Лекция 4.1(4.2) Кислородсодержащие соединения. Оксосоединения. Карбоновые кислоты, гидроксикислоты.

Лекция 4.1(4.2) Кислородсодержащие соединения. Оксосоединения. Карбоновые кислоты, гидроксикислоты.

Оксосоединения

Оксосоединения характеризуются присутствием в молекулах группы С=О, называемой карбонилом или карбонильной группой. Она придает данным соединениям специфические свойства, которые разительно отличают их от соединений других классов.

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильные соединения (оксосоединения) —органические вещества, в молекулах которых имеется карбонильная группа (карбонил)

Альдегиды — это органические соединения, молекулы которых содержат альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом.

Кетоны — органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.

Если в молекулах альдегидов или кетонов содержатся две карбонильные группы, то такие соединения являются диальдегидами или дикетонами соответственно.

Например, диальдегидом является глиоксаль, а дикетоном – диацетил.

Номенклатура альдегидов и кетонов

Кетоны. Названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов ((в алфавитном порядке) с добавлением названия класса – кетон

CH ₃ –CO–CH ₃ диметилкетон (ацетон);
CH ₃ CH ₂ CH ₂ –CO–CH ₃ метилпропилкетон.

В более общем случае название кетона строится по названию соответствующего углеводорода и суффикса -он; нумерацию цепи начинают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе

По рациональной номенклатуре альдегиды жирного ряда иногда рассматривают как производные уксусного альдегида.

 

 

Для альдегидов широко применяются тривиальные названия. Они образуются из соответствующих тривиальных названий карбоновых кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении.

Реакции присоединения

Присоединение большинства реагентов по двойной связи С=О происходит как ионная реакция по механизму нуклеофильного присоединения A _N.

1. Гидрирование (восстановление)

Реакцию восстановления альдегидов и кетонов широко используют для получения спиртов. Присоединение водорода по кратной связи С=О происходит при нагревании в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).

В результате образуются спирты соответствующего строения. Гидрирование альдегидов приводит к образованию первичных спиртов, гидрирование кетонов – ко вторичным.

Так, при гидрировании уксусного альдегида на никелевом катализаторе образуется этиловый спирт, а при гидрировании ацетона – пропанол-2:

В лабораторных условиях для восстановления альдегидов и кетонов используется алюмогидрид лития (тетрагидроалюминат лития) LiAlH₄:

Взаимодействие с аммиаком

При взаимодействии с аммиаком образуются имины:

Реакции окисления

1. Реакция «серебряного зеркала» - окисление аммиачным раствором оксида серебра

Качественная реакция на альдегидную группу!

Упрощенно

 

Металлическое серебро осаждается на стенках пробирки в виде тонкого слоя, образуя зеркальную поверхность.

2. Окисление гидроксидом меди (II)

Качественная реакция на альдегидную группу!

Для реакции используют свежеприготовленный Cu (ОН)₂, образующийся при взаимодействии растворимой соли меди (II) со щелочью.

Го­лу­бая сус­пен­зия гид­рок­си­да меди (II) при на­гре­ва­нии с аль­де­ги­дом при­об­ре­та­ет окрас­ку оранжево-крас­ного оса­дка ок­си­да меди (I):

Например:

Альдегид окисляется до соответствующей ему карбоновой кислоты.

Реакции замещения

1. α -Галогенирование

Альдегиды и кетоны легко вступают в реакцию с галогенами (Cl₂, Br₂, I₂) с образованием ɑ-галогенпроизводных.

Такой эффект наблюдается только для ɑ-атома углерода, т.е атома, следующего за альдегидной группой, независимо от длины углеродного радикала.

Галогенопроизводные альдегидов и кетонов проявляют слезоточивое действие и называются лакриматорами.

При избытке галогена замещению подвергаются все атомы водорода при ɑ-углеродном атоме:

Хлораль обладает снотворным действием. На основе хлораля получают средства борьбы с насекомыми (инсектициды), в том числе хлорофос, а также различные гербициды.

При растворении хлораля в воде образуется ССl₃CH (OH)₂.

2. Галоформная реакция ( иодоформная реакция, или проба Люголя )

Качественная реакция на метилкетоны и ацетальдегид!

Иодоформная реакция – обработка карбонильного соединения избытком иода в присутствии щелочи. Выпадение желтого осадка иодоформа указывает на наличие в исходном соединении метильной группы, связанной с карбонилом:

Иодоформ широко используется как антисептик в медицине и ветеринарии.

Реакции полимеризации

Полимеризация — частный случай реакций присоединения — характерна в основном для альдегидов.

Линейная полимеризация

При испарении или длительном стоянии 40% водного раствора формальдегида (формалина) образуется полимер формальдегида в виде белого осадка с невысокой молекулярной массой – параформ:

Параформ используют для изготовления волокон, пленок и других изделий.

Реакции поликонденсации

Конденсацией называется реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета и возникновению новой углеродной связи, причем из двух или более относительно простых молекул образуется новая, более сложная молекула. Обычно в результате реакции конденсации выделяется молекула воды или другого вещества.

Конденсация, приводящая к образованию высокомолекулярных соединений, называется реакцией поликонденсации.

Конденсация с фенолами

Практическое значение имеет реакция формальдегида с фенолом (катализаторы — кислоты или основания).

Вначале в присутствии катализатора происходит взаимодействие между молекулой формальдегида и молекулой фенола с образованием фенолспирта:

Для фенола эта реакция электрофильного замещения (S_E), а для формальдегида – нуклеофильного присоединения (А_N).

Образовавшееся соединение взаимодействует далее с фенолом с выделением молекулы воды:

Новое соединение взаимодействует с формальдегидом:

Это соединение конденсируется с фенолом, затем снова с формальдегидом и т.д.

В результате поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализаторов образуются Фенолформальдегидные смолы, из которых получают пластмассы – фенопласты.

2. Конденсация альдегидов с карбамидом (мочевиной) (NH ₂) ₂ C=O - получение карбамидных (мочевино-формальдегидных) смол

Например:

3. Конденсация формальдегида с меламином С ₃ Н ₆ N ₆ (меламино-формальдегидные смолы)

Меламино-формальдегидные смолы применяют для пропитки бумаги, картона и тканей с целью придания им водостойкости, несминаемости и снижения усадки.

Важно! Посуда, изготовленная из меламино-формальдегидных полимеров, обычно ярко оформлена, токсична и очень опасна для здоровья.

Присоединение реактива Гриньяра — образование спиртов

При добавлении раствора галогеналкана в диэтиловом эфире к магниевой стружке легко происходит экзотермическая реакция, магний переходит в раствор и образуется реактив Гриньяра.

а) Взаимодействием реактива Гриньяра с формальдегидом можно получить первичный спирт (кроме метанола). Для этого продукт присоединения реактива Гриньяра гидролизуют с водой:

б) При использовании любых других алифатических альдегидов могут быть получены вторичные спирты:

в) Взаимодействием реактивов Гриньяра с кетонами получают третичные спирты:

 

Взаимодействие с аммиаком

При взаимодействии с аммиаком образуются имины:

 

Лекция 4.1(4.2) Кислородсодержащие соединения. Оксосоединения. Карбоновые кислоты, гидроксикислоты.

Оксосоединения

Оксосоединения характеризуются присутствием в молекулах группы С=О, называемой карбонилом или карбонильной группой. Она придает данным соединениям специфические свойства, которые разительно отличают их от соединений других классов.

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям.

Карбонильные соединения (оксосоединения) —органические вещества, в молекулах которых имеется карбонильная группа (карбонил)

Альдегиды — это органические соединения, молекулы которых содержат альдегидную группу, связанную с углеводородным радикалом.

Кетоны — органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.

Если в молекулах альдегидов или кетонов содержатся две карбонильные группы, то такие соединения являются диальдегидами или дикетонами соответственно.

Например, диальдегидом является глиоксаль, а дикетоном – диацетил.