- Lektsia - бесплатные рефераты, доклады, курсовые работы, контрольные и дипломы для студентов - https://lektsia.info -

Классификация карбонильных соединений



Карбонильные соединения или оксосоединения – органические вещества, в молекулах которых содержится карбонильная группа >С=О. Они делятся на две родственные группы – альдегиды и кетоны. В молекулах альдегидов карбонильная группа связана с атомами водорода или с одним углеводородным радикалом: Н−С−Н , R−C−H, а в молекулах кетонов – с двумя уг-

|| ||

О О

леводородными радикалами: R−C−R/.

||

O

По строению углеводородного радикала различают алифатические (предельные и непредельные), алициклические и ароматические карбонильные соединения. Общая формула предельных альдегидов и кетонов СnН2nО.

 

Изомерия и номенклатура

Изомерия альдегидов связана только со строением углеродного скелета, а кетонов – еще и с положением карбонильной группы.

Названия альдегидов образуются путем добавления окончания -аль к названию предельного углеводорода, содержащего такое же количество углеродных атомов. Кетоны называют, добавляя к названию предельного углеводорода окончание -он и указывая номер атома углерода, связанного с карбонильным кислородом. В рациональной номенклатуре названия простых кетонов составляют из названий радикалов, связанных с карбонильной группой и слова «кетон», например:

 

CH3−CH−C=O CH3−C−CH−CH3

| | || |

CH3 H O CH3

2-метилпропаналь 3-метилбутанон-2

(метилизопропилкетон)

Если альдегидная группа не является старшей в молекуле, то она обозначается префиксом «формил», а кетонная – «оксо»:

 

 

1 2 3 4 5 4 3 2 1

HOOC−CH−CH2−COOH CH3−C−CH2−CH2−COOH

| ||

CHO O

2-формилбутандиовая кислота 4-оксопентановая кислота

 

Методы получения альдегидов и кетонов

1. Каталитическое дегидрирование спиртов:

Cu, t°

R−CH2−OH R −CH=O + H2

2. Окисление спиртов:

OH [O] O

| ||

R−CH−R/ R −C−R/

Окисление происходит легко, однако образующиеся оксосоединения (особенно альдегиды) необходимо во избежание их превращения в кислоты быстро удалять из реакционной смеси.

3. Гидролиз геминальных дигалогенопроизводных:

NaOH

R−CCl2−R/ + H2O R−CO−R/ + 2 HCl

4. Гидратация алкинов:

R−C≡CH + H2O R−CO−CH3

5. Пиролиз органических кислот:

CaO, t°

R−COOH + R/−COOH R−CO−R/ + CO2 + H2O

Усли R = R/, то получается симметричный кетон; если одна из кислот – муравьиная (R/ = Н), то образуется альдегид.

 

Физические свойства

Первые члены гомологического ряда альдегидов – газ и низкокипящие жидкости:

H−C=O CH3−C=O CH3−CH2−C=O

| | |

H H H

Т. кип. = −21ºС Т. кип. = 20,2ºС Т. кип. = 48,8ºС

Температуры кипения альдегидов и кетонов значительно ниже, чем соответствующих спиртов. Причина заключается в том, что карбонильные соединения не в состоянии образовать эффективные водородные связи вследствие слабой поляризации связи C—H:

спирты альдегиды

δ+ δ− δ+ δ− δ+ δ− δ+ δ−

H—O . . .H—O R−C=O H−C=O

| | | |

R R H R

Δχ(O—H) = 1,4 Δχ(C—H) = 0,4

Низшие альдегиды имеют резкий запах, у альдегидов с числом атомов углерода от 3 до 6 весьма неприятный запах, высшие альдегиды обладают цветочными запахами и применяются в парфюмерии.

 

Химические свойства

Химические свойства альдегидов и кетонов определяются наличием в их составе карбонильной группы с полярной двойной связью. Электронная плотность связи C = O смещена в сторону более электроотрицательного атома кислорода:

δ/+ δ+ δ/+

R — CH2 → C ← CH2 — R/

|| δ−

O

Как и в случае двойной С=С связи, для связи С=О характерны реакции присоединения, однако протекают они не по электрофильному, а по нуклеофильному механизму (AN). Активность альдегидов и кетонов в реакциях присоединения определяется величиной положительного заряда на атоме углерода карбонильной группы. Электронодонорные группы, связанные с группой С=О, уменьшают величину этого заряда. Поэтому кетоны, карбонильная группа которых связана с двумя электронодонорными углеводородными радикалами, менее активны, чем альдегиды.

Кроме того, сильно поляризованная карбонильная группа оказывает существенное влияние на водородные атомы, находящиеся у соседних с карбонильной группой атомов углерода – они приобретают повышенную реакционную способность.

5.1. Реакции присоединения:

а) присоединение водорода (восстановление)

t, Ni

R−CH=O + H2 R−CH2−OH

При взаимодействии альдегидов с водородом получаются первичные спирты, кетоны в этой реакции образуют вторичные спирты.

б) присоединение циановодородной (синильной) кислоты

KCN

CH3−CH=O + H−CN CH3−CH−OH

|

CN

Образовавшееся соединение – оксинитрил (циангидрин) содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид или кетон, поэтому подобные реакции используются для удлинения углеродной цепи. Оксинитрилы легко превращаются в α-гидрокси- и α-аминокислоты.

в) получение бисульфитных производных

R R OH

C = O + NaHSO3 C

H H SO3Na

Гидросульфитные соединения – кристаллические вещества, которые при нагревании с разбавленными кислотами разлагаются с образованием исходных альдегидов. Они служат для выделения альдегидов и кетонов из их смесей с другими веществами и получения их в чистом виде.

г) образование ацеталей

В присутствии каталитических количеств безводных кислот к альдегидам легко присоединяются спирты с образованием ацеталей:

H+ CH3OH, H+

R−C=O + HOCH3 R −CH−OH R−CH−OCH3

| | −H2O |

H OCH3 OCH3

Эта реакция играет важную роль в превращении линейных форм углеводов в циклические.