Галогенирование альдегидов и кетонов

Реакция галогенирования протекает с участием α-углеродного атома. С галогеном реагирует не само карбонильное соединение, а его енольная форма:

При присоединении галогена к енолу образуется неустойчивый галогенгидрин. От него отщепляется галогеноводород, и образуется α-галогензамещенное карбонильное соединение. Реакция катализируется щелочью. Если в молекуле альдегида или кетона с карбонильной группой связана метильная группа (метилкетоны и ацетальдегид), то при избытке галогена в ней замещаются все атомы водорода:

Тригалогенметильная группа является сильнейшим акцептором электронов, поэтому карбонильная активность полученного альдегида или кетона становится высокой, и гидроксид-анион, служивший катализатором в этой реакции, проявляет уже нуклеофильные свойства и атакует карбонильный атом углерода. От полученного аддукта сравнительно легко отщепляется тригалогенметил-анион, который стабилизируется присоединением протона и образует тригалогенметан:

Такая реакция носит название галоформной. При использовании йода в результате галоформной реакции образуется йодоформ – кристаллическое вещество желтого цвета, которое легко идентифицировать. Это позволяет использовать галоформную реакцию для обнаружения метилкарбонильных соединений, в этом случае ее называют йодоформной.

Окислительно–восстановительные реакции

Кетоны в нейтральной среде устойчивы к окислению, например, не реагируют с перманганатом калия. В кислой и щелочной среде кетоны окисляются с расщеплением углерод – углеродной связи, при этом образуется смесь продуктов:

Если R₁ и R₂ = Н, то в качестве продуктов окисления образуется две (в случае симметричных кетонов, R=R₃) или четыре различных кислоты (R≠R₃ – несимметричный кетон).

В отличие от кетонов альдегиды легко окисляются практически любыми окислителями, даже кислородом воздуха. Легкость окисления альдегидов используют для качественного их обнаружения реакцией «серебряного зеркала» - восстановлением одновалентного серебра в аммиачном растворе:

Восстановление альдегидов и кетонов водородом в момент выделения приводит к образованию первичных и вторичных спиртов:

Отдельные представители

Формальдегид – бесцветный газ с резким специфическим запахом. Он ядовит, действует раздражающе на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Хорошо растворим в воде, его 40%-ный водный раствор называют формалином и широко используют в качестве дезинфицирующего средства для дезинфекции зерно- и овощехранилищ, парников, теплиц. Формальдегид широко применяется в органическом синтезе, например в производстве синтетических смол (фенолформальдегидные, карбамидные), глицерина и т.д.

При нагревании с аммиаком формальдегид образует гексаметилентетрамин (уротропин), который в больших количествах применяют в производстве фенолформальдегидных смол, взрывчатых веществ, а также в качестве горючего (сухой спирт)

Уксусный альдегид (ацетальдегид) – жидкость с резким неприятным запахом, вызывает раздражение слизистых оболочек, удушье, головную боль. Из ацетальдегида в промышленных масштабах получают уксусную кислоту, уксусный ангидрид, этиловый спирт, бутиловый спирт, ацетали, этилацетат и ряд других веществ. Подобно формальдегиду он конденсируется с фенолом, аминами и другими веществами, образуя синтетические смолы, используемые в производстве полимерных материалов.

Ацетон – бесцветная жидкость с характерным запахом. Хорошо растворим в воде и органических растворителях. В качестве растворителя в очень больших количествах применяется в лакокрасочной промышленности, в производстве ацетатного шелка, кинопленки, бездымного пороха (пироксилина), для растворения ацетилена (в баллонах) и т.д. Он служит исходным сырьем при производстве небьющегося органического стекла, кетена и т.д.

 

 

Лекция 18. Ненасыщенные альдегиды и кетоны

Изомерия. Классификация. Строение: сопряжение связей С=О и С=С. Акролеин и кротоновый альдегид. Способы получения. Химические свойства: особенности реакций электрофильного и нуклеофильного присоединения Кетены. Дикетен.

Ненасыщенные альдегиды и кетоны, в зависимости от взаимного расположения двойной и карбонильной групп в молекуле, могут быть поделены на три группы: с кумулированными (кетены CH₂=C=O), сопряженными (CH=CH₂-COCH₃ - метилвинилкетон, 1-бутен-3-он; CH₂=CHCHO - акролеин, пропеналь) и изолированными (CH₂=CHCH₂CH₂CH₂COCH₃) кратными связями. Из них наибольший интерес представляют соединения с сопряженными связями (акролеин, кротоновый альдегид, метилвинилкетон) – α,β-ненасыщенные альдегиды и кетоны

Для некоторых α,β-ненасыщенных альдегидов и кетонов сохранились эмпирические (акролеин) или рациональные (метилвинилкетон) названия. По номенклатуре IUPAC положение двойной связи и карбонильной группы указывают цифрами.

Важнейшими представителями ненасыщенных альдегидов являются акролеин CH₂=CH-CHO и кротоновый альдегид CH₃-CH=CH-CHO.

Существует несколько способов получения акролеина:

1. Альдольная конденсация формальдегида с ацетальдегидом.

Первоначально образуется оксипропионовый альдегид, который далее подвергается дегидратации:

2. Прямое каталитическое окисление пропилена.

3. Дегидратация глицерина.

Акролеин используется для получения пластмасс, отличающихся большой твердостью. При конденсации акролеина с пентаэритритом получают полимеры, по внешнему виду напоминающие стекло. Акролеин используют в качестве исходного вещества для синтеза глицерина.

Кротоновый альдегид получают кротоновой конденсацей ацетальдегида (см. Лекция №17). Применяется для получения масляного альдегида, бутанола, масляной кислоты, а также малеинового ангидрида.

Химические свойства

Акролеину, кротоновому альдегиду и другим непредельным соединениям с сопряженной двойной и карбонильными связями присущи реакции, свойственные алкенам и альдегидам. Взаимное влияние двойной связи и карбонильной группы находит отражение в некоторых особенностях химического поведения. Реакции присоединения к α,β-ненасыщенным альдегидам и кетонам могут протекать по типу 1,2-присоединения (т.е. по связям С=С или С=О) или по типу 1,4-присоединения.

1. Порядок присоединения HBr не соответствует правилу Марковникова и протекает по типу 1,4-присоединения аналогично диенам:

2. Синильная кислота присоединяется к акролеину по карбонильной группе (1,2-присоединение по карбонильной группе):

По карбонильной группе присоединяются также СН₃MgI, NH₂OH.

3. Гидросульфит натрия присоединяется не только по карбонильной группе, но и по двойной связи:

4. Присоединение галогенов по двойной связи протекает аналогично алкенам (1,2-присоединение по двойной связи).

Метилвинилкетон - простейший представитель ненасыщенных кетонов. Его получают преимущественно двумя способами:

1. Гидратация винилацетилена.

2. Конденсация формальдегида с ацетоном:

Метилвинилкетон проявляет свойства как кетона, так и алкена. Легко полимеризуется в прозрачную бесцветную стекловидную массу, используемую в производстве пластмасс.

КЕТЕНЫ

Кетенами называются соединения, содержащие группу >C=C=O.

Простейший кетен CH₂=C=O (газ с т. кип. -48°С) может быть получен из бромангидрида бромуксусной кислоты под действием цинковой пыли:

В промышленности кетен получают пиролизом ацетона

и дегидратацией уксусной кислоты в присутствии катализаторов кислотного типа:

Строение кетена подобно аллену. Атом углерода карбонильной группы находится в состоянии sp-гибридизации, а второй атом углерода и атом кислорода находятся в sp²-гибридном состоянии

Химические свойства

Кетены чрезвычайно легко реагируют с водой и другими веществами, содержащими активный водородный атом (спиртами, кислотами, первичными и вторичными аминами). При этом образуются функциональные производные уксусной кислоты.

Кетен легко полимеризуется с образованием дикетена:

Дикетен реагирует с водой, спиртами, аминами, образуя ацетоуксусную кислоту и ее производные:

В промышленности из кетена получают уксусную кислоту, уксусный ангидрид, этилацетат, дикетен и другие вещества, являющиеся полупродуктами в производстве красителей и лекарственных веществ.

Лекция 19. Альдегиды и кетоны ароматического ряда.

Классификация кетонов: ароматические и жирноароматические. Номенклатура. Изомерия. Методы получения: из углеводородов и спиртов (окисление, дегидрирование), из дигалогенпроизводных (гидролиз), реакция Гаттермана, Фриделя – Крафтса.

Химические свойства. Реакции окисления и восстановления. Присоединение нуклеофильных реагентов. Реакция Канниццаро.

Для ароматических альдегидов и кетонов характерно наличие карбонильной группы >С=О, связанной с атомом углерода бензольного ядра или боковой цепи.

Первый тип соединений относится к ароматическим альдегидам и кетонам, а второй – к жирноароматическим.

В рамках тривиальной номенклатуры ароматические альдегиды называют по названиям соответствующих карбоновых кислот:

Для жирноароматических за основу берут названия соответствующих альдегидов жирного ряда по радикальной или систематической номенклатуре:

Кетоны ароматического и жирноароматического ряда называют либо по радикальной номенклатуре, либо названия кетонов имеют суффикс -фенон:

Способы получения

Ароматические альдегиды

Способы получения альдегидов жирного ряда приемлемы и для получения ароматических альдегидов. Существуют также специальные методы получения ароматических альдегидов и кетонов.

1. Каталитическое окисление боковой цепи:

Данный метод имеет промышленное значение.

2. Гидролиз геминальных дигалогенпроизводных:

Гидролиз проводят в присутствии гидроксида кальция при температуре 95 – 100°С в присутствии железного катализатора.