Урок поможет вам получить представление о теме«Химические свойства альдегидов и кетонов». Благодаря особым химическим свойствам альдегидов и кетонов, химики очень широко применяют эти вещества в органическом синтезе. На этом уроке вы сможете подробнее изучить эти свойства и их проявление в химических реакциях этих веществ.

I. Получение альдегидов

1.  В промышленности

Этот способ более перспективен, чем гидратация алкинов, при которой используются токсичные ртутные катализаторы.

2. В лаборатории 

1. Гидратация алкинов (раньше использовали в промышленности – способ дорогой) - присоединение:

Присоединение воды к ацетилену в присутствии солей ртути (II) приводит к образованию ацетальдегида:

Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов: 

2. Окисление спиртов

Для карбонильных соединений характерны реакции различных типов:

• присоединение по карбонильной группе;
• полимеризация;
• конденсация;
• восстановление и окисление.

Большинство реакций альдегидов и кетонов протекает по механизму нуклеофильного присоединения (A_N) по связи С=О.

Атомы уг­ле­ро­да и кис­ло­ро­да кар­бо­ниль­ной груп­пы свя­за­ны двой­ной свя­зью. Из этого сле­ду­ет, что для этих ве­ществ ха­рак­тер­ны ре­ак­ции при­со­еди­не­ния.

На атоме уг­ле­ро­да кар­бо­ниль­ной груп­пы име­ет­ся ча­стич­ный по­ло­жи­тель­ный заряд, зна­чит, ха­рак­тер­ны нук­лео­филь­ные ре­ак­ции.

Ти­пич­ные ре­ак­ции аль­де­ги­дов и ке­то­нов – нук­лео­филь­ное при­со­еди­не­ние.

Нук­лео­филь­ные ре­ак­ции – ре­ак­ции, за­клю­ча­ю­щи­е­ся в атаке ре­а­ген­та, име­ю­ще­го из­бы­точ­ную элек­трон­ную плот­ность, на атом уг­ле­ро­да с ча­стич­ным по­ло­жи­тель­ным за­ря­дом.

Нук­лео­фил (Nu) – ча­сти­ца с из­быт­ком элек­трон­ной плот­но­сти.

Нук­лео­фи­ла­ми могут быть: ча­сти­цы с от­ри­ца­тель­ным за­ря­дом (ани­о­ны F^-, Cl^-, Br^-, I^-,  OH^-, CH₃O^-, HS^-, NH₂^-, CH₃COO^-); мо­ле­ку­лы, со­дер­жа­щие атомы N, O, S, P c непо­де­лен­ной элек­трон­ной парой (H₂O, NH₃, H₂S, PH₃, CH₃OH); мо­ле­ку­лы, со­дер­жа­щие крат­ные связи уг­ле­род-уг­ле­род (H₂C=CH₂, HC≡CH, бен­зол C₆H₆).

Реакционная способность в таких реакциях уменьшается от альдегидов к кетонам:

Это объясняется, главным образом, двумя факторами:

• углеводородные радикалы у группы С=О увеличивают пространственные препятствия присоединению к карбонильному атому углерода новых атомов или атомных групп;
• углеводородные радикалы за счет +I-эффекта уменьшают положительный заряд на карбонильном атоме углерода, что затрудняет присоединение нуклеофильного реагента.

I.Реакции присоединения

1. Присоединение водорода (восстановление):                       

R-CH=O + H₂^t,Ni → R-CH₂-OH (первичный спирт)

2. Присоединение циановодородной кислоты (синильной)

CH₃-CH=O + H-CN → CH₃-CH(CN)-OH

CH₃-CH(CN)-OH  циангидрин –яд! в ядрах косточек вишен, слив

3. Со спиртами– получают полуацетали и ацетали:

Полуацетали - соединения, в которых атом углерода связан с гидроксильной и алкоксильной (-OR) группами.
Взаимодействие полуацеталя с еще одной молекулой спирта (в присутствии кислоты) приводит к замещению полуацетального гидроксила на алкоксильную группу OR' и образованию ацеталя:

Ацетали - соединения, в которых атом углерода связан с двумя алкоксильными 

(-OR) группами.

4. Присоединение воды

5. Присоединениереактива Гриньяра  (используется для получения первичных спиртов, кроме метанола):

R-X(р-р  в диэтиловом эфире) +  Mg стружка → R-Mg-X (реактив Гриньяра) + Q

Здесь R – алкильный или арильный радикал; Х – это галоген.

HCH=O +  CH₃-Mg-Cl → CH₃-CH₂-O-Mg-Cl   (присоединение)

CH₃-CH₂-O-Mg-Cl + H₂O → CH₃-CH₂-OH + Mg(OH)Cl   (гидролиз)

Присоединение R-MgHal к формальдегиду приводит к образованию первичных спиртов:

Из альдегидов получаются вторичные спирты:

В реакции с кетонами образуются третичные спирты:

6.Взаимодействие с аммиаком

Oбразуются имины:

II. Реакции окисления

1. Реакция серебряного зеркала – качественная реакция на альдегидную группу:

Видео-опыт: “Реакция "серебряного зеркала"

Видео-опыт: “Качественная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой”

При ак­ку­рат­ном на­гре­ва­нии аль­де­ги­да в вод­но-ам­ми­ач­ном рас­тво­ре ок­си­да се­реб­ра стен­ки про­бир­ки по­кры­ва­ют­ся зер­каль­ным слоем вы­де­лив­ше­го­ся се­реб­ра:

RCH=O + Ag₂O → RCOOH + 2Ag↓.

Более пра­виль­но пи­сать:

RCH=O + 2[Ag(NH₃)₂]OH → RCOONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O

                                                      (cоль аммония)

 →

III. Реакции замещения

Взаимодействие с галогенами:

CH₃-CH=O + Cl₂ → ClCH₂-CH=O + HCl

                                   здесь , ClCH₂-CH=O - хлоруксусный альдегид

IV. Реакции полимеризации               

Полимеризация - частный случай реакций присоединения - характерна в основном для альдегидов. Например, при стоянии 40% водного раствора формальдегида (формалина), в виде белого осадка образуется полимер формальдегида с невысокой молекулярной массой - параформ.

nCH₂=O ^t,kat → (-CH₂-O-)_n   полиформальдегид                                           

V. Реакции поликонденсации

Конденсацией называется реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета и возникновению новой углеродной связи, причем из двух или более относительно простых молекул образуется новая, более сложная молекула. Обычно в результате реакции конденсации выделяется молекула воды или другого вещества.

Конденсация, приводящая к образованию высокомолекулярных соединений, называется реакцией поликонденсации.

n H-CH=O + (n+1) C₆H₅-OH  ^t,kat→ nH₂O +  [-C₆H₃(OH)-CH₂-C₆H₃(OH)-]_n                                                                                       

 фенолформальдегидная смола 

III. Применение

Метаналь (муравьиный альдегид) CH₂=O

 получение фенолформальдегидных смол;

получение мочевино-формальдегидных (карбамидных) смол;

полиоксиметиленовые полимеры;

синтез лекарственных средств (уротропин);

дезинфицирующее средство;

консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).