Номенклатура предельных альдегидов и кетонов

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине "Органическая химия"

для бакалавров 1-го курса

 

 

 

Ростов-на-Дону

 

УДК 541.2

Альдегиды и кетоны: методические указания по дисциплине «Органическая химия» для бакалавров 1-го курса. – Ростов н∕Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. − 17 с.

 

Рассмотрены номенклатура и изомерия предельных оксосоединений, способы их получения и химические свойства альдегидов и кетонов. В экспериментальной части дана методика выполнения лабораторной работы.

Предназначены для бакалаврвов 1-го курса, обучающихся по направлениям "Строительство", "Стандартизация и метрология", "Товароведение", "Технология художественной обработки материалов", "Техносферная безопасность", "Эксплуатация транспортно-технических машин и комплексов", "Технология транспортных процессов" всех профилей

очной формы обучения.

УДК 541.2

 

 

Составитель: доц. Л.М. Астахова

 

 

Редактор Т.М. Климчук

Доп. план 2011 г., поз. 117.

Подписано в печать 13.07.11. Формат 60х84/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 321.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

 

 

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Альдегиды и кетоны − производные углеводородов, в молекулах которых имеется одна или более карбонильных групп.

 

Карбонильная группа часто называется оксогруппой, поэтому эти вещества часто называют оксосоединениями.

Если карбонильная группа связана с одним радикалом и атомом водорода, то такие соединения называются альдегидами с общей формулой R—COH.

Соединения, в которых карбонильная группа соединена с двумя радикалами, называются кетонами с общей формулой R—CO—R.

В зависимости от природы углеводородного радикала альдегиды и кетоны могут быть предельными, непредельными или ароматическими. Мы начнем изучение этих органических веществ с предельных соединений.

Гомологические ряды альдегидов и кетонов представлены в таблице.

 

Углеводород	Формула
А л ь д е г и д ы
Метаналь	Н—СОН
Этаналь	СН3—СОН
Пропаналь	СН3—СН2—СОН
Бутаналь	СН3—(СН2)2—СОН
Пентаналь	СН3—(СН2)3—СОН
Гексаналь	СН3—(СН2)4—СОН
Гептаналь и т. д.	СН3—(СН2)5—СОН
К е т о н ы
Пропанон (ацетон)	СН3—СО— СН3
Бутанон	СН3—СО—СН2— СН3
Пентанон-2	СН3—СО—(СН2)2— СН3
Гексанон-2	СН3—СО—(СН2)3— СН3
Гептанон-2 и т.д.	СН3—СО—(СН2)4— СН3

 

Номенклатура предельных альдегидов и кетонов

Названия альдегидов согласно систематической номенклатуры строят следующим образом: к названиям соответствующих алканов добавляют суффикс -аль, а нумерацию самой длинной углеродной цепи всегда начинают с карбонильного углерода (альдегидная группа всегда расположена у края цепи); прочие правила названия вещества остаются такими же, как и при наименовании алканов.

Согласно рациональной номенклатуры все альдегиды являются уксусными альдегидами с заместителями. Например:

2-метилпропаналь (СН), диметилуксусный альдегид (РН).

Кетоны тоже называют по систематической и по рациональной номенклатурам. Называя кетон по систематической номенклатуре, к названию предельного углеводорода добавляют суффикс -он с указанием места карбонильной группы (нумерация углеродной цепи начинается с края, к которому ближе расположена карбонильная группа). По рациональной номенклатуре вначале называют радикалы, связанные с карбонильной группой, а затем добавляют слово кетон.

Например:

 

3-метилбутанон-2 (СН), метилизопропилкетон (РН).

 

 

Изомерия альдегидов и кетонов

Изомерия альдегидов и кетонов обусловлена строением углеводородных радикалов, связанных с карбонильной группой (структурная изомерия), а в случае кетонов – еще и положением карбонильной группы в углеродной цепи

(изомерия положения оксогруппы). Для альдегидов изомеры имеют гомологи, начиная с цепочки ≥С₄:

СН₃—СН₂—СН₂—СН₂—СОН пентаналь; пропилуксусный альдегид (1)

СН₃—СН₂—СН—СОН 2-метилбутаналь; метилэтилуксусный альдегид (2)

│

СН₃

Из этих двух структур одна – нормального строения (1), другая – изостроения (2).

Изомерия кетонов возможна для цепей ≥С₅:

 

СН₃—СО—СН₂—СН₂— СН₃ пентанон-2; метилпропилкетон,

 

СН₃—СН₂ —СО—СН₂— СН₃ пентанон-3; диэтилкетон,

 

СН₃—СО—СН—СН₃ 3-метилбутанон-2; метилизопропилкетон

│

СН₃

Для предельных альдегидов и кетонов общая формула одинакова – С_nH_2nO.

Следовательно, эти соединения являются изомерами.

 

Способы получения

Пиролиз солей

 

В этом случае пары карбоновых кислот пропускают над катализатором MnO₂ или ThO₂ при высокой температуре, при этом образуются их соли

 

2 R—СООН → R—СОО—Ме—ООС— R.

 

Получившиеся соли затем подвергаются пиролизу

 

R—СОО—Ме—ООС— R. → R—СО— R + МеСО₃.

 

Если радикалы различные – образуются несимметричные кетоны R—СО— R′.

При одинаковых радикалах симметричные − R—СО— R. В случае, если одна из взятых кислот метановая (Н-СООН) – получается альдегид.

 

 

Реакции замещения

Реакции замещения идут с замещением карбонильного кислорода или атомов водорода в углеводородном радикале.

 

1.4.2.1. Замещение карбонильного кислорода хлором:

Этот процесс протекает при взаимодействии альдегидов или кетонов с пятихлористым фосфором.

 

альдегид дигалогенпроизводное

 

 

кетон дигалогенпроизводное.

 

 

1.4.2.2. Замещение атомов водорода в радикале

В этом случае нужно помнить, что легче всего процесс замещения водорода протекает у третичного углерода, затем у вторичного и в последнюю очередь − у первичного.

2-метилпропаналь 2-метил-2-хлорпропаналь

 

Реакции конденсации

Под влиянием карбонильной группы водородные атомы соседнего с ней метильного радикала в слабоосновной среде приобретают некоторую подвижность. При этом водород, отрываясь от метильного радикала в виде протона, переходит к карбонильному кислороду, а анион – к карбонильному углероду. В результате образуется гидроксиальдегид – альдоль (межмолекулярная дегидратация).

бутанол-3-аль (альдоль)

 

При нагревании альдоля происходит отщепление воды (дегидратация) с образованием непредельного соединения (внутримолекулярная дегидратация).

 

бутен-2-аль (кротоновый альдегид)

 

Последний процесс отщепления молекулы воды протекает в соответствии с правилом Зайцева – водородный атом отщепляется от наименее гидрогенизированного углерода.

 

 

Реакции окисления

В процессе полного окисления, протекающего при избытке кислорода, и альдегидов и кетонов образуются диоксид углерода СО₂ и вода.

В результате неполного окисления и альдегидов, и кетонов получаются карбоновые кислоты.

 

 

При окислении альдегидов аммиачным раствором оксида серебра происходит выделение металлического серебра, которое тонким слоем покрывает внутреннюю обезжиренную поверхность стеклянной пробирки, где проводится реакция. Эта «реакция серебряного зеркала» является качественной и используется при распознавании альдегидов.

Кетоны окисляются труднее. При действии на кетоны сильных окислителей [О] разрывается углеродная цепь (происходит разрыв углерод-углеродной связи справа и слева от кетогруппы) и получается смесь различных карбоновых кислот.

При окислении симметричных кетонов получается смесь из двух карбоновых кисло:

 

пропанон этановая кислота метановая кислота

 

При окислении несимметричных кетонов получается смесь из большего количества карбоновых кислот:

 

СН₃СН₂—СО— СН₂СН₂СН₂СН₃ + [О] → СН₃ —СООН +

 

СН₃СН₂ СН₂СН₂—СООН + СН₃СН₂СН₂—СООН + СН₃ СН₂—СООН

 

Например, при неполном окислении гептанона-3 получаются этановая, пентановая, бутановая и пропановая карбоновые кислоты.

По продуктам, полученным в процессе окисления, можно судить о строении кетонов.

Реакции полимеризации

Эти реакции характерны только для альдегидов. При воздействии минеральных кислот альдегиды полимеризуются с образованием циклических продуктов:

 

или линейных полимерных соединений:

 

 

 

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1. Окисление формальдегида аммиачным раствором окиси серебра (восстанавливающая способность формальдегида)

Альдегиды легко окисляются и могут служить хорошими восстановителями. Эта реакция протекает особенно легко в присутствии едкой щелочи.

Хорошим р е а к т и в о м н а а л ь д е г и д ы служит бесцветный аммиачный раствор окиси серебра. Этот реактив готовят непосредственно перед проведением опыта.

Для проведения эксперимента нужны две чистые (!) и сухие пробирки.

В каждую пробирку вносим по 1 мл 0,2 н. раствoра AgNO₃.

В первую пробирку добавляем 1 мл 0,2 н. раствор NaOH. К полученному бурому осадку, помешивая его тонкой стеклянной палочкой, добавляем по каплям 2 н. раствор NH₄OH до растворения осадка.

Во вторую пробирку, не добавляя щелочи, прибавить сразу 1 мл

2 н. раствора NH₄OH. Полученный бурый осадок гидрата окиси серебра растворяем, добавляя в пробирку по каплям избыток раствора аммиака.

К прозрачным растворам в обеих пробирках добавить 0,5-1 мл 1 %-ного формалина (для получения нужной концентрации формальдегида надо 40 %-ный формалин разбавить дистиллированной водой в 40 раз).

В первой пробирке практически мгновенно (при комнатной температуре) выпадает черный осадок – восстановленное серебро.

Во второй пробирке процесс протекает очень медленно (при комнатной температуре). Для ускорения процесса пробирку необходимо осторожно прогреть – на расстоянии 15-20 см от пламени спиртовки. При этом серебро может выделиться на внутренней поверхности стекла в виде блестящего зеркального налета при условии, что его поверхность не была загрязнена маслами и др. Поэтому эта реакция называется «реакцией серебряного зеркала».

Положительной реакций считается и просто почернение или даже побурение бесцветного раствора. Реакция протекает по схеме:

 

метаналь метановая кислота

 

 

2.2. Окисление формальдегида гидратом окиси меди в щелочном растворе (восстанавливающая способность формальдегида)

Поместите в пробирку 5 капель2 н. раствора NaOH, разбавте его 6 каплями дистиллированной воды и добавьте 2 капли 0,2 н. раствора CuSO₄. К выпавшему осадку гидрата окиси меди прибавьте 1 каплю 40 %-ного формалина и хорошо перемешайте раствор.

Нагрейте над пламенем спиртовки только верхнюю часть раствора так, чтобы нижняя часть пробирки осталась холодной (для контроля). Нагревать раствор только до кипения, кипятить раствор нет надобности.

В нагретой части пробирки должен выделиться красный осадок металлической меди. Если внутренняя поверхность пробирки совершенно чистая, осадок отлагается на ней в виде блестящего металлического слоя − медного зеркала.

 

 

Открытие ацетона переводом его в иодоформ

 

Поместите в чистую пробирку 1 каплю раствора иода в иодистом калии и

5 капель 2 н. раствора NaOH. К обесцвеченному раствору образовавшегося иодноватистого натрия добавьте 1 каплю водного раствора ацетона. Сразу же (при комнатной температуре) выпадает желтовато-белый осадок с характерным запахом иодоформа. Ход процесса отражается схемами

 

I₂ + 2NaOH → NaOI + NaI + H₂O

 

 

ацетон

 

иодоформ уксуснокислый натрий

 

Иодоформная проба на ацетон очень чувствительна и позволяет распознать ацетон в водных растворах уже при его содержании 0,04 %.

 

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

1. В каком валентном состоянии находится карбонильный углерод?

 

2. Сравните продукты реакции гидратации этилена и формальдегида.

 

3. Запишите реакции взаимодействия трет-бутилуксусного альдегида: а) с концентрированным раствором NaOH; б) с муравьиным альдегидом; в) с уксусным альдегидом.

 

4. Осуществите превращения: этанол→ пропан-2-ол;

метилацетилен → метилэтилкетон; этиловый спирт → метилэтилкетон;

пропаналь → пропин.

 

5. Закончить превращение и назвать конечные продукты:

- бензальдегид + гидросульфит натрия →

- гексен-4-аль + LiAlH₄ →

- бутин + вода →

- 2-метилпентанон-3 + Сl₂ →

- этаналь + этанол →

- винилметилкетон + Н₂ →

- ацетон + [О] →

 

6. Напишите структурную формулу гексанона-2, приведите его возможные изомеры и назовите их по систематической и рациональным номенклатурам.

 

7. В результате неполного окисления кетона получилась смесь из уксусной и пропановой карбоновых кислот. Приведите структурную формулу исходного вещества.

 

8. Приведите структурные формулы изомеров гептен-3-аля и назовите их по систематической и рациональной номенклатурам.

 

9. Приведите схемы возможных способов получения формальдегида.

10. Каким образом в смеси органических веществ можно распознать присутствие альдегида?

 

 

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

по дисциплине "Органическая химия"

для бакалавров 1-го курса

 

 

 

Ростов-на-Дону

 

УДК 541.2

Альдегиды и кетоны: методические указания по дисциплине «Органическая химия» для бакалавров 1-го курса. – Ростов н∕Д: Рост. гос. строит. ун-т, 2011. − 17 с.

 

Рассмотрены номенклатура и изомерия предельных оксосоединений, способы их получения и химические свойства альдегидов и кетонов. В экспериментальной части дана методика выполнения лабораторной работы.

Предназначены для бакалаврвов 1-го курса, обучающихся по направлениям "Строительство", "Стандартизация и метрология", "Товароведение", "Технология художественной обработки материалов", "Техносферная безопасность", "Эксплуатация транспортно-технических машин и комплексов", "Технология транспортных процессов" всех профилей

очной формы обучения.

УДК 541.2

 

 

Составитель: доц. Л.М. Астахова

 

 

Редактор Т.М. Климчук

Доп. план 2011 г., поз. 117.

Подписано в печать 13.07.11. Формат 60х84/16. Бумага писчая. Ризограф.

Уч.-изд.л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 321.

Редакционно-издательский центр

Ростовского государственного строительного университета

344022, Ростов-на-Дону, ул. Социалистическая, 162

 

 

© Ростовский государственный

строительный университет, 2011

 

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Альдегиды и кетоны − производные углеводородов, в молекулах которых имеется одна или более карбонильных групп.

 

Карбонильная группа часто называется оксогруппой, поэтому эти вещества часто называют оксосоединениями.

Если карбонильная группа связана с одним радикалом и атомом водорода, то такие соединения называются альдегидами с общей формулой R—COH.

Соединения, в которых карбонильная группа соединена с двумя радикалами, называются кетонами с общей формулой R—CO—R.

В зависимости от природы углеводородного радикала альдегиды и кетоны могут быть предельными, непредельными или ароматическими. Мы начнем изучение этих органических веществ с предельных соединений.

Гомологические ряды альдегидов и кетонов представлены в таблице.

 

Углеводород	Формула
А л ь д е г и д ы
Метаналь	Н—СОН
Этаналь	СН3—СОН
Пропаналь	СН3—СН2—СОН
Бутаналь	СН3—(СН2)2—СОН
Пентаналь	СН3—(СН2)3—СОН
Гексаналь	СН3—(СН2)4—СОН
Гептаналь и т. д.	СН3—(СН2)5—СОН
К е т о н ы
Пропанон (ацетон)	СН3—СО— СН3
Бутанон	СН3—СО—СН2— СН3
Пентанон-2	СН3—СО—(СН2)2— СН3
Гексанон-2	СН3—СО—(СН2)3— СН3
Гептанон-2 и т.д.	СН3—СО—(СН2)4— СН3

 

Номенклатура предельных альдегидов и кетонов

Названия альдегидов согласно систематической номенклатуры строят следующим образом: к названиям соответствующих алканов добавляют суффикс -аль, а нумерацию самой длинной углеродной цепи всегда начинают с карбонильного углерода (альдегидная группа всегда расположена у края цепи); прочие правила названия вещества остаются такими же, как и при наименовании алканов.

Согласно рациональной номенклатуры все альдегиды являются уксусными альдегидами с заместителями. Например:

2-метилпропаналь (СН), диметилуксусный альдегид (РН).

Кетоны тоже называют по систематической и по рациональной номенклатурам. Называя кетон по систематической номенклатуре, к названию предельного углеводорода добавляют суффикс -он с указанием места карбонильной группы (нумерация углеродной цепи начинается с края, к которому ближе расположена карбонильная группа). По рациональной номенклатуре вначале называют радикалы, связанные с карбонильной группой, а затем добавляют слово кетон.

Например:

 

3-метилбутанон-2 (СН), метилизопропилкетон (РН).