Бутанон, структурная формула, химические, физические свойства

Альдольная конденсация

Две молекулы бутаналя могут реагировать друг с другом в присутствии КОН и температуры 6-8 ° С с образованием соединения 2-этил-3-гидроксигексанола. Этот тип соединения называется альдолом, так как в его структуре есть альдегидная группа и спиртовая группа..

Бутанальная структура

Только что было упомянуто, что формильная группа -CHO придает полярность молекуле бутаналя или бутиральдегида вследствие большей электроотрицательности атома кислорода. В результате этого их молекулы могут взаимодействовать друг с другом диполь-дипольными силами.

Верхнее изображение показывает, с моделью сфер и баров, что молекула бутанала имеет линейную структуру. Углерод группы -CHO имеет sp-гибридизацию2, в то время как оставшаяся угр3.

Не только это, но и гибкость, и его звенья могут вращаться вокруг своих осей; и, таким образом, создаются различные конформации или конформеры (одно и то же соединение, но с повернутыми связями).

Бутанон, структурная формула, химические, физические свойства

Внешний вид

Это прозрачная прозрачная жидкость.

Вязкость

0,45 сП при 20 ºC.

Давление пара

111 мм рт.ст. при 25 ºC.

Диполярный момент

2,72 D.

Длины волн (λ) максимального поглощения в воде

225 нм и 282 нм (ультрафиолетовый свет).

Другие

-У человека бутанал используется в качестве биомаркера, указывающего на повреждение при окислении, которое испытывают липиды, белки и нуклеиновые кислоты..

-Он использовался экспериментально вместе с формалином и глютардегидом, чтобы попытаться уменьшить размягчение, испытываемое копытами коровы, под воздействием воды, мочи и фекалий крупного рогатого скота. Экспериментальные результаты были положительными.

Запах

Характерный запах, едкий, альдегидный.

Конформеров

Следующее изображение объясняет этот момент лучше:

Первый конформер (верхний) соответствует молекуле первого изображения: метильная группа слева, -CH3, и группа -CHO находится в антипараллельных положениях друг с другом; один указывает вверх, а другой вниз соответственно.

Между тем второй конформер (нижний) соответствует молекуле с -CH3 и -CHO в затмеваемых положениях; то есть оба указывают в одном направлении.

Оба конформера быстро взаимозаменяемы, и поэтому молекула бутаналя постоянно вращается и вибрирует; и добавил тот факт, что он имеет постоянный диполь, это позволяет их взаимодействия достаточно сильны, чтобы кипеть при 74,8 ° С.

Молекулярная формула

С4H8O или CH3СН2СН2CHO.

Плотность

0,803 г / см3 при 68 ° F.

Плотность пара

2,5 (по отношению к воздуху, принятому равным 1).

Поверхностное натяжение

29,9 дин / см при 24 ºC.

Показатель преломления

1.3843 при 20 ºC.

Полимеризация

Бутанал может быть полимеризован в контакте со щелочью или кислотой, поскольку полимеризация опасна.

Порог запаха

0,009 промилле.

Промышленные

-Бутанал является промышленным растворителем, но он также является посредником в синтезе других растворителей; например 2-этилгексанол, н-бутанол и триметилпропан.

-Он также используется в качестве промежуточного продукта при производстве синтетических смол, включая поливинилбутираль; Ускорители резиновой вулканизации; производство фармацевтической продукции; продукты для защиты сельскохозяйственных культур; пестициды; антиоксиданты; вспомогательные средства для загара.

-Бутанал используется в качестве сырья для производства синтетических ароматов. Кроме того, он используется в качестве пищевого ароматизатора.

Растворимость в воде

7 г / 100 мл при 25 ° C.

Растворимость в органических растворителях

Смешивается с этанолом, эфиром, этилацетатом, ацетоном, толуолом и многими другими органическими растворителями.

Реактивность

При контакте с воздухом окисляется, образуя масляную кислоту. При температуре 230 ° C бутанал самовозгорается с воздухом.

Реакции диспропорционирования

Реакция Канниццаро

Важной в промышленности реакцией самоокисления-самовосстановления является реакция Канниццаро.

Альдегиды, не содержащие атом водорода у α-углеродного атома, в щелочной среде способны вступать в окислительно-восстановительную реакцию (диспропорционирования):

Одна молекула альдегида при этом окисляется до карбоновой кислоты, а другая молекула восстанавливается до спирта.

Альдегиды и кетоны

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 хлоралгидрат 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.

1. 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.

2. Циклическая полимеризация (тримеризация, тетрамеризация)

При взаимодействии молекул альдегидов возможно также образование циклических соединений.

а) Тример метаналя получается при перегонке подкисленного раствора формальдегида: 

Триоксан используется для получения полиформальдегида (полиоксиметилена) с высокой молекулярной массой, обладающего повышенной стабильностью и механической прочностью.

б) Полимеризация ацетальдегида в присутствии следов серной кислоты приводит к образованию в зависимости от условий двух циклических продуктов — паральдегида и метальдегида. Паральдегид образуется, если реакцию проводить при 200С, а метальдегид — при 00С:

Паральдегид — жидкость (т. кип. 128⁰С), метальдегид — твердое вещество, используется в быту как сухое горючее под названием «сухой спирт».

Реакции окисления

В молекулах альдегидов атом углерода карбонильной группы, имеющий избыточный положительный заряд, притягивает к себе электроны связи С-Н. Вследствие этого атом водорода приобретает большую реакционную активность, что проявляется в способности альдегидов к окислению.

Альдегиды легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты под действием таких мягких окислителей, как оксид серебра и гидроксид меди (II). Окисление происходит по связи С-Н в альдегидной группе –СН=О, которая превращается при этом в карбоксильную группу –С(ОН)=О.

1. Реакция «серебряного зеркала» — окисление аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса)

Качественная реакция на альдегидную группу! 

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

Видеоопыт «Реакция «серебряного зеркала»

Реакцию «серебряного зеркала» широко используют для изготовления зеркал, серебрения украшений и елочных игрушек.

Кетоны не вступают в эту реакцию.

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.

Видеоопыт «Качественная реакция на альдегиды с гидроксидом меди (II)»

Кетоны в эту реакцию не вступают.

3. Реакция на альдегиды с фуксиносернистой кислотой

Качественная реакция на альдегидную группу! 

Краситель красного цвета — фуксин, при насыщении его раствора газообразным сернистым ангидридом (SO2) образует бесцветный раствор фуксиносернистой кислоты. Этот реактив при взаимодействии с альдегидами дает красно-фиолетовое окрашивание, что является качественной реакцией на альдегидную группу.

Видеоопыт «Качественная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой»

Кетоны не вступают в эту реакцию.

Кетоны окисляются с трудом лишь при действии более сильных окислителей и повышенной температуре. При этом происходит разрыв С–С-связей (соседних с карбонилом) и образование смеси карбоновых кислот с более короткой углеродной цепью: 

Например:

4. Окисление перманганатом калия

Альдегиды можно окислить подкисленным раствором перманганат калия КMnO₄ при нагревании:   

Происходит обесцвечивание раствора. Альдегидная группа окисляется до карбоксильной, т.е. альдегид окисляется до соответствующей ему карбоновой кислоты.

Муравьиный альдегид (формальдегид) окисляется до углекислого газа, потому что соответствующая ему муравьиная кислота неустойчива к действию сильных окислителей:

Для кетоновэта реакция не имеет практического значения, так как происходит разрушение молекулы и в результате получается смесь продуктов.

5. Горение (полное окисление)

Альдегиды и кетоны сгорают до углекислого газа и воды:

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.

1. 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 (SE), а для формальдегида – нуклеофильного присоединения (АN).

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.

Фенопласты – важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности. Из них изготавливают большое количество изделий широкого потребления, электроизоляционные материалы и строительные детали.

2. Конденсация альдегидов с карбамидом (мочевиной) (NH2)2C=O — получениекарбамидных (мочевино-формальдегидных) смол

Например:

Видеоопыт «Поликонденсация формальдегида и мочевины (получение пенопласта)»

3. Конденсация формальдегида с меламином С3Н6N6(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 (неправильно называемых «меламином»), обычно ярко оформлена, токсична и очень опасна для здоровья.

4. Альдольно-кротоновая конденсация

При альдольной конденсации происходит присоединение одной молекулы карбонильного соединения к другой молекуле, образуется альдегидоспирт (альдоль) или кетоноспирт (кетол).

Например, уксусный альдегид на холоду при действии разбавленных растворов щелочей превращается в альдоль:

Альдольная конденсация широко используется в промышленности для получения синтетических каучуков, смол, лаков и различных душистых веществ.

При кротоновой конденсации образуется молекула непредельного альдегида или кетона. Химическая реакция сопровождается выделением молекулы воды.

Реакция проводится в более жестких условиях (при нагревании или в присутствии кислоты) альдоль дегидратируется с образованием кротонового альдегида:

Легкое отщепление воды от альдоля объясняется подвижностью водородного атома в α-звене, на которое действует –I-эффекты двух групп (ОН и С=О).

Соединения, содержащие третичный углеродный атом возле карбонильной группы не вступают в реакцию альдольной конденсации.

Впервые эти конденсации осуществили одновременно (1872 г.) и независимо друг от друга А.П. Бородин и Ш.А. Вюрц.

Реакции присоединения

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

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:

2. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты НСN

Альдегиды и кетоны, взаимодействуя с синильной кислотой, образуют циангидрины – органические соединения, молекулы которых содержат две функциональные группы: циано-группу  и гидроксильную –ОН.

Присоединение идет в соответствии с распределением электронной плотности в молекулах:

Образовавшееся соединение содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид или кетон, поэтому подобные реакции используют для удлинения углеродной цепи. А также для получения α-гидроксикислот R-CH (COOH) OH:

Циангидрин CH3— CH(CN) — OH  —  яд! Он содержится в ядрах косточек вишен, слив, персика.

Циангидрины используют как промежуточные соединения в синтезах окси- и аминокислот. Некоторые циангидрины встречаются в растениях. Употребление таких растений в пищу может привести к тяжелым отравлениям вследствие высвобождения синильной кислоты в организме.

3. Взаимодействие со спиртами (в присутствии кислоты или основания как катализатора)

Альдегиды могут взаимодействовать с одной или двумя молекулами спирта, образуя соответственно полуацетали или ацетали.

Риски

Бутанал разрушает слизистые оболочки верхних дыхательных путей, а также ткани кожи и глаз.

При контакте с кожей вызывает покраснение и ожоги. На глазах возникают те же травмы, сопровождающиеся болью и повреждением глазной ткани..

Вдыхание бутанала может иметь серьезные последствия, так как может вызвать воспаление и отек в гортани и в бронхах; в то время как в легких он вызывает химическую пневмонию и отек легких.

Признаки передержки включают: жжение в верхних дыхательных путях, кашель, хрипы, то есть свист при дыхании; ларингит, одышка, головная боль, тошнота, а также рвота.

Вдыхание может быть смертельным в результате спазма дыхательных путей.

Прием бутанала вызывает ощущение «жжения» в желудочно-кишечном тракте: ротовой полости, глотке, пищеводе и желудке.

Самовоспламенение

446 ºF. 425ºF (21,8ºC).

Синтез

Бутанал может быть получен каталитическим дегидрированием н-бутилового спирта; каталитическое гидрирование кротонового альдегида; и гидроформилирование пропилена.

Тепло испарения

33,68 кДж / моль при 25 ºC.

Теплота сгорания

2479,34 кДж / моль при 25 ºC.

Точка зажигания

-8ºF (-22ºC) закрытая чашка.

Точка кипения

От 167 ° F до 760 мм рт. Ст. (74,8 ° C).

Точка плавления

-146 ° F (-96,86 ° C).

Химические названия

-бутаналь

-альдегид

-1-бутаналь

-бутирал

-N-альдегид.