2-hybridisering. Karbon, med sine sp2-hybride orbitaler, danner 3 s-bindinger (en av dem er C–O-bindingen), som er plassert i samme plan i en vinkel på omtrent 120° i forhold til hverandre. En av de tre sp2-orbitalene med oksygen er involvert i C–O s-bindingen, de to andre inneholder ensomme elektronpar.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image018_37.gif" alt=" C=O-tilkobling (4985 bytes)" width="365" height="149 src=">!}

C=O-bindingen er sterkt polarisert. Elektronene til C=O-multippelbindingen, spesielt de mer mobile p-elektronene, forskyves mot det elektronegative oksygenatomet, noe som fører til at det vises en delvis negativ ladning på det. Karbonylkarbonet får en delvis positiv ladning.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image020_16.jpg" width="311" height="234 src=">

Ved oksidering av alkoholer brukes en kobberkatalysator.

2) En annen måte - katalytisk hydreringacetylen, den mellomliggende forbindelsen er vinylalkohol (denne metoden ble diskutert i den første modulen - og kalles Kucherov-reaksjonen).

Tar du metylacetylen i stedet for acetylen får du aceton.

3) Ozonolyse av alkener ble også studert i detalj i den første modulen (tema ALKENER)

4) I industrien utføres produksjonen ved pyrolyse av karboksylsyrer og deres salter.

5) Hydrolyse av dihalogenderivater av alkaner og metylarener.

Denne reaksjonen produserer aldehyder hvis begge halogenatomene er tilstede på samme karbonatom. Hvis atomet er i enden av kjeden, oppnås et aldehyd, hvis det er i midten, oppnås et keton.

6) Friedel-Crafts-reaksjon (betraktet i acyleringsreaksjonene til arener, elektrofil substitusjon av aromatiske hydrokarboner).

Kjemiske egenskaper til aldehyder og ketoner

Kjemiske egenskaper bestemmes av de strukturelle egenskapene til karbonylgruppen >C=O, som har polaritet - elektrontettheten mellom C- og O-atomene er ujevnt fordelt, forskjøvet til det mer elektronegative O-atomet økt reaktivitet, som viser seg i ulike addisjonsreaksjoner ved dobbeltbindingen.

I tillegg, på grunn av skiftet i elektrontetthet, får hydrogenatomer lokalisert i α-posisjonen i forhold til karbonylgruppen mobilitet, denne egenskapen kalles CH-surhet.

I alle tilfeller er ketoner mindre reaktive enn aldehyder, delvis på grunn av den steriske hindringen skapt av de to organiske grupper R.

JEG. Addisjon via dobbeltbinding C=O, interaksjon med O-, N-, S-nukleofiler

1) Når interaksjon med alkoholer aldehyder danner hemiacetaler - forbindelser som inneholder både en alkoksy- og en hydroksygruppe på ett karbonatom. Hemiacetaler kan videre reagere med et annet alkoholmolekyl, og danne fullacetaler - forbindelser hvor ett karbonatom samtidig inneholder to RO-grupper. Reaksjonen katalyseres av syrer og baser. Når det gjelder ketoner, er tilsetning av alkoholer til dobbeltbindingen i C=O vanskelig.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image029_20.gif" width="359" height="83 src=">hydroksynitril

3) På samme måte (åpner C=O-dobbeltbindingen) reagerer de med aldehyder og ketoner ammoniakk og aminer, er addisjonsproduktene ustabile og kondenserer med frigjøring av vann og dannelse av en C=N dobbeltbinding. Denne reaksjonen lar en skille mellom aldehyder og ketoner.

Ved interaksjon av aldehyd og ammoniakk oppnås iminer, og fra aminer dannes såkalte Schiff-baser - forbindelser som inneholder fragmentet >C=NR.

Ketoner danner ikke slike forbindelser med ammoniakk. De reagerer langsommere og mer komplekst:

https://pandia.ru/text/78/082/images/image033_18.gif" width="290" height="140 src=">

5) Reaksjoner med hydroksylamin utføres med frigjøring av vann. Reaksjonsproduktet av et aldehyd eller keton med hydroksylamin er oksim. Slike forbindelser er av interesse for organisk syntese.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image035_14.gif" width="588" height="115 src=">

7) Aldehyder og ketoner reagerer med halonukleofiler. Fosfor- og svovelhalogenider brukes som reagenser, men oftest fosforpentaklorid.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image037_15.gif" width="350" height="62 src=">

Katalysatorens rolle er å akselerere enoliseringsprosessen (vi vil vurdere essensen av katalysatorens arbeid nedenfor ved å bruke eksempelet på en kondensasjonsreaksjon).

2) Kondensasjonsreaksjoner. For aldehyder og ketoner er kondensasjon mulig mellom to molekyler av samme forbindelse. Ved slik kondensering av aldehyder åpnes dobbeltbindingen til ett av molekylene, og danner en forbindelse som inneholder både en aldehyd- og en OH-gruppe, kalt en aldol (aldehydalkohol).

Kondensasjonen som oppstår kalles aldol, og denne reaksjonen katalyseres av baser. Den resulterende aldolen kan kondensere ytterligere for å danne en C=C dobbeltbinding og frigjøre kondensasjonsvann. Resultatet er et umettet aldehyd (krotonaldehyd). Denne kondensasjonen kalles krotonisk kondensasjon etter navnet på den første forbindelsen i rekken av umettede aldehyder.

Ketoner er også i stand til å delta i aldolkondensering, men det andre stadiet, krotonkondensering, er vanskelig for dem.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image040_12.gif" width="420 height=282" height="282">

Hydroksylionet er initiatoren til reaksjonen det abstraherer et proton fra metylgruppen til aldehydet (trinn I). Metylendelen angriper deretter karbonyldelen, det andre molekylet til karbonylforbindelsen (trinn II). Produktene av aldolkondensasjon i nærvær av baser eliminerer lett vann (trinn III).

2) Kondensering av aldehyder og ketoner med fenoler kommer med fjerning av karbonyl O-atomet (i form av vann), og metylengruppen CH2 eller en substituert metylengruppe (CHR eller CR2) settes inn mellom to fenolmolekyler. Denne reaksjonen er mest brukt for å produsere fenol-formaldehyd-harpikser.

III Reduksjon og oksidasjon

Aldehyder og ketoner er mellomforbindelser mellom alkoholer Og karboksylsyrer: gjenoppretting fører til alkoholer, og oksidasjon fører til karboksylsyrer. Under virkningen av H2 (i nærvær av en Pt- eller Ni-katalysator) reduseres aldehyder, og danner primære alkoholer og ketoner - sekundære alkoholer (disse reaksjonene ble diskutert i detalj i forelesningen "Alkoholer").

Oksidasjon Omdannelsen av aldehyder til karboksylsyrer skjer ganske lett i nærvær av O2 eller under påvirkning av svake oksidasjonsmidler, slik som en ammoniakkløsning av sølvhydroksid. Denne reaksjonen er ledsaget av dannelsen av et sølvspeil på den indre overflaten av reaksjonsanordningen (vanligvis et vanlig reagensrør det brukes til). kvalitativ påvisning av aldehydgruppe.

Aldehyder oksideres av filtevæske. Fehlings reagens er en vandig alkalisk løsning dannet av Cu(OH)2 og kalium-natriumsalt av vinsyre (Rochelle-salt). Når løsningene dreneres, dannes en kompleks forbindelse (som kobberglykolat). Deretter reduserer aldehydet toverdig kobber til monovalent kobber. Ketoner inngår ikke i slike reaksjoner.

https://pandia.ru/text/78/082/images/image044_12.gif" width="433 height=99" height="99">

Det er også kvalitative reaksjoner for ketoner - for eksempel jodoformtesten. Denne reaksjonen produseres av metylketoner (under reaksjonen forsvinner fargen på jod og samtidig frigjøres et bunnfall av CH3I).

3CH3CO-R + 3I2 + 4NaOH = CH3I¯ + RCOONa + 3NaI + 3H2O

Påføring av aldehyder og ketoner

Formaldehyd H2C=O (its vannløsning kalt formaldehyd) brukes som et skinngarvemiddel og et konserveringsmiddel for biologiske preparater.

Aceton (CH3)2C=O er et mye brukt ekstraksjonsmiddel og løsemiddel for lakk og emaljer.

Det aromatiske ketonet benzofenon (C6H5)2C=O med duft av geranium brukes i parfymesammensetninger og til smakstilsetning av såpe.

Noen av aldehydene ble først funnet i planteessensielle oljer og senere kunstig syntetisert.

Alifatisk aldehyd CH3(CH2)7C(H)=O (trivialnavnet er pelargonaldehyd) finnes i de essensielle oljene fra sitrusplanter, har lukten av appelsin og brukes som smakstilsetning.

Den aromatiske aldehyden vanillin finnes i fruktene til den tropiske vaniljeplanten, nå brukes oftere syntetisk vanillin - et velkjent smakstilsetningsstoff i konfektprodukter.

vanillinbenzaldehyd benzofenon

Benzaldehyd, som lukter bitre mandler, finnes i mandelolje og eterisk eukalyptusolje. Syntetisk benzaldehyd brukes i matsmaksessenser og parfymesammensetninger.

Benzofenon og dets derivater er i stand til å absorbere UV-stråler, noe som bestemte deres bruk i solkremer og lotioner, i tillegg har noen benzofenonderivater antimikrobiell aktivitet og brukes som konserveringsmidler. Benzofenon har en behagelig duft av geranium, og brukes derfor i parfymesammensetninger og til å smaksette såpe.

Evnen til aldehyder og ketoner til å delta i ulike transformasjoner bestemte deres hovedanvendelse som startforbindelser for syntese av ulike organisk materiale: alkoholer, karboksylsyrer og deres anhydrider, medikamenter (urotropin), polymerprodukter (fenol-formaldehyd-harpikser, polyformaldehyd), i produksjon av alle slags duftstoffer (basert på benzaldehyd) og fargestoffer.

Påvirkning på menneskers helse og natur

Aldehyder - kjemisk aktive stoffer, har giftig effekt(narkotisk og irriterende for slimhinner). Med økende molekylvekt øker den narkotiske effekten av forbindelser. Lavere og umettede aldehyder har mutagene og kreftfremkallende egenskaper.

Når konsentrasjonen av aldehyder i et reservoar overstiger 50 mg/l, dør fisken, og aldehyder kommer inn i avløpsvann hemmer deres biokjemiske rensing.

Den toksiske effekten av ketoner viser seg i skade på sentralnervesystemet. De skilles ut sakte fra kroppen på grunn av god løselighet i blodet.

Type