При гидратации чего образуется кетон

При гидратации чего образуется кетон

1. Альдегиды и кетоны

Альдегидами и кетонами называют производные углеводородов, содержащие в своем составе карбонильную группу Поэтому их еще называют карбонильными соединениями.

В альдегидах карбонильная группа связана с углеводородным радикалом и атомом водорода. Общая формула альдегидов группировка получила название альдегидная группа.

В кетонах карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.

Обшая формула кетонов . Карбонильную группу в кетонах часто называют кетогруппой.

В зависимости от строения углеводородного радикала альдегиды и кетоны подразделяют на алифатические, алициклические и ароматические. Среди алифатических альдегидов и кетонов различают насыщенные и ненасыщенные (предельные и непредельные).

1.1. Альдегиды и кетоны алифатического ряда

Номенклатура альдегидов и кетонов весьма многообразна. Используют как тривиальные названия, так и номенклатуру ИЮПАК. Поэтому многие карбонильные соединения имеют несколько названий.

1.1.2. Способы получения

1. Реакция окисления спиртов. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов.

2. Реакция гидратации алкинов (реакция Кучерова). В условиях реакции Кучерова из ацетилена образуется уксусный альдегид, все гомологи ацетилена дают кетоны.

3. Реакция гидролиза дигалогеналканов. При гидролизе геминальных дигалогеналканов с атомами галогена у первичного атома углерода об разуются альдегиды, а у вторичного – кетоны:

4. Реакция термического разложения солей карбоновых кислот. Из смешанной соли муравьиной и другой карбоновой кислоты при термическом разложении (пиролизе) получают альдегиды, а в остальных случаях образуются кетоны:

1.1.3. Физические свойства

Насыщенные альдегиды и кетоны являются бесцветными жидкостями со своеобразным запахом (формальдегид – газ с острым запахом). Карбонильные соединения имеют более низкие температуры кипения, чем соответствующие спирты, т. к. не способны образовывать водородные связи.

Кетоны являются хорошими растворителями. Высшие альдегиды обладают цветочным запахом и широко применяются в парфюмерии.

Альдегиды раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, пагубно влияют на нервную систему. С увеличением числа атомов углерода в молекуле раздражающее действие ослабевает. Ненасыщенные альдегиды обладают более сильным раздражающим действием, чем насыщенные.

1.1.4. Химические свойства

Химические свойства альдегидов и кетонов определяются наличием в их молекуле карбонильной группы, которая является сильно полярной группой и имеет значительную поляризуемость.

Все реакции альдегидов и кетонов условно можно разделить на следующие группы:

1.1.4.1. Реакции нуклеофильного присоединения

2. Присоединение гидросульфита натрия. Альдегиды и кетоны (содержащие группировку Н3С–СО–R) реагируют с гидросульфитом (бисульфитом) натрия, образуя бисульфитные соединения.

Бисульфитные соединения – твердые вещества, трудно растворимые в воде, легко образуются, поэтому применяются для качественного обнаружения альдегидов, а также для выделения альдегидов из реакционной среды.

3. Присоединение воды. Растворение альдегидов в воде сопровождается образованием гидратов. Реакция представляет собой обратимый процесс. Продукты реакции гидратации обычно неустойчивы и выделить их практически невозможно из-за разложения на исходные компоненты:

4. Присоединение спиртов. В спиртовом растворе альдегиды образуют полуацетали, а в присутствии следов минеральных кислот – ацетали:

Кетоны из-за низкой реакционной способности и пространственных препятствий со спиртами не взаимодействуют.

1.1.4.2. Реакции присоединения-отщепления

Альдегиды и кетоны взаимодействуют с азотистыми основаниями с образованием неустойчивых продуктов нуклеофильного присоединения, которые стабилизируются благодаря отщеплению молекулы воды. Эта группа реакций получила название реакций присоединения-отщепления.

1. Взаимодействие с аммиаком. Альдегиды, присоединяя молекулу аммиака, образуют альдимины. В процессе реакции в начале образуется неустойчивый аминоспирт, от которого затем отщепляется вода.

Кетоны также взаимодействуют с аммиаком, но при этом образуются продукты более сложного строения.

2. Взаимодействие с аминами. Первичные амины, реагируя с альдегидами или кетонами. лают имины. Если реакция протекает с ароматическими аминами, то образующиеся имины называют также основаниями Шиффа.

3. Взаимодействие с гидроксиламином. Продукты конденсации альдегидов и кетонов с гидроксиламином называют альдоксимами и кетоксимами.

Реакцию образования оксимов используют для выделения и идентификации альдегидов и кетонов.

4. Взаимодействие с гидразином. Подобно взаимодействию с первичными аминами протекают реакции оксосоединении с гидразином, фенилгидразином, семикарбазидом, тиосемикарбазидом.

Образующиеся производные оксосоединений обычно представляют собой кристаллические вещества с четкими температурами плавления. Эти реакции используются для идентификации исходных оксосоединений.

1.1.4.3. Реакции конденсации

2. Сложноэфирная конденсация (реакция Тищенко). При нагревании альдегидов в присутствии этилата алюминия образуются сложные эфиры карбоновых кислот:

В этой реакции одна молекула альдегида восстанавливается до спирта, а вторая – окисляется до кислоты. Такая реакция самоокисления-самовосстановления, получила название диспропорционирования или дисмутации.

При галогенировании соединений типа (СН3–СО–) в щелочной среде образуются тригалогенкарбонильные соединения, которые затем расщепляются с образованием карбоксильного аниона и тригалогеналкана (CHHal3). Например, в случае йодирования в щелочной среде происходит выделение желтых кристаллов йодоформа:

Реакция образования йодоформа (йодоформная проба) используется в аналитической практике.

1.1.4.5. Реакции восстановления и окисления

1. Реакции восстановления. Реакцию восстановления альдегидов и кетонов широко используют для получения спиртов. Карбонильные соединения восстанавливаются как при каталитическом гидрировании, так при действии таких восстановителей, как алюмогидрид лития LiAlH4. Альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов:

Кетоны восстанавливаются до вторичных спиртов:

2. Реакции окисления. Альдегиды и кетоны по разному относятся к действию окислителей.

Альдегиды очень легко окисляются, даже при действии слабых окислителей (ионы Ag+. Cu2+).

2.1. Реакция «серебряного зеркала». При действии аммиачного раствора нитрата серебра (реакти в Толлеса) на альдегид происходит окислительно-восстановительная реакция. Альдегид окисляется в соответствующую кислоту, а катион серебра восстанавливается в металлическое серебро, которое дает блестящий налет на стенках пробирки.

Эта реакция является качественной для обнаружения альдегидной группы.

2.2. Реакции взаимодействия альдегидов с медно-виннокислым комплексом. Альдегиды также восстанавливаются реактивом Фелинга (смесь раствора сульфата меди со щелочным раствором натрийкалиевой соли виннокаменной кислоты):

Кетоны к действию этих окислителей инертны. Не окисляются они и кислородом воздуха. Только при действии более сильных окислителей кетоны удается окислить. При этом происходит разрыв углерод-углеродной связи между атомом углерода карбонильной группы и углеводородного радикала и образуется смесь кислот.

1.1.4.6. Реакции полимеризации

Альдегиды, в отличие от кетонов, способны полимеризоваться. Реакция полимеризации протекает в обычных условиях и ускоряется в присутствии минеральных кислот. При хранении 4O % водного раствора формальдегида (формалин), особенно при температуре ниже 9 °С, наблюдается выпадение белого осадка продукта линейной полимеризации (параформа):

Уксусный альдегид в присутствии следов серной кислоты приводит к образованию, в зависимости от условий, двух циклических продуктов – паральдегида и метальдегида:

Паральдегид – жидкость, метальдегид – твердое вещество, используется в быту как сухое горючее под названием «сухой спирт».

Источник

Химические свойства альдегидов и кетонов

Карбонильные соединения – это органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу:

Карбонильные соединения делятся на альдегиды и кетоны. Общая формула карбонильных соединений: С_nH_2nO.

Структурная формула альдегидов:

Структурная формула кетонов:

Химические свойства альдегидов и кетонов

1. Реакции присоединения

В молекулах карбонильных соединений присутствует двойная связь С=О, поэтому для карбонильных соединений характерны реакции присоединения по двойной связи. Присоединение к альдегидам протекает легче, чем к кетонам.

1.1. Гидрирование

Альдегиды при взаимодействии с водородом в присутствии катализатора (например, металлического никеля) образуют первичные спирты, кетоны — вторичные:

1.2. Присоединение воды

При гидратации формальдегида образуется малоустойчивое вещество, называемое гидрат. Оно существует только при низкой температуре.

1.3. Присоединение спиртов

При присоединении спиртов к альдегидам образуются вещества, которые называются полуацетали.

В качестве катализаторов процесса используют кислоты или основания.

Полуацетали существует только при низкой температуре.

Полуацеталь может взаимодействовать с еще одной молекулой спирта в присутствии кислоты. При этом происходит замещение полуацетального гидроксила на алкоксильную группу OR’ и образованию ацеталя:

1.4. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты

Карбонильные соединения присоединяют синильную кислоту HCN. При этом образуется гидроксинитрил (циангидрин):

2. Окисление альдегидов и кетонов

Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).

В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.