Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь FAQ Написать работу КАТЕГОРИИ: ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву
Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Способы их получения, физические и химические свойства, применение и медико – биологическое значениеСодержание книги
Похожие статьи вашей тематики
Поиск на нашем сайте
Альдегиды и кетоны
Способы их получения, физические и химические свойства, применение и медико – биологическое значение
Материал по углублённому И расширенному курсу химии Для учащихся 10 класса Химико-биологического направления
Преподаватель: канд. хим. наук Кетлинский Владимир Александрович
Санкт-Петербург - 2009-
Альдегиды и кетоны Альдегиды - органические соединения, имеющие в своей структуре функциональную группу, называемую альдегидной или формильной, соединённую с углеводородным радикалом. Этот радикал может быть предельным, непредельным и ароматическим:
альдегидная (формильная) пропаналь – предельный функциональная группа альдегид
пропеналь и пропиналь - бензальдегид – непредельные альдегиды ароматический альдегид
Изомерия и номенклатура альдегидов Любой альдегид можно назвать по номенклатуре ИЮПАК. Для этого в структурной формуле альдегида выбирается самая длинная цепь из атомов углерода, начинающаяся с атома углерода, входящего в функциональную группу, которому присваивается номер – 1. Далее называются радикалы, начиная с простейших, с указанием цифрами места их положения в главной цепи. Затем прибавляется название алкана, соответствующего главной цепи и слитно окончание «аль». Многие разветвлённые альдегиды удобно называть по старой рациональной номенклатуре. За основу берётся, как правило, тривиальное (то есть исторически сложившееся) название этаналя – уксусный альдегид. Если один, два или все три атома водорода в метильной группе этаналя замещены на углеводородные радикалы, то сначала называются они слитно в порядке усложнения, а затем добавляется «уксусный альдегид» так же слитно. Если радикалы разветвлённые и сложнее трет -амила, то простое название без цифр не получается и эта номенклатура не применяется. Многие неразветвлённые альдегиды и некоторые разветвлённые имеют тривиальные названия, которые сохраняются благодаря простоте написания их названий. В таблице № 1 приведены примеры названий ряда альдегидов по различным номенклатурам.
Номенклатура альдегидов Таблица № 1
Приведём также пример альдегида сложного строения, который ещё можно назвать по рациональной номенклатуре, не вводя в название цифр (альдегид I), и пример альдегида, который следует называть только по номенклатуре ИЮПАК (альдегид II):
альдегид I альдегид II
Альдегид I по рациональной номенклатуре называется – трет -бутилизоамил- трет -амилуксусный альдегид. По ИЮПАК – 5-метил-2-бутил-2- трет -амилгексаналь. Так как в альдегиде II радикал слева от формильной группы сложен и не имеет узаконенного названия, то альдегид можно назвать только по номенклатуре ИЮПАК – 5,6-диметил-2-бутил-2- трет -амилгептаналь.
Электронное и пространственное строение альдегидов на примере этаналя
Оси X,Y,P,Q и W лежат в плоскости α. Оси ZC и ZO перпендикулярны этой плоскости. Атомы водорода метильной группы свободно вращаются вокругоси Х (оси связи С – С). Неподелённые пары электронов атома кислорода находятся на sp2-орбиталях, оси которых Р и W лежат в плоскости α под углом 120О друг к другу и к оси Y.
Физические свойства, применение и медико-биологическое значение альдегидов Отношение к свету Альдегиды представляют собой бесцветные вещества, поглощающие свет в ближней ультрафиолетовой части спектра. Интенсивность поглощения света предельных альдегидов невелика. Так, например, ацетальдегид (этаналь) поглощает свет, имея λ max = 276, 6 нм и ε = 7, 5. Масляный альдегид (бутаналь) имеет λ max= 282 нм и ε = 10,8.
Этаналь бутаналь кротоновый альдегид
У альдегидов, карбонильная группа которых сопряжена с двойной связью, максимум поглощения сдвигается в коротковолнвую область и резко возрастает интенсивность поглощения. Например, для кротонового альдегида λ max= 219 нм и ε = 17250.
Запах альдегидов Формальдегид имеет резкий раздражающий запах. Ацетальдлегид также имеет резкий удушливый запах. Запах пропионового альдегида не называют уже резким и удушливым, а говорят обычно о его специфичности и характерности. Масляный альдегид имеет слабый характерный запах, а валериановый уже содержится в эвкалиптовом, гвоздичном и ряде других эфирных масел и вносит свой вклад в их приятный запах. Представление о запахе многих других альдегидов дает таблица № 3
Применение альдегидов Формальдегид применяется в производстве фенолформальдегидных смол, на основе которых производят такие важные материалы как текстолит, стеклотекстолит, фаолит, бакелит, футеровочные плитки АТМ. Он же применяется для синтеза уротропина, меламино- и мочевино-формальдегидных смол, взрывчатого вещества – гексогена, как дубящее, антисептическое и дезодорирующее средство. 37 – 50 % раствор формальдегида в воде, называемый формалином, применяют как жидкость для сохранения анатомических препаратов, для дубления кожи, как средство для удобной транспортировки и хранения формальдегида. Ацетальдегид применяется для получения уксусной кислоты, её ангидрида и хлорангидрида, надуксусной кислоты, хлораля и как одно из исходных веществ в синтезе многих органических соединений, таких как сложные эфиры, спирты, гетероциклы.
Упомянутый выше хлораль, являющийся трихлорпроизводным ацетальдегида, существует в виде гидратной формы – хлоральгидрата:
Применяется как успокаивающее, снотворное и анальгезирующее средство. В больших дозах, близких к токсическим, оказывает наркотическое действие.
Пропионовый альдегид применяется в синтезах пропанола-1 и пропионовой кислоты.
Альдегиды с большим числом атомов углерода, чаще всего применяются в качестве компонентов парфюмерных композиций (далее ПК), пищевых эссенций (далее ПЭ), фармацевтических препаратов. Представление об этом, а также о нахождении альдегидов в природе, их запахе и токсичности, можно получить из материалов таблицы № 3
Нахождение в природе, запах, применение и токсичность альдегидов Таблица №3
Отношение кетонов к свету Кетоны представляют собой бесцветные вещества, поглощающие свет в ближней ультрафиолетовой части спектра. Например, простейший кетон – ацетон имеет неинтенсивное поглощение с λ max = 264 нм и ε = 17,4. Если кетогруппа сопряжена с кратными связями или с ароматической системой, то происходит гипсохромное смещение максимума поглощения и резкое возрастание его интенсивности. Так, например, ацетофенон имеет λ max= 245 нм и ε = 11150. Оба примера даны для водных растворов.
ацетон (пропанон) ацетофенон (метилфенилкетон)
Таблица № 4 Запах и применение кетонов Ацетон и метилэтилкетон, находясь в воздухе в малых концентрациях, имеют «ароматный» или «освежающий» запахи. Метиламилкетон и метилгептилкетон содержатся в сыре «Рокфор» и вносят существенный вклад в его запах. Метилнонилкетон и метилдодецилкетон играют важную роль в запахе растительных масел, например, кокосового или подсолнечного. В эфирных маслах, говяжьем жире, обжаренном кофе, а также в продуктах гидролиза древесины и пиролиза табака содержится дикетон – 2,3-бутандион, который имеет сильный «пронзительный» запах топлёного масла:
Непредельный кетон – 4,6,6-триметил-3-гептенон-2 (смесь цис - и транс -изомеров):
обладает фруктовым запахом с «оттенком запаха древесины» и применяется как компонент парфюмерных композиций (ПК). Геранилацетон – 6,10-диметил- транс -5,9-ундекадиенон-2:
имеет «свежий, чуть резковатый запах с оттенком запахов зелени и розы». Применяется как компонент ПК. Содержится во многих фруктах и эфирных маслах. Имеется много циклических кетонов, обладающих сильными специфическими запахами. Например, карвон:
Ментон (и его изомер – изоментон):
вещества с запахом мяты и горьким вкусом. Они применяются как компоненты ПК и ПЭ, для ароматизации зубных паст. Токсичность их ниже, чем у карвона для разных животных в 2,5 – 6 раз. Камфора или борнанон – 1,7,7-триметилбицикло[2.2.1]гептанон-2:
содержится в масле пихты и камфорного лавра, из которых её и выделяют. Мировое производство около 12000 т/год. Камфора широко применяется как пластификатор в производстве пластмасс, как флегматизатор взрывчатых веществ, как репеллент против моли и комаров. В медицине она используется как кардиотоническое и аналептическое средство. Камфара входит также в состав некоторых парфюмерных композиций. В химико-фармацевтической промышленности является сырьём для синтеза лекарственных препаратов, например, бромкамфары (см. п.5) Кетон малины – тривиальное название 4-(п- гидрокси)фенилбутанона-2:
Он содержится в эфирном масле малины, определяет её запах и вкус. Применяется как компонент пищевых эссенций и парфюмерных композиций. Токсичность кетона малины невысокая – более 5 г/кг (крысы, перорально).
Альдольная конденсация Альдегиды, у которых в α-положении находится хотя бы один атом водорода существуют в растворах в виде смеси таутомеров, например:
В щелочной среде протон может быть оторван атома кислорода енола или атома С(2). При этом получается один и тот же сопряжённый анион:
Этот анион реагирует как нуклеофил с незаряженной молекулой альдегида:
Получившийся алкоголят-ион отрывает протон от воды и превращается в альдегидоспирт (альдоль):
альдоль: 3-гидроксибутаналь
Процесс на этом не останавливается:
И может продолжаться долго с образованием полимеров. К сожалению, регулярность структуры постоянно нарушается, так как альдоль и исходный альдегид могут меняться ролями:
Из-за нерегулярности строения таких полимеров свойства их плохо предсказуемы и практически невоспроизводимы. Поэтому не применяются. Альдольная конденсация – одна из причин трудностей хранения альдегидов: они осмоляются.
Образование тримеров, тетрамеров и полимеров из альдегидов Триоксан или триоксиметилен получается при нагревании формальдегида с серной кислотой в герметичных сосудах: газообразный формальдегид тримеризуется:
Триоксан - индивидуальное вещество – кристаллы с приятным запахом, растворимые в воде. Температура плавления 64ОС, кипения 115ОС. Формальдегид даёт также несколько видов полиформальдегидов, отличающихся друг от друга степенью полимеризации. Жидкий метаналь даже при -80ОС медленно полимеризуется: образуются нитевидные молекулы со степенью полимеризации от сотен до тысяч. Продукт термопластичен, температура его размягчения около 175О, он выпускается под названием дельрин:
При температуре близкой к температуре кипения формальдегида (-19ОС) реакция проходит бурно с выделением 153,8 кДж/ моль энергии. Из водного раствора метаналя при добавлении щелочей образуется α-полиоксиметилен. Из водного раствора с добавлением серной кислоты образуется β-полиоксиметилен. Из водно-метанольного раствора в присутствии серной кислоты образуется γ-полиоксиметилен. При выпаривании водных растворов в техническом вакууме получается параформальдегид. Все эти вещества являются смесью полимергомологов. Степень полимеризации у параформальдегида всего 10 – 50. У α, β и γ – полиоксиметиленов она выше и колеблется от 50 до 100. α,β и γ – полиоксиметилены отличаются друг от друга концевыми группами:
Ацетальдегид и его гомологи в присутствии серной кислоты или других кислот тримеризуются:
паральдегид (параацетальдегид)
При медленной перегонке в присутствии следов кислоты происходит деполимеризация. Параллельно с процессом тримеризации происходит и образование нитевидных молекул:
Реакции горения. И альдегиды, и кетоны горят с образованием углекислого газа и воды:
Аутоокисление альдегидов. Альдегиды могут самопроизвольно окисляться кислородом воздуха. Такой процесс называется аутоокислением:
Реакция Канниццаро. Ароматические и гетероциклические альдегиды в щелочной среде диспропорционируют на соответствующие спирты и кислоты:
бензальдегид бензиловый спирт бензойная кислота
Алифатические альдегиды так же вступают в эту реакцию, но альдольные конденсации в щелочной среде проходят быстрее и исходный альдегид обычно осмоляется. Однако, если в α-положении нет атомов водорода, то реакция с хорошим выходом проходит и для алифатических альдегидов. Эта реакция называется реакцией Канниццаро-Тищенко:
пивалевый альдегид неопентиловый спирт пивалевая кислота
Формальдегид в щелочной среде так же легко диспропорционирует:
метаналь метанол формиат натрия
Если к смеси ароматического альдегида с избытком формальдегида добавить щелочи, то идет перекрестная реакция Канниццаро, в которой ароматический альдегид восстанавливается, а алифатический окисляется:
Если к безводному альдегиду добавить каталитическое количество алкоголята алюминия, то получается сложный эфир:
Эта реакция носит название реакции Кляйзена – Тищенко.
Содержание
|