>

Zawierają aldehydy. Aldehydy: właściwości chemiczne, otrzymywanie, budowa

Wśród związków organicznych zawierających tlen duże znaczenie mają dwie klasy substancji, które zawsze bada się razem pod kątem podobieństwa w strukturze i właściwościach. Są to aldehydy i ketony. To właśnie te cząsteczki leżą u podstaw wielu syntez chemicznych, a ich struktura jest na tyle interesująca, że ​​stała się przedmiotem badań. Rozważmy bardziej szczegółowo, jakie są te klasy związków.

Aldehydy i ketony: ogólna charakterystyka

Z chemicznego punktu widzenia do klasy aldehydów należy zaliczyć cząsteczki organiczne zawierające tlen w ramach grupy funkcyjnej -CH, zwanej karbonylem. Ogólny wzór w tym przypadku będzie wyglądał następująco: R-COH. Ze swojej natury mogą to być zarówno związki ograniczające, jak i nienasycone. Wśród nich są także przedstawiciele aromatyczni i alifatyczni. Liczba atomów węgla w łańcuchu rodnikowym waha się w dość szerokim zakresie, od jednego (formaldehyd lub metanal) do kilkudziesięciu.

Ketony zawierają również grupę karbonylową -CO, jednak jest ona połączona nie z kationem wodorowym, ale z innym rodnikiem, innym lub identycznym z tym zawartym w łańcuchu. Ogólny wzór wygląda następująco: R-CO-R. Oczywiście aldehydy i ketony są podobne pod względem obecności grupy funkcyjnej w takim składzie.

Ketony mogą być również ograniczające i nienasycone, a wykazywane właściwości są podobne do blisko spokrewnionej klasy. Można podać kilka przykładów ilustrujących skład cząsteczek i odzwierciedlających przyjętą notację wzorów rozważanych substancji.

  1. Aldehydy: metanal - HSON, butanal - CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH, fenylooctowy - C 6 H 5 -CH 2 -CH.
  2. Ketony: aceton lub keton dimetylowy - CH 3 -CO-CH 3, keton metylowo-etylowy - CH 3 -CO-C 2 H 5 i inne.

Oczywiście nazwa tych związków jest tworzona na dwa sposoby:

  • zgodnie z racjonalną nomenklaturą według rodników składowych i przyrostka klasy -al (dla aldehydów) i -one (dla ketonów);
  • banalne, historyczne.

Jeśli podamy ogólny wzór dla obu klas substancji, stanie się jasne, że są one względem siebie izomerami: C n H 2n O. Charakterystyczne dla nich są następujące typy izomerii:


Aby rozróżnić przedstawicieli obu klas, stosuje się reakcje jakościowe, z których większość umożliwia identyfikację aldehydu. Ponieważ aktywność chemiczna tych substancji jest nieco wyższa ze względu na obecność kationu wodoru.

Struktura cząsteczki

Zastanów się, jak aldehydy i ketony wyglądają w kosmosie. Strukturę ich cząsteczek można odzwierciedlić w kilku punktach.

  1. Atom węgla bezpośrednio wchodzący w skład grupy funkcyjnej posiada hybrydyzację sp 2, dzięki której część cząsteczki może mieć płaski kształt przestrzenny.
  2. W tym przypadku polaryzacja wiązania C=O jest silna. Jako bardziej elektroujemny, tlen przejmuje dla siebie główną część gęstości, koncentrując na sobie częściowo ładunek ujemny.
  3. W aldehydach wiązanie OH jest również silnie spolaryzowane, dzięki czemu atom wodoru jest mobilny.

W rezultacie okazuje się, że taka budowa molekularna pozwala na utlenianie i redukcję omawianych związków. Wzór aldehydu i ketonu o redystrybuowanej gęstości elektronowej pozwala przewidzieć produkty reakcji, w których biorą udział te substancje.

Historia odkryć i badań

Podobnie jak wiele związków organicznych, aldehydy i ketony udało się wyizolować i zbadać dopiero w XIX wieku, kiedy poglądy witalistyczne całkowicie upadły i stało się jasne, że związki te można wytworzyć syntetycznie, sztucznie, bez udziału istot żywych.

Jednak już w 1661 roku R. Boyle’owi udało się otrzymać aceton (keton dimetylowy) poprzez ogrzewanie octanu wapnia. Nie potrafił jednak szczegółowo zbadać tej substancji i nazwać jej, określić między innymi jej systematycznej pozycji. Dopiero w roku 1852 Williamsonowi udało się zakończyć tę sprawę i wtedy rozpoczęła się historia szczegółowego rozwoju i gromadzenia wiedzy o związkach karbonylowych.

Właściwości fizyczne

Zastanów się, jakie są właściwości fizyczne aldehydów i ketonów. Zacznijmy od pierwszego.

  1. Pierwszym przedstawicielem metanalu pod względem stanu skupienia jest gaz, kolejnych jedenaście to ciecze, więcej niż 12 atomów węgla wchodzi w skład stałych aldehydów o normalnej budowie.
  2. Temperatura wrzenia: zależy od liczby atomów C, im więcej, tym wyższa. W tym przypadku im bardziej rozgałęziony łańcuch, tym niższa jest wartość temperatury.
  3. W przypadku ciekłych aldehydów lepkość, gęstość i współczynniki załamania światła zależą również od liczby atomów. Im jest ich więcej, tym są wyższe.
  4. Aldehydy gazowe i ciekłe bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie, natomiast aldehydy stałe praktycznie tego nie potrafią.
  5. Zapach przedstawicieli jest bardzo przyjemny, często są to aromaty kwiatów, perfum, owoców. Tylko te aldehydy, w których liczba atomów węgla wynosi 1-5, są mocnymi i nieprzyjemnie pachnącymi cieczami.

Jeśli określimy właściwości ketonów, możemy również wyróżnić główne.

  1. Stany agregatowe: przedstawiciele niżsi - ciecze, masywniej - związki stałe.
  2. Zapach jest ostry, nieprzyjemny u wszystkich przedstawicieli.
  3. Rozpuszczalność w wodzie jest dobra dla niższych, w rozpuszczalnikach organicznych jest doskonała dla wszystkich.
  4. Substancje lotne, liczba ta przekracza liczbę kwasów, alkoholi.
  5. Temperatura wrzenia i topnienia zależy od struktury cząsteczki, różni się znacznie od liczby atomów węgla w łańcuchu.

Są to główne właściwości rozpatrywanych związków, które należą do grupy związków fizycznych.

Właściwości chemiczne

Najważniejsze jest to, z czym reagują aldehydy i ketony, właściwości chemiczne tych związków. Dlatego na pewno je rozważymy. Zajmijmy się najpierw aldehydami.

  1. Utlenianie do odpowiednich kwasów karboksylowych. Ogólny widok równania reakcji: R-COH + [O] = R-COOH. Przedstawiciele aromatów jeszcze łatwiej wchodzą w takie interakcje, w wyniku czego mogą również tworzyć estry, które mają ogromne znaczenie przemysłowe. Jako utleniacze stosuje się: tlen, odczynnik Tollensa, wodorotlenek miedzi(II) i inne.
  2. Aldehydy objawiają się jako silne środki redukujące, zamieniając się jednocześnie w nasycone alkohole jednowodorotlenowe.
  3. Oddziaływanie z alkoholami z utworzeniem produktów acetali i półacetali.
  4. Reakcje specjalne - polikondensacja. W efekcie powstają żywice fenolowo-formaldehydowe, które mają znaczenie dla przemysłu chemicznego.
  5. Kilka specyficznych reakcji z następującymi odczynnikami:
  • alkalia wodno-alkoholowe;
  • odczynnik Grignarda;
  • wodorosiarczyny i inne.

Jakościową reakcją na tę klasę substancji jest reakcja „srebrnego lustra”. W rezultacie powstaje metaliczne zredukowane srebro i odpowiedni kwas karboksylowy. Wymaga roztworu amoniaku tlenku srebra lub odczynnika Tollinsa.

Właściwości chemiczne ketonów

Alkohole, aldehydy, ketony są związkami o podobnych właściwościach, ponieważ wszystkie zawierają tlen. Jednak już na etapie utleniania staje się jasne, że alkohole są najbardziej aktywnymi i łatwo ulegającymi wpływom związkami. Ketony są najtrudniejsze do utlenienia.

  1. właściwości utleniające. W rezultacie powstają alkohole drugorzędowe.
  2. W wyniku uwodornienia powstają również produkty wymienione powyżej.
  3. Tautomeria ketonowo-enolowa to szczególna specyficzna właściwość ketonów polegająca na przyjmowaniu formy beta.
  4. Reakcje kondensacji aldolowej z utworzeniem beta-ketoalkoholi.
  5. Ketony mogą również wchodzić w interakcje z:
  • amoniak;
  • kwas cyjanowodorowy;
  • wodorosiarczyny;
  • hydrazyna;
  • kwas ortokrzemowy.

Oczywiście reakcje takich interakcji są bardzo złożone, szczególnie te specyficzne. Są to wszystkie główne cechy, które wykazują aldehydy i ketony. Właściwości chemiczne leżą u podstaw wielu syntez ważnych związków. Dlatego niezwykle konieczne jest poznanie natury cząsteczek i ich charakteru podczas interakcji w procesach przemysłowych.

Reakcje addycji aldehydów i ketonów

Rozważaliśmy już te reakcje, ale nie nadaliśmy im takiej nazwy. Wszystkie interakcje, w wyniku których grupa karbonylowa wykazała aktywność, można przypisać addycji. Dokładniej, mobilny atom wodoru. Dlatego w tej kwestii przewagę mają aldehydy, ze względu na ich lepszą reaktywność.

Z jakimi substancjami możliwe są reakcje aldehydów i ketonów poprzez podstawienie nukleofilowe? Ten:

  1. Powstaje kwas cyjanowodorowy, cyjanohydryny – surowiec w syntezie aminokwasów.
  2. Amoniak, aminy.
  3. Alkohole.
  4. Woda.
  5. wodorosiarczan sodu.
  6. Odczynnik Grignarda.
  7. Tiole i inne.

Reakcje te mają ogromne znaczenie przemysłowe, ponieważ produkty są wykorzystywane w różnych dziedzinach życia człowieka.

Jak dostać się do

Istnieje kilka głównych metod syntezy aldehydów i ketonów. Otrzymywanie w laboratorium i przemyśle można wyrazić w następujący sposób.

  1. Najpopularniejszą metodą, także w laboratoriach, jest utlenianie odpowiednich alkoholi: pierwotnego do aldehydów, wtórnego do przedstawicieli ketonów. Jako środek utleniający mogą działać: chromiany, jony miedzi, nadmanganian potasu. Ogólny widok reakcji: R-OH + Cu (KMnO 4) = R-COH.
  2. W przemyśle często stosuje się metodę opartą na utlenianiu alkenów – oksosyntezę. Głównym czynnikiem jest gaz syntezowy, mieszanina CO 2 + H 2 . Rezultatem jest aldehyd z jednym atomem węgla więcej w łańcuchu. R \u003d R-R + CO 2 + H 2 \u003d R-R-R-COH.
  3. Utlenianie alkenów ozonem - ozonoliza. Wynik sugeruje również obecność aldehydu, ale także ketonu w mieszaninie. Jeśli produkty połączy się mentalnie, usuwając tlen, staje się jasne, który początkowy alken został pobrany.
  4. Reakcja Kucherowa – hydratacja alkinów. Obowiązkowy środek - sole rtęci. Jedna z przemysłowych metod syntezy aldehydów i ketonów. R≡R-R + Hg 2+ + H 2 O = R-R-COH.
  5. Hydroliza dihalogenowych pochodnych węglowodorów.
  6. Odzysk: kwasy karboksylowe, amidy, nitryle, chlorki kwasowe, estry. W rezultacie powstają zarówno aldehyd, jak i keton.
  7. Piroliza mieszanin kwasów karboksylowych nad katalizatorami w postaci tlenków metali. Mieszanka powinna być parowa. Najważniejsze jest rozszczepienie cząsteczek dwutlenku węgla i wody. W rezultacie powstaje aldehyd lub keton.

Aromatyczne aldehydy i ketony otrzymuje się innymi sposobami, ponieważ związki te mają rodnik aromatyczny (na przykład fenyl).

  1. Według Friedela-Craftsa: w odczynnikach początkowych węglowodór aromatyczny i keton dihalogenowany. Katalizator - ALCL 3 . W rezultacie powstaje aromatyczny aldehyd lub keton. Inną nazwą procesu jest acylowanie.
  2. Utlenianie toluenu pod wpływem różnych czynników.
  3. Odzyskiwanie aromatycznych kwasów karboksylowych.

Naturalnie przemysł stara się stosować takie metody, w których surowce są jak najtańsze, a katalizatory mniej toksyczne. W przypadku syntezy aldehydów jest to utlenianie alkenów tlenem.

Zastosowanie i znaczenie przemysłowe

Zastosowanie aldehydów i ketonów odbywa się w takich gałęziach przemysłu jak:

  • farmaceutyki;
  • synteza chemiczna;
  • medycyna;
  • strefa perfum;
  • przemysł spożywczy;
  • produkcja farb i lakierów;
  • synteza tworzyw sztucznych, tkanin itp.

Można wyznaczyć więcej niż jeden obszar, gdyż rocznie syntetyzuje się zaledwie około 6 milionów ton formaldehydu! Jej 40% roztwór nazywa się formaliną i służy do przechowywania przedmiotów anatomicznych. Dotyczy to także produkcji leków, środków antyseptycznych i polimerów.

Aldehyd octowy, czyli etanal, jest również produktem produkowanym masowo. Wielkość rocznego zużycia na świecie wynosi około 4 mln ton.Jest podstawą wielu syntez chemicznych, w wyniku których powstają ważne produkty. Na przykład:

  • kwas octowy i jego bezwodnik;
  • octan celulozy;
  • leki;
  • butadien – podstawa kauczuku;
  • włókno octanowe.

Aromatyczne aldehydy i ketony są integralną częścią wielu smaków, zarówno spożywczych, jak i perfum. Większość z nich ma bardzo przyjemne kwiatowe, cytrusowe, ziołowe aromaty. Pozwala to na produkcję na ich bazie:

  • Odświeżacze powietrza różnego rodzaju;
  • wody toaletowe i perfumeryjne;
  • różne środki czyszczące i detergenty.

Część z nich to aromatyczne dodatki do żywności dopuszczone do spożycia. O możliwości takiego zastosowania świadczy ich naturalna zawartość w olejkach eterycznych, owocach i żywicach.

Indywidualni przedstawiciele

Aldehyd, taki jak cytral, jest bardzo lepką cieczą o silnym smaku cytrynowym. W naturze występuje właśnie w olejkach eterycznych tego ostatniego. Również w składzie eukaliptusa, sorgo, kebaba.

Dobrze znane obszary jego zastosowania:

  • pediatria - obniżanie ciśnienia wewnątrzczaszkowego;
  • normalizacja ciśnienia krwi u dorosłych;
  • składnik leku dla narządów wzroku;
  • integralna część wielu substancji zapachowych;
  • środek przeciwzapalny i antyseptyczny;
  • surowiec do syntezy retinolu;
  • aromat do celów spożywczych.























Powrót do przodu

Uwaga! Podgląd slajdu służy wyłącznie celom informacyjnym i może nie odzwierciedlać pełnego zakresu prezentacji. Jeśli jesteś zainteresowany tą pracą, pobierz pełną wersję.

Cel lekcji: scharakteryzować skład, strukturę, klasyfikację, właściwości fizyczne i chemiczne, produkcję i zastosowanie aldehydów. Ustalenie zależności pomiędzy badanymi klasami związków organicznych. Zna jakościowe reakcje na aldehydy.

Wszędzie w naszym życiu spotykamy się z chemią organiczną: jemy produkty przemysłu chemicznego, ubieramy się bezpośrednio w jego wyniki: jedwab acetatowy, sztuczna wełna, wyroby ze skóry ekologicznej i wiele innych, dzięki chemii możemy wykonywać skomplikowane operacje (znieczulenie) , leczyć zapalenie migdałków i po prostu dawać zastrzyki, gdzie jako środek antyseptyczny wybieramy alkohol etylowy.

Dziś poznamy Was z klasą substancji organicznych – aldehydami. Dziś na lekcji udowodnimy, że życie bez aldehydów jest niemożliwe. Dowiemy się, jak powiązane są z tym tematem dobrze znane substancje: wanilina, detergenty, formalina, plastik, lustro, kwas octowy

Zatem aldehydy są związkami organicznymi zawierającymi w swojej cząsteczce polarną grupę karbonylową. W zależności od podstawników związanych z grupą okso, substancje te dzielą się na aldehydy i ketony. W aldehydach rodnik węglowodorowy i atom wodoru są związane z grupą karbonylową, natomiast w ketonach węgiel karbonylowy jest związany z dwoma rodnikami węglowodorowymi.

Ogólny wzór nasyconych związków karbonylowych C n H 2n O

Nazwy aldehydów według trywialnej nomenklatury często pochodzą od nazw odpowiednich kwasów monokarboksylowych. Racjonalna nomenklatura traktuje rozgałęzione aldehydy węglowodorowe jako pochodne aldehydu octowego. Zgodnie z nomenklaturą systematyczną nazwy rozważanych związków pochodzą od odpowiednich alkanów z dodatkiem przyrostka - al.

Metody otrzymywania aldehydów. Głównymi metodami otrzymywania aldehydów są katalityczne odwodornienie alkoholi, uwodnienie alkinów i utlenianie alkoholi.

właściwości fizyczne.

Pierwszym członkiem homologicznej serii aldehydów HSON jest bezbarwny gaz, kilka kolejnych aldehydów to ciecze. Wyższe aldehydy są ciałami stałymi. Grupa karbonylowa odpowiada za wysoką reaktywność aldehydów. Temperatura wrzenia aldehydów wzrasta wraz ze wzrostem masy cząsteczkowej. Gotują się w niższej temperaturze niż odpowiednie alkohole, na przykład aldehyd propionowy w 48,8 0 C i alkohol propylowy w 97,8 0 C.

Gęstość aldehydów jest mniejsza od jedności. Aldehydy mrówkowy i octowy dobrze rozpuszczają się w wodzie, kolejne są gorsze. Niższe aldehydy mają ostry, nieprzyjemny zapach, podczas gdy niektóre wyższe aldehydy mają przyjemny zapach.

Reaktywność aldehydów wynika z obecności aktywnej grupy karbonylowej. Wysoka elektroujemność atomu tlenu przyczynia się do silnej polaryzacji wiązania podwójnego w grupie karbonylowej i przesunięcia ruchomych β-elektronów w stronę atomu tlenu.

Właściwości chemiczne aldehydów:

1. Reakcje dodawania:

A) reakcja uwodornienia

B) Reakcja dodawania NaHSO3

2. Reakcje utleniania:

A) reakcja srebrnego lustra

B) reakcja na sygnalizację świetlną

3. Reakcja polikondensacji

4. Reakcja polimeryzacji

Jakościową reakcją na grupę karboksylową jest reakcja utleniania aldehydów za pomocą wodorotlenku miedzi (II) - sygnalizacji świetlnej.

HCOH + 2Cu(OH) 2 \u003d HCOOH + Cu 2 O + 2H 2 O

„Reakcja srebrnego lustra”

Czy wyobrażasz sobie życie bez lustra? Budzisz się rano i nie widzisz swojego odbicia? Wygląda na nonsens. Ale jaki dyskomfort psychiczny! Nic dziwnego, że za karę pozbawiano bohaterów baśni refleksji. Co to jest lustro? Jaka jest jego siła? Skąd się to wzięło? Jak to jest zrobione?

Jak już wiemy, pierwszymi prawdziwymi lustrami były wypolerowane na połysk metalowe płytki wykonane z miedzi, złota i srebra. Takie lustra miały jednak dużą wadę - szybko ciemniały i przygasały w powietrzu. Jakie było wyjście z tej sytuacji? Liczne eksperymenty wykazały, że błyszczącą metaliczną warstwę można nałożyć również na szkło. Tak więc w I wieku. OGŁOSZENIE zaczęto wytwarzać lustra szklane – płyty szklane łączone płytkami ołowiowymi lub cynowymi. Robiono to w następujący sposób: szkło umyto alkoholem, oczyszczono talkiem, a następnie mocno dociśnięto blachę blaszaną do powierzchni. Na wierzch wlano rtęć i po odstawieniu nadmiar odsączono. Powstałą warstwę amalgamatu uszczelniono lub zamalowano. Zwierciadła takie okazały się znacznie trwalsze od metalowych, dlatego warsztaty rzemieślnicze przestawiły się na produkcję luster szklanych, których powierzchnię odbijającą wykonano z amalgamatu cyny (roztwór cyny Sn w rtęci Hg). Ponieważ jednak opary rtęci są bardzo trujące, produkcja luster rtęciowych była bardzo szkodliwa, a same lustra zawierały rtęć. Trzymanie luster rtęciowych w pomieszczeniach mieszkalnych było niebezpieczne.

Dlatego naukowcy nadal poszukiwali zamiennika rtęci. Odkryli go francuski chemik Francois Ptizhan i wielki niemiecki naukowiec Justus Liebig. Liebig zaproponował wykonanie luster szklanych z powłoką srebrną. Opracowana przez niego metoda składała się z następujących operacji. Najpierw do wodnego roztworu azotanu srebra AgNO 3 dodano wodny roztwór wodorotlenku potasu KOH, co doprowadziło do wytrącenia czarnobrązowego osadu tlenku srebra Ag 2 O.

2AgNO 3 + 2KOH \u003d Ag 2 O + 2KNO 3 + H 2 O.

Osad odsączono i mieszano z wodnym roztworem amoniaku NH3.

Ag 2 O + 4NH 3 + H 2 O \u003d 2 (OH).)

Tlenek srebra rozpuszczono w wodzie amoniakalnej, tworząc kompleksowy związek (amonian lub amina) - wodorotlenek diaminsrebra(I). Następnie w otrzymanym przezroczystym roztworze zanurzono taflę szkła, której jedną z powierzchni dokładnie odtłuszczono i dodano formaldehyd HCHO.

2(OH) + HCHO = 2Ag + HCOONH4 + 3NH3 + H2O.)

Formaldehyd zredukował srebro osadzające się na czyszczonej powierzchni szkła, pokrywając ją błyszczącą lustrzaną powłoką.

Zastosowanie aldehydów i ketonów.

Formaldehyd. Pierwszym członkiem homologicznej serii aldehydów ograniczających jest formaldehyd HSON. Nazywany jest także aldehydem metanalowym i mrówkowym. Jest to bezbarwny gaz o charakterystycznym ostrym zapachu. Powszechnie stosowany roztwór wodny zawierający ułamki masowe 0,4 lub 40% metanu. Nazywa się to formaliną. Formaldehyd (formalina), klarowna, bezbarwna ciecz o specyficznym ostrym zapachu. Stosowany jako środek dezynfekujący i dezodorant do mycia rąk, przemywania skóry przy nadmiernej potliwości (0,5-1%), do dezynfekcji narzędzi (0,5%), do podmywania (1:2000 - 1:3000). Zawarty w lizoformie.

Jego zastosowanie opiera się również na zdolności do zwijania białka. Na przykład w przemyśle skórzanym działanie garbujące formaliny tłumaczy się koagulacją białek, w wyniku czego skóra twardnieje i nie gnije. Na tej samej właściwości opiera się zastosowanie formaliny do konserwacji preparatów biologicznych. Czasami do dezynfekcji i zaprawiania nasion używa się formaliny. Metanal wykorzystywany jest do produkcji niektórych substancji leczniczych i barwników. Dużą ilość metanolu wykorzystuje się do produkcji żywicy fenolowo-formaldehydowej, którą otrzymuje się w wyniku reakcji metanolu z fenolem. Żywica ta jest niezbędna do produkcji różnych tworzyw sztucznych.

Tworzywa sztuczne wykonane z żywicy fenolowo-formaldehydowej w połączeniu z różnymi wypełniaczami nazywane są fenolami. Rozpuszczając żywicę fenolowo-formaldehydową w acetonie lub alkoholu, otrzymuje się różne lakiery.

Kiedy metanal oddziałuje z mocznikiem CO(NH) 2, otrzymuje się żywicę karbamidową, z której otrzymuje się aminoplastiki. Tworzywa te wykorzystywane są do produkcji materiałów mikroporowatych na potrzeby elektrotechniki (przełączniki, gniazdka), materiałów meblowych i wyposażenia wnętrz, płyt wiórowych, sztucznego marmuru. Materiały porowate izolujące ciepło i dźwięk.

Aldehyd octowy CH 3 - SON jest bezbarwną cieczą o ostrym, duszącym zapachu. Stosowany do produkcji octanów celulozy, kwasów octowego i nadoctowego, bezwodnika octowego, octanu etylu, glioksalu, alkiloamin, butanolu, chloralu. Podobnie jak formaldehyd wchodzi w reakcje polikondensacji z aminami, fenolem i innymi substancjami, tworząc żywice syntetyczne szeroko stosowane w przemyśle.

Benzaldehyd C 6 H 5 C (H) \u003d O o zapachu gorzkich migdałów występuje w olejku migdałowym i olejku eukaliptusowym. Syntetyczny benzaldehyd stosowany jest w esencjach zapachowych do żywności i kompozycjach perfumowych.

Aldehyd alifatyczny CH 3 (CH 2) 7 C (H) \u003d O (trywialna nazwa - aldehyd pelargonowy) występuje w olejkach eterycznych roślin cytrusowych, ma zapach pomarańczy, jest stosowany jako aromat spożywczy.

aromatyczny aldehyd wanilina Występująca w owocach tropikalnej wanilii coraz częściej stosowana jest wanilina syntetyczna – dobrze znany dodatek smakowy w wyrobach cukierniczych.

Citral C 10 H 15 O (3,7-dimetylo - 2,6-oktadienal) o zapachu cytryny stosowany jest w chemii gospodarczej.

Aldehyd krotonowy. Silny środek łzawiący, stosowany do otrzymywania kwasu butanolowego, sorbinowego i masłowego. Zawiera olej sojowy. Zastosowanie aldehydów w medycynie.

Aldehyd cynamonowy znajduje się w olejku cynamonowym i jest otrzymywany poprzez destylację kory drzewa cynamonowego. Stosowany w kuchni w postaci paluszków lub proszku

Urotropina (CH 2) 6 N 4 (heksametylenotetramina), bezbarwne, bezwonne kryształy, łatwo rozpuszczalne w wodzie. Roztwory wodne są alkaliczne. Ma działanie antyseptyczne. Stosowany głównie w procesach zakaźnych dróg moczowych (zapalenie pęcherza moczowego, zapalenie miednicy). Działanie opiera się na zdolności leku do rozkładu w kwaśnym środowisku z utworzeniem formaldehydu. Przepisać lek na pusty żołądek. Wskazaniami do jego stosowania są zapalenie pęcherzyka żółciowego, zapalenie dróg żółciowych, choroby alergiczne skóry, oczu (zapalenie rogówki, zapalenie tęczówki i ciała itp.). Lek może powodować podrażnienie miąższu nerek, przy tych objawach lek zostaje zatrzymany.

Akroleina. Stosowany jest do produkcji tworzyw sztucznych o dużej twardości. Akroleina i jej sole sodowe są emulgatorami nadającymi strukturę zabrudzeniom, a jej pochodne laktonowe poprawiają właściwości papieru i tekstyliów.

Generalizacja i systematyzacja wiedzy. Podsumowanie lekcji.

Zatem zdolność aldehydów i ketonów do udziału w różnych przemianach zdeterminowała ich główne zastosowanie jako związków wyjściowych do syntezy różnych substancji organicznych: alkoholi, kwasów karboksylowych i ich bezwodników, leków (urotropina), produktów polimerowych (żywice fenolowo-formaldehydowe, poliformaldehydy ), przy produkcji wszelkiego rodzaju substancji zapachowych (na bazie benzaldehydu) i barwników.

Praca domowa.

Klasa związków organicznych o wzorze ogólnym

gdzie R oznacza rodnik węglowodorowy (pozostałość); w organizmie są pośrednimi produktami metabolizmu.

Poszczególni przedstawiciele aldehydów zwykle biorą swoją nazwę od kwasu powstałego podczas ich utleniania (na przykład kwas octowy - aldehyd octowy). W zależności od rodzaju rodnika wyróżnia się aldehydy nasycone, nienasycone, aromatyczne, cykliczne i inne. Jeżeli rodnikiem jest reszta alkoholu, kwasu karboksylowego itp., powstają alkohole aldehydowe, kwasy aldehydowe i inne związki o mieszanych funkcjach, które mają właściwości chemiczne właściwe aldehydom i odpowiednim grupom R. Kiedy wodór grupy aldehydowej zastępuje się rodnikiem węglowodorowym, otrzymuje się ketony (patrz), dając wiele reakcji podobnych do aldehydów. Jeden z najprostszych aldehydów - octowy lub aldehyd octowy CH 3 - CHO, czasami otrzymuje się przez odwodornienie alkoholu etylowego nad ogrzaną miedzią.

Powszechna metoda otrzymywania aldehydu z węglowodorów szeregu acetylenowego poprzez dodanie do nich wody w obecności katalizatora, odkryta przez M. G. Kucherova:

Reakcję tę wykorzystuje się do syntetycznej produkcji kwasu octowego. Aldehydy aromatyczne zwykle otrzymuje się przez utlenianie węglowodorów aromatycznych posiadających boczną grupę metylową:

lub działając na odpowiednie węglowodory tlenkiem węgla w obecności HCl i katalizatora.

Cechy i właściwości chemiczne aldehydów Związane są one głównie z właściwościami i przemianami grupy aldehydowej. Tak więc najprostszym aldehydem jest mrówkowy lub formaldehyd.

którego grupa aldehydowa jest związana z wodorem, jest gazem; niższe aldehydy (na przykład aldehyd octowy) - ciecze o ostrym zapachu; wyższe aldehydy są ciałami stałymi nierozpuszczalnymi w wodzie.

Ze względu na obecność grupy karbonylowej i ruchomego atomu wodoru, aldehydy należą do najbardziej reaktywnych związków organicznych. Większość wszechstronnych reakcji aldehydów charakteryzuje się udziałem w nich grupy karbonylowej. Należą do nich reakcje utleniania, dodawania i zastępowania tlenu innymi atomami i rodnikami.

Aldehydy łatwo polimeryzują i kondensują (patrz kondensacja aldolowa ); gdy aldehydy traktuje się zasadami lub kwasami, otrzymuje się aldole, na przykład:

Po usunięciu wody aldol przekształca się w aldehyd krotonowy.

zdolne do dalszego przyłączania cząsteczek (poprzez polimeryzację). Powstałe polimery są wspólnie określane jako żywice aldolowe.

W badaniu substratów biologicznych (krew, mocz itp.) pozytywny wpływ reakcji opartych na utlenianiu grupy aldehydowej daje suma substancji redukujących. Dlatego też reakcje te, choć wykorzystywane są do ilościowego oznaczania cukru (glukozy) według Hagedorna-Jensena, a także próbek Nylandera, Gainesa, Benedicta i innych, nie mogą być uważane za specyficzne.

Aldehydy odgrywają ważną rolę w procesach biologicznych, w szczególności aminy biogenne w obecności enzymów oksydazy aminowej ulegają przemianie do aldehydów, a następnie ich utlenieniu do kwasów tłuszczowych.

Rodniki aldehydowe wyższych kwasów tłuszczowych są częścią cząsteczek plazmalogenów (patrz). Organizmy roślinne wykorzystują aldehyd mrówkowy w procesie fotosyntezy do asymilacji węgla. Olejki eteryczne produkowane przez rośliny składają się głównie z cyklicznych nienasyconych aldehydów. (anyż, cynamon, wanilina i inne).

Podczas fermentacji alkoholowej, pod działaniem enzymu karboksylazy drożdżowej, kwas pirogronowy ulega dekarboksylacji do aldehydu octowego, który w wyniku redukcji przekształca się w alkohol etylowy.

Aldehydy są szeroko stosowane w syntezie wielu związków organicznych. W praktyce medycznej zarówno aldehydy stosuje się bezpośrednio (patrz Formalina, Paraldehyd, Citral), jak i syntetyczne pochodne otrzymywane z aldehydów, na przykład urotropina (patrz Heksametylenotetramina), wodzian chloralu (patrz) i inne.

Aldehydy jako zagrożenia zawodowe

Aldehydy znajdują szerokie zastosowanie w przemysłowej produkcji żywic syntetycznych i tworzyw sztucznych, w przemyśle wanilinowym i tekstylnym, w przemyśle spożywczym i perfumeryjnym. Formaldehyd stosowany jest głównie w produkcji tworzyw sztucznych i żywic sztucznych, w przemyśle skórzanym i futrzarskim i tak dalej; akroleina – we wszystkich procesach produkcyjnych, w których tłuszcze są podgrzewane do t° 170° (odlewnie – suszarki ze spoiwem olejowym, przemysł elektryczny, olejarnie i produkcja spalająca tłuszcze i tak dalej). Więcej szczegółów można znaleźć w artykułach na temat poszczególnych aldehydów.

Wszystkie aldehydy, szczególnie te niższe, mają wyraźne działanie toksyczne.

Aldehydy podrażniają błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Ze względu na ogólne działanie toksyczne aldehydy są lekami, ale ich działanie narkotyczne jest znacznie gorsze od działania drażniącego. O ciężkości zatrucia, wraz z wielkością aktualnego stężenia, decyduje także charakter rodnika, a w efekcie zmiana właściwości fizykochemicznych aldehydów: aldehydy niższe (substancje wysoce rozpuszczalne i wysoce lotne) mają ostry efekt drażniący na górne narządy oddechowe i stosunkowo mniej wyraźny efekt narkotyczny; wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowodorowego rodnika rozpuszczalność i lotność aldehydów spada, w wyniku czego zmniejsza się działanie drażniące, działanie narkotyczne nie wzrasta; działanie drażniące nienasyconych aldehydów jest silniejsze niż ograniczających.

Mechanizm toksycznego działania aldehydów związany jest z wysoką reaktywnością grupy karbonylowej aldehydów, która wchodząc w reakcje interakcji z białkami tkankowymi powoduje pierwotne działanie drażniące, reakcje odruchowe ośrodkowego układu nerwowego, zmiany zwyrodnieniowe w narządach wewnętrznych. , i tak dalej. Ponadto, dostając się do organizmu, aldehydy ulegają różnym przemianom biochemicznym; w tym przypadku to nie same aldehydy działają toksycznie na organizm, ale produkty ich przemian. Aldehydy są powoli wydalane z organizmu, mogą się kumulować, co wyjaśnia rozwój przewlekłego zatrucia, którego główne objawy obserwuje się przede wszystkim w postaci zmian patologicznych w układzie oddechowym.

Pierwsza pomoc w przypadku zatrucia aldehydami. Wyprowadzić poszkodowanego na świeże powietrze. Przepłukać oczy 2% roztworem alkalicznym. Inhalacje alkaliczne i olejkowe. Ze zjawiskiem asfiksji - wdychanie tlenu. Według wskazań środki pobudzające czynność serca i oddychanie, leki uspokajające (bromki, waleriana). Z bolesnym kaszlem - plastry musztardowe, puszki, preparaty kodeinowe. W przypadku zatrucia przez jamę ustną - płukanie żołądka, wewnątrz 3% roztwór wodorowęglanu sodu, surowe jaja, woda białkowa, mleko, środki przeczyszczające zawierające sól fizjologiczną. W przypadku kontaktu ze skórą przemyć wodą lub 5% amoniakiem.

Zobacz także artykuły na temat poszczególnych aldehydów.

Zapobieganie

Uszczelnianie i automatyzacja procesów produkcyjnych. Wentylacja pomieszczeń (patrz Wentylacja). Stosowanie środków ochrony osobistej, takich jak maska ​​przeciwgazowa z filtrem marki A (patrz Maski przeciwgazowe), kombinezon (patrz Odzież) i tak dalej.

Maksymalne dopuszczalne stężenia w atmosferze obiektów przemysłowych: dla akroleiny - 0,7 mg / m 3, dla aldehydu octowego, masłowego i proponaldehydu - 5 mg / m 3, dla formaldehydu i krotonu A. - 0,5 mg / m 3.

Oznaczanie aldehydów. Wszystkie aldehydy oznacza się łącznie metodą wodorosiarczynową poprzez wiązanie z kwaśnym siarczanem sodu lub kolorymetrycznie z fuksynokwasem siarkowym. Opracowano metodę polarograficzną (Petrova-Yakovtsevskaya) i metodę spektrofotometryczną (Veksler).

Bibliografia

Bauer K. G. Analiza związków organicznych, przeł. z języka niemieckiego, M., 1953; Nesmeyanov A. N. i Nesmeyanov N. A. Początki chemii organicznej, książka. 1-2, M., 1969-1970.

Ryzyko zawodowe- Amirkhanova G. F. i Latypova Z. V. Eksperymentalne uzasadnienie maksymalnego dopuszczalnego stężenia aldehydu octowego w wodzie zbiorników, w książce: Prom. zanieczyszczony zbiorniki, wyd. S. N. Cherkinsky, w. 9, s. 137, M., 1969, bibliogr.; Bykhovskaya M. S., Ginzburg S. L. i Khalizova O. D. Metody oznaczania substancji szkodliwych w powietrzu, s. 10-10. 481, M., 1966; Wang Wen-yan, Materiały dotyczące toksykologii aldehydów tłuszczowych, w książce: Materiały dotyczące toksyn. substancje użyte w produkcji Plastikowy masowe i syntetyczne gumy, wyd. N. V. Lazarev i I. D. Gadaskina, s. 10-10. 42, L., 1957, bibliogr.; Substancje szkodliwe w przemyśle, wyd. N. V. Lazareva, t. 1, s. 1 375, L., 1971, bibliografia; Gurvits S. S. i Sergeeva T. I. Oznaczanie małych ilości aldehydów w powietrzu obiektów przemysłowych metodą polarografii pochodnej, Gig. pracy i prof. il., nr 9, s. 20-25. 44, 1960; Trofimov L. V. Porównawcze działanie toksyczne krotonu i aldehydów masłowych, ibid., nr 9, s. 20-25. 34.1962, bibliogr.; Tsai L. M. Na pytanie o przemiany aldehydu octowego w organizmie, ibid., nr 12, s. 13-12. 33.1962, bibliogr.; Brak S. N. a. O. Badania toksyczności aldehydu glikoidowego, Arch, environm. Hlth, w. 2, s. 23.1961, bibliogr.; Jung Fu. Onnen K. Bindung und Wirkungen des Formaldehyds an Erythrocyten, Naunyn-Schmiedeberg's Arch. exp. Path. Pharmak., Bd 224, S. 179, 1955; Nova H. a. Touraine R. G. Asthme au formol, Arch. Mai. prof. Skog E. Leksykologiczne badanie niższych aldehydów alifatycznych, Actapharmacol (Kbh.), t. 6, s. 299, 1950, bibliogr.

B. V. Kulibakin; N. K. Kulagina (prof.).

Charakterystyczne właściwości chemiczne nasyconych alkoholi jednowodorotlenowych i wielowodorotlenowych, fenolu

Ogranicz alkohole jednowodorotlenowe i wielowodorotlenowe

Alkohole (alkanole) to substancje organiczne, których cząsteczki zawierają jedną lub więcej grup hydroksylowych (grupy $-OH$) połączonych z rodnikiem węglowodorowym.

Ze względu na liczbę grup hydroksylowych (atomowość) alkohole dzielą się na:

- monoatomowe, na przykład:

$(CH_3-OH)↙(metanol(alkohol metylowy))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol(alkohol etylowy))$

— dwuatomowy (glikole), Na przykład:

$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(etanodiol-1,2(glikol etylenowy))$

$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(propanodiol-1,3)$

— trójatomowy, Na przykład:

Ze względu na charakter rodnika węglowodorowego wyróżnia się następujące alkohole:

— marginalny zawierające w cząsteczce wyłącznie nasycone rodniki węglowodorowe, np.:

— Nieograniczony zawierające wiązania wielokrotne (podwójne i potrójne) pomiędzy atomami węgla w cząsteczce, na przykład:

$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (alkohol allilowy))$

— aromatyczny, tj. alkohole zawierające w cząsteczce pierścień benzenowy i grupę hydroksylową, połączone ze sobą nie bezpośrednio, ale poprzez atomy węgla, na przykład:

Substancje organiczne zawierające w cząsteczce grupy hydroksylowe, które są bezpośrednio związane z atomem węgla pierścienia benzenowego, różnią się znacznie właściwościami chemicznymi od alkoholi i dlatego wyróżniają się w niezależnej klasie związków organicznych – fenolach. Na przykład:

Istnieją również alkohole wielowodorotlenowe (wielowodorotlenowe) zawierające w cząsteczce więcej niż trzy grupy hydroksylowe. Na przykład najprostszy heksaol alkoholu sześciowodorotlenowego (sorbitol):

Nazewnictwo i izomeria

Tworząc nazwy alkoholi, do nazwy węglowodoru odpowiadającego alkoholowi dodaje się przyrostek rodzajowy. -ol. Liczby po przyrostku wskazują pozycję grupy hydroksylowej w głównym łańcuchu oraz przedrostki di-, tri-, tetra- itp. - ich liczba:

W numeracji atomów węgla w łańcuchu głównym pozycja grupy hydroksylowej ma pierwszeństwo przed pozycją wiązań wielokrotnych:

Począwszy od trzeciego członka szeregu homologicznego, alkohole mają izomerię pozycji grupy funkcyjnej (propanol-1 i propanol-2), a od czwartej - izomerię szkieletu węglowego (butanol-1,2-metylopropanol -1). Charakteryzuje je także izomeria międzyklasowa – alkohole są izomeryczne do eterów:

$(CH_3-CH_2-OH)↙(etanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(eter dimetylowy)$

alkohole

właściwości fizyczne.

Alkohole mogą tworzyć wiązania wodorowe zarówno pomiędzy cząsteczkami alkoholu, jak i pomiędzy cząsteczkami alkoholu i wody.

Wiązania wodorowe powstają w wyniku oddziaływania częściowo dodatnio naładowanego atomu wodoru jednej cząsteczki alkoholu i częściowo ujemnie naładowanego atomu tlenu innej cząsteczki. To z powodu wiązań wodorowych między cząsteczkami alkohole mają nienormalnie wysokie temperatury wrzenia w stosunku do swojej masy cząsteczkowej. Zatem propan o względnej masie cząsteczkowej 44 $ jest w normalnych warunkach gazem, a najprostszym alkoholem jest metanol, o względnej masie cząsteczkowej 32 $, w normalnych warunkach jest cieczą.

Dolnymi i środkowymi członkami szeregu nasyconych alkoholi jednowodorotlenowych, zawierających od 1 do 11 dolarów atomów węgla, są ciecze. Wyższe alkohole (zaczynające się od $C_(12)H_(25)OH$) są ciałami stałymi w temperaturze pokojowej. Niższe alkohole mają charakterystyczny alkoholowy zapach i palący smak, są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Wraz ze wzrostem rodnika węglowodorowego rozpuszczalność alkoholi w wodzie maleje, a oktanol nie miesza się już z wodą.

Właściwości chemiczne.

O właściwościach substancji organicznych decyduje ich skład i struktura. Alkohole potwierdzają ogólną zasadę. W ich cząsteczkach znajdują się rodniki węglowodorowe i hydroksylowe, zatem o właściwościach chemicznych alkoholi decyduje wzajemne oddziaływanie i oddziaływanie tych grup. Właściwości charakterystyczne dla tej klasy związków wynikają z obecności grupy hydroksylowej.

1. Oddziaływanie alkoholi z metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych. Aby ujawnić wpływ rodnika węglowodorowego na grupę hydroksylową, należy porównać z jednej strony właściwości substancji zawierającej grupę hydroksylową i rodnik węglowodorowy z substancją zawierającą grupę hydroksylową i niezawierającą rodnika węglowodorowego , na inne. Substancjami takimi mogą być na przykład etanol (lub inny alkohol) i woda. Wodór grupy hydroksylowej cząsteczek alkoholu i cząsteczek wody można redukować metalami alkalicznymi i ziem alkalicznych (zastępowanymi przez nie):

$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,

$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,

$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.

2. Oddziaływanie alkoholi z halogenowodorami. Zastąpienie grupy hydroksylowej halogenem prowadzi do powstania haloalkanów. Na przykład:

$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.

Ta reakcja jest odwracalna.

3. Międzycząsteczkowe odwodnienie alkoholi- rozszczepienie cząsteczki wody od dwóch cząsteczek alkoholu podczas ogrzewania w obecności środków usuwających wodę:

W wyniku międzycząsteczkowego odwodnienia alkoholi, etery. Tak więc, gdy alkohol etylowy zostanie podgrzany z kwasem siarkowym do temperatury od 100 $ do 140 $ C $, powstaje eter dietylowy (siarkowy):

4. Interakcja alkoholi z kwasami organicznymi i nieorganicznymi tworząc estry ( reakcja estryfikacji):

Reakcję estryfikacji katalizują mocne kwasy nieorganiczne.

Na przykład, gdy alkohol etylowy i kwas octowy reagują, powstaje ester etylowy octowy - octan etylu:

5. Wewnątrzcząsteczkowe odwodnienie alkoholi zachodzi podczas ogrzewania alkoholi w obecności środków odwadniających do temperatury wyższej niż temperatura odwodnienia międzycząsteczkowego. W rezultacie powstają alkeny. Reakcja ta wynika z obecności atomu wodoru i grupy hydroksylowej przy sąsiadujących atomach węgla. Przykładem jest reakcja otrzymywania etenu (etylenu) poprzez ogrzewanie etanolu powyżej 140°C w obecności stężonego kwasu siarkowego:

6. Utlenianie alkoholu zwykle przeprowadza się przy użyciu silnych środków utleniających, na przykład dwuchromianu potasu lub nadmanganianu potasu, w środowisku kwaśnym. W tym przypadku działanie utleniacza jest skierowane na atom węgla, który jest już związany z grupą hydroksylową. W zależności od charakteru alkoholu i warunków reakcji mogą powstawać różne produkty. Zatem alkohole pierwszorzędowe są najpierw utleniane do aldehydy a potem w kwasy karboksylowe:

Podczas utleniania alkoholi drugorzędowych powstają ketony:

Alkohole trzeciorzędowe są dość odporne na utlenianie. Jednakże w trudnych warunkach (silny utleniacz, wysoka temperatura) możliwe jest utlenianie alkoholi trzeciorzędowych, które następuje w wyniku rozerwania wiązań węgiel-węgiel znajdujących się najbliżej grupy hydroksylowej.

7. Odwodornienie alkoholi. Kiedy pary alkoholu przepuszczane są w temperaturze 200-300°C przez katalizator metalowy, taki jak miedź, srebro lub platyna, alkohole pierwszorzędowe przekształcają się w aldehydy, a alkohole drugorzędowe w ketony:

Obecność kilku grup hydroksylowych w cząsteczce alkoholu jednocześnie determinuje specyficzne właściwości alkohole wielowodorotlenowe, które są zdolne do tworzenia rozpuszczalnych w wodzie jasnoniebieskich związków kompleksowych podczas interakcji ze świeżym osadem wodorotlenku miedzi (II). Dla glikolu etylenowego można napisać:

Alkohole jednowodorotlenowe nie mogą brać udziału w tej reakcji. Jest to zatem reakcja jakościowa na alkohole wielowodorotlenowe.

Fenol

Struktura fenoli

Grupa hydroksylowa w cząsteczkach związków organicznych może być połączona bezpośrednio z pierścieniem aromatycznym lub może być od niego oddzielona jednym lub większą liczbą atomów węgla. Można się spodziewać, że w zależności od tej właściwości substancje będą się znacznie różnić od siebie ze względu na wzajemne oddziaływanie grup atomów. Rzeczywiście, związki organiczne zawierające aromatyczny rodnik fenylowy $C_6H_5$—, bezpośrednio związany z grupą hydroksylową, wykazują szczególne właściwości, różniące się od alkoholi. Takie związki nazywane są fenolami.

Fenole to substancje organiczne, których cząsteczki zawierają rodnik fenylowy związany z jedną lub większą liczbą grup hydroksylowych.

Podobnie jak alkohole, fenole są klasyfikowane według atomowości, tj. przez liczbę grup hydroksylowych.

Monatomowe fenole zawierają w cząsteczce jedną grupę hydroksylową:

Fenole wielowodorotlenowe zawierają więcej niż jedną grupę hydroksylową w cząsteczkach:

Istnieją inne fenole wielowodorotlenowe zawierające trzy lub więcej grup hydroksylowych w pierścieniu benzenowym.

Zapoznajmy się bardziej szczegółowo z budową i właściwościami najprostszego przedstawiciela tej klasy - fenolu $C_6H_5OH$. Nazwa tej substancji stała się podstawą nazwy całej klasy - fenoli.

Fizyczne i chemiczne właściwości.

właściwości fizyczne.

Fenol jest substancją stałą, bezbarwną, krystaliczną, $t°_(ln.)=43°С, t°_(wrzenie)=181°С$, o ostrym, charakterystycznym zapachu. Trujący. Fenol jest słabo rozpuszczalny w wodzie w temperaturze pokojowej. Wodny roztwór fenolu nazywa się kwasem karbolowym. Powoduje oparzenia w kontakcie ze skórą, dlatego z fenolem należy obchodzić się ostrożnie!

Właściwości chemiczne.

właściwości kwasowe. Jak już wspomniano, atom wodoru grupy hydroksylowej ma charakter kwasowy. Kwasowe właściwości fenolu są wyraźniejsze niż wody i alkoholi. W przeciwieństwie do alkoholi i wody, fenol reaguje nie tylko z metalami alkalicznymi, ale także z zasadami, tworząc fenolany:

Jednakże właściwości kwasowe fenoli są mniej wyraźne niż właściwości kwasów nieorganicznych i karboksylowych. Na przykład właściwości kwasowe fenolu są około 3000 dolarów razy słabsze niż właściwości kwasu węglowego. Dlatego przepuszczając dwutlenek węgla przez wodny roztwór fenolanu sodu, można wyizolować wolny fenol:

Dodanie kwasu solnego lub siarkowego do wodnego roztworu fenolanu sodu prowadzi również do powstania fenolu:

Jakościowa reakcja na fenol.

Fenol reaguje z chlorkiem żelaza(III), tworząc intensywnie fioletowy związek kompleksowy.

Reakcja ta umożliwia wykrycie go nawet w bardzo ograniczonych ilościach. Inne fenole zawierające jedną lub więcej grup hydroksylowych w pierścieniu benzenowym również dają jasny niebiesko-fioletowy kolor w reakcji z chlorkiem żelaza (III).

Reakcje pierścienia benzenowego.

Obecność podstawnika hydroksylowego znacznie ułatwia przebieg reakcji podstawienia elektrofilowego w pierścieniu benzenowym.

1. Bromowanie fenolu. W przeciwieństwie do benzenu bromowanie fenolu nie wymaga dodatku katalizatora (bromku żelaza(III)).

Ponadto interakcja z fenolem przebiega selektywnie (selektywnie): atomy bromu są wysyłane orto- i pozycje para, zastępując znajdujące się tam atomy wodoru. Selektywność podstawienia wyjaśniają omówione powyżej cechy struktury elektronowej cząsteczki fenolu.

Tak więc, gdy fenol reaguje z wodą bromową, powstaje biały osad 2,4,6-tribromofenol:

Ta reakcja, podobnie jak reakcja z chlorkiem żelaza (III), służy do jakościowego wykrywania fenolu.

2. Nitrowanie fenolu zachodzi również łatwiej niż nitrowanie benzenu. Reakcja z rozcieńczonym kwasem azotowym przebiega w temperaturze pokojowej. Rezultatem jest mieszanina orto- I para- izomery nitrofenolu:

W przypadku użycia stężonego kwasu azotowego powstaje materiał wybuchowy - 2,4,6-trinitrofenol(kwas pikrynowy):

3. Uwodornienie pierścienia aromatycznego fenolu w obecności katalizatora następuje łatwo:

4.Polikondensacja fenolu z aldehydami, szczególnie w przypadku formaldehydu, zachodzi wraz z tworzeniem się produktów reakcji - żywic fenolowo-formaldehydowych i stałych polimerów.

Oddziaływanie fenolu z formaldehydem można opisać schematem:

Zapewne zauważyłeś, że w cząsteczce dimeru zachowane są „ruchome” atomy wodoru, co oznacza, że ​​dalsza kontynuacja reakcji jest możliwa przy wystarczającej ilości odczynników:

Reakcja polikondensacja, te. reakcja wytwarzania polimeru, przebiegająca z uwolnieniem niskocząsteczkowego produktu ubocznego (wody), może trwać dalej (aż do całkowitego zużycia jednego z odczynników) z utworzeniem ogromnych makrocząsteczek. Proces można opisać ogólnym równaniem:

Tworzenie się cząsteczek liniowych zachodzi w zwykłej temperaturze. Prowadzenie tej reakcji po podgrzaniu powoduje, że powstały produkt ma rozgałęzioną strukturę, jest stały i nierozpuszczalny w wodzie. W wyniku nagrzania liniowej żywicy fenolowo-formaldehydowej z nadmiarem aldehydu otrzymuje się stałe masy plastyczne o unikalnych właściwościach. Polimery na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych stosowane są do produkcji lakierów i farb, wyrobów z tworzyw sztucznych, które są odporne na ogrzewanie, chłodzenie, wodę, zasady i kwasy oraz posiadają wysokie właściwości dielektryczne. Polimery na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych wykorzystywane są do wykonywania najważniejszych i najważniejszych części urządzeń elektrycznych, obudów jednostek napędowych i części maszyn, polimerowej bazy płytek drukowanych do urządzeń radiowych. Kleje na bazie żywic fenolowo-formaldehydowych potrafią niezawodnie łączyć części o różnym charakterze, zachowując najwyższą siłę wiązania w bardzo szerokim zakresie temperatur. Klej taki służy do mocowania metalowej podstawy lamp oświetleniowych do szklanej żarówki. Teraz rozumiesz, dlaczego fenol i produkty na jego bazie są szeroko stosowane.

Charakterystyczne właściwości chemiczne aldehydów, nasyconych kwasów karboksylowych, estrów

Aldehydy i ketony

Aldehydy to związki organiczne, których cząsteczki zawierają grupę karbonylową. , połączony z atomem wodoru i rodnikiem węglowodorowym.

Ogólny wzór aldehydów to:

W najprostszym aldehydzie, formaldehydzie, drugi atom wodoru pełni rolę rodnika węglowodorowego:

Nazywa się grupę karbonylową związaną z atomem wodoru aldehyd:

Substancje organiczne w cząsteczkach, w których grupa karbonylowa jest związana z dwoma rodnikami węglowodorowymi, nazywane są ketonami.

Oczywiście ogólny wzór na ketony to:

Grupa karbonylowa ketonów nazywa się grupa ketonowa.

W najprostszym ketonie, acetonie, grupa karbonylowa jest związana z dwoma rodnikami metylowymi:

Nazewnictwo i izomeria

W zależności od budowy rodnika węglowodorowego związanego z grupą aldehydową wyróżnia się aldehydy ograniczające, nienasycone, aromatyczne, heterocykliczne i inne:

Zgodnie z nomenklaturą IUPAC nazwy aldehydów nasyconych tworzy się od nazwy alkanu o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce za pomocą przyrostka -glin. Na przykład:

Numeracja atomów węgla głównego łańcucha zaczyna się od atomu węgla grupy aldehydowej. Dlatego grupa aldehydowa zawsze znajduje się przy pierwszym atomie węgla i nie jest konieczne wskazanie jej położenia.

Oprócz nazewnictwa systematycznego stosowane są także banalne nazwy powszechnie stosowanych aldehydów. Nazwy te zwykle pochodzą od nazw kwasów karboksylowych odpowiadających aldehydom.

W nazwie ketonów zgodnie z nomenklaturą systematyczną grupę ketonową oznacza się przyrostkiem -On oraz liczbę wskazującą numer atomu węgla grupy karbonylowej (numeracja powinna zaczynać się od końca łańcucha najbliższego grupie ketonowej). Na przykład:

Dla aldehydów charakterystyczny jest tylko jeden rodzaj izomerii strukturalnej - izomeria szkieletu węglowego, która jest możliwa z butanalu, a dla ketonów - także izomeria pozycji grupy karbonylowej. Ponadto charakteryzują się one także izomerią międzyklasową (propanal i propanon).

Trywialne nazwy i temperatury wrzenia niektórych aldehydów.

Fizyczne i chemiczne właściwości

właściwości fizyczne.

W cząsteczce aldehydu lub ketonu, ze względu na większą elektroujemność atomu tlenu w porównaniu z atomem węgla, wiązanie $C=O$ jest silnie spolaryzowane na skutek przesunięcia gęstości elektronowej wiązania $π$ z tlenem:

Aldehydy i ketony są substancjami polarnymi o nadmiernej gęstości elektronowej na atomie tlenu. Dolne składniki szeregu aldehydów i ketonów (formaldehyd, aldehyd octowy, aceton) są nieskończenie rozpuszczalne w wodzie. Ich temperatury wrzenia są niższe niż w przypadku odpowiednich alkoholi. Wynika to z faktu, że w cząsteczkach aldehydów i ketonów, w odróżnieniu od alkoholi, nie ma ruchomych atomów wodoru i nie tworzą one asocjatów na skutek wiązań wodorowych. Niższe aldehydy mają ostry zapach; aldehydy zawierające od czterech do sześciu atomów węgla w łańcuchu mają nieprzyjemny zapach; wyższe aldehydy i ketony mają zapach kwiatowy i są stosowane w przemyśle perfumeryjnym.

Właściwości chemiczne

Obecność grupy aldehydowej w cząsteczce determinuje charakterystyczne właściwości aldehydów.

reakcje odzyskiwania.

Dodatek wodoru do cząsteczek aldehydu występuje przy podwójnym wiązaniu w grupie karbonylowej:

Aldehydy ulegają uwodornieniu jako alkohole pierwszorzędowe, natomiast ketony są alkoholami drugorzędowymi.

Tak więc, gdy aldehyd octowy uwodornia się na katalizatorze niklowym, powstaje alkohol etylowy, a podczas uwodornienia acetonu powstaje propanol-2:

Uwodornienie aldehydów reakcja odzyskiwania, przy którym stopień utlenienia atomu węgla w grupie karbonylowej maleje.

Reakcje utleniania.

Aldehydy są w stanie nie tylko odzyskać, ale także utleniać. Po utlenieniu aldehydy tworzą kwasy karboksylowe. Schematycznie proces ten można przedstawić w następujący sposób:

Z aldehydu propionowego (propanalu) powstaje na przykład kwas propionowy:

Aldehydy utleniają się nawet pod wpływem tlenu atmosferycznego i tak słabych środków utleniających, jak amoniakalny roztwór tlenku srebra. W uproszczonej formie proces ten można wyrazić równaniem reakcji:

Na przykład:

Dokładniej, proces ten odzwierciedlają równania:

Jeżeli powierzchnia naczynia, w którym prowadzona jest reakcja, została wcześniej odtłuszczona, to powstające podczas reakcji srebro pokrywa ją równą, cienką warstwą. Dlatego tę reakcję nazywa się reakcją "srebrne lustro". Znajduje szerokie zastosowanie do wyrobu luster, srebrzenia ozdób i ozdób świątecznych.

Świeżo wytrącony wodorotlenek miedzi (II) może również działać jako środek utleniający aldehydy. Utleniając aldehyd, $Cu^(2+)$ redukuje się do $Cu^+$. Wodorotlenek miedzi (I) $CuOH$ powstały podczas reakcji natychmiast rozkłada się na czerwony tlenek miedzi (I) i wodę:

Reakcja ta, podobnie jak reakcja „srebrnego lustra”, służy do wykrywania aldehydów.

Ketonów nie utlenia się ani tlenem atmosferycznym, ani tak słabym środkiem utleniającym, jak amoniakalny roztwór tlenku srebra.

Poszczególni przedstawiciele aldehydów i ich znaczenie

Formaldehyd(metan, aldehyd mrówkowy$HCHO$ ) - bezbarwny gaz o ostrym zapachu i temperaturze wrzenia -21C°$, łatwo rozpuścimy się w wodzie. Formaldehyd jest trujący! Roztwór formaldehydu w wodzie (40% $) nazywany jest formaliną i służy do dezynfekcji. W rolnictwie formalinę wykorzystuje się do zaprawiania nasion, w przemyśle skórzanym – do obróbki skór. Formaldehyd służy do otrzymywania urotropiny – substancji leczniczej. Czasami sprasowana w postaci brykietów urotropina stosowana jest jako paliwo (suchy alkohol). Dużą ilość formaldehydu zużywa się przy produkcji żywic fenolowo-formaldehydowych i niektórych innych substancji.

Aldehyd octowy(etanal, aldehyd octowy$CH_3CHO$ ) - ciecz o ostrym nieprzyjemnym zapachu i temperaturze wrzenia 21°C $, dobrze rozpuścimy się w wodzie. Kwas octowy i szereg innych substancji otrzymuje się z aldehydu octowego na skalę przemysłową, wykorzystuje się go do produkcji różnych tworzyw sztucznych i włókien octanowych. Aldehyd octowy jest trujący!

kwasy karboksylowe

Substancje zawierające jedną lub więcej grup karboksylowych w cząsteczce nazywane są kwasami karboksylowymi.

grupa atomów zwany grupa karboksylowa, Lub karboksylowy.

Kwasy organiczne zawierające w cząsteczce jedną grupę karboksylową to kwasy organiczne jednozasadowy.

Ogólny wzór tych kwasów to $RCOOH$, na przykład:

Nazywa się kwasy karboksylowe zawierające dwie grupy karboksylowe dwuzasadowy. Należą do nich na przykład kwasy szczawiowy i bursztynowy:

Istnieje również wielozasadowy kwasy karboksylowe zawierające więcej niż dwie grupy karboksylowe. Należą do nich na przykład trójzasadowy kwas cytrynowy:

W zależności od charakteru rodnika węglowodorowego dzielimy kwasy karboksylowe na ograniczające, nienasycone, aromatyczne.

Ograniczające lub nasycone kwasy karboksylowe to na przykład kwas propanowy (propionowy):

lub już nam znany kwas bursztynowy.

Oczywiście nasycone kwasy karboksylowe nie zawierają wiązań $π$ w rodniku węglowodorowym. W cząsteczkach nienasyconych kwasów karboksylowych grupa karboksylowa jest połączona z nienasyconym, nienasyconym rodnikiem węglowodorowym, np. w cząsteczkach akrylu (propenu) $CH_2=CH-COOH$ lub oleinowego $CH_3-(CH_2)_7-CH =CH-(CH_2)_7-COOH $ i inne kwasy.

Jak widać ze wzoru kwasu benzoesowego, jest on aromatyczny, ponieważ zawiera w cząsteczce pierścień aromatyczny (benzen):

Nazewnictwo i izomeria

Omówiono już ogólne zasady tworzenia nazw kwasów karboksylowych, a także innych związków organicznych. Rozważmy bardziej szczegółowo nomenklaturę jedno- i dwuzasadowych kwasów karboksylowych. Nazwę kwasu karboksylowego tworzy się z nazwy odpowiedniego alkanu (alkanu o tej samej liczbie atomów węgla w cząsteczce) z dodatkiem przyrostka -ov-, kończący się -i ja i słowa kwas. Numeracja atomów węgla zaczyna się od grupy karboksylowej. Na przykład:

Liczba grup karboksylowych jest podana w nazwie przedrostkami di-, tri-, tetra-:

Wiele kwasów ma również historycznie opracowane lub trywialne nazwy.

Nazwy kwasów karboksylowych.

Wzór chemiczny Nazwa systematyczna kwasu Trywialna nazwa kwasu
$H-COOH$ metan Mrówkowy
$CH_3 — COOH$ Etan Octowy
$CH_3 — CH_2 — COOH$ propan propionowy
$CH_3 — CH_2 — CH_2 — COOH $ Butan oleisty
$CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$ Pentan Waleriana
$CH_3—(CH_2)_4—COOH$ Heksan Nylon
$CH_3—(CH_2)_5—COOH$ Heptanowy Enantyczny
$NEOS-UNSD$ Etand szczaw
$HOOS-CH_2-COOH$ propandiowy Malonicki
$HOOS — CH_2 — CH_2 — COOH $ Butan Bursztyn

Po zapoznaniu się z różnorodnym i interesującym światem kwasów organicznych, przyjrzyjmy się bardziej szczegółowo ograniczającym jednozasadowym kwasom karboksylowym.

Jest oczywiste, że skład tych kwasów wyraża się wzorem ogólnym $C_nH_(2n)O_2$ lub $C_nH_(2n+1)COOH$ lub $RCOOH$.

Fizyczne i chemiczne właściwości

właściwości fizyczne.

Niższe kwasy, tj. kwasy o stosunkowo małej masie cząsteczkowej, zawierające do czterech atomów węgla w cząsteczce, to ciecze o charakterystycznym ostrym zapachu (pamiętajcie zapach kwasu octowego). Kwasy zawierające od 4 do 9 dolarów atomów węgla to lepkie oleiste ciecze o nieprzyjemnym zapachu; zawierające więcej niż 9 dolarów atomów węgla w cząsteczce - substancje stałe, które nie rozpuszczają się w wodzie. Temperatury wrzenia ograniczających jednozasadowych kwasów karboksylowych rosną wraz ze wzrostem liczby atomów węgla w cząsteczce, a co za tym idzie, wraz ze wzrostem względnej masy cząsteczkowej. Na przykład temperatura wrzenia kwasu mrówkowego wynosi 100,8°C, kwasu octowego 118°C, a kwasu propionowego 141°C.

Najprostszy kwas karboksylowy, mrówkowy $HCOOH$, mający małą względną masę cząsteczkową $(M_r(HCOOH)=46)$, w normalnych warunkach jest cieczą o temperaturze wrzenia 100,8°С$. Jednocześnie butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ w tych samych warunkach jest gazem i ma temperaturę wrzenia -0,5°С$. Tę rozbieżność między temperaturami wrzenia a względnymi masami cząsteczkowymi wyjaśnia się tworzeniem dimerów kwasów karboksylowych, w których dwie cząsteczki kwasu są połączone dwoma wiązaniami wodorowymi:

Występowanie wiązań wodorowych staje się jasne, gdy weźmiemy pod uwagę strukturę cząsteczek kwasu karboksylowego.

Cząsteczki nasyconych jednozasadowych kwasów karboksylowych zawierają polarną grupę atomów - karboksylową i zasadniczo niepolarny rodnik węglowodorowy. Grupa karboksylowa jest przyciągana do cząsteczek wody, tworząc z nimi wiązania wodorowe:

Kwas mrówkowy i octowy są nieskończenie rozpuszczalne w wodzie. Oczywiście wraz ze wzrostem liczby atomów rodnika węglowodorowego rozpuszczalność kwasów karboksylowych maleje.

Właściwości chemiczne.

Ogólne właściwości charakterystyczne dla klasy kwasów (zarówno organicznych, jak i nieorganicznych) wynikają z obecności w cząsteczkach grupy hydroksylowej zawierającej silne wiązanie polarne pomiędzy atomami wodoru i tlenu. Rozważmy te właściwości na przykładzie rozpuszczalnych w wodzie kwasów organicznych.

1. Dysocjacja z utworzeniem kationów wodoru i anionów reszty kwasowej:

$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$

Dokładniej proces ten opisuje równanie uwzględniające udział w nim cząsteczek wody:

$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$

Równowaga dysocjacji kwasów karboksylowych jest przesunięta w lewo; zdecydowana większość z nich to słabe elektrolity. Jednakże kwaśny smak na przykład kwasu octowego i mrówkowego wynika z dysocjacji reszt kwasowych na kationy wodoru i aniony.

Oczywiście obecność „kwaśnego” wodoru w cząsteczkach kwasów karboksylowych, tj. grupę karboksylową wodoru, ze względu na inne charakterystyczne właściwości.

2. Interakcja z metalami stojący w szeregu elektrochemicznym napięć do wodoru: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$

Zatem żelazo redukuje wodór z kwasu octowego:

$2CH_3-COOH+Fe →(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$

3. Oddziaływanie z tlenkami zasadowymi z tworzeniem się soli i wody:

$2R-COOH+CaO →(R-COO)_(2)Ca+H_2O$

4. Interakcja z wodorotlenkami metali z utworzeniem soli i wody (reakcja neutralizacji):

$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,

$2R—COOH+Ca(OH)_2 →(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.

5. Oddziaływanie z solami słabszych kwasów z powstaniem tego ostatniego. Zatem kwas octowy wypiera kwas stearynowy ze stearynianu sodu i kwas węglowy z węglanu potasu:

$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,

$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.

6. Oddziaływanie kwasów karboksylowych z alkoholami z powstawaniem estrów - reakcja estryfikacji (jedna z najważniejszych reakcji charakterystycznych dla kwasów karboksylowych):

Oddziaływanie kwasów karboksylowych z alkoholami jest katalizowane przez kationy wodoru.

Reakcja estryfikacji jest odwracalna. Równowaga przesuwa się w kierunku tworzenia estrów w obecności środków odwadniających i gdy ester jest usuwany z mieszaniny reakcyjnej.

W reakcji odwrotnej estryfikacji, zwanej hydrolizą estrów (reakcja estru z wodą), powstają kwas i alkohol:

Oczywiście, aby reagować z kwasami karboksylowymi, tj. alkohole wielowodorotlenowe, takie jak glicerol, mogą również wejść w reakcję estryfikacji:

Wszystkie kwasy karboksylowe (z wyjątkiem mrówkowego) wraz z grupą karboksylową zawierają w swoich cząsteczkach resztę węglowodorową. Oczywiście nie może to nie wpłynąć na właściwości kwasów, które są określone przez charakter reszty węglowodorowej.

7. Reakcje addycji wielokrotnych wiązań- dostają się do nich nienasycone kwasy karboksylowe. Na przykład reakcja addycji wodoru uwodornienie. Dla kwasu zawierającego w rodniku jedno wiązanie $π$ równanie można zapisać w ogólnej postaci:

$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(katalizator)C_(n)H_(2n+1)COOH.$

Zatem podczas uwodornienia kwasu oleinowego powstaje nasycony kwas stearynowy:

$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"kwas oleinowy")(→)↖(katalizator)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"kwas stearynowy") $

Nienasycone kwasy karboksylowe, podobnie jak inne związki nienasycone, dodają halogeny do wiązania podwójnego. Na przykład kwas akrylowy odbarwia wodę bromową:

$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"kwas akrylowy(propenowy)")→(CH_2Br-CHBr-COOH)↙(\text"kwas 2,3-dibromopropanowy").$

8. Reakcje podstawienia (z halogenami)- mogą do nich przedostawać się nasycone kwasy karboksylowe. Na przykład w reakcji kwasu octowego z chlorem można otrzymać różne chlorowe pochodne kwasów:

$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(czerwony))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"kwas chlorooctowy")$,

$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(czerwony))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"kwas dichlorooctowy")$,

$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(R(czerwony))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"kwas trichlorooctowy")$

Poszczególni przedstawiciele kwasów karboksylowych i ich znaczenie

Mrówkowy(metan) kwas HCOOH— ciecz o ostrym zapachu i temperaturze wrzenia 100,8°C, dobrze rozpuszczalna w wodzie. Kwas mrówkowy jest trujący Powoduje oparzenia w przypadku kontaktu ze skórą! Kwas ten zawiera parzący płyn wydzielany przez mrówki. Kwas mrówkowy ma właściwości dezynfekcyjne i dlatego znajduje zastosowanie w przemyśle spożywczym, skórzanym, farmaceutycznym i medycynie. Stosowany jest do barwienia tekstyliów i papieru.

Octowy (etan)kwas $CH_3COOH$ jest bezbarwną cieczą o charakterystycznym ostrym zapachu, mieszalną z wodą w dowolnym stosunku. Wodne roztwory kwasu octowego sprzedawane są pod nazwą octu (roztwór 3-5% $) i esencji octowej (roztwór 70-80% $) i są szeroko stosowane w przemyśle spożywczym. Kwas octowy jest dobrym rozpuszczalnikiem wielu substancji organicznych i dlatego jest stosowany w farbiarstwie, w przemyśle skórzanym oraz w przemyśle farb i lakierów. Ponadto kwas octowy jest surowcem do produkcji wielu ważnych technicznie związków organicznych: wykorzystuje się go m.in. do otrzymywania substancji stosowanych do zwalczania chwastów – herbicydów.

Głównym składnikiem jest kwas octowy ocet winny, charakterystyczny zapach, który zawdzięcza właśnie temu. Jest produktem utleniania etanolu i powstaje z niego podczas przechowywania wina w powietrzu.

Najważniejszymi przedstawicielami najwyżej ograniczających kwasów jednozasadowych są palmitynowy$C_(15)H_(31)COOH$ i stearynowy Kwasy $C_(17)H_(35)COOH$. W przeciwieństwie do niższych kwasów, substancje te są stałe, słabo rozpuszczalne w wodzie.

Jednak ich sole – stearyniany i palmityniany – są dobrze rozpuszczalne i mają działanie detergentowe, dlatego nazywane są również mydłami. Wiadomo, że substancje te produkowane są na dużą skalę. Spośród nienasyconych wyższych kwasów karboksylowych najważniejszy jest kwas oleinowy$C_(17)H_(33)COOH$ lub $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Jest to ciecz przypominająca olej, bez smaku i zapachu. Jego sole znajdują szerokie zastosowanie w technice.

Najprostszym przedstawicielem dwuzasadowych kwasów karboksylowych jest kwas szczawiowy (etanodiowy).$HOOC-COOH$, którego sole występują w wielu roślinach, na przykład w szczawiu i szczawiu. Kwas szczawiowy jest bezbarwną substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie. Stosowany jest do polerowania metali, w przemyśle drzewnym i skórzanym.

Estry

Kiedy kwasy karboksylowe wchodzą w interakcję z alkoholami (reakcja estryfikacji), estry:

Ta reakcja jest odwracalna. Produkty reakcji mogą oddziaływać ze sobą tworząc substancje wyjściowe - alkohol i kwas. Zatem reakcja estrów z wodą – hydroliza estru – jest odwrotnością reakcji estryfikacji. Równowaga chemiczna, która ustala się, gdy szybkości reakcji bezpośredniej (estryfikacja) i odwrotnej (hydroliza) są równe, może zostać przesunięta w kierunku tworzenia eteru przez obecność środków usuwających wodę.

Tłuszcze- pochodne związków będących estrami gliceryny i wyższych kwasów karboksylowych.

Wszystkie tłuszcze, podobnie jak inne estry, ulegają hydrolizie:

Hydroliza tłuszczu prowadzona w środowisku zasadowym $(NaOH)$ i w obecności sody kalcynowanej $Na_2CO_3$ przebiega nieodwracalnie i prowadzi do powstania nie kwasów karboksylowych, a ich soli, tzw. mydła. Dlatego nazywa się hydrolizą tłuszczów w środowisku zasadowym zmydlanie.

Aldehydy nazywane są substancjami organicznymi spokrewnionymi ze związkami karbonylowymi zawierającymi grupę funkcyjną -CH, zwaną grupą karbonylową.

W zależności od charakteru szkieletu węglowodorowego cząsteczki aldehydy są nasycone, nienasycone i aromatyczne. Ich cząsteczki mogą zawierać także atomy halogenu lub dodatkowe grupy funkcyjne. Ogólny wzór aldehydów nasyconych to C n H 2 n O. Zgodnie z nomenklaturą IUPAC ich nazwy kończą się przyrostkiem -al.

Utlenianie aldehydów jest ważne w przemyśle, ponieważ dość łatwo przekształcają się one w kwasy karboksylowe. W tym przypadku wodorotlenek miedzi, tlenek srebra, a nawet tlen atmosferyczny mogą służyć jako środki utleniające.

Struktura grupy karbonylowej

Struktura elektronowa wiązania podwójnego w grupie C=O charakteryzuje się utworzeniem jednego wiązania σ i jeszcze jednego wiązania π. Atom C znajduje się w stanie hybrydyzacji sp 2, cząsteczka ma budowę planarną z kątami wiązań pomiędzy wiązaniami około 120 0 . Różnica między wiązaniem podwójnym w tej grupie funkcyjnej polega na tym, że znajduje się ono pomiędzy atomem węgla i wysoce elektroujemnym atomem tlenu. W rezultacie elektrony są przyciągane do atomu O, co oznacza, że ​​wiązanie to jest bardzo silnie spolaryzowane.

Obecność takiego spolaryzowanego wiązania podwójnego w grupie aldehydowej można nazwać główną przyczyną wysokiej reaktywności aldehydów. W przypadku aldehydów najbardziej charakterystyczne są reakcje addycji atomów lub ich grup do wiązania C=O. Reakcje addycji nukleofilowej są najłatwiejsze do przeprowadzenia. Dla aldehydów typowe są także reakcje z udziałem atomów H z grupy funkcyjnej aldehydów. Ze względu na efekt odciągania elektronów przez grupę C=O, polarność wiązania wzrasta. To z kolei jest przyczyną stosunkowo łatwego utleniania aldehydów.

Poszczególni przedstawiciele aldehydów

Formaldehyd (formaldehyd lub metanal) CH 2 O jest substancją gazową o bardzo ostrym zapachu, którą zwykle uzyskuje się przez przepuszczenie mieszaniny par metanolu z powietrzem przez gorącą siatkę miedzianą lub srebrną. Jego 40% wodny roztwór nazywa się formaliną. Formaldehyd łatwo wchodzi w reakcje, z których wiele leży u podstaw przemysłowej syntezy wielu ważnych substancji. Wykorzystywany jest także do otrzymywania pentaerytrytolu, wielu substancji leczniczych, różnych barwników, do garbowania skór, jako środek dezynfekujący i dezodorant. Formaldehyd jest dość toksyczny, jego MPC w powietrzu wynosi 0,001 mg/l.

Aldehyd octowy (aldehyd octowy, etanal) CH 3 SON jest bezbarwną cieczą o duszącym zapachu, która po rozcieńczeniu wodą nabiera owocowego aromatu. Aldehyd octowy ma wszystkie podstawowe właściwości aldehydów. Utlenianie aldehydu octowego powoduje powstanie ogromnych ilości kwasu octowego i bezwodnika octowego, różnych środków farmaceutycznych.

Akroleina (propenal) CH 2 \u003d CH-SON, najprostszy nienasycony aldehyd, jest bezbarwną, lotną cieczą. Jego opary silnie podrażniają błony śluzowe oczu i górnych dróg oddechowych. Jest bardzo trujący, jego MPC w powietrzu wynosi 0,7 mg/m 3 . Propenal jest produktem pośrednim w syntezie niektórych polimerów i jest niezbędny do produkcji niektórych leków.

Benzaldehyd (aldehyd benzoesowy) С 6 Н 5 СОН jest bezbarwną cieczą o aromacie, który podczas przechowywania zmienia kolor na żółty.Dość szybko utlenia się na powietrzu do kwasu benzoesowego. Zawarty w olejkach eterycznych roślin (neroli, paczuli) oraz w postaci glukozydów - w pestkach nasion gorzkich migdałów, wiśni, moreli i brzoskwiń. Jako substancja zapachowa stosowana jest w przemyśle perfumeryjnym, jako składnik esencji spożywczych, jako surowiec do syntezy innych substancji zapachowych (aldehyd cynamonowy, aldehyd jaśminowy).

Reakcja srebrnego lustra

Utlenianie aldehydów tlenkiem srebra jest najważniejszą reakcją jakościową do odpowiedniej formy grupy funkcyjnej. Reakcja ta ma swoją nazwę ze względu na cienką srebrną powłokę na ściankach probówki, która powstaje podczas tej reakcji.

Jego istota polega na oddziaływaniu aldehydu R-COH z amoniakalnym roztworem tlenku srebra (I), który jest rozpuszczalnym związkiem kompleksowym OH i nazywany jest odczynnikiem Tollensa. Reakcję prowadzi się w temperaturach bliskich temperaturze wrzenia wody (80-100°C). W tym przypadku aldehydy utleniają się do odpowiednich kwasów karboksylowych, a środek utleniający redukuje się do metalicznego srebra, które wytrąca się.

Przygotowanie odczynników

W celu jakościowego oznaczenia grupy -OH w aldehydach najpierw przygotowuje się kompleksowy związek srebra. W tym celu do probówki wlewa się niewielką ilość roztworu amoniaku (wodorotlenku amonu) w wodzie, a następnie niewielką ilość azotanu srebra. W tym przypadku powstały osad tlenku srebra natychmiast znika:

2AgNO 3 + 2NH 3 + H 2 O -> Ag 2 O↓ + 2NH 4 NO 3

Ag 2O + 4NH 3 + H 2O -> 2OH

Bardziej wiarygodne wyniki uzyskuje się, stosując odczynnik Tollensa przygotowany z dodatkiem zasady. W tym celu 1 g AgNO 3 rozpuszcza się w 10 g wody destylowanej i dodaje równą objętość stężonego wodorotlenku sodu. W rezultacie powstaje osad Ag 2 O, który znika po dodaniu stężonego roztworu wodorotlenku amonu. Do reakcji należy używać wyłącznie świeżo przygotowanego odczynnika.

mechanizm reakcji

Reakcja srebrnego lustra odpowiada równaniu:

2OΗ + HCOΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + H 2 O

Należy zauważyć, że w przypadku aldehydów ta interakcja nie została dostatecznie zbadana. Mechanizm tej reakcji nie jest znany, przyjmuje się jednak wariant utleniania rodnikowego lub jonowego. W przypadku wodorotlenku diaminosrebra addycja następuje najprawdopodobniej poprzez utworzenie soli srebrowej diolu, z której następnie srebro jest odszczepiane z wytworzeniem kwasu karboksylowego.

Czystość używanych przyborów jest niezwykle ważna dla powodzenia eksperymentu. Wynika to z faktu, że powstałe w trakcie eksperymentu cząsteczki srebra koloidalnego muszą przylegać do powierzchni szkła, tworząc lustrzaną powierzchnię. W obecności najmniejszych zanieczyszczeń wytrąci się w postaci szarego kłaczkowatego osadu.

Do czyszczenia pojemnika należy używać roztworów alkalicznych. Dlatego do tych celów można wziąć roztwór NaOH, który należy zmyć dużą ilością wody destylowanej. Powierzchnia szklana musi być wolna od tłuszczu i cząstek mechanicznych.

Utlenianie wodorotlenkiem miedzi

Reakcja utleniania aldehydów wodorotlenkiem miedzi (II) jest również dość skuteczna i skuteczna w określaniu rodzaju grupy funkcyjnej. Zachodzi to w temperaturze odpowiadającej wrzeniu mieszaniny reakcyjnej. W tym przypadku aldehydy redukują miedź dwuwartościową w składzie odczynnika Fehlinga (świeżo przygotowany roztwór amoniaku Cu (OH) 2) do jednowartościowej. Same ulegają utlenieniu w wyniku wprowadzenia atomu tlenu przez wiązanie CH (stopień utlenienia C zmienia się z +1 na +3).

Wizualnie przebieg reakcji można prześledzić zmieniając kolor mieszaniny roztworów. Niebieskawy osad wodorotlenku miedzi stopniowo zmienia kolor na żółty, co odpowiada jednowartościowemu wodorotlenkowi miedzi i dalszemu pojawieniu się jasnoczerwonego osadu Cu 2 O.

Proces ten odpowiada równaniu reakcji:

R-SON + Cu 2+ + NaOH + H 2 O -> R-COONa + Cu 2 O + 4H +

Działanie odczynnika Jonesa

Należy zauważyć, że taki odczynnik najlepiej działa na aldehydy. Utlenianie nie wymaga w tym przypadku ogrzewania i przebiega w temperaturze 0-20°C przez dość krótki okres czasu, a wydajność produktów wynosi ponad 80%. Główną wadą odczynnika Jonesa jest brak wysokiej selektywności w stosunku do innych grup funkcyjnych, a poza tym kwaśne środowisko czasami prowadzi do izomeryzacji lub zniszczenia.

Odczynnikiem Jonesa jest roztwór tlenku chromu (VI) w rozcieńczonym acetonie. Można go również otrzymać z dwuchromianu sodu. Podczas utleniania aldehydów pod wpływem tego odczynnika powstają kwasy karboksylowe.

Przemysłowe utlenianie tlenowe

Utlenianie aldehydu octowego w przemyśle odbywa się poprzez działanie tlenu w obecności katalizatorów - jonów kobaltu lub manganu. Najpierw powstaje kwas nadoctowy:

CH3-SON + O2 -> CH3-COOH

On z kolei oddziałuje z drugą cząsteczką aldehydu octowego i poprzez związek nadtlenkowy daje dwie cząsteczki kwasu octowego:

CH 3 -COOH + CH 3 -SON -> 2CH 3 -COOH

Utlenianie przeprowadza się w temperaturze 60-70°C i pod ciśnieniem 2,10 5 Pa.

Interakcja z roztworem jodu

Do utleniania grup aldehydowych czasami stosuje się roztwór jodu w obecności zasad. Odczynnik ten ma szczególne znaczenie w procesie utleniania węglowodanów, gdyż działa bardzo selektywnie. Zatem pod jego wpływem D-glukoza przekształca się w kwas D-glukonowy.

Jod w obecności zasad tworzy podjodek (bardzo silny utleniacz): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + H 2 O.

Pod wpływem podjodku formaldehyd przekształca się w kwas metanowy: ΗСОΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + H 2 O.

Utlenianie aldehydów jodem wykorzystuje się w chemii analitycznej do oznaczania ich ilościowej zawartości w roztworach.

Utlenianie dwutlenkiem selenu

W przeciwieństwie do poprzednich odczynników, pod wpływem dwutlenku selenu aldehydy przekształcają się w związki dikarbonylowe, a glioksal powstaje z formaldehydu. Jeśli obok karbonylu znajdują się grupy metylenowe lub metylowe, mogą one przekształcić się w karbonyl. Jako rozpuszczalniki SeO2 zwykle stosuje się dioksan, etanol lub ksylen.

Według jednej metody reakcję prowadzi się w kolbie trójszyjnej połączonej z mieszadłem, termometrem i chłodnicą zwrotną. Do materiału wyjściowego pobranego w ilości 0,25 mola wkrapla się roztwór 0,25 mola dwutlenku selenu w 180 ml dioksanu oraz 12 ml H 2 O. Temperatura nie powinna przekraczać 20 ° C ( jeśli to konieczne, kolbę chłodzi się). Następnie, przy ciągłym mieszaniu, roztwór gotuje się przez 6 godzin. Następnie gorący roztwór przesącza się w celu oddzielenia selenu, a osad przemywa dioksanem. Po destylacji próżniowej rozpuszczalnika pozostałość frakcjonuje się. Frakcja główna jest pobierana w szerokim zakresie temperatur (20-30°C) i ponownie rektyfikowana.

Autoutlenianie aldehydów

Pod działaniem tlenu atmosferycznego w temperaturze pokojowej utlenianie aldehydów zachodzi bardzo powoli. Głównymi produktami tych reakcji są odpowiednie kwasy karboksylowe. Mechanizm autoutleniania jest związany z przemysłowym utlenianiem etanalu do kwasu octowego. Jednym z półproduktów jest nadkwas, który reaguje z inną cząsteczką aldehydu.

Z uwagi na fakt, że tego typu reakcję przyspieszają światło, nadtlenki i śladowe ilości metali ciężkich, można stwierdzić, że jest to mechanizm radykalny. Formaldehyd w roztworach wodnych utlenia się powietrzem znacznie gorzej niż jego odpowiedniki, z tego względu, że występuje w nich w postaci uwodnionego glikolu metylenowego.

Utlenianie aldehydów nadmanganianem potasu

Reakcja ta zachodzi najskuteczniej przy wizualnej ocenie jej przejścia poprzez utratę intensywności i całkowite odbarwienie różowego zabarwienia roztworu nadmanganianu potasu. Reakcja zachodzi w temperaturze pokojowej i pod normalnym ciśnieniem, więc nie wymaga specjalnych warunków. Wystarczy wlać do probówki 2 ml formaldehydu i 1 ml formaldehydu zakwaszonego kwasem siarkowym i delikatnie wstrząsnąć probówką z roztworem w celu wymieszania odczynników:

5CH 3 -SON + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 \u003d 5CH 3 -COOH + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O

Jeśli tę samą reakcję prowadzi się w podwyższonych temperaturach, wówczas metan łatwo utlenia się do dwutlenku węgla:

5CH 3 -SON + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 \u003d 5CO 2 + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O