Альдегиды
1
H
1,008
1s1
2,2
Бесцветный газ
t°пл=-259°C
t°кип=-253°C
2
He
4,0026
1s2
Бесцветный газ
t°кип=-269°C
3
Li
6,941
2s1
0,99
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=180°C
t°кип=1317°C
4
Be
9,0122
2s2
1,57
Светло-серый металл
t°пл=1278°C
t°кип=2970°C
5
B
10,811
2s2 2p1
2,04
Темно-коричневое аморфное вещество
t°пл=2300°C
t°кип=2550°C
6
C
12,011
2s2 2p2
2,55
Прозрачный (алмаз) / черный (графит) минерал
t°пл=3550°C
t°кип=4830°C
7
N
14,007
2s2 2p3
3,04
Бесцветный газ
t°пл=-210°C
t°кип=-196°C
8
O
15,999
2s2 2p4
3,44
Бесцветный газ
t°пл=-218°C
t°кип=-183°C
9
F
18,998
2s2 2p5
4,0
Бледно-желтый газ
t°пл=-220°C
t°кип=-188°C
10
Ne
20,180
2s2 2p6
Бесцветный газ
t°пл=-249°C
t°кип=-246°C
11
Na
22,990
3s1
0,93
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=98°C
t°кип=892°C
12
Mg
24,305
3s2
1,31
Серебристо-белый металл
t°пл=649°C
t°кип=1107°C
13
Al
26,982
3s2 3p1
1,61
Серебристо-белый металл
t°пл=660°C
t°кип=2467°C
14
Si
28,086
3s2 3p2
1,9
Коричневый порошок / минерал
t°пл=1410°C
t°кип=2355°C
15
P
30,974
3s2 3p3
2,2
Белый минерал / красный порошок
t°пл=44°C
t°кип=280°C
16
S
32,065
3s2 3p4
2,58
Светло-желтый порошок
t°пл=113°C
t°кип=445°C
17
Cl
35,453
3s2 3p5
3,16
Желтовато-зеленый газ
t°пл=-101°C
t°кип=-35°C
18
Ar
39,948
3s2 3p6
Бесцветный газ
t°пл=-189°C
t°кип=-186°C
19
K
39,098
4s1
0,82
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=64°C
t°кип=774°C
20
Ca
40,078
4s2
1,0
Серебристо-белый металл
t°пл=839°C
t°кип=1487°C
21
Sc
44,956
3d1 4s2
1,36
Серебристый металл с желтым отливом
t°пл=1539°C
t°кип=2832°C
22
Ti
47,867
3d2 4s2
1,54
Серебристо-белый металл
t°пл=1660°C
t°кип=3260°C
23
V
50,942
3d3 4s2
1,63
Серебристо-белый металл
t°пл=1890°C
t°кип=3380°C
24
Cr
51,996
3d5 4s1
1,66
Голубовато-белый металл
t°пл=1857°C
t°кип=2482°C
25
Mn
54,938
3d5 4s2
1,55
Хрупкий серебристо-белый металл
t°пл=1244°C
t°кип=2097°C
26
Fe
55,845
3d6 4s2
1,83
Серебристо-белый металл
t°пл=1535°C
t°кип=2750°C
27
Co
58,933
3d7 4s2
1,88
Серебристо-белый металл
t°пл=1495°C
t°кип=2870°C
28
Ni
58,693
3d8 4s2
1,91
Серебристо-белый металл
t°пл=1453°C
t°кип=2732°C
29
Cu
63,546
3d10 4s1
1,9
Золотисто-розовый металл
t°пл=1084°C
t°кип=2595°C
30
Zn
65,409
3d10 4s2
1,65
Голубовато-белый металл
t°пл=420°C
t°кип=907°C
31
Ga
69,723
4s2 4p1
1,81
Белый металл с голубоватым оттенком
t°пл=30°C
t°кип=2403°C
32
Ge
72,64
4s2 4p2
2,0
Светло-серый полуметалл
t°пл=937°C
t°кип=2830°C
33
As
74,922
4s2 4p3
2,18
Зеленоватый полуметалл
t°субл=613°C
(сублимация)
34
Se
78,96
4s2 4p4
2,55
Хрупкий черный минерал
t°пл=217°C
t°кип=685°C
35
Br
79,904
4s2 4p5
2,96
Красно-бурая едкая жидкость
t°пл=-7°C
t°кип=59°C
36
Kr
83,798
4s2 4p6
3,0
Бесцветный газ
t°пл=-157°C
t°кип=-152°C
37
Rb
85,468
5s1
0,82
Серебристо-белый металл
t°пл=39°C
t°кип=688°C
38
Sr
87,62
5s2
0,95
Серебристо-белый металл
t°пл=769°C
t°кип=1384°C
39
Y
88,906
4d1 5s2
1,22
Серебристо-белый металл
t°пл=1523°C
t°кип=3337°C
40
Zr
91,224
4d2 5s2
1,33
Серебристо-белый металл
t°пл=1852°C
t°кип=4377°C
41
Nb
92,906
4d4 5s1
1,6
Блестящий серебристый металл
t°пл=2468°C
t°кип=4927°C
42
Mo
95,94
4d5 5s1
2,16
Блестящий серебристый металл
t°пл=2617°C
t°кип=5560°C
43
Tc
98,906
4d6 5s1
1,9
Синтетический радиоактивный металл
t°пл=2172°C
t°кип=5030°C
44
Ru
101,07
4d7 5s1
2,2
Серебристо-белый металл
t°пл=2310°C
t°кип=3900°C
45
Rh
102,91
4d8 5s1
2,28
Серебристо-белый металл
t°пл=1966°C
t°кип=3727°C
46
Pd
106,42
4d10
2,2
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=1552°C
t°кип=3140°C
47
Ag
107,87
4d10 5s1
1,93
Серебристо-белый металл
t°пл=962°C
t°кип=2212°C
48
Cd
112,41
4d10 5s2
1,69
Серебристо-серый металл
t°пл=321°C
t°кип=765°C
49
In
114,82
5s2 5p1
1,78
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=156°C
t°кип=2080°C
50
Sn
118,71
5s2 5p2
1,96
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=232°C
t°кип=2270°C
51
Sb
121,76
5s2 5p3
2,05
Серебристо-белый полуметалл
t°пл=631°C
t°кип=1750°C
52
Te
127,60
5s2 5p4
2,1
Серебристый блестящий полуметалл
t°пл=450°C
t°кип=990°C
53
I
126,90
5s2 5p5
2,66
Черно-серые кристаллы
t°пл=114°C
t°кип=184°C
54
Xe
131,29
5s2 5p6
2,6
Бесцветный газ
t°пл=-112°C
t°кип=-107°C
55
Cs
132,91
6s1
0,79
Мягкий серебристо-желтый металл
t°пл=28°C
t°кип=690°C
56
Ba
137,33
6s2
0,89
Серебристо-белый металл
t°пл=725°C
t°кип=1640°C
57
La
138,91
5d1 6s2
1,1
Серебристый металл
t°пл=920°C
t°кип=3454°C
58
Ce
140,12
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=798°C
t°кип=3257°C
59
Pr
140,91
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=931°C
t°кип=3212°C
60
Nd
144,24
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1010°C
t°кип=3127°C
61
Pm
146,92
f-элемент
Светло-серый радиоактивный металл
t°пл=1080°C
t°кип=2730°C
62
Sm
150,36
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1072°C
t°кип=1778°C
63
Eu
151,96
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=822°C
t°кип=1597°C
64
Gd
157,25
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1311°C
t°кип=3233°C
65
Tb
158,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1360°C
t°кип=3041°C
66
Dy
162,50
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1409°C
t°кип=2335°C
67
Ho
164,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1470°C
t°кип=2720°C
68
Er
167,26
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1522°C
t°кип=2510°C
69
Tm
168,93
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1545°C
t°кип=1727°C
70
Yb
173,04
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=824°C
t°кип=1193°C
71
Lu
174,96
f-элемент
Серебристый металл
t°пл=1656°C
t°кип=3315°C
72
Hf
178,49
5d2 6s2
Серебристый металл
t°пл=2150°C
t°кип=5400°C
73
Ta
180,95
5d3 6s2
Серый металл
t°пл=2996°C
t°кип=5425°C
74
W
183,84
5d4 6s2
2,36
Серый металл
t°пл=3407°C
t°кип=5927°C
75
Re
186,21
5d5 6s2
Серебристо-белый металл
t°пл=3180°C
t°кип=5873°C
76
Os
190,23
5d6 6s2
Серебристый металл с голубоватым оттенком
t°пл=3045°C
t°кип=5027°C
77
Ir
192,22
5d7 6s2
Серебристый металл
t°пл=2410°C
t°кип=4130°C
78
Pt
195,08
5d9 6s1
2,28
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=1772°C
t°кип=3827°C
79
Au
196,97
5d10 6s1
2,54
Мягкий блестящий желтый металл
t°пл=1064°C
t°кип=2940°C
80
Hg
200,59
5d10 6s2
2,0
Жидкий серебристо-белый металл
t°пл=-39°C
t°кип=357°C
81
Tl
204,38
6s2 6p1
Серебристый металл
t°пл=304°C
t°кип=1457°C
82
Pb
207,2
6s2 6p2
2,33
Серый металл с синеватым оттенком
t°пл=328°C
t°кип=1740°C
83
Bi
208,98
6s2 6p3
Блестящий серебристый металл
t°пл=271°C
t°кип=1560°C
84
Po
208,98
6s2 6p4
Мягкий серебристо-белый металл
t°пл=254°C
t°кип=962°C
85
At
209,98
6s2 6p5
2,2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
t°пл=302°C
t°кип=337°C
86
Rn
222,02
6s2 6p6
2,2
Радиоактивный газ
t°пл=-71°C
t°кип=-62°C
87
Fr
223,02
7s1
0,7
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
t°пл=27°C
t°кип=677°C
88
Ra
226,03
7s2
0,9
Серебристо-белый радиоактивный металл
t°пл=700°C
t°кип=1140°C
89
Ac
227,03
6d1 7s2
1,1
Серебристо-белый радиоактивный металл
t°пл=1047°C
t°кип=3197°C
90
Th
232,04
f-элемент
Серый мягкий металл
91
Pa
231,04
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
92
U
238,03
f-элемент
1,38
Серебристо-белый металл
t°пл=1132°C
t°кип=3818°C
93
Np
237,05
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
94
Pu
244,06
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
95
Am
243,06
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
96
Cm
247,07
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
97
Bk
247,07
f-элемент
Серебристо-белый радиоактивный металл
98
Cf
251,08
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
99
Es
252,08
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
100
Fm
257,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
101
Md
258,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
102
No
259,10
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
103
Lr
266
f-элемент
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
104
Rf
267
6d2 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
105
Db
268
6d3 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
106
Sg
269
6d4 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
107
Bh
270
6d5 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
108
Hs
277
6d6 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
109
Mt
278
6d7 7s2
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
110
Ds
281
6d9 7s1
Нестабильный элемент, отсутствует в природе
Металлы
Неметаллы
Щелочные
Щелоч-зем
Благородные
Галогены
Халькогены
Полуметаллы
s-элементы
p-элементы
d-элементы
f-элементы
Наведите курсор на ячейку элемента, чтобы получить его краткое описание.
Чтобы получить подробное описание элемента, кликните по его названию.
Полисахариды
Крахмал:
В процессе созревания фруктов содержание крахмала в нем, как правило, уменьшается; например, в неспелых бананах содержание крахмала — 18%, а в спелых — 2%, в неспелом яблоке — 4-5%, а в спелом -1%.
Крахмал [(С6Н10О5)n] и целлюлоза в растительном мире широко распространенные полисахариды. Молекулы крахмала, целлюлозы, а также полисахарида гликогена состоят из большого числа остатков глюкозы, соединенных между собой гликозидной связью.
Крахмал накапливается в картофеле
Получение: Крахмал получают в основном из картофеля, риса и кукурузы. С этой целью из размельченного продукта крахмал вымывается на сите водой. Из суспензии крахмала, прошедшей через сито в виде «картофельного молока», крахмал осаждают методом отстаивания, раствор фильтруют и оставшийся крахмал высушивают.
Строение: Крахмал — природный полимер состава (С6Н10О5)n, состоящий из остатков (а):(а)получение крахмала неразветвленного строения (амилозы) поликонденсацией
глюкозы
Крахмал состоит из смеси двух полисахаридов — амилозы, неразветвленного строения (b), и амилопектина, разветвленного строения (c). В большинстве случаев крахмал содержит примерно 20-25% амилозы и 75-80% амилопектина. Молекулы амилозы скручены в форме спирали (b, d).
Из схемы а видно, что образование крахмала происходит с участием -ОН групп глюкозы, расположенных в положениях 1,4. Другими словами, В реакции поликонденсации Схемы макромолекул амилозы (b) участвуют гликозидные -ОН группы. По этой и амилопектина (с). причине в растворе в С6Н10О5 звеньях макромолекулы крахмала не могут образоваться альдегидные группы, и потому крахмал не восстанавливает оксид cepeбpa (I) и гидроксид меди (II).
Разветвление в амилопектине происходит за счет 1,6-гликозидных связей.
Физические свойства: Крахмал — белый порошок без вкуса, нерастворимый в холодной воде. В горячей воде набухает, образуя крахмальный клейстер.
Химические свойства: 1. Под действием ферментов или при нагревании с кислотами крахмал подвергается гидролизу. Конечный продукт гидролиза — глюкоза. В промышленности глюкозу получают этим путем:
В зависимости от условий гидролиз крахмала может протекать ступенчато, с образованием промежуточных продуктов:
2. Качественной реакцией па крахмал является образование синего окрашивания при действии на него йода (I2). В этом процессе молекулы йода проникают в пустоты, образованные молекулами амилозы при их скручивании в спираль (d).
За счет -ОН групп крахмал образует сложные эфиры, однако, ОНИ не имеют практического применения.
Применение: Крахмал, как питательный продукт, удовлетворяет потребность человека в углеводах. В организме в результате гидролиза крахмала (точнее, продуктов его частичного гидролиза — декстринов) образуется глюкоза. Часть глюкозы усваивается организмом, а избыток ее превращается в гликоген (животный крахмал) и откладывается в печени как резервное вещество.
Из крахмала получают декстрины, патоку (смесь декстринов с глюкозой), используемые в производстве карамельных изделий, а также глюкозу и этанол. Он используется для приготовления клея, накрахмаливания белья, в бумажной и полиграфической промышленности. На его основе приготавливают антибиотики, витамины, присыпки, капсулы для лекарств и др.
Гликоген:
В отличие от крахмала — резервного полисахарида растений, гликоген (е) — резервное вещество для организма животных и человека. По составу он одинаков с крахмалом: (С6Н10O5)n. Однако макромолекулы гликогена имеют большую относительную молекулярную массу и более разветвленное строение.
В организме нормально развитого человека содержится около 350 г гликогена, равномерно распределённого в мышцах и печени. При возникновении потребности организма в глюкозе гликоген подвергается гидролизу, образуя глюкозу.
При термической обработке картофеля и хлеба химические превращения, происходящие с крахмалом, придают продуктам обработки больший вкус, а продукты превращения еще легче подвергаются гидролизу.
Целлюлоза:
Целлюлоза — наиболее распространенное в природе органическое вещество. В отличие от крахмала, целлюлоза в растениях встречается в виде волокон.
Целлюлоза [(С6Н10O5)n], по сравнению с крахмалом, более распространенный углевод. Она образует стенки всех растительных клеток; в древесине содержится около 50%, а в волокнах хлопка и фильтровальной бумаге -порядка 98% целлюлозы.
Получение: Целлюлозу выделяют из хлопка, древесины, тростника и др. Из древесины ее выделяют, в основном, сульфитным способом: измельченная древесина под давлением и в щелочной среде нагревается с раствором гидросульфита кальция Ca(HSO3)2.
Строение: Целлюлоза, как и крахмал, — природный полимер состава (С6Н10O5)n. Однако они имеют ряд различий. Так, средняя относительная молекулярная масса целлюлозы больше молекулярной массы крахмала и достигает значения в несколько миллионов.
Наконец, макромолекулы целлюлозы состоят не из остатков (b)образование целлюлозы поликонденсацией
глюкозыНеразветвлённое строение молекулы целлюлозы и ее образование из остатков
Учитывая наличие трех -ОН групп в каждой структурной единице С6Н10O5, формулу целлюлозы можно представить и в следующем виде:
r(волокна льна)
r(волокна хлопка)
глюкозидазы. Поскольку этот фермент присутствует в пищеварительной системе только жвачных животных, то целлюлоза не переваривается в организме нежвачных животных и человека.
Организм человека переваривает из полисахаридов только крахмал и гликоген.
Физические свойства: Целлюлоза — белое твердое волокнистое вещество, не растворимое в воде и обычных растворителях (спирте, эфире, ацетоне). Нерастворимость целлюлозы и механическая прочность ее волокон обусловлены возникновением большого числа водородных связей между макромолекулами, имеющими неразветвлённое строение.
Однако, целлюлоза хорошо растворяется в растворе гидроксида меди (I) в аммиачной воде — реактиве Швейцера.
Химические свойства: При нагревании с разбавленными кислотами целлюлоза подвергается гидролизу, образуя глюкозу:
Гидролиз целлюлозы также протекает постадийно.
В присутствии концентрированной серной кислоты с концентрированной азотной кислотой образует сложные эфиры — моно-, ди- и тринитроцеллюлозу:
Тринитроцеллюлоза используется как мощное взрывчатое вещество и в изготовлении бездымного пороха. В технике продукт на основе тринитроцеллюлозы называют пироксилином, а на основе динитроцеллюлозы — коллоксилином. Из коллоксилина изготавливают коллодиум, применяемый в медицине, а из смеси коллоксилина с камфорой — целлулоид.
С уксусной кислотой или с уксусным ангидридом целлюлоза образует сложные эфиры — моно-, ди- и триацетилцеллюлозу. Они используются в производстве ацетатного шелка, негорючей фотопленки и органического стекла, пропускающего ультрафиолетовые лучи.
Из целлюлозы получают вискозный шелк и целлофан. Оба продукта по составу состоят из целлюлозы. Однако в отличие от обычной целлюлозы, в нитях вискозного шелка и в целлофане макромолекулы расположены в одном направлении. Это достигается в ходе ряда химических и физических превращений.
Поскольку в составе целлюлозы отсутствует альдегидная группа, то она, как и крахмал, не вступает в реакцию «серебряного зеркала». Целлюлоза хорошо горит:
При сильном нагревании в отсутствии воздуха целлюлоза разлагается -подвергается пиролизу. При пиролизе образуются древесный уголь, вода и органические вещества — метан, метанол, уксусная кислота, ацетон и др. В виде льна и хлопка целлюлоза используется в производстве тканей. Большое ее количество расходуется на производство бумаги и этилового спирта.
Выводы:
- Большинство углеводов — природные полимеры с общей формулой Cn(H2O)m.
- Углеводы подразделяются на моносахариды, дисахариды и полисахариды.
- Моносахариды — углеводы, не подвергающиеся гидролизу.
- Дисахариды — углеводы, при гидролизе которых из одной молекулы образуются две молекулы моносахаридов.
- Полисахариды — углеводы, при гидролизе которых из одной молекулы образуется много молекул моносахарида.
- Окончание «-оза» в названии вещества означает его принадлежность к углеводам.
- Фруктоза и галактоза — изомеры глюкозы.
- В растворе глюкоза существует в форме пятиатомного альдегидоспирта, а также в
и
циклических формах.
- Явление превращения
и
форм глюкозы друг в друга называется таутомерией, а
и
формы — таутомерами.
- В кристаллическом состоянии глюкоза находится в циклической
форме.
- Под действием оксида серебра (I) или при слабом нагревании с гидроксидом меди (II) глюкоза окисляется в глюконовую кислоту.
- В щелочной среде глюкоза с гидроксидом меди (II) образует ярко-синий раствор сахарата меди (II).
- В зависимости от условий глюкоза подвергается брожению и превращается в этиловый спирт, масляную кислоту и молочную кислоту.
- Фруктоза — пятиатомный кетоноспирт; она не окисляется оксидом серебра (I) и гидроксидом меди (II).
- В молекуле сахарозы остатки
глюкозы и
фруктозы соединены между собой гликозидной связью.
- Сахароза не окисляется оксидом серебра (I) и гидроксидом меди (II).
- Мальтоза, лактоза, а также глюкоза, рибоза и дезоксирибоза относятся к восстанавливающим углеводам.
- Крахмал, целлюлоза и гликоген — полисахариды.
- Крахмал состоит из остатков
глюкозы, а целлюлоза —
глюкозы.
- Макромолекулы крахмала имеют как разветвленное, так и неразветвлённое строение.
- Макромолекулы крахмала неразветвлённого строения называются амилозой, а разветвленного строения — амилопектином.
- В горячей воде крахмал образует крахмальный клейстер.
- Под действием йода крахмал окрашивается в синий цвет.
- Целлюлоза — биополимер неразветвлённого строения.
- Целлюлоза хорошо растворяется в растворе гидроксида меди (II) в аммиачной воде.
- Сложные эфиры целлюлозы находят широкое применение.
Предельные альдегиды и кетоны
АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ
Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие карбонильную группу С=О. В молекуле альдегидов по крайней мере одна валентность карбонильной группы затрачивается на соединение с атомом водорода, а другая — с радикалом (предельного ряда в предельных альдегидах и непредельного — в непредельных альдегидах). Общая формула альдегидов:
причем R может быть равно Н.
В случае кетонов обе валентности карбонильной группы затрачиваются на соединение с радикалами. Общая формула кетонов:
Изомерия. Номенклатура.
Общая формула предельных альдегидов и кетонов СnН2nO.
Изомерия альдегидов связана со строением радикалов. Так, например, известно четыре альдегида с формулой
(см. ниже).
Альдегиды называют или по кислотам, в которые они переходят при окислении (с тем же числом углеродных атомов), или по предельным углеводородам с добавлением суффикса -аль (систематическая номенклатура).
Примеры:
![]() | муравьиный альдегид (формальдегид), метаналь (рис. 1а) |
![]() | уксусный альдегид, этаналь (рис. 1б) |
![]() | пропионовый альдегид, пропаналь |
СН3—СН2—СН2—СНО | масляный альдегид, бутаналь |
![]() | изомасляный альдегид, 2-метилпропаналь |
СН3—СН2—СН2—СН2—СНО | валериановый альдегид, пентаналь |
![]() | изовалернановый альдегид, 3-метилбутаналь |
![]() | метилэтилуксусный альдегид, 2-метилбутаналь |
![]() | триметилуксусный альдегид, 2,2-диметлпропаналь |
Изомерия кетонов связана со строением радикалов и с положением карбонильной группы в углеродной цепи. Кетоны называют по наименованию радикалов, связанных с карбонильной группой. По систематической номенклатуре к названию предельного углеводорода добавляется суффикс -он и указывается номер атома углерода, связанного с карбонильным кислородом:
Способы получения
Альдегиды и кетоны получают рядом общих методов.
1.Окислением или каталитическим дегидрированием первичных спиртов получают альдегиды, вторичных — кетоны. Эти реакции уже приводились при рассмотрении химических свойств спиртов.
2.Альдегиды и кетоны удобно также получать пиролизом кислот и их смесей в виде паров над оксидами некоторых металлов (ThО2, МnО2, CaO, ZnO) при 400—450 °С:
R — СООН Н—СООН→R—СНО СО2 Н20
2R—СООН→R —СО —R C02 Н20
R—СООН R’ — СООН → R — СО—R’ С02 Н20
Во многих учебниках указывается, что альдегиды и кетоны могут быть получены пиролизом Са- и Ва-солей карбоновых кислот. В действительности эта реакция дает очень низкие выходы. Однако некоторые метилкетоны все же могут быть получены пиролизом смесей бариевых или железных солей уксусной и какой-либо другой кислоты. Все эти реакции имеют радикальный механизм.
3.Гидролиз геминальных дигалогенопроизводных приводит к альдегидам, если оба галогена находятся у одного из крайних атомов углерода, и кетонам, если атомы галогена находятся у одного из средних атомов углерода. Эти реакции уже упоминались при изучении химических свойств дигалогенопроизводных углеводородов.
4.Гидратация ацетилена и его гомологов в условиях реакции Кучерова приводит соответственно к уксусному альдегиду или кетонам:
НС≡СН Н2O→ СН3—СНО
5.Карбонильные соединения с высокими выходами (порядка 80%) образуются при окислении соответствующих спиртов смесями дпметилсульфоксида с уксусным ангидридом или безводной фосфорной кислотой.
RCH2OH (CH3)2SO→ RCH = О (CH3)2S
6.Превращение галогеналкилов в альдегиды с удлинением цепи на один атом углерода достигается обработкой их натрийтетракарбонилферратом в присутствии трифенилфосфина, а затем уксусной кислотой:
R — Hlg Na2Fe(CO)4 RCOFe(CO3)P(C6H5)3
R–CH = О
Имеется несколько модификаций этого метода.
7.Кетоны с хорошими выходами получаются при взаимодействии хлорангидридов кислот с литийдиалкилкупратамн и кадмийалкилами:
R2CuLi R’COCI→R — СО — R’ LiCI R — Сu
8.В технике альдегиды получают прямым присоединением СО и H2 к олефинам (оксосинтез) при 100—200 °С под давлением 10—20 МПа (100—200 атм) в присутствии кобальтового или никелевого катализаторов (например, Со ThO2 MgO, нанесенные на кизельгур):
Реакцию с этиленом и пропиленом проводят в газовой фазе, а с более сложными олефинамн (С4—С20) — в жидкой фазе. Как видно из приведенной схемы, при оксосинтезе получаются альдегиды, содержащие на один атом углерода больше, чем исходные олефины. Этот синтез имеет важное значение для получения высших первичных спиртов (каталитическим восстановлением альдегидов). Механизм оксосинтеза можно представить следующим образом:
2Со 8СО→ Со2(СО)8
Cо2(CO)8 H2 → 2НСо(СО)4
R —СН=СН2 НСо(СО)4→ R — СН2—СН2 — Со(СО)4
R — СН2—СН2—Со(СО)4 СО→ R—СН2—СН2—СО — Со(СО)4
R—СН2—СН2—СО—Со(СО)4 НСо(СО)4→R—СН2 —СН2—СНО Со(СО)8
Физические свойства
Муравьиный альдегид — газ с весьма резким запахом. Другие низшие альдегиды и кетоны — жидкости, легко растворимые в воде; низшие альдегиды обладают удушливым запахом, который при сильном разведении становится приятным (напоминает запах плодов). Кетоны пахнут довольно приятно.
При одном и том же составе, и строении углеродной цепи кетоны кипят при несколько более высоких температурах, чем альдегиды. Температуры кипения альдегидов и кетонов с нормальным строением цепи выше, чем у соединений изостроения. Например, валериановый альдегид кипит при 103,4 °С, а изовалериановый — при 92,5 °С. Альдегиды и кетоны кипят при температуре, значительно более низкой, чем спирты с тем же числом углеродных атомов, например у пропионового альдегида т. кип. 48,8 °С, у ацетона 65,1 °С, у н-пропилового спирта 97,8 °С. Это показывает, что альдегиды и кетоны в отличие от спиртов не являются сильно ассоциированными жидкостями. В то же время температуры кипения карбонильных соединений значительно выше температур кипения углеводородов с той же молекулярной массой, что связано с их высокой полярностью. Плотность альдегидов и кетонов ниже единицы.
В ИК-спектрах для СО-группы характерно интенсивное поглощение при 1720 см-1. В спектре ЯМР сигнал водорода альдегидной группы находится в очень слабом поле.
Химические свойства
Альдегиды и кетоны отличаются большой реакционной способностью. Большинство их реакций обусловлено присутствием активной карбонильной группы. Двойная связь карбонильной группы сходна по физической природе с двойной связью между двумя углеродными атомами (σ-связь π-связь). Однако в то время как Ес=с<2Ес-с, энергия связи С=О (749,4 кДж/моль) больше, чем энергия двух простых С—О-связей (2х358 кДж/моль). С другой стороны, кислород является более электроотрицательным элементом, чем углерод, и потому электронная плотность вблизи атома кислорода больше, чем вблизи атома углерода. Дипольный момент карбонильной группы — около 9•10-30 Кл/м (2,7 D). Благодаря такой поляризации углеродный атом карбонильной группы обладает электрофильными свойствами и способен реагировать с нуклеофильными реагентами. Соответственно атом кислорода является нуклеофильным. В реакциях присоединения отрицательно поляризованная часть присоединяющейся молекулы всегда направляется к углеродному атому карбонильной группы, в то время как ее положительно поляризованная часть направляется к кислородному атому.
Реакция присоединения нуклеофильных реагентов по месту карбонильной связи — ступенчатый процесс. Схематически реакцию присоединения, например гидросульфита натрия к уксусному альдегиду, можно изобразить следующим образом:
Радикалы, способные увеличивать положительный заряд на атоме углерода карбонильной группы, сильно повышают реакционную способность альдегидов и кетонов; радикалы или атомы, уменьшающие положительный заряд на этом углеродном атоме, оказывают противоположное действие.
Помимо реакций присоединения по карбонильной группе для альдегидов и кетонов характерны также реакции с участием соседних с карбонильной группой углеродных радикалов, обусловленные электроноакцепторным влиянием на них карбонильной группы. К ним относятся реакции окисления, галогенирования, конденсации.
А. Гидрирование. Присоединение водорода к альдегидам и кетонам происходит в присутствии катализаторов гидрирования (Ni, Со, Си, Pt, Pd и др.). При этом альдегиды переходят в первичные, а кетоны — во вторичные спирты. На этом основан один из методов получения спиртов.
В последнее время в качестве восстанавливающего агента часто применяют лнтийалюминийгидрид LiА1Н4. Реакция идет с переносом гидридного иона:
Преимуществом восстановления с помощью LiAlН4 является то, что этот реагент не восстанавливает двойные углерод-углеродные связи.
При восстановлении альдегидов или кетонов водородом в момент выделения (с помощью щелочных металлов или амальгамированного магния) образуются наряду с соответствующими спиртами также гликоли:
пинакон
Соотношение между образующимися спиртом и гликолем зависит от природы карбонильного соединения и условий восстановления. При восстановлении кетонов в продуктах реакции в апротонных растворителях преобладают пинаконы; в случае алифатических насыщенных альдегидов гликоли образуются в малых количествах.
Реакция протекает с промежуточным образованием свободных радикалов:
Б. Реакции нуклеофильного присоединения.
1. Присоединение магнийгалогеналкилов подробно разобрано при описании методов получения спиртов.
2. Присоединение синильной кислоты приводит к образованию α-оксинитрилов, омылением которых получают α-гидроксикислоты:
нитрил α-гидроксипропионовой кислоты
Эта реакция начинается нуклеофильной атакой углеродного атома ионом CN—. Цианистый водород присоединяется очень медленно. Добавление капли раствора цианистого калия значительно ускоряет реакцию, в то время как добавление минеральной кислоты уменьшает скорость реакции практически до нуля. Это показывает, что активным реагентом при образовании циангидрина является ион CN—:
3.Присоединение гидросульфита натрия дает кристаллические вещества, обычно называемые гидросульфитными производными альдегидов или кетонов:
При нагревании с раствором соды или минеральных кислот гидросульфитные производные разлагаются с выделением свободного альдегида или кетона, например:
Реакция с гидросульфитом натрия используется для качественного определения альдегидов и кетонов, а также для их выделения и очистки. Следует, однако, заметить, что в реакцию с гидросульфитом натрия в жирном ряду вступают только метилкетоны, имеющие группировку СН3-СО- .
4.Взаимодействие с аммиаком позволяет различать альдегиды и кетоны. Альдегиды выделяют воду, образуя альдимины:
ацетальдимин, этанимин
которые легко полимеризуются (циклизуются в кристаллические тримеры — альдегидаммиаки:
альдегидаммиак
При циклизации разрывается двойная связь C = N и три молекулы имина соединяются в шестичленный цикл с чередующимися атомами углерода и азота.
Кетоны с аммиаком подобных соединений не образуют. Они реагируют очень медленно и более сложно, например, так:
5.С гидроксиламином альдегиды и кетоны, выделяя воду, образуют оксимы (альдоксимы и кетоксимы):
ацетальдоксим
ацетоноксим
Эти реакции применяют для количественного определения карбонильных соединений.
Механизм реакции (R=H или Alk):
6.Особый интерес представляют реакции карбонильных соединений с гидразином и его замещенными. В зависимости от условий гидразин вступает в реакцию с альдегидами и кетонами в соотношении 1:1 или 1:2. В первом случае образуются гидразоны, а во втором — азины (альдазины и кетазины):
гидразон
альдазин
кетазин
Гидразоны кетонов и альдегидов при нагревании с твердым КОН выделяют азот и дают предельные углеводороды (реакция Кижнера):
В настоящее время эту реакцию проводят нагреванием карбонильного соединения с гидразином в высококипящих полярных растворителях (ди- и триэтиленгликоли) в присутствии щелочи. Реакция может быть проведена и при комнатной температуре при действии трет-бутилкалия в диметлисульфоксиде.
Альдегиды и кетоны с замещенными гидразинами — с фенилгидразином C6H5—NH—NH2 и семикарбазидом образуют соответственно фенилгидразоны и семикарбазоны. Это кристаллические вещества. Они служат для качественного и количественного определения карбонильных соединений, а также для их выделения и очистки.
Образование фенилгидразонов:
Семикарбазоны образуются по схеме:
Реакции альдегидов и кетонов с производными гидразина по механизму аналогичны их реакциям с аммиаком и гидроксиламином. Например, для ацетальдегида и фенилгидразина:
Для этих реакций характерен кислотный катализ.
7.Альдегиды и кетоны способны присоединять по карбонильной группе воду с образованием гидратов — геминальных гликолей. Эти соединения во многих случаях существуют только в растворах. Положение равновесия зависит от строения карбонилсодержащего соединения:
Так, формальдегид при 20 °С существует в водном растворе на 99,99% в форме гидрата, ацетальдегид— на 58%; в случае ацетона содержание гидрата незначительно, а хлораль и трихлорацетон образуют стойкие кристаллические гидраты.
Альдегиды с более высокой молекулярной массой образуют с водой устойчивые при низких температурах твердые полугидраты:
8. При действии на альдегиды спиртов образуются полуацетали:
В присутствии следов минеральной кислоты образуются ацетали:
Ацетали — жидкости с приятным эфирным запахом. При нагревании с разбавленными минеральными кислотами (но не щелочами) они подвергаются гидролизу с образованием спиртов и выделением альдегидов:
Ацеталь, полученный из масляного альдегида и поливинилового спирта, используется в качестве клея при изготовлении безосколочных стекол.
Ацетали кетонов получаются более сложно — действием на кетоны этиловых эфиров ортомуравьиной НС(ОС2Н5)з или ортокремниевой кислоты:
9. При действии на альдегиды спиртов образуются полуацетали:
Альдегиды и кетоны при взаимодействии с PCI5 обменивают атом кислорода на два атома хлора, что используется для получения геминаль- ных дихлоралканов:
Эта реакция в стадии, определяющей характер конечного продукта, также является реакцией нуклеофильного присоединения:
В. Реакции окисления. Окисление альдегидов идет значительно легче, чем кетонов. Кроме того, окисление альдегидов приводит к образованию кислот без изменения углеродного скелета, в то время как кетоны окисляются с образованием двух более простых кислот или кислоты и кетона.
Альдегиды окисляются кислородом воздуха до карбоновых кислот. Промежуточными продуктами являются гидропероксиды:
Аммиачный раствор гидроксида серебра [Ag(NH3)2]OH при легком нагревании с альдегидами (но не с кетонами) окисляет их в кислоты с образованием свободного металлического серебра. Если пробирка, в которой идет реакция, была предварительно обезжирена изнутри, то серебро ложится тонким слоем на ее внутренней поверхности — образуется серебряное зеркало:
Эта реакция, известная под названием реакции серебряного зеркала, служит для качественного определения альдегидов.
Для альдегидов характерна также реакция с так называемой фелинговой жидкостью. Последняя представляет собой водно-щелочной раствор комплексной соли, образовавшейся из гидроксида меди и натрийкалиевой соли винной кислоты. При нагревании альдегидов с фелинговой жидкостью медь (II) восстанавливается до меди (I), а альдегид окисляется до кислоты:
Красная окись меди Cu2О почти количественно выпадает в осадок. Реакция эта с кетонами не идет.
Альдегиды могут быть окислены в карбоновые кислоты с помощью многих обычных окислителей, таких, как дихромат калия, перманганат калия, по ионному механизму, причем первой стадией процесса обычно является присоединение окислителя по СО-группе.
Окисление кетонов протекает с разрывом углеродной цепочки в разных направлениях в зависимости от строения кетонов.
По продуктам окисления можно судить о строении кетонов, а так как кетоны образуются при окислении вторичных спиртов, то, следовательно, и о строении этих спиртов.
Г. Реакции полимеризации. Эти реакции характерны только для альдегидов. При действии на альдегиды кислот происходит их тримеризация (частично и тетрамеризация):
Механизм полимеризации может быть представлен в следующем виде:
Д. Галогенирование. Альдегиды и кетоны реагируют с бромом и иодом с одинаковой скоростью независимо от концентрации галогена. Реакции ускоряются как кислотами, так и основаниями.
Подробное изучение этих реакций привело к выводу, что они идут с предварительным превращением карбонильного соединения в енол:
Е. Реакции конденсации.
1. Альдегиды в слабоосновной среде (в присутствии ацетата, карбоната или сульфита калия) подвергаются альдольной конденсации (А.П. Бородин) с образованием альдегидосииртов (гидроксиальдегидов), сокращенно называемых альдолями. Альдоли образуются в результате присоединения альдегида к карбонильной группе другой молекулы альдегида с разрывом связи С—Н в α-положении к карбонилу, как это показано на примере уксусного альдегида:
альдоль
В случае альдолизацин других альдегидов, например пропионового, в реакцию вступает только группа, находящаяся в a-положении к карбонилу, так как только водородные атомы этой группы в достаточной степени активируются карбонильной группой:
3-гидрокси-2-метилпентаналь
Если рядом с карбонилом находится четвертичный атом углерода, альдолизация невозможна. Например, триметилуксусный альдегид (СНз)зС—СНО не дает альдоля.
Механизм реакции альдольной конденсации, катализируемой основаниями, следующий. Альдегид проявляет свойства СН-кислоты. Гидроксильный ион (катализатор) обратимо отрывает протон от а-углеродного атома:
Альдоль при нагревании (без водоотнимающих веществ) отщепляет воду с образованием непредельного кротонового альдегида:
|
Поэтому переход от предельного альдегида к непредельному через альдоль называется кротоновой конденсацией. Дегидратация происходит благодаря очень большой подвижности водородных атомов в α-положении по отношению к карбонильной группе (сверхсопряжение), причем разрывается, как и во многих других случаях, p-связь по отношению к карбонильной группе.
При действии на альдегиды, способные к альдольной конденсации, сильных оснований (щелочей) в результате глубокой альдольной (или кротоновой) поликонденсации происходит осмоление. Альдегиды, не способные к альдольной конденсации, в этих условиях вступают в реакцию Канниццаро:
2(СН3)3С—СНО КОН→(СН3)3С—COOK (СН3)3С—СН2ОН.
Альдольная конденсация кетонов происходит в более жестких условиях — в присутствии оснований, например Ва(ОН)2. При этом образуются Р-кетоноспирты, легко теряющие молекулу воды:
В еще более жестких условиях, например при нагревании с концентрированной серной кислотой, кетоны подвергаются межмолекулярной дегидратации с образованием непредельных кетонов:
окись мезитила
Окись мезитила может реагировать с новой молекулой ацетона:
форон
Возможна и конденсация между альдегидами и кетонами, например:
3-пентен-2-он
Во всех этих реакциях вначале идет альдольная конденсация, а затем дегидратация образовавшегося гидроксикетона.
2. Сложноэфирная конденсация альдегидов проходит при действии на них алкгоголятов алюминия в неводной среде (В.Е. Тищенко).
уксусноэтиловый эфир
Ж.Декарбонилирование. Альдегиды при нагревании с трис(трифенилфосфин)родийхлоридом претерпевают декарбонилирование с образованием углеводородов:
R—СНО [(C6H5)3P]3PhCl→ R—Н [(C6H5)3P]3RhCOCl.
При изучении химических превращений альдегидов и кетонов необходимо обратить внимание на существенные различия между ними. Альдегиды легко окисляются без изменения углеродной цепи (реакция серебряного зеркала), кетоны окисляются трудно с разрывом цепи. Альдегиды полимеризуются под влиянием кислот, образуют альдегидоаммиаки, со спиртами в присутствии кислот дают ацетали, вступают в сложноэфирную конденсацию, дают окрашивание с фуксинсернистой кислотой. Кетоны не способны к подобным превращениям.
Отдельные представители. Применение
Муравьиный альдегид (формальдегид) — бесцветный газ с резким специфическим запахом, т. кип. -21 °С. Он ядовит, действует раздражающе на слизистые оболочки глаз и дыхательных путей. Хорошо растворим в воде, 40% -ный водный раствор формальдегида называется формалином. В промышленности формальдегид получают двумя методами — неполным окислением метана и его некоторых гомологов и каталитическим окислением или дегидрированием метанола (при 650—700 °С над серебряным катализатором):
СН3ОН→ Н2 Н2СО.
Благодаря отсутствию алкильного радикала формальдегиду присущи некоторые особые свойства.
1.В щелочной среде он претерпевает реакцию окисления — восстановления (реакция Канниццаро):
2.При легком нагревании формальдегида (формалина) с аммиаком получается гексаметилентетрамин (уротропин), синтезированный впервые А. М. Бутлеровым:
6Н2С=О 4NH3 → 6H20 (CH2)6N4
уротропин
Уротропин в больших количествах применяют в производстве фенолформальдегидных смол, взрывчатых веществ (гексогена, получаемого нитрованием уротропина)
гексаген
в медицине (в качестве мочегонного средства, как составная часть антигриппозного препарата кальцекса, при лечении почечных заболеваний и др.).
3.В щелочной среде, например в присутствии известкового молока, как это впервые было показано А. М. Бутлеровым, формальдегид подвергается альдолизации с образованием оксиальдегидов вплоть до гексоз и еще более сложных сахаров, например:
гексоза
В присутствии щелочей формальдегид может конденсироваться и с другими альдегидами, образуя многоатомные спирты. Так, конденсацией формальдегида с уксусным альдегидом получают четырехатомный спирт — пентаэритрит С(СН2ОН)4
СН3СНО 3Н2СО → (НОСН2)3ССНО
(НОСН2)3ССНО Н2СО → (НОСН2)4С НСОО—
Пентаэритрит используется для получения смол и весьма сильного взрывчатого вещества — тетранитропентаэритрита (ТЭН) C(CH2ОNО2)4.
4.Формальдегид способен к полимеризации с образованием циклических и линейных полимеров.
5.Формальдегид способен вступать в различные реакции конденсации с образованием синтетических смол, широко применяемых в промышленности. Так, поликонденсацией формальдегида с фенолом получают фенолформальдегидные смолы, с мочевиной или меламином — карбамидные смолы.
6.Продуктом конденсации формальдегида с изобутиленом (в присутствии H2SO4) является 4,4-диметил-1,3-диоксан, который при нагревании до 200—240 °С в присутствии катализаторов (SiO2 Н4Р2О7) разлагается с образованием изопрена.
Формалин широко применяется в качестве дезинфицирующего вещества для дезинфекции зерно- и овощехранилищ, парников, теплиц, для протравливания семян и т. д.
Уксусный альдегид, ацетальдегид СН3СНО — жидкость с резким неприятным запахом. Т.кип. 21 °С. Пары ацетальдегида вызывают раздражение слизистых оболочек, удушье, головную боль. Ацетальдегид хорошо растворим в воде и во многих органических растворителях.
Промышленные методы получения ацетальдегида уже были рассмотрены: гидратация ацетилена, дегидрирование этилового спирта, изомеризация окиси этилена, каталитическое окисление воздухом предельных углеводородов.
В последнее время ацетальдегид получают окислением этилена кислородом воздуха в присутствии катализатора по схеме:
CH2=CH2 H2O PdCl2→CH3—СНО 2HCl Pd
Pd 2CuC12 → 2CuCl PdCl2
2CuCl 2HCI 1 /2O2→ 2CuCI2 H2O
2CH2 = CH2 O2 →2CH3CHO
Другие 1-алкены образуют в этой реакции метилкетоны.
Из ацетальдегида в промышленных масштабах получают уксусную кислоту, уксусный ангидрид, этиловый спирт, альдоль, бутиловый спирт, ацетали, этилацетат, пентаэритрит и ряд других веществ.
Подобно формальдегиду, он конденсируется с фенолом, аминами и другими веществами, образуя синтетические смолы, которые используются в производстве различных полимерных материалов.
Под действием небольшого количества серной кислоты ацетальдегид полимеризуется в паральдегид (С2Н4О3)3 и метальдегид (С2Н4О3)4; количества последнего возрастают с понижением температуры (до -10 °С):
Паральдегид — жидкость с т. кип. 124,5 °С, метальдегид — кристаллическое вещество. При нагревании со следами кислоты оба эти вещества деполимеризуются, образуя ацетальдегид. Из паральдегида и аммиака получают 2-метил-5-винилпиридин, используемый при синтезе сополимеров — синтетических каучуков.
Трихлоруксусный альдегид, хлораль CCI3CHO, получают хлорированием этилового спирта.
Хлораль — бесцветная жидкость с резким запахом; с водой образует кристаллический гидрат — хлоральгидрат. Устойчивость хлоральгидрата объясняется усилением электроноакцепторных свойств карбонильного углерода под влиянием сильного индукционного эффекта хлора:
Обладает снотворным действием. Конденсацией хлораля с хлорбензолом получают в промышленных масштабах инсектициды.
При действии на хлораль щелочей образуется хлороформ:
Ацетон СН3СОСН3— бесцветная жидкость с характерным запахом; Т.кип.=56,1 °С, Т.пл.=0,798. Хорошо растворим в воде и во многих органических растворителях.
Ацетон получают:
1) из изопропилового спирта — окислением или дегидрированием;
2) окислением изопропилбензола, получаемого алкилированием бензола, наряду с фенолом;
3) ацетон-бутанольным брожением углеводов.
Ацетон в качестве растворителя применяется в больших количествах в лакокрасочной промышленности, в производствах ацетатного шелка, кинопленки, бездымного пороха (пироксилина), для растворения ацетилена (в баллонах) и т. д. Он служит исходным продуктом при производстве небьющегося органического стекла, кетена и т. д.
§
Важнейшие свойства непредельных альдегидов рассмотрим на примере только акролеина и кротонового альдегида.
Акролеин. Существует несколько методов получения акролеина.
1. Альдольная конденсация формальдегида с уксусным альдегидом приводит к гидроксипропионовому альдегиду, который далее подвергается дегидратации:
СН2=O НСН2СНО → СН2ОН—СН2—СНО → Н2О СН2=СН—СНО.
2. Прямое каталитическое окисление пропилена
СН2=СНСН3 → СН2=СНСНО Н2O.
3. Дегидратация глицерина.
Акролеин — бесцветная жидкость с Т.кип. 52,5 °С, Т.пл. 0,841, очень острым запахом, раздражающим слизистые оболочки.
Акролеину присущи реакции, свойственные этиленовым углеводородам и альдегидам. Взаимное влияние двойной этиленовой связи и карбонильной группы находит отражение в некоторых особенностях акролеина.
1. Порядок присоединения НВr не соответствует правилу Марковникова:
β — бромпропионовый альдегид,
3-бромпропаналь
В случае акролеина, кротонового альдегида и других непредельных соединений с сопряженными двойной и карбонильной связями присоединение галогеноводородов происходит по концам сопряженной системы, причем положительно поляризованный водород направляется к отрицательно поляризованному кислороду, а отрицательно поляризованный галоген — к положительно поляризованному углероду карбонильного соединения.
Образующаяся енольная форма альдегида немедленно превращается в более устойчивую карбонильную форму.
Таким образом, хотя водород и не направляется к наиболее гидрогенизированному атому углерода, как этого требует правило Марковникова, тем не менее присоединение происходит в соответствии с электронной поляризацией реагирующих частиц, т.е. по существу в соответствии с той более общей закономерностью, которая проявляется и в реакциях присоединения по правилу Марковникова галогеноводородов к несимметричным олефинам.
2. Синильная кислота присоединяется к акролеину по карбонильной группе:
СН2=СН —СНО HCN → СН2=СН—CHOH—CN.
3. Гидросульфит натрия присоединяется не только по карбонильной группе, но и по этиленовой связи:
При хранении акролеин очень легко полимеризуется. В присутствии незначительных количеств гидрохинона он более стоек.
Акролеин используется для получения пластмасс, отличающихся большой твердостью. При конденсации акролеина с пентаэритритом получают полимеры, по внешнему виду похожие на обычное стекло.
Предложено использовать акролеин в качестве исходного вещества в синтезе глицерина, а также метионина.
Кротоновый альдегид СН3—СН=СН—СНО (2-бутеналь) — жидкость с резким запахом; т. кип. 105 °С. Получается кротоновой конденсацией ацетальдегида. Применяется для получения масляного альдегида, бутанола, масляной кислоты, а также малеинового ангидрида.
Метилвинилкетон, 3-бутен-2-он СН3—СО—СН=СН2 — простейший представитель ненасыщенных кетонов. Получается преимущественно двумя способами:
1) гидратацией винилацетилена:
2) конденсацией формальдегида с ацетоном и последующей дегидратацией (при нагревании) образовавшегося кетоспирта:
Н2С=O НСН2-СО-СН3→ НОСН2-СН2-СО-СН3 → CH2=CH-CO-CH3 H2O
Метилвинилкетон — жидкость с т. кип. 81 °С. Проявляет свойства как кетона, так и этиленовых соединений. В отличие от акролеина метилвинилкетон присоединяет HCN не по карбонильной группе, а по двойной связи:
СН2=СН-СО-СН3 HCN → NC-CH2-CH2-CO-CH3
Метилвинилкетон легко полимеризуется в бесцветную стекловидную массу, применяемую в производстве изделий из полимерных материалов.
§
КЕТЕНЫ
Кетены — своеобразные соединения, напоминающие по строению непредельные кетоны и аллены.
Кетен — первый представитель ряда кетенов. Это газ с резким запахом. Его в больших количествах получают пиролизом ацетона:
СН3—СО—СН3 → СН4 CН2=С=O.
Кетен не проявляет обычных свойств кетонов — не дает оксима, фенилгидразона, отличается большой склонностью к реакциям присоединения (обычно по связи С=O). При хранении образует димер — дикетен. В промышленности из кетена получают уксусную кислоту, уксусный ангидрид, этилацетат, дикетен, ацетоуксусный эфир и другие соединения.
Диальдегиды и дикетоны — соединения, содержащие две карбонильные группы в молекуле. По взаимному положению этих групп различают α-, β-, γ- и т. д. диальдегиды и дикетоны. Приведем несколько примеров диальдегидов и дикетонов:
Глиоксаль получают осторожным окислением таких органических соединений, как спирт, уксусный альдегид, этиленгликоль и др., диоксидом селена или кислородом воздуха в присутствии катализатора:
Это твердое вещество желтого цвета с т. пл. 15 °С и т. кип. 50,4 °С; в расплавленном состоянии очень быстро полимеризуется в твердый бесцветный полимер (тример).
Глиоксаль обладает всеми свойствами альдегидов. В реакции может участвовать как одна, так и две карбонильные группы, например:
При воздействии концентрированного раствора гидроксида калия глиоксаль превращается в оксиуксусную (гликолевую) кислоту (внутримолекулярное окисление – восстановление, реакция Канниццаро).
Диацетил получают из метилэтилкетона обработкой азотистой кислотой или ее амиловым эфиром:
Образующий нитрозокетон изомеризуется в монооксим дикетона:
При кипячении последнего с разбавленной серной кислотой получается диацетил и гидроксиламин:
Диацетил – желтая жидкость с острым запахом, температура кипения 880С. Пары диацетила имеют желтый цвет.
Диацетил обладает свойствами кетонов, причем в реакцию может вступать или одна, или обе карбонильные группы. Например, диацетил с гидроксиаминомможет образовать моно- или диоксим, последний называется диметилглиоксимом:
Диметилглиоксим с солями никеля дает яркий красно-фиолетовый кристаллический осадок. Эта реакция, открытая Л.А.Чугаевым, служит для качественного и количественного определения никеля. Осадок – внутрикомплексная соль (клешневидное, хелатное соединение):
Диацетил применяют для придания соответствующего запаха маргаринам или сырам.
Ацетилацетон – жидкость, обладающая приятным запахом, температура кипения 1370С. Получается конденсацией этилацетата с ацетоном в присутствии алкоголята натрия:
Механизм этой реакции представляется в следующем виде. Анион этилата отщепляет протон от молекулы кетона (кетон является более кислым соединением, чем сложный эфир) с образованием реакционноспособного аниона, который, будучи нуклеофильным реагентом, присоединяется к электрофильному углерода эфира:
Ацетилацетон, как и другие аналогичные β-дикетоны, реагирует с участием одной или двух карбонильных групп. Но для него характерны и свойства непредельного кетоспирта, что обусловлено способностью β-дикетонов к таутомерному превращению – самопроизвольной обратимой равновесной изомеризации – кето-енольной таутометрии:
Дикетонная форма (15%) кето-енольная форма (85%)
В свободном виде ацетилацетон представляет собой равновесную смесь дикетона и непредельного кетоспирта с сильным преобладанием последнего. Большая устойчивость енольной формы обусловлена возможностью образования внутримолекулярной водородной связи.
В химические превращения ацетилацетона вступает и как дикетон и как непредельный спирт.
Так, например, при взаимодействии с избытком анилина ацетилацетон реагирует как дикетон: в реакцию вступают обе карбонильные группы:
дианил ацетилацетона
С другой стороны, при взаимодействии с металлическим натрием ацетилацетон реагирует как непредельный спирт, образуя енолят. С раствором хлорида железа FеС13 он дает интенсивную окраску, специфическую для соединений, содержащих гидроксильную группу у атома углерода с двойной связью и т. п.
Натрийенолят ацетилацетона при взаимодействии с галогеналкилами превращается в алкилзамещенный ацетилацетон, т.е. наблюдается замещение не у атома кислорода, а у атома углерода:
Это проявление двойственной реакционной способности — амбидентности — аниона алкоголята ацетилацетона:
Другие металлы — железо, медь, алюминий, хром и т. д.— также образуют еноляты. Эти еноляты имеют строение вунтрикомплексных хелатных солей типа:
Многие из них перегоняются или возгоняются без разложения, что было использовано для точного определения валентности некоторых металлов (например, алюминия и бериллия).
Ацетилацетон быстро гидролизуется теплыми едкими щелочами с образованием соли уксусной кислоты и ацетона:
СН3—СО—СН2—СО—CH3 NaOH → CH3COONa CH3—CO—CH3.
Процесс идет по следующей схеме:
Список рекомендуемой литературы
1. Реутов О.А. и Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Ч. 1: Учебник – М.: МГУ, 1999. – 560 с.
2. Реутов О.А. и Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Ч. 2: Учебник – М.: МГУ, 1999. – 624 с.
3. Реутов О.А. и Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Ч. 2: Учебник – М.: БИНОМ, 2004. – 544 с.
4. Реутов О.А. и Курц А.Л., Бутин К.П. Органическая химия. В 4-х частях. Ч. 2: Учебник – М.: БИНОМ, 2004. – 726 с.
5. Петров А.А. и др. Органическая химия. – СПб.: «Иван Федоров», 2002.- 624 с.
6. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии: Под ред. Н.А. Тюкавкиной. –М.: Дрофа, 2002. – 384 с.
7. Курдюков А.М. Руководство к лабораторным занятиям по органической химии. Под ред. Проф. Рахимова А.И./ ВолгГТУ. — Волгоград, 2005. – 236 с.
8. Практикум по органической химии. Синтез и индентификация органических соединений/ Под ред. О.Ф. Гинзбурга и А.А. Петрова. – М.: Высшая школа, 1989. – 200 с.
9. Гитис С.С., Глаз А.И., Иванов А.В. Практикум по органической химии. – М.: Высш. шк., 1991. – 303 с.
10. Храмкина М.Н. Практикум по органическому синтезу. — Л.: Химия,1988. – 312 с.
11. Сайкс П. Механизмы реакций в органической химии. Пер. с англ. Под ред. Я.М.Варшавского. – М.: Химия, 1973. – 319 с.
12. Альбицкая В.М., Серкова В.И. Задачи и упражнения по органической химии.- М.: Высшая школа, 1983.- 207 с.
13. Нейланд, О. Я. Органическая химия. — М.: Высш. шк., 1990. — 751 с.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение | ||
Список рекомендуемой литературы | ||
Приложения |
Учебное издание
Сергей Владимирович Дьяконов
Владимир ВладимировичБурмистров