Альдегіди - органічні речовини, які містять карбонільну групу С=О, пов'язану хоча б з одним атомом водню. Альдегіди, а також схожі з ними за будовою та властивостями кетони, називають карбонільними, або оксосполуками. Приклади альдегідів – мурашиний, оцтовий, пропіоновий альдегід.
Тривіальні назви альдегідів утворюють із тривіальних назв споріднених карбонових кислот. Приклади альдегідів з назвами представлені малюнку. Першим представником гомологічного ряду альдегідів є мурашиний альдегід, або формальдегід, при окисненні якого утворюється мурашина кислота. Другий представник – оцтовий альдегід, ацетальдегід, при окисленні якого утворюється оцтова кислота.
За номенклатурою ІЮПАК альдегідну групу позначають суфіксом аль, який додають до назви відповідного вуглеводню. Приклади альдегідів за номенклатурою ІЮПАК представлені на зображенні нижче.
Якщо з'єднанні є старші групи, наприклад, карбоксильні, то наявність альдегідної групи позначають префіксом формил. Приклад альдегіду, який правильніше назвати:
Це 2-формілбутандіова кислота.
Альдегіди на відміну від спиртів не мають рухомого атома водню, тому їх молекули не асоціюються, що пояснює значно нижчі температури кипіння. Наприклад, альдегід формальдегід кипить при температурі -21 °С, а спирт метанол - при +65 °С.
Однак таку низьку температуру кипіння має лише формальдегід, наступний представник - ацетальдегід закипає при +21°С. Тому при кімнатній температурі з усіх альдегідів лише формальдегід – газ, ацетальдегід – вже легколетюча рідина. Збільшення кількості атомів вуглецю закономірно збільшує температуру кипіння. Так, бензальдегід С 6 Н 5 СНО закипає лише за +180 °С. Розгалуження ланцюга викликає зниження температури кипіння.
Нижчі альдегіди, наприклад, формальдегід, добре розчиняються у воді. 40% розчин формальдегіду називають формаліном, його часто використовують для консервації біологічних препаратів. Вищі альдегіди добре розчиняються в органічних розчинниках - спирті, ефірі.
Альдегіди мають характерні запахи, причому нижчі - різкі, неприємні. Всім відомий неприємний запахформаліну - водного розчину формальдегіду. У вищих альдегідів квіткові запахи їх застосовують у парфумерії.
Прикладом альдегідів - речовин із приємним запахом - є ванілін, що має аромат ванілі, і бензальдегід, що надає характерного аромату мигдальним горіхам. Обидві речовини отримують синтетично і широко використовують як ароматизатори в кондитерській промисловості та парфумерії.
Розглянемо методи отримання альдегідів.
Альдегіди одержують при окисленні первинних спиртів. Наприклад, формальдегід, який використовують у виробництві полімерних матеріалів, ліки, барвники, вибухових речовин. У промисловості формальдегід отримують окисленням киснем метанолу: 2СН 3 ОН + О 2 = 2СН 2 О + 2Н 2 О.
Реакцію проводять на розпеченій срібній сітці, срібло є каталізатором. Через сітку пропускають пари метанолу, змішані із повітрям. Реакція йде із виділенням великої кількості тепла, якого вистачає для підтримки сітки в розжареному стані.
Альдегіди можна отримувати зі спиртів і без кисню. У цьому випадку використовують мідний каталізатор та високі температури (250 °С): R-CH 2 -OH = R-CHO + H 2 .
Альдегіди можна одержувати відновленням воднем хлорангідридів кислот. Як каталізатор використовують «отруєний» паладій - зі зниженою активністю: RCClO + H 2 = RCHO + HCl.
Ацетальдегід у промисловості отримують окисленням етилену киснем або повітрям у рідкій фазі. Як каталізатор необхідний хлорид паладію (PdCl 2 ): 2 СН 2 =СН 2 + О 2 = 2 СН 3 СНО.
Для альдегідів характерні наступні типиреакцій:
Більшість реакцій йде механізмом нуклеофільного приєднання зв'язку С=О.
Зазвичай розглядають хімічні властивості альдегідів з прикладу оцтового альдегіду.
У карбонільній групі С=О електронна щільність зміщена до атома кисню, тому на карбонільному атомі вуглецю формується частковий позитивний заряд, який зумовлює хімічну активність альдегідів. Позитивний заряд на атомі вуглецю групи С=О забезпечує його активність у реакціях з нуклеофільними реагентами - водою, спиртом, органічними магній сполуками. Атом кисню води може атакувати карбонільний атом вуглецю, приєднуватися до нього та викликати розрив зв'язку С=О.
Альдегіди вступають у реакції альдольної та кротонової конденсації.
Ацетальдегід при дії слабкого розчину лугу на холоді перетворюється на альдоль. Продуктом реакції є рідина, що змішується з водою при зниженому тиску. Ця речовина містить як альдегідну, і спиртову групу (звідси і назва).
Для виявлення альдегідів можна використовувати дві якісні реакції:
Настав час докладніше ознайомитися з цим класом органічних сполук.
\
Альдегіди
- органічні речовини, молекули яких містять карбонільну групу С=0, з'єднану з атомом водню та вуглеводневим радикалом. /
Загальна формула альдегідів має вигляд
Органічні речовини, у молекулах яких карбонільна група пов'язана з двома вуглеводневими радикалами, називають кетонами.
Очевидно, загальна формула кетонів має вигляд
O
II
R1-C-R2
Карбонільну групу кетонів називають кетогрупою.
У найпростішому кетоні - ацетоні - карбонільна група пов'язана з двома метильними радикалами:
O
II
СН3-С-СН3
Номенклатура та ізомерія
Залежно від будови вуглеводневого радикалу, пов'язаного з альдегідною групою, розрізняють граничні, ненасичені, ароматичні, гетероциклічні та інші альдегіди. Відповідно до номенклатури ІЮПАК назви граничних альдегідів утворюються з назви алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі за допомогою суфікса -аль.
Нумерацію атомів вуглецю головного ланцюга починають із атома вуглецю альдегідної групи. Тому альдегідна група завжди знаходиться при першому атомі вуглецю, і вказувати її положення цифрою немає необхідності.
Поряд із систематичною номенклатурою використовують і тривіальні назви альдегідів, що широко застосовуються. Ці назви, як правило, утворені від назв карбонових кислот, що відповідають альдегідам.
Для назви кетонів за систематичною номенклатурою кетогрупу позначають суфіксом -він і цифрою, яка вказує номер атома вуглецю карбонільної групи (нумерацію слід починати від найближчого до кетогрупи кінця ланцюга).
Для альдегідів характерний лише один вид структурної ізомерії – ізомерія вуглецевого скелета, яка можлива з бутаналю, а для кетонів також і ізомерія положення карбонільної групи (запишіть структурні формули ізомерів бутанону та назвіть їх). Крім цього, для них характерна і міжкласова ізомерія (пропаналь та пропанон). 
Фізичні властивості
У молекулі альдегіду або кетону внаслідок більшої електронегативності атома кисню порівняно з вуглецевим атомом зв'язок С=0 сильно поляризований за рахунок усунення електронної щільності п-зв'язку до кисню
Альдегіди та кетони - полярні речовини з надмірною електронною щільністю на атомі кисню. Нижчі члени ряду альдегідів та кетонів (формальдегід, оцтовий альдегід, ацетон) розчиняються у воді необмежено. Їхні температури кипіння нижче, ніж у відповідних спиртів (див. табл. 5). Це з тим, що у молекулах альдегідів і кетонів на відміну спиртів немає рухливих атомів водню і де вони утворюють асоціатів з допомогою водневих зв'язків. Нижчі альдегіди мають різкий запах, у альдегідів, що містять від чотирьох до шести атомів вуглецю в ланцюгу, неприємний запах, вищі альдегіди і кетони мають квіткові запахи і застосовуються в парфумерії.
Хімічні властивостіграничних альдегідів та кетонів
Наявність альдегідної групи у молекулі визначає характерні властивості альдегідів.
Реакції відновлення
Приєднання водню до молекул альдегідів відбувається за подвійним зв'язком у карбонільній групі. Продуктом гідрування альдегідів є первинні спирти, кетонів – вторинні спирти. Так, при гідруванні оцтового альдегіду на нікелевому каталізаторі утворюється етиловий спирт, при гідруванні ацетону - пропанол-2.
Гідрування альдегідів - реакція відновлення, коли він знижується ступінь окислення атома вуглецю, що входить у карбонильную групу.
Реакції окиснення
Альдегіди здатні як відновлюватися, а й окисляться. При окисненні альдегіди утворюють карбонові кислоти. Схематично цей процес можна так:
З пропіонового альдегіду (пропаналю), наприклад, утворюється пропіонова кислота:
Якщо поверхня судини, в якій проводиться реакція, була попередньо знежирена, то срібло, що утворюється в ході реакції, покриває її тонкою рівною плівкою. Виходить чудове срібне дзеркало. Тому цю реакцію називають реакцією срібного дзеркала. Її широко використовують для виготовлення дзеркал, сріблення прикрас та ялинкових іграшок.
Окислювачем альдегідів може виступати і свіжоосаджений гідроксид міді(II). Окислюючи альдегід, Сu2+ відновлюється до Сu4. Гідроксид міді(I) СuОН, що утворюється в ході реакції, відразу розкладається на оксид міді(I) червоного кольору і воду.
Ця реакція, як і реакція «срібного дзеркала», використовується виявлення альдегідів.
Кетони не окислюються ні киснем повітря, ні таким слабким окислювачем, як розчин аміаку оксиду срібла.
Реакції приєднання
Так як до складу карбонільної групи входить подвійний зв'язок, альдегіди та кетони здатні вступати в реакції приєднання. Зв'язок С=0 полярна, на атомі вуглецю зосереджено частковий позитивний заряд. Альдегіди та кетони вступають у реакції нуклеофільного приєднання. Такі реакції починаються із взаємодії атома вуглецю карбонільної групи з вільною електронною парою нуклеофільного реагенту (Nu). Потім аніон, що утворився, приєднує протон або інший катіон.
При нуклеофільному приєднанні синильної кислоти у присутності слідів лугів до альдегідів та кетонів утворюються оксинітрили (ціангідрини). Альдегідиі метилкетони вступають у реакцію нуклеофільного приєднання з гідросульфітом натрію
Гідросульфітні похідні альдегідів і кетонів, що утворюються при цьому, при нагріванні з мінеральними кислотами або содою розкладаються з утворенням початкових карбонільних сполук.
Альдегіди і кетони здатні приєднувати магнійорганічні сполуки (реактиви Гриньяра). Ці сполуки одержують взаємодією металевого магнію з галогеналканом в абсолютному (зневодненому) діетиловому ефірі.
Вуглеводневий радикал R магнійорганічної сполуки, на якій зосереджений частковий негативний заряд, нуклеофільно приєднується до атома вуглецю карбонільної групи, а залишок МgХ - до атома кисню:
Після розкладання водним розчином кислоти одержаного продукту утворюється спирт.
Використовуючи цю реакцію, з формальдегіду можна отримати первинний спирт, з іншого альдегіду - вторинний спирт, та якщо з кетону - третинний спирт. Наприклад, з оцтового альдегіду та етилмагнійброміду може бути отриманий бутанол-2.
Альдегіди та кетони реагують з галогенами, вступаючи в реакцію заміщення, навіть у відсутність освітлення. При цьому на галоген заміщаються лише атоми водню при сусідньому з карбонільною групою атомі вуглецю.
Чим викликана селективність галогенування карбонільних сполук? Можна припустити, що причиною такої вибірковості заміщення є взаємний вплив груп атомів одна на одну. Дійсно, альдегіди та кетони, що містять атоми водню при сусідньому з карбонільною групою атомі вуглецю, здатні ізомеризуватися в ненасичені спирти - еноли. Реакція заміщення за іонним механізмом включає проміжну стадію - утворення енольної форми альдегіду або кетону.
Альдегіди вступають у реакцію поліконденсації. Вивчаючи феноли, ми докладно розглянули взаємодію метаналю (формальдегіду) з фенолом (§ 18), що призводить до утворення фенол-формальдегідних смол.
Способи отримання
Альдегіди та кетони можуть бути одержані окисленням або дегідруванням спиртів. Ще раз зазначимо, що з окисленні чи дегідруванні первинних спиртів може бути отримані альдегіди, а вторинних спиртів - кетони.
Реакція Кучерова (гідратація алкінів) розглянута в § 13. Нагадаємо, що з ацетилену в результаті реакції виходить оцтовий альдегід, з гомологів ацетилену - кетони:
Окремі представники альдегідів та їх значення
Формальдегід (метаналь, мурашиний альдегід) НСНО - безбарвний газ з різким запахом і температурою кипіння -21 ° С, добре розчинний у воді. Формальдегід отруйний! Розчин формальдегіду у воді (40%) називають формаліном та застосовують для дезінфекції. У сільському господарствіформалін використовують для протруювання насіння, у шкіряній промисловості - для обробки шкір. Формальдегід використовують для отримання уротропіну – лікарської речовини. Іноді спресований у вигляді брикетів уротропін застосовують як паливо (сухий спирт). Велика кількість формальдегіду витрачається при отриманні фенолформальдегідних смол та деяких інших речовин.
Оцтовий альдегід (етаналь, ацетальдегід) СН 3 СНТ - рідина з різким, неприємним запахомта температурою кипіння 21 °С, добре розчинний у воді. З оцтового альдегіду в промислових масштабах одержують оцтову кислоту та ряд інших речовин, він використовується для виробництва різних пластмас та ацетатного волокна. Оцтовий альдегід отруйний!
1. Скільки атомів вуглецю міститься у молекулі найпростішого альдегіду? у молекулі найпростішого кетону? Назвіть ці речовини. Наведіть синоніми їхніх назв.
2. Назвіть речовини, структурні формули яких такі: 
3. Складіть структурні формули ізомерів бутаналю. До яких класів належать ці речовини? Назвіть їх. Складіть рівняння реакцій гідрування цих сполук та вкажіть назви продуктів реакцій.
4. Який обсяг формальдегіду (н. у.) необхідно гідрувати для отримання 16 г метилового спирту?
5. Складіть рівняння реакції гідрування диметилкетону (ацетону). Яка молярна маса продукту реакції?
6. Запишіть рівняння реакції «срібного дзеркала» за участю метаналю. Які функціональні групи містить молекула карбонової кислоти – продукту цієї реакції? Чи може вона окислюватися аміачним розчином оксиду срібла? Що може утворюватися у своїй? Проілюструйте відповідь рівняннями реакцій.
7. У ході реакції «срібного дзеркала» утворилася карбонова кислота, що має відносну молекулярну масу, рівну 88. Які органічні речовини могли бути реагентами цієї реакції? Використовуючи структурні формули, складіть можливі рівняння цієї реакції.
8. Яка маса ацетальдегіду необхідна для відновлення 0,54 г срібла з його оксиду? Яка кількість гідроксиду калію необхідна для нейтралізації оцтової кислоти, що при цьому утворюється?
9. В одній із судин знаходиться розчин ацетону, в іншому – ацетальдегіду. Запропонуйте способи визначення вмісту кожної посудини.
10. Які речовини утворюються під час нагрівання гідроксиду міді(ІІ) з пропаналем? Підтвердьте відповідь рівнянням реакції. Які ознаки цієї реакції?
11. При згорянні 4,5 г органічної речовини утворилося 3,36 л (н. у.) вуглекислого газу та 2,7 мл води. Визначте найпростішу і дійсну формулу речовини, якщо її щільність повітрям дорівнює 1,035. Поясніть етимологію назв цієї речовини. Які сфери його застосування?
12*. Складіть рівняння реакцій, які можуть протікати під час бромування пропаналю на світлі. Які продукти можуть утворюватися у своїй? Назвіть їх. Які продукти утворюються при взаємодії пропаналю із підкисленою бромною водою? Назвіть їх.
13*. При окисленні 11,6 г кисневмісної органічної сполуки утворилося 14,8 г одноосновної карбонової кислоти, при взаємодії якої з надлишком гідрокарбонату натрію виділилося 4,48 л (н. у.) газу. Визначте будову вихідного з'єднання.
14*. При окисленні 1,18 г суміші мурашиного та оцтового альдегідів надлишком аміачного розчину оксиду срібла утворилося 8,64 г осаду. Визначте масові частки альдегідів у суміші.
Зміст уроку конспект урокуопорний каркас презентація уроку акселеративні методи інтерактивні технології Практика завдання та вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відеокліпи та мультимедіафотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Додатки рефератистатті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні та додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроківвиправлення помилок у підручникуоновлення фрагмента у підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний планна рік методичні рекомендаціїпрограми обговорення Інтегровані урокиСпиртами (або алканолами) називають органічні речовини, молекули яких містять одну або кілька гідроксильних груп (груп $-ОН$), з'єднаних з вуглеводневим радикалом.
За кількістю гідроксильних груп (атомності) спирти поділяються на:
- одноатомні, наприклад:
$(CH_3-OH)↙(метанол(метиловий спирт))$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол(етиловий спирт))$
— двоатомні (гліколі), наприклад:
$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(етандіол-1,2(етиленгліколь))$
$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(пропандіол-1,3)$
— триатомні, наприклад:
За характером вуглеводневого радикалу виділяють такі спирти:
— граничні, що містять в молекулі лише граничні вуглеводневі радикали, наприклад:
— ненасичені, що містять в молекулі кратні (подвійні та потрійні) зв'язки між атомами вуглецю, наприклад:
$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(пропен-2-ол-1 (аліловий спирт))$
— ароматичні, тобто. спирти, що містять у молекулі бензольне кільце та гідроксильну групу, пов'язані один з одним не безпосередньо, а через атоми вуглецю, наприклад:
Органічні речовини, що містять у молекулі гідроксильні групи, пов'язані безпосередньо з атомом вуглецю бензольного кільця, суттєво відрізняються за хімічними властивостями від спиртів і тому виділяються у самостійний клас органічних сполук – феноли. Наприклад:
Існують і поліатомні (багатоатомні) спирти, що містять більше трьох гідроксильних груп у молекулі. Наприклад, найпростіший шестиатомний спирт гексаол (сорбіт):
При утворенні назв спиртів до назви вуглеводню, що відповідає спирту, додають родовий суфікс -ол.Цифрами після суфікса вказують положення гідроксильної групи в головному ланцюзі, а префіксами ді-, три-, тетра-і т. д. - їх число:
У нумерації атомів вуглецю в головному ланцюгу положення гідроксильної групи пріоритетне перед положенням кратних зв'язків:
Починаючи з третього члена гомологічного ряду, у спиртів з'являється ізомерія становища функціональної групи (пропанол-1 і пропанол-2), а з четвертого - ізомерія вуглецевого скелета (бутанол-1, 2-метилпропанол-1). Для них характерна і міжкласова ізомерія - спирти ізомерні простим ефірам:
$(CH_3-CH_2-OH)↙(етанол)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(диметиловий ефір)$
Фізичні властивості.
Спирти можуть утворювати водневі зв'язки між молекулами спирту, так і між молекулами спирту і води.
Водневі зв'язки виникають при взаємодії частково позитивно зарядженого атома водню однієї молекули спирту та частково негативно зарядженого атома кисню іншої молекули. Саме завдяки водневим зв'язкам між молекулами спирти мають аномально високі для своєї молекулярної маси температури кипіння. Так, пропан із відносною молекулярною масою $44$ за звичайних умов є газом, а найпростіший із спиртів — метанол, маючи відносну молекулярну масу $32$, за звичайних умов — рідину.
Нижчі та середні члени низки граничних одноатомних спиртів, що містять від $1$ до $11$ атомів вуглецю, — рідини. Вищі спирти (починаючи з $С_(12)Н_(25)ОН$) за кімнатної температури — тверді речовини. Нижчі спирти мають характерний алкогольний запах та пекучий смак, вони добре розчиняються у воді. У міру збільшення вуглеводневого радикалу розчинність спиртів у воді знижується, а октанол вже не поєднується з водою.
Хімічні властивості.
Властивості органічних речовин визначаються їх складом та будовою. Спирти підтверджують загальне правило. Їх молекули включають в себе вуглеводневі і гідроксильні радикали, тому хімічні властивості спиртів визначаються взаємодією і впливом один на одного цих груп. Характерні для даного класусполук властивості обумовлені наявністю гідроксильної групи.
1. Взаємодія спиртів з лужними та лужноземельними металами. Для виявлення впливу вуглеводневого радикалу на гідроксильну групу необхідно порівняти властивості речовини, що містить гідроксильну групу і вуглеводневий радикал, з одного боку, і речовини, що містить гідроксильну групу і не містить вуглеводневий радикал, - з іншого. Такими речовинами можуть бути, наприклад, етанол (або інший спирт) та вода. Водень гідроксильної групи молекул спиртів і молекул води здатний відновлюватися лужними та лужноземельними металами (заміщатися на них):
$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,
$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,
$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.
2. Взаємодія спиртів із галогеноводородами.Заміщення гідроксильної групи на галоген призводить до утворення галогеналканів. Наприклад:
$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.
Ця реакція оборотна.
3. Міжмолекулярна дегідратація спиртів- Відщеплення молекули води від двох молекул спирту при нагріванні в присутності водовіднімних засобів:
Внаслідок міжмолекулярної дегідратації спиртів утворюються прості ефіри.Так, при нагріванні етилового спирту із сірчаною кислотою до температури від $100$ до $140°С$ утворюється діетиловий (сірчаний) ефір:
4. Взаємодія спиртівз органічними та неорганічними кислотами з утворенням складних ефірів ( реакція етерифікації):
Реакція етерифікації каталізується сильними неорганічними кислотами.
Наприклад, при взаємодії етилового спирту та оцтової кислоти утворюється оцтовоетиловий ефір. етилацетат:
5. Внутрішньомолекулярна дегідратація спиртіввідбувається при нагріванні спиртів у присутності водовіднімних засобів до вищої температури, ніж температура міжмолекулярної дегідратації. В результаті утворюються алкени. Ця реакція обумовлена наявністю атома водню та гідроксильної групи при сусідніх атомах вуглецю. Як приклад можна навести реакцію отримання етену (етилену) при нагріванні етанолу вище $140°С$ у присутності концентрованої сірчаної кислоти:
6. Окислення спиртівзазвичай проводять сильними окислювачами, наприклад дихроматом калію або перманганатом калію в кислому середовищі. При цьому дія окислювача спрямовується на атом вуглецю, який вже пов'язаний з гідроксильною групою. Залежно від природи спирту та умов проведення реакції можуть утворюватись різні продукти. Так, первинні спирти окислюються спочатку в альдегіди, а потім у карбонові кислоти:
При окисненні вторинних спиртів утворюються кетони:
Третичні спирти досить стійкі до окиснення. Однак у жорстких умовах (сильний окислювач, висока температура) можливе окислення третинних спиртів, що відбувається з розривом вуглець-вуглецевих зв'язків, найближчих до гідроксильної групи.
7. Дегідрування спиртів.При пропущенні пар спирту при $200-300°С$ над металевим каталізатором, наприклад міддю, сріблом або платиною, первинні спирти перетворюються на альдегіди, а вторинні - на кетони:
Присутністю в молекулі спирту одночасно кількох гідроксильних груп зумовлені специфічні властивості багатоатомних спиртів, які здатні утворювати розчинні у воді яскраво-сині комплексні сполуки при взаємодії зі свіжоотриманим осадом міді гідроксиду (II). Для етиленгліколю можна записати:
Одноатомні спирти не здатні вступати до цієї реакції. Тому вона є якісною реакцією на багатоатомні спирти.
Будова фенолів
Гідроксильна група в молекулах органічних сполук може бути пов'язана з ароматичним ядром безпосередньо, а може бути відокремлена від нього одним або декількома атомами вуглецю. Очікується, що залежно від цієї властивості, речовини істотно відрізнятимуться один від одного через взаємний вплив груп атомів. Органічні сполуки, що містять ароматичний радикал феніл $С_6Н_5$—, безпосередньо пов'язаний з гідроксильною групою, виявляють особливі властивості, відмінні від властивостей спиртів. Такі сполуки називають фенолами.
Феноли - органічні речовини, молекули яких містять радикал феніл, пов'язаний з однією або декількома гідроксогруп.
Як і спирти, феноли класифікують по атомності, тобто. за кількістю гідроксильних груп.
Одноатомні фенолимістять у молекулі одну гідроксильну групу:
Багатоатомні фенолимістять у молекулах більше однієї гідроксильної групи:
Існують інші багатоатомні феноли, що містять три і більше гідроксильні групи в бензольному кільці.
Познайомимося докладніше з будовою та властивостями найпростішого представника цього класу – фенолом $С_6Н_5ОН$. Назва цієї речовини лягла в основу назви всього класу - феноли.
Фізичні та хімічні властивості.
Фізичні властивості.
Фенол - тверда, безбарвна, кристалічна речовина, $t°_(пл.)=43°С, t°_(кип.)=181°С$, з різким характерним запахом. Отруйний. Фенол за кімнатної температури незначно розчиняється у воді. Водний розчин фенолу називають карболової кислоти. При попаданні на шкіру він спричиняє опіки, тому з фенолом необхідно поводитися обережно!
Хімічні властивості.
Кислотні властивості.Як було зазначено, атом водню гідроксильної групи має кислотним характером. Кислотні властивості у фенолу виражені сильніше, ніж у води та спиртів. На відміну від спиртів та води, фенол реагує не тільки з лужними металами, але і з лугами з освітою фенолятів:
Однак кислотні властивості у фенолів виражені слабше, ніж у неорганічних та карбонових кислот. Так, наприклад, кислотні властивості фенолу приблизно в $3000 разів слабше, ніж у вугільної кислоти. Тому, пропускаючи через водний розчин натрію феноляту вуглекислий газ, можна виділити вільний фенол:
Додавання до водного розчину феноляту натрію соляної або сірчаної кислоти також призводить до утворення фенолу:
Якісна реакція на фенол.
Фенол реагує з хлоридом заліза (III) з утворенням інтенсивно забарвленого у фіолетовий колір комплексної сполуки.
Ця реакція дозволяє виявляти його навіть у дуже обмежених кількостях. Інші феноли, що містять одну або кілька гідроксильних груп у бензольному кільці, також дають яскраве фарбування синьо-фіолетових відтінків реакції з хлоридом заліза (III).
Реакція бензольного кільця.
Наявність гідроксильного заступника значно полегшує перебіг реакцій електрофільного заміщення у бензольному кільці.
1. Бромування фенолу.На відміну від бензолу для бромування фенолу не потрібно додавання каталізатора (броміду заліза (III)).
Крім того, взаємодія з фенолом протікає селективно (виборчо): атоми брому спрямовуються в орто-і параположения, заміщаючи атоми водню, що знаходяться там. Селективність заміщення пояснюється розглянутими особливостями електронної будови молекули фенолу.
Так, при взаємодії фенолу з бромною водою утворюється білий осад 2,4,6-трибромфенолу:
Ця реакція, як і, як і з хлоридом заліза (III), служить якісного виявлення фенолу.
2. Нітрування фенолутакож відбувається легше, ніж нітрування бензолу. Реакція з розведеною азотною кислотою йде за кімнатної температури. В результаті утворюється суміш орто-і пара-ізомерів нітрофенолу:
При використанні концентрованої азотної кислотиутворюється вибухова речовина 2,4,6-тринітрофенол(пікринова кислота):
3. Гідрування ароматичного ядра фенолуу присутності каталізатора відбувається легко:
4.Поліконденсація фенолу з альдегідами, зокрема з формальдегідом, відбувається з утворенням продуктів реакції - фенолформальдегідних смол та твердих полімерів.
Взаємодія фенолу з формальдегідом можна описати схемою:
Ви, напевно, помітили, що в молекулі димера зберігаються «рухливі» атоми водню, а значить, можливе подальше продовження реакції при достатній кількості реагентів:
Реакція поліконденсації,тобто. реакція отримання полімеру, що протікає з виділенням побічного низькомолекулярного продукту (води), може продовжуватися і далі (до витрачання одного з реагентів) з утворенням величезних макромолекул. Процес можна описати сумарним рівнянням:
Утворення лінійних молекул відбувається за нормальної температури. Проведення цієї реакції при нагріванні призводить до того, що утворюється продукт має розгалужену будову, він твердий і нерозчинний у воді. Внаслідок нагрівання фенолформальдегідної смоли лінійної будови з надлишком альдегіду виходять тверді пластичні маси з унікальними властивостями. Полімери на основі фенолформальдегідних смол застосовують для виготовлення лаків і фарб, пластмасових виробів, стійких до нагрівання, охолодження, дії води, лугів та кислот, що мають високі діелектричні властивості. З полімерів на основі фенолформальдегідних смол виготовляють найбільш відповідальні та важливі деталі електроприладів, корпуси силових агрегатів та деталі машин, полімерну основу друкованих плат для радіоприладів. Клеї на основі фенолформальдегідних смол здатні надійно з'єднувати деталі різної природи, зберігаючи найвищу міцність з'єднання в дуже широкому діапазоні температур. Такий клей використовується для кріплення металевого цоколя ламп освітлення до скляної колби. Тепер вам зрозуміло, чому фенол та продукти на його основі знаходять широке застосування.
Альдегіди та кетони
Альдегіди – органічні речовини, молекули яких містять карбонільну групу. 
, сполучену з атомом водню та вуглеводневим радикалом
Загальна формула альдегідів має вигляд:
У найпростішому альдегіді - формальдегіді - роль вуглеводневого радикалу відіграє другий атом водню:
Карбонільну групу, пов'язану з атомом водню, називають альдегідної:
Органічні речовини, у молекулах яких карбонільна група пов'язана з двома вуглеводневими радикалами, називають кетонами.
Очевидно, загальна формула кетонів має вигляд:
Карбонільну групу кетонів називають кетогрупою.
У найпростішому кетоні - ацетоні - карбонільна група пов'язана з двома метильними радикалами:
Залежно від будови вуглеводневого радикалу, пов'язаного з альдегідною групою, розрізняють граничні, ненасичені, ароматичні, гетероциклічні та інші альдегіди:
Відповідно до номенклатури ІЮПАК назви граничних альдегідів утворюються від назви алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі за допомогою суфікса -аль.Наприклад:
Нумерацію атомів вуглецю головного ланцюга починають із атома вуглецю альдегідної групи. Тому альдегідна група завжди розташовується при першому атомі вуглецю, і вказувати її положення немає необхідності.
Поряд із систематичною номенклатурою використовують і тривіальні назви альдегідів, що широко застосовуються. Ці назви, як правило, утворені від назв карбонових кислот, що відповідають альдегідам.
Для назви кетонів за систематичною номенклатурою кетогрупу позначають суфіксом -вінта цифрою, яка вказує номер атома вуглецю карбонільної групи (нумерацію слід починати від найближчого до кетогрупи кінця ланцюга). Наприклад:
Для альдегідів характерний лише один вид структурної ізомерії - ізомерія вуглецевого скелета, яка можлива з бутаналю, а для кетонів - також ізомерія положення карбонільної групи. Крім цього, для них характерна і міжкласова ізомерія (пропаналь та пропанон).
Тривіальні назви та температури кипіння деяких альдегідів.
Фізичні властивості.
У молекулі альдегіду або кетону внаслідок більшої електронегативності атома кисню порівняно з вуглецевим атомом зв'язок $С=О$ сильно поляризований за рахунок усунення електронної щільності $π$-зв'язку до кисню:
Альдегіди та кетони - полярні речовини з надмірною електронною щільністю на атомі кисню. Нижчі члени ряду альдегідів та кетонів (формальдегід, оцтовий альдегід, ацетон) розчиняються у воді необмежено. Їхні температури кипіння нижче, ніж у відповідних спиртів. Це з тим, що у молекулах альдегідів і кетонів, на відміну спиртів, немає рухливих атомів водню і де вони утворюють асоціатів з допомогою водневих зв'язків. Нижчі альдегіди мають різкий запах; у альдегідів, що містять від чотирьох до шести атомів вуглецю в ланцюзі, неприємний запах; вищі альдегіди і кетони мають квіткові запахи і застосовуються в парфумерії.
Наявність альдегідної групи у молекулі визначає характерні властивості альдегідів.
Реакція відновлення.
Приєднання воднюдо молекул альдегідів відбувається по подвійному зв'язку в карбонільній групі:
Продуктом гідрування альдегідів є первинні спирти, кетонів – вторинні спирти.
Так, при гідруванні оцтового альдегіду на нікелевому каталізаторі утворюється етиловий спирт, при гідруванні ацетону - пропанол-2:
Гідрування альдегідів реакція відновлення,при якій знижується ступінь окислення атома вуглецю, що входить до карбонільної групи.
Реакція окислення.
Альдегіди здатні не тільки відновлюватися, а й окислюватися.При окисненні альдегіди утворюють карбонові кислоти. Схематично цей процес можна так:
З пропіонового альдегіду (пропаналю), наприклад, утворюється пропіонова кислота:
Альдегіди окислюються навіть киснем повітря та такими слабкими окислювачами, як аміачний розчин оксиду срібла. У спрощеному вигляді цей процес можна виразити рівнянням реакції:
Наприклад:
Більше точно цей процес відображають рівняння:
Якщо поверхня судини, в якій проводиться реакція, була попередньо знежирена, то срібло, що утворюється в ході реакції, покриває її рівною тонкою плівкою. Тому цю реакцію називають реакцією «срібного дзеркала». Її широко використовують для виготовлення дзеркал, сріблення прикрас та ялинкових іграшок.
Окислювачем альдегідів може виступати і свіжоосаджений гідроксид міді (II). Окислюючи альдегід, $Cu^(2+)$ відновлюється до $Cu^+$. гідроксид міді (I) $CuOH$, що утворюється в ході реакції, відразу розкладається на оксид міді (I) червоного кольору і воду:
Ця реакція, як і реакція «срібного дзеркала», використовується виявлення альдегідів.
Кетони не окислюються ні киснем повітря, ні таким слабким окислювачем, як розчин аміаку оксиду срібла.
Формальдегід(метаналь, мурашиний альдегід$HCHO$ ) - Безбарвний газ з різким запахом і температурою кипіння $-21С, добре розчинний у воді. Формальдегід отруйний! Розчин формальдегіду у воді ($40%) називають формаліном і застосовують для дезінфекції. У сільському господарстві формалін використовують для протруювання насіння, у шкіряній промисловості - для обробки шкір. Формальдегід використовують для отримання уротропіну – лікарської речовини. Іноді спресований у вигляді брикетів уротропін застосовують як паливо (сухий спирт). Велика кількість формальдегіду витрачається при отриманні фенолформальдегідних смол та деяких інших речовин.
Оцтовий альдегід(Етаналь, ацетальдегід$CH_3CHO$ ) - Рідина з різким неприємним запахом і температурою кипіння $ 21 ° С $, добре розчинний у воді. З оцтового альдегіду в промислових масштабах одержують оцтову кислоту та ряд інших речовин, він використовується для виробництва різних пластмас та ацетатного волокна. Оцтовий альдегід отруйний!
Речовини, що містять у молекулі одну або декілька карбоксильних груп, називаються карбоновими кислотами.
Група атомів 
називається карбоксильною групою, або карбоксилом.
Органічні кислоти, що містять у молекулі одну карбоксильну групу, є одноосновними.
Загальна формула цих кислот $RCOOH$, наприклад:
Карбонові кислоти, що містять дві карбоксильні групи, називаються двоосновними.До них відносяться, наприклад, щавлева та янтарна кислоти:
Існують і багатоосновнікарбонові кислоти, що містять більше двох карбоксильних груп. До них відноситься, наприклад, триосновна лимонна кислота:
Залежно від природи вуглеводневого радикалу карбонові кислоти діляться на граничні, ненасичені, ароматичні.
Граничними або насиченими карбоновими кислотами є, наприклад, пропанова (пропіонова) кислота:
або вже знайома нам янтарна кислота.
Очевидно, що граничні карбонові кислоти не містять $π$-зв'язків у вуглеводневому радикалі. У молекулах ненасичених карбонових кислот карбоксильна група пов'язана з ненасиченим, ненасиченим вуглеводневим радикалом, наприклад, в молекулах акрилової (пропенової) $СН_2=СН-СООН$ або олеїнової $СН_3-(СН_2)_7-СН=СН-(СН_2) $ та інших кислот.
Як видно з формули бензойної кислоти, вона є ароматичною, оскільки містить в молекулі ароматичну (бензольну) кільце:
Загальні засади освіти назв карбонових кислот, як та інших органічних сполук, вже розглядалися. Зупинимося докладніше на номенклатурі одно- та двоосновних карбонових кислот. Назва карбонової кислоти утворюється від назви відповідного алкану (алкану з тим самим числом атомів вуглецю в молекулі) з додаванням суфікса -ів-, закінчення -а ята слова кислота. Нумерація атомів вуглецю починається з карбоксильної групи. Наприклад:
Кількість карбоксильних груп вказується у назві префіксами ді-, три-, тетра-:
Багато кислот мають і історично сформовані, чи тривіальні, назви.
Назви карбонових кислот.
| Хімічна формула | Систематична назва кислоти | Тривіальна назва кислоти |
| $Н-СООН$ | Метанова | Мурашина |
| $СН_3-СООН $ | Етанова | Оцтова |
| $СН_3-СН_2-СООН $ | Пропанова | Пропіонова |
| $СН_3-СН_2-СН_2-СООН $ | Бутанова | Олійна |
| $СН_3-СН_2-СН_2-СН_2-СООН $ | Пентанова | Валеріанова |
| $СН_3-(СН_2)_4-СООН$ | Гексанова | Капронова |
| $СН_3-(СН_2)_5-СООН$ | Гептанова | Енатова |
| $НООС-СООН$ | Етандіова | Щавельна |
| $НООС-СН_2-СООН$ | Пропандіова | Малонова |
| $НООС-СН_2-СН_2-СООН $ | Бутандіова | Бурштинова |
Після знайомства з різноманітним і цікавим світоморганічних кислот розглянемо докладніше граничні одноосновні карбонові кислоти.
Зрозуміло, що склад цих кислот виражається загальною формулою $С_nН_(2n)О_2$, або $С_nН_(2n+1)СООН$, або $RCOOH$.
Фізичні властивості.
Нижчі кислоти, тобто. кислоти з відносно невеликою молекулярною масою, що містять у молекулі до чотирьох атомів вуглецю, — рідини з характерним різким запахом (згадайте запах оцтової кислоти). Кислоти, що містять від $4$ до $9$ атомів вуглецю, - в'язкі маслянисті рідини з неприємним запахом; що містять більше $9$ атомів вуглецю в молекулі - тверді речовини, що не розчиняються у воді. Температури кипіння граничних одноосновних карбонових кислот збільшуються із зростанням числа атомів вуглецю в молекулі і, отже, із зростанням відносної молекулярної маси. Приміром, температура кипіння мурашиної кислоти дорівнює $100.8°С$, оцтової — $118°С$, пропіонової — $141°С$.
Найпростіша карбонова кислота - мурашина $НСООН$, маючи невелику відносну молекулярну масу $(M_r(HCOOH)=46)$, за звичайних умов є рідиною з температурою кипіння $100.8°С$. У той самий час бутан $(M_r(C_4H_(10))=58)$ у тих самих умовах газоподібний і має температуру кипіння $-0,5°С$. Ця невідповідність температур кипіння та відносних молекулярних мас пояснюється утворенням димерів карбонових кислот, у яких дві молекули кислоти пов'язані двома водневими зв'язками:
Виникнення водневих зв'язків стає зрозумілим під час розгляду будови молекул карбонових кислот.
Молекули граничних одноосновних карбонових кислот містять полярну групу атомів - карбоксил 
та практично неполярний вуглеводневий радикал. Карбоксильна група притягується молекулами води, утворюючи з ними водневі зв'язки:
Мурашина та оцтова кислоти розчиняються у воді необмежено. Очевидно, що зі збільшенням числа атомів у вуглеводневому радикалі розчинність карбонових кислот знижується.
Хімічні властивості.
Загальні властивості, характерні для класу кислот (як органічних, так і неорганічних), обумовлені наявністю в молекулах гідроксильної групи, що містить сильну полярний зв'язокміж атомами водню та кисню. Розглянемо ці властивості з прикладу розчинних у питній воді органічних кислот.
1. Дисоціаціяз утворенням катіонів водню та аніонів кислотного залишку:
$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$
Більш точно цей процес описує рівняння, що враховує участь у ньому молекул води:
$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$
Рівновагу дисоціації карбонових кислот зміщено вліво; переважна більшість їх – слабкі електроліти. Тим не менш, кислий смак, наприклад, оцтової та мурашиної кислот пояснюється дисоціацією на катіони водню та аніони кислотних залишків.
Вочевидь, що у молекулах карбонових кислот «кислого» водню, тобто. водню карбоксильної групи, обумовлені та інші характерні властивості.
2. Взаємодія з металами, що стоять в електрохімічному ряду напруги до водню: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$
Так, залізо відновлює водень з оцтової кислоти:
$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$
3. Взаємодія з основними оксидамиз утворенням солі та води:
$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$
4. Взаємодія з гідроксидами металівз утворенням солі та води (реакція нейтралізації):
$R-COOH+NaOH→R-COONa+H_2O$,
$2R-COOH+Ca(OH)_2→(R-COO)_(2)Ca+2H_2O$.
5. Взаємодія з солями слабших кислотз освітою останніх. Так, оцтова кислота витісняє стеаринову з натрію стеарату і вугільну з карбонату калію:
$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,
$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.
6. Взаємодія карбонових кислот із спиртамиз утворенням складних ефірів - реакція етерифікації (одна з найважливіших реакцій, характерних для карбонових кислот):
Взаємодія карбонових кислот із спиртами каталізується катіонами водню.
Реакція етерифікації оборотна. Рівнавага зміщується у бік утворення складного ефіру в присутності водовіднімних засобів та при видаленні ефіру з реакційної суміші.
У реакції, зворотній етерифікації, яка називається гідролізом складного ефіру (взаємодія складного ефіру з водою), утворюються кислота та спирт:
Вочевидь, що реагувати з карбоновими кислотами, тобто. вступати в реакцію етерифікації можуть і багатоатомні спирти, наприклад гліцерин:
Усі карбонові кислоти (крім мурашиної) поряд з карбоксильною групою містять у молекулах вуглеводневий залишок. Безумовно, це може не позначитися на властивостях кислот, які визначаються характером вуглеводневого залишку.
7. Реакції приєднання щодо кратного зв'язку- У них вступають ненасичені карбонові кислоти. Наприклад, реакція приєднання водню. гідрування. Для кислоти, що містить у радикалі один $π$-зв'язок, можна записати рівняння у загальному вигляді:
$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(каталізатор)C_(n)H_(2n+1)COOH.$
Так, при гідруванні олеїнової кислоти утворюється гранична стеаринова кислота:
$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"олеїнова кислота")(→)↖(каталізатор)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"стеаринова кислота") $
Ненасичені карбонові кислоти, як і інші ненасичені сполуки, приєднують галогени по подвійному зв'язку. Так, наприклад, акрилова кислота знебарвлює бромну воду:
$(CH_2=CH-COOH+Br_2)↙(\text"акрилова(пропінова)кислота")→(CH_2Br-CHBr-COOH)↙(\text"2,3-дибромпропанова кислота").$
8. Реакції заміщення (з галогенами)- У них здатні вступати граничні карбонові кислоти. Наприклад, при взаємодії оцтової кислоти з хлором можуть бути отримані різні хлорпохідні кислоти:
$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"хлороцтова кислота")$,
$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"дихлороцтова кислота")$,
$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(Р(червоний))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"трихлороцтова кислота")$
Мурашина(Метанова) кислотаХЦОГО- Рідина з різким запахом і температурою кипіння $ 100.8 ° С $, добре розчинна у воді. Мурашина кислота отруйна, при попаданні на шкіру викликає опіки!Жалюча рідина, що виділяється мурахами, містить цю кислоту. Мурашина кислота має дезінфікуючу властивість і тому знаходить своє застосування в харчовій, шкіряній та фармацевтичній промисловості, медицині. Вона використовується при фарбуванні тканин та паперу.
Оцтова (Етанова)кислота $CH_3COOH$ - безбарвна рідина з характерним різким запахом, змішується з водою в будь-яких співвідношеннях. Водні розчини оцтової кислоти надходять у продаж під назвою оцту ($3-5%$-ний розчин) та оцтової есенції ($70-80%$-ний розчин) і широко використовуються в харчовій промисловості. Оцтова кислота - добрий розчинник багатьох органічних речовин і тому використовується при фарбуванні, у шкіряному виробництві, в лакофарбовій промисловості. Крім цього, оцтова кислота є сировиною для отримання багатьох важливих у технічному відношенні органічних сполук: наприклад, на її основі одержують речовини, що використовуються для боротьби з бур'янами, – гербіциди.
Оцтова кислота є основним компонентом винного оцту,характерний запах якого обумовлений саме нею. Вона продукт окислення етанолу і утворюється з нього при зберіганні вина на повітрі.
Найважливішими представниками вищих граничних одноосновних кислот є пальмітинова$C_(15)H_(31)COOH$ та стеаринова$C_(17)H_(35)COOH$ кислоти. На відміну від нижчих кислот ці речовини тверді, погано розчинні у воді.
Однак їх солі - стеарати і пальмітати - добре розчинні і мають миючу дію, тому їх ще називають милами. Зрозуміло, що ці речовини виробляють у великих масштабах. З ненасичених вищих карбонових кислот найбільше значеннямає олеїнова кислота$C_(17)H_(33)COOH$, або $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Це маслоподібна рідина без смаку та запаху. Широке застосування у техніці знаходять її солі.
Найпростішим представником двоосновних карбонових кислот є щавлева (етандіова) кислота$HOOC—COOH$, солі якої зустрічаються в багатьох рослинах, наприклад, у щавлі та кислиці. Щавлева кислота - це безбарвна кристалічна речовина, що добре розчиняється у воді. Вона застосовується при поліруванні металів, у деревообробній та шкіряній промисловості.
При взаємодії карбонових кислот із спиртами (реакція етерифікації) утворюються складні ефіри:
Ця реакція оборотна. Продукти реакції можуть взаємодіяти один з одним з утворенням вихідних речовин – спирту та кислоти. Таким чином, реакція складних ефірів з водою - гідроліз складного ефіру - обернена реакції етерифікації. Хімічна рівновага, що встановлюється при рівності швидкостей прямої (етерифікація) та зворотної (гідроліз) реакцій, може бути зміщена у бік утворення ефіру присутністю водовіднімних засобів.
Жири— похідні сполуки, які є складними ефірами гліцерину та вищих карбонових кислот.
Всі жири, як і інші складні ефіри, піддаються гідролізу:
При проведенні гідролізу жиру в лужному середовищі $(NaOH)$ та у присутності кальцинованої соди $Na_2CO_3$ він протікає незворотно і призводить до утворення не карбонових кислот, а їх солей, які називаються милами.Тому гідроліз жирів у лужному середовищі називаються омиленням.
Альдегіди та кетони мають у своєму складі карбонільну функціональну групу >С=О і відносяться до класу карбонільних сполук. Також їх називають оксосполуками. Незважаючи на те, що ці речовини відносяться до одного класу, через особливості будови їх все ж таки поділяють на дві великі групи.
У кетонах атом вуглецю з групи >С=Про з'єднаний з двома однаковими або різними вуглеводневими радикалами, зазвичай вони мають вигляд: R-СО-R". Таку форму карбонільної групи називають ще кетогрупою або оксогрупою. У альдегідах карбонільний вуглець з'єднаний тільки з одним вуглеводневим радикалом, а валентність, що залишилася, займається атомом водню: R-СОН Таку групу прийнято називати альдегідною.
Атоми С і Про в цій групі знаходяться в sp 2 -гібридизований стан. Вуглець за рахунок sp 2 -гібридних орбіталей має 3 σ-зв'язку, розташовані під кутом приблизно 120 градусів в одній площині.
Атом кисню має набагато більшу електронегативність, ніж вуглецевий атом, а тому стягує на себе рухливі електрони π-зв'язку в групі >С=О. Тому на атомі виникає надлишкова електронна щільність δ - , а на атомі С, навпаки, відбувається її зменшення δ + . Цим і пояснюються особливості властивостей альдегідів та кетонів.
Подвійний зв'язок С=Про міцніший, ніж С=С, але водночас і більш реакційно здатний, що пояснюється великою різницею в електронегативності атомів вуглецю та кисню.
Як і для інших класів органічних сполук, існують різні підходи до найменування альдегідів і кетонів. Відповідно до положень номенклатури ІЮПАК, наявність альдегідної форми карбонільної групи позначається суфіксом -аль,а кетонної -Він.Якщо карбонільна група є старшою, вона визначає порядок нумерації атомів С в основний ланцюга. В альдегідній карбонільний атом вуглецю є першим, а в кетонах атоми С нумерують з того краю ланцюга, до якого ближче група С=О. З цим пов'язана необхідність позначати положення карбонільної групи у кетонах. Роблять це записуючи відповідну цифру після суфікса -він.
Якщо карбонільна група не є старшою, то за правилами ІЮПАК її наявність вказують приставкою -оксодля альдегідів та -оксо (-кето)для кетонів.
Для альдегідів широко застосовують тривіальні назви, одержувані від найменування кислот, які вони здатні перетворюватися при окисленні із заміною слова "кислота" на "альдегід":
Для кетонів поширені радикально функціональні назви, які складаються з найменувань лівого та правого радикалів, з'єднаних з карбонільним атомом вуглецю, та слова "кетон":
Залежно від характеру вуглеводневих радикалів клас альдегідів та кетонів ділять на:
За кількістю карбонільних та наявності інших функціональних груп розрізняють:
Найбільш характерною для альдегідів та кетонів є структурна ізомерія. Просторова можлива тоді, коли у вуглеводневому радикалі є асиметричний атом, а також подвійний зв'язок з різними заступниками.
Також міжкласовими ізомерами для карбоксильних сполук є циклічні оксиди. Наприклад, етаналь та етиленоксид, пропанон та пропіленоксид. Крім того, ненасичені спирти і прості ефіри також можуть мати загальний склад і оксосоединениями. Так, молекулярну формулу З 3 Н 6 мають:
Незважаючи на те, що молекули карбонільних речовин полярні, на відміну від спиртів, альдегіди і кетони не мають рухомого водню, а отже, не утворюють асоціатів. Отже, температури плавлення та кипіння їх дещо нижчі, ніж у відповідних їм спиртів.
Якщо порівнювати альдегіди того ж складу кетони, то в останніх t кип трохи вище. Зі збільшенням молекулярної маси t пл і t кіп оксосоединений закономірно підвищуються.
Нижчі карбонільні сполуки (ацетон, формальдегід, оцтовий альдегід) добре розчиняються у воді, вищі ж альдегіди і кетони розчиняються в органічних речовин(Спиртах, ефірах і т.д.).
Пахнуть оксосоединения дуже по-різному. Нижчі їхні представники мають різкі запахи. Альдегіди, що містять від трьох до шести атомів С, пахнуть дуже неприємно, а вищі їх гомологи наділені квітковими ароматами і навіть застосовуються в парфумерії.
Хімічні властивості альдегідів та кетонів обумовлені особливостями будови карбонільної групи. Через те, що подвійний зв'язок С=Про сильно поляризований, то під дією полярних агентів він легко переходить у просту одинарну зв'язок.
1. Взаємодія з Приєднанням HCN у присутності слідів лугів відбувається з утворенням ціангідринів. Луж додають для підвищення концентрації іонів CN - :
R-СОН + NCN -> R-СН(ОН)-CN
2. Приєднання водню. Карбонільні сполуки можуть легко відновлюватися до спиртів, приєднуючи водень по подвійному зв'язку. У цьому з альдегідів отримують первинні спирти, та якщо з кетонів - вторинні. Реакції каталізуються нікелем:
Н 3 С-СОН + Н 2 ―> Н 3 С-СΗ 2 -ОΗ
Η 3 С-СО-СΗ 3 + Η 2 ―> Н 3 С-СΗ(ОΗ)-СΗ 3
3. Приєднання гідроксиламінів. Ці реакції альдегідів та кетонів каталізуються кислотами:
Н 3 С-СОН + NH 2 OH ―> Η 3 С-СΗ=N-ОН + Н 2 О
4. Гідратація. Приєднання молекул води до оксосоединениям призводить до утворення гем-діолів, тобто. таких двоатомних спиртів, у яких дві гідроксильні групи приєднані до одного атома вуглецю. Однак такі реакції оборотні, отримані речовини відразу розпадаються з утворенням вихідних речовин. Електроноакцепторні групи в даному випадку зміщують рівновагу реакцій у бік продуктів:
>С=О + Η 2<―>>С(ОΗ) 2
5. Приєднання спиртів. У результаті цієї реакції можуть виходити різні продукти. Якщо до альдегіду приєднується дві молекули спирту, то утворюється ацеталь, а якщо одна, то напівацеталь. Умовою проведення реакції є нагрівання суміші з кислотою або водовіднімним агентом.
R-СОН + АЛЕ-R" ―> R-СН(АЛЕ)-О-R"
R-СОН + 2НО-R" ―> R-СН(О-R") 2
Альдегіди з довгим вуглеводневим ланцюгом схильні до внутрішньомолекулярної конденсації, в результаті якої утворюються циклічні ацеталі.
Зрозуміло, що при карбонільній групі в альдегідах і кетонах хімія їх теж різна. Іноді необхідно зрозуміти, якого з цих двох типів відноситься отримане оксосоединение. Легше, ніж кетони, відбувається це навіть під дією оксиду срібла або гідроксиду міді (II). При цьому карбонільна група змінюється в карбоксільну і утворюється карбонова кислота.
Реакцією срібного дзеркала прийнято називати окиснення альдегідів розчином оксиду срібла у присутності аміаку. Фактично в розчині утворюється комплексне з'єднання, яке впливає на альдегідну групу:
Ag 2 O + 4NH 3 + Н 2 О -> 2ОΗ
СΗ 3 -СОΗ + 2ОΗ -> СН 3 -СОО-NH 4 + 2Ag + 3NH 3 +Н 2 О
Найчастіше записують суть реакції, що відбувається більш простою схемою:
СΗ 3 -СОΗ + Ag 2 O -> СΗ 3 -СООΗ + 2Ag
В ході реакції окислювач відновлюється до металевого срібла та випадає в осад. При цьому на стінках реакційної судини утворюється тонкий срібний наліт, схожий на дзеркало. Саме за це реакція й дістала свою назву.
Ще однією якісною реакцією, що вказує на різницю в будові альдегідів і кетонів, є дія на групу СОН свіжим Cu(OΗ) 2 . Готують його додаванням лугів до розчинів двовалентної солей міді. При цьому утворюється блакитна суспензія, яка при нагріванні з альдегідами змінює забарвлення на червоно-коричневе за рахунок утворення оксиду міді (I):
R-СОН + Cu(OΗ) 2 ―> R-СООΗ + Cu 2 O + Η 2 О
Оксосполуки можна окислити розчином KMnO 4 при нагріванні в кислому середовищі. Однак кетони при цьому руйнуються з утворенням суміші продуктів, які не мають практичної цінності.
Хімічна реакція, що відображає цю властивість альдегідів і кетонів, супроводжується знебарвленням рожевої реакційної суміші. При цьому з переважної більшості альдегідів виходять карбонові кислоти:
СН 3 -СОН + KMnO 4 + H 2 SO 4 -> СН 3 -СОН + MnSO 4 + K 2 SO 4 + Н 2 О
Формальдегід у ході цієї реакції окислюється до мурашиної кислоти, яка під дією окислювачів розпадається з утворенням вуглекислого газу:
Н-СОН + KMnO 4 + H 2 SO 4 -> СО 2 + MnSO 4 + K 2 SO 4 + Н 2 О
Для альдегідів і кетонів характерне повне окислення під час реакцій горіння. При цьому утворюються 2 і вода. Рівняння горіння формальдегіду має вигляд:
НСОН + O 2 -> СО 2 + Н 2 О
Залежно від обсягів продуктів та цілей їх використання способи одержання альдегідів та кетонів ділять на промислові та лабораторні. У хімічному виробництвікарбонільні сполуки отримують окисленням алканів та алкенів (нафтопродуктів), дегідруванням первинних спиртів та гідролізом дигалогеналканів.
1. Одержання формальдегіду з метану (при нагріванні до 500 °С у присутності каталізатора):
Η 4 + О 2 -> НСОН + Η 2 О.
2. Окислення алкенів (у присутності каталізатора та високій температурі):
2СΗ 2 =СΗ 2 + Про 2 ―> 2СН 3 -СОН
2R-СΗ=СΗ 2 + Про 2 -> 2R-СΗ 2 -СОΗ
3. Відщеплення водню від первинних спиртів (каталізується міддю, необхідне нагрівання):
СΗ 3 -СΗ 2 -ВІН -> СН 3 -СОН + Η 2
R-СН 2 -ВІН -> R-СОН + Н 2
4. Гідроліз дигалогеналканів лугами. Обов'язковою умовою є приєднаність обох атомів галогенів до одного і того ж атома вуглецю:
СΗ 3 -C(Cl) 2 H + 2NaOH -> СΗ 3 -СОΗ + 2NaCl + Н 2 О
У невеликих кількостях у лабораторних умовкарбонільні сполуки отримують гідратацією алкінів або окисленням первинних спиртів.
5. Приєднання води до ацетиленів відбувається у присутності у кислому середовищі (реакція Кучерова):
ΗС≡СΗ + Η 2 Про -> СН 3 -СОΗ
R-С≡СΗ + Η 2 Про -> R-СО-СН 3
6. Окислення спиртів з кінцевою гідроксильною групою проводять з використанням металевих міді або срібла, оксиду міді (II), а також перманганатом або дихроматом калію в кислому середовищі:
R-СΗ 2 -ОΗ + О 2 -> R-СОН + Н 2 О
Необхідний для отримання фенолформальдегідних смол, одержуваних під час реакції його конденсації з фенолом. У свою чергу полімери, що утворюються, необхідні для виробництва різноманітних пластмас, деревно-стружкових плит, клею, лаків і багато іншого. Також він застосовується для отримання лікарських засобів(Уротропіну), дезінфікуючих засобів і використовується для зберігання біологічних препаратів.
Основна частина етаналю йде на синтез оцтової кислоти та інших органічних сполук. Деякі кількості ацетальдегіду використовують у фармацевтичному виробництві.
Ацетон широко застосовується для розчинення багатьох органічних сполук, серед яких лаки та фарби, деяких видів каучуків, пластмас, природних смол та олій. Для цих цілей він використовується не тільки чистим, а й у суміші з іншими органічними сполуками у складі розчинників марок Р-648, Р-647, Р-5, Р-4 та ін. Також його використовують для знежирення поверхонь при виготовленні різних деталей та механізмів. Великі кількості ацетону потрібні для фармацевтичного та органічного синтезу.
Багато альдегідів мають приємні аромати, завдяки чому застосовуються в парфумерній промисловості. Так, цитраль має лимонний запах, бензальдегід пахне гірким мигдалем, фенілоцтовий альдегід привносить у композицію аромат гіацинту.
Циклогексанон необхідний виробництва багатьох синтетичних волокон. З нього одержують адипінову кислоту, що у свою чергу застосовується як сировина для капролактаму, нейлону і капрону. Також він використовується як розчинник жирів, природних смол, воску та ПВХ.
Номенклатура
Альдегідисуфікс аль
Кетонисуфікс він
Методи отримання
1. Гідратація алкінів (реакція Кучерова) (див. тему "Алкіни")
2. Окислення та дегідрування первинних та вторинних спиртів (див. тему “Спирти”)
3. Піроліз (декарбоксилювання) солей карбонових кислот
Реакційна здатність
Атоми вуглецю та кисню в карбонільній групі знаходяться в sp 2 -гібридизації, група має плоску будову. Зв'язок СО поляризований, електронна щільність зміщена до атома кисню.
Дефіцит електронної щільності на атомі вуглецю карбонілу (+d ") у кетонах менший, ніж у альдегідах (+d) через донорні ефекти двох алкільних груп. Наслідком цього є зниження реакційної здатності карбонільної групи в кетонах.
I. Реакції приєднання по карбонільній групі
1. Відновлення (гідрування) -синтез первинних та вторинних спиртів.
При відновленні або гідруванні альдегідів одержують первинні спирти, з кетонів утворюються вторинні спирти.
а) гідрування
б) відновлення боргідридом натрію (NaBH 4) та алюмогідридом літію (LiAlH 4)
2. Приєднання HCN –освіта ціангідринів або нітрилів 2-оксикислот.
Реакція зветься ціангідринного синтезуі використовується при отриманні 2-окси- та 2-амінокислот (див. матеріали 2-го семестру).
Механізм Ad Nu-нуклеофільне приєднання по карбонільній групі
Nu– − :С≡N (нітрил-аніон)
Як реагент також можна використовувати КСN у присутності води.
2. Приєднання NaHSO 3(гідросульфіту натрію) – освіта бісульфітного похідного (якісна реакція)
Механізм Ad Nu , Nu - атом сірки за рахунок НПЕ:
Просторово утруднені (розгалужені) кетони, наприклад, діізопропілкетон, не утворюють бісульфітні похідні. Реакція може бути якісною, бісульфітні похідні легко кристалізуються. Цю реакцію також використовують для виділення альдегідів (кетонів) із суміші з іншими сполуками.
4. Приєднання реактивів Гриньяра –синтез спиртів усіх типів.
а) з формальдегіду одержують первинні спирти.
б) з інших альдегідів одержують вторинні спирти
в) з кетонів одержують третинні спирти
Приєднання слабких нуклеофілів
Для приєднання слабких нуклеофілів потрібний кислий каталіз.
1. Приєднання H 2 O , НХХ = Cl, Br
Реакції з цими реагентами є оборотними, продукти приєднання (аддукти) нестабільні.
Винятком є аддукти води та альдегідів (кетонів), що мають акцепторні групи.
2. Приєднання спиртів –освіта напівацеталів (напівкеталів), ацеталів (кеталей).
Приєднання однієї молекули спирту до альдегіду призводить до синтезу напівацеталів, кетону – напівкеталей. При подальшій взаємодії з другою молекулою спирту із напівцеталю утворюється ацеталь, з напівкеталю – кеталь. Напівацеталі та напівкеталі містять при одному атомі вуглецю гідроксильну та алкоксигрупи, у ацеталів та кеталей – при одному атомі вуглецю дві алкоксигрупи.
Механізм утворення напівацеталю та ацеталю наведено нижче:
ІІ. Реакції приєднання-відщеплення (реакції з азотистими нуклеофілами).
Реакції із сполуками із загальною формулою NH 2 -X, де Х = H, OH, NH 2 , NH-C 6 H 5 , NH-C(O)NH 2 , NH-C 6 H 3 (о, п-NO 2 ) йдуть у два етапи, проміжні аддукти нестабільні.
Загальна схема реакції:
1. Реакція з аміаком –освіта імінів.
Альдиміни нестійкі і вступають у реакції циклізації:
При взаємодії 6 молей формальдегіду та 4 молей аміаку утворюється уротропін (гексаметилентетрамін), вперше синтезований А. М. Бутлеровим у 1859 році. Уротропін використовується для лікування сечовивідних шляхів, його комплекс з хлористим кальцієм називається кальцексом і застосовується як антигрипозний засіб.
2. Реакція з гідроксиламіном - NH 2 OH –освіта оксимів.
Реакція належить до якісних. Оксими – кристалічні речовини, які легко кристалізуються.
3. Реакції з гідразином – NH 2 - NH 2 , фенілгідразином - NH 2 - NH - C 6 H 5 та з 2,4-динітрофенілгідразином - NH 2 - NH - C 6 H 3 -2,4-(NO 2) 2 - освіта гідразонів, фенілгідразонів та 2,4-динітрофенілгідразонів.
За аналогічною схемою утворюються фенілгідразони та 2,4-динітрофенілгідразони:
2,4-Дінітрофенілгідразони особливо широко використовуються для ідентифікації альдегідів та кетонів. Вони мають високі температури плавлення, легко кристалізуються, мають чіткі спектральні дані.
3. Реакція з семікарбазидом - NH 2 - NH - CONH 2- освіта семікарбазонів.
Всі описані вище реакції каталізуються слабкими кислотами, у разі реакції з 2,4-динітрофенілгідразином реакція йде в присутності концентрованої сірчаної кислоти. Механізм однотипен – нуклеофільне приєднання-відщеплення та описаний нижче у загальному вигляді:
Х=H, OH, NH 2 , NH-C 6 H 5 , NH-C(O)NH 2
Отримувані іміно-похідні при кислому або лужному гідролізі дають вихідні альдегіди (кетони).
ІІІ. Реакції за участю атомів водню при a-вуглецевому атомі
Для альдегідів і кетонів, що мають атоми водню в a-положення характерне явище таутомерії.
Таутомерія- Це процес динамічної ізомеризації. Структурні ізомери (в даному випадку таутомери), взаємно перетворюючись, перебувають у стані динамічної рівноваги. Як правило, при ізомеризації відбувається перенесення протона, в цьому випадку таутомерію називають прототропної.
За наявності двох a-положень у кетонах можливе утворення двох єнолів.
Альдегіди та кетони утворюються через еноли при гідратації алкінів за реакцією Кучерова (див. тему «Алкіни»). Еноли або енолят-аніони є проміжними сполуками в реакціях галоїдування та конденсації карбонільних сполук.
1. Галоїдування карбонільних сполук(Йде тільки за α-положенням).
а) Хлорування
Хлорування хлором йде без каталізатора, результат залежить від кількості хлору, можна отримати моно, ді та трихлорпохідні (для етаналю).
б) Бромування
Хлорування йде легко і без каталізатора, залежно від кількості реагенту та будови сполуки можна ввести від одного до трьох атомів хлору. При бромуванні використовують 1 моль реагенту у присутності лугу.
в) Галоформне розщеплення (ізб. I 2 , Cl 2 або Br 2 Na ОН (конц.))
Якісна реакція на наявність ацетильного фрагмента (СН 3 СО)у карбонільних сполуках. При реакції з йодом і бромом випадає забарвлений осад галоформу, що має специфічний запах.
Механізм реакції
Галоформне розщеплення піддаються ацетальдегіді метилалкілкетони,при цьому крім галоформу реакції утворюються натрієві солі карбонових кислот.
2. Реакції альдольної та кротонової конденсації
Конденсація- Це реакція, що призводить до ускладнення вуглеводневого скелета. В альдольної та кротонової конденсаціях беруть участь дві молекули карбонільного з'єднання. Одна молекула – карбонільна компонента, реагує за допомогою карбонільної групи, інша – метиленова компонентаза рахунок атомів водню α-положення.
а) Альдольна конденсація(Реакція каталізується основами)
Механізм Ad Nu
Альдолі здатні при нагріванні в лужному середовищі відщеплювати воду і перетворюватися на a,b - ненасичені альдегіди (кетони).
б) Кротонова конденсація(У кислому середовищі при нагріванні). Протікає механізмом Аd E .
У кислому середовищі під час нагрівання конденсація не зупиняється на стадії утворення альдолю. Відбувається внутрішньомолекулярна дегідратація альдолю до ненасиченого альдегіду або кетону. За участю реакції пропаналю, бутаналю та інших альдегідів отримують альдегіди і кетони, що мають в положенні С-2 алкільну групу.
Механізм Ad Е
IV. Реакції окиснення
1. Альдегіди окислюються в м'яких умовах до карбонових кислот, виявляючи властивості відновників.
Реакції з розчинами Толенса (реакція срібного дзеркала) та Фелінгу відносяться до якісних.
2. Кетони окислюються деструктивно з розщепленням молекули в жорстких умовах після енолізації під дією KMnO 4 та K 2 Cr 2 O 7 у присутності концентрованої сірчаної кислоти (реакцію не описуємо).
