Die Struktur von Aldehyden und Ketonen

Aldehyde- organische Substanzen, deren Moleküle enthalten Carbonylgruppe:

an ein Wasserstoffatom und einen Kohlenwasserstoffrest gebunden. Die allgemeine Formel für Aldehyde lautet:

Im einfachsten Aldehyd übernimmt ein weiteres Wasserstoffatom die Rolle des Kohlenwasserstoffradikals:

Formaldehyd

Die an das Wasserstoffatom gebundene Carbonylgruppe wird oft als bezeichnet Aldehyd:

Ketone sind organische Substanzen, in deren Molekülen die Carbonylgruppe an zwei Kohlenwasserstoffreste gebunden ist. Offensichtlich lautet die allgemeine Formel für Ketone:

Die Carbonylgruppe der Ketone wird genannt Keto-Gruppe.

Im einfachsten Keton, Aceton, ist die Carbonylgruppe an zwei Methylreste gebunden:

Nomenklatur und Isomerie von Aldehyden und Ketonen

Je nach Struktur des mit der Aldehydgruppe assoziierten Kohlenwasserstoffrestes gibt es gesättigte, ungesättigte, aromatische, heterocyclische und andere Aldehyde:

Gemäß der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen gesättigter Aldehyde aus dem Namen eines Alkans mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen aus dem Molekül mit dem Suffix gebildet -al. Zum Beispiel:

Nummerierung Kohlenstoffatome der Hauptkette gehen vom Kohlenstoffatom der Aldehydgruppe aus. Daher befindet sich die Aldehydgruppe immer am ersten Kohlenstoffatom, und es ist nicht erforderlich, ihre Position anzugeben.

Neben der systematischen Nomenklatur werden auch Trivialnamen weit verbreiteter Aldehyde verwendet. Diese Namen leiten sich üblicherweise von den Namen von Carbonsäuren ab, die Aldehyden entsprechen.

Für den Titel Ketone Gemäß der systematischen Nomenklatur wird die Ketogruppe mit dem Suffix bezeichnet -er und eine Zahl, die die Nummer des Kohlenstoffatoms der Carbonylgruppe angibt (die Nummerierung sollte am Ende der Kette beginnen, die der Ketogruppe am nächsten liegt).

Zum Beispiel:

Zum Aldehyde nur eine Art von Strukturisomerie ist charakteristisch - Isomerie des Kohlenstoffskeletts, was mit Butanal möglich ist, und z Ketone- Auch Carbonyl-Positionsisomerie. Darüber hinaus werden sie auch charakterisiert Isomerie zwischen den Klassen(Propanal und Propanon).

Physikalische Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen

In einem Aldehyd- oder Ketonmolekül entsteht aufgrund der größeren Elektronegativität des Sauerstoffatoms im Vergleich zum Kohlenstoffatom die Bindung C=O ist stark polarisiert aufgrund der Verschiebung der Elektronendichte der π-Bindung zum Sauerstoff:

Aldehyde und Ketone polare Substanzen mit überschüssiger Elektronendichte am Sauerstoffatom. Die unteren Glieder der Reihe der Aldehyde und Ketone (Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton) sind unbegrenzt wasserlöslich. Ihre Siedepunkte sind niedriger als die der entsprechenden Alkohole. Dies liegt daran, dass in den Molekülen von Aldehyden und Ketonen im Gegensatz zu Alkoholen keine beweglichen Wasserstoffatome vorhanden sind und sie keine Assoziate aufgrund von Wasserstoffbrücken bilden.

Niedere Aldehyde haben einen stechenden Geruch; Aldehyde mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette haben einen unangenehmen Geruch; Höhere Aldehyde und Ketone haben blumige Gerüche und werden in der Parfümerie verwendet.

Das Vorhandensein einer Aldehydgruppe in einem Molekül bestimmt die charakteristischen Eigenschaften von Aldehyden.

Erholungsreaktionen.

1. Zugabe von Wasserstoff zu Aldehydmolekülen tritt an der Doppelbindung in der Carbonylgruppe auf:

Das Produkt der Hydrierung von Aldehyden sind primäre Alkohole, Ketone sind sekundäre Alkohole.

Wenn also Acetaldehyd auf einem Nickelkatalysator hydriert wird, wird Ethylalkohol gebildet, und wenn Aceton hydriert wird, wird Propanol-2 gebildet.

2. Hydrierung von Aldehyden- Reduktionsreaktion, bei der der Oxidationsgrad des in der Carbonylgruppe enthaltenen Kohlenstoffatoms abnimmt.

Oxidationsreaktionen.

Aldehyde können nicht nur reduziert, sondern auch oxidiert werden. Bei der Oxidation bilden Aldehyde Carbonsäuren. Schematisch lässt sich dieser Vorgang wie folgt darstellen:

1. Oxidation durch Luftsauerstoff. Beispielsweise entsteht aus Propionaldehyd (Propanal) Propionsäure:

2. Oxidation mit schwachen Oxidationsmitteln(Ammoniaklösung von Silberoxid). Vereinfacht lässt sich dieser Vorgang durch die Reaktionsgleichung ausdrücken:

Zum Beispiel:

Genauer gesagt spiegelt sich dieser Prozess in den Gleichungen wider:

Wurde die Oberfläche des Gefäßes, in dem die Reaktion durchgeführt wird, zuvor entfettet, so bedeckt das bei der Reaktion gebildete Silber diese mit einem gleichmäßig dünnen Film. Daher wird diese Reaktion als "Silberspiegel"-Reaktion bezeichnet. Es wird häufig zur Herstellung von Spiegeln, Versilberungsdekorationen und Weihnachtsdekorationen verwendet.

3. Oxidation mit frisch gefälltem Kupfer(II)hydroxid. Durch Oxidation des Aldehyds wird Cu 2+ zu Cu + reduziert. Das bei der Reaktion gebildete Kupfer(I)hydroxid CuOH zerfällt sofort in rotes Kupfer(I)oxid und Wasser.

Diese Reaktion, wie die Reaktion Silberspiegel“, wird zum Nachweis von Aldehyden verwendet.

Ketone werden weder durch Luftsauerstoff noch durch ein so schwaches Oxidationsmittel wie eine Ammoniaklösung von Silberoxid oxidiert.

Chemische Eigenschaften von Aldehyden und Säuren - Zusammenfassung

Einzelne Vertreter der Aldehyde und ihre Bedeutung

Formaldehyd(Methanal, Ameisensäurealdehyd HCHO) ist ein farbloses Gas mit stechendem Geruch und einem Siedepunkt von -21 °C, das sich gut in Wasser löst. Formaldehyd ist giftig! Eine Lösung von Formaldehyd in Wasser (40 %) heißt Formalin und wird zur Formaldehyd- und Essigdesinfektion verwendet. In der Landwirtschaft wird Formalin zum Beizen von Saatgut verwendet, in der Lederindustrie - zur Verarbeitung von Leder. Zur Herstellung wird Formaldehyd verwendet Urotropin- Arzneistoff. Urotropin wird manchmal in Form von Briketts komprimiert und als Brennstoff (trockener Alkohol) verwendet. Bei der Herstellung von Phenol-Formaldehyd-Harzen und einigen anderen Stoffen wird eine große Menge Formaldehyd verbraucht.

Essigaldehyd(Ethanal, Acetaldehyd CH 3 CHO) - eine Flüssigkeit mit einem scharfen, unangenehmen Geruch und einem Siedepunkt von 21 ° C, wir lösen uns gut in Wasser auf. Aus Acetaldehyd werden im industriellen Maßstab Essigsäure und eine Reihe weiterer Stoffe gewonnen, die zur Herstellung verschiedener Kunststoffe und Acetatfasern verwendet werden. Essigaldehyd ist giftig!

Eine Gruppe von Atomen -

genannt Carboxylgruppe oder Carboxyl.

Organische Säuren, die eine Carboxylgruppe im Molekül enthalten, sind monobasisch.

Die allgemeine Formel für diese Säuren ist RCOOH, zum Beispiel:

Carbonsäuren genannt werden, die zwei Carboxylgruppen enthalten zweibasisch. Dazu gehören zum Beispiel Oxal- und Bernsteinsäure:

Es gibt auch polybasisch Carbonsäuren mit mehr als zwei Carboxylgruppen. Dazu gehören zum Beispiel dreibasige Citronensäure:

Je nach Art des Kohlenwasserstoffrestes werden Carbonsäuren eingeteilt marginal, ungesättigt, aromatisch.

begrenzen, oder gesättigte, Carbonsäuren sind beispielsweise Propionsäure (Propionsäure):

oder uns bereits bekannte Bernsteinsäure.

Gesättigte Carbonsäuren enthalten offensichtlich keine π-Bindungen im Kohlenwasserstoffrest.

In Molekülen ungesättigter Carbonsäuren ist die Carboxylgruppe an einen ungesättigten, ungesättigten Kohlenwasserstoffrest gebunden, beispielsweise in Acryl-(Propen-)Molekülen

CH 2 \u003d CH-COOH

oder Ölsäure

CH 3 -(CH 2) 7 -CH \u003d CH-(CH 2) 7 -COOH

und andere Säuren.

Wie aus der Formel der Benzoesäure ersichtlich ist, ist dies der Fall aromatisch, da es einen aromatischen (Benzol-)Ring im Molekül enthält:

Der Name einer Carbonsäure wird aus dem Namen des entsprechenden Alkans (ein Alkan mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül) unter Hinzufügung des Suffix gebildet -ov— , Ende -und ich und Worte Säure. Nummerierung der Kohlenstoffatome beginnt mit einer Carboxylgruppe. Zum Beispiel:

Die Anzahl der Carboxylgruppen wird im Namen durch Präfixe angegeben Di-, Tri-, Tetra-:

Viele Säuren haben auch historisch gewachsene oder triviale Namen.

Die Zusammensetzung der einschränkenden einbasigen Carbonsäuren wird durch die allgemeine Formel ausgedrückt CnH2nO2, oder C n H 2n+1 COOH, oder RCOOH.

Physikalische Eigenschaften von Carbonsäuren

Niedere Säuren, d. h. Säuren mit relativ kleinem Molekulargewicht, die bis zu vier Kohlenstoffatome in einem Molekül enthalten, sind Flüssigkeiten mit einem charakteristischen stechenden Geruch (z. B. dem Geruch von Essigsäure). Säuren mit 4 bis 9 Kohlenstoffatomen sind viskose ölige Flüssigkeiten mit unangenehmem Geruch; die mehr als 9 Kohlenstoffatome in einem Molekül enthalten - Feststoffe, die sich nicht in Wasser auflösen. Die Siedepunkte limitierender einbasiger Carbonsäuren steigen mit zunehmender Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül und damit mit zunehmendem relativen Molekulargewicht. Der Siedepunkt von Ameisensäure beträgt also 100,8 °C, Essigsäure - 118 °C, Propionsäure - 141 °C.

Die einfachste Carbonsäure, Ameisensäure HCOOH, mit einem kleinen relativen Molekulargewicht (M r (HCOOH) = 46), ist unter Normalbedingungen eine Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 100,8 °C. Gleichzeitig ist Butan (M r (C 4 H 10) \u003d 58) unter den gleichen Bedingungen gasförmig und hat einen Siedepunkt von -0,5 ° C. Diese Diskrepanz zwischen Siedepunkten und relativen Molekulargewichten wird erklärt durch Bildung von Dimeren von Carbonsäuren bei dem zwei Säuremoleküle durch zwei verbunden sind Wasserstoffbrücken:

Das Auftreten von Wasserstoffbrückenbindungen wird deutlich, wenn man die Struktur von Carbonsäuremolekülen betrachtet.

Moleküle gesättigter einbasiger Carbonsäuren enthalten eine polare Atomgruppe - Carboxyl

Und praktisch unpolarer Kohlenwasserstoffrest. Die Carboxylgruppe wird von Wassermolekülen angezogen und bildet mit ihnen Wasserstoffbrückenbindungen:

Ameisen- und Essigsäure sind in Wasser unbegrenzt löslich. Offensichtlich nimmt mit zunehmender Atomzahl im Kohlenwasserstoffrest die Löslichkeit von Carbonsäuren ab.

Chemische Eigenschaften von Carbonsäuren

Die allgemeinen Eigenschaften, die für die Klasse von Säuren (sowohl organische als auch anorganische) charakteristisch sind, sind auf das Vorhandensein einer Hydroxylgruppe in den Molekülen zurückzuführen, die eine starke polare Bindung zwischen Wasserstoff- und Sauerstoffatomen enthält. Betrachten wir diese Eigenschaften am Beispiel wasserlöslicher organischer Säuren.

1. Dissoziation unter Bildung von Wasserstoffkationen und Anionen des Säurerestes:

Genauer gesagt wird dieser Prozess durch eine Gleichung beschrieben, die die Beteiligung von Wassermolekülen daran berücksichtigt:

Das Dissoziationsgleichgewicht von Carbonsäuren ist nach links verschoben; die überwiegende Mehrheit von ihnen sind schwache Elektrolyte. Der saure Geschmack von beispielsweise Essig- und Ameisensäure ist jedoch auf die Dissoziation von Säureresten in Wasserstoffkationen und Anionen zurückzuführen.

Offensichtlich bestimmt das Vorhandensein von "saurem" Wasserstoff, d. h. dem Wasserstoff der Carboxylgruppe, in den Molekülen von Carbonsäuren auch andere charakteristische Eigenschaften.

2. Wechselwirkung mit Metallen stehen in der elektrochemischen Spannungsreihe bis zum Wasserstoff:

Eisen reduziert also Wasserstoff aus Essigsäure:

3. Wechselwirkung mit basischen Oxiden bei der Bildung von Salz und Wasser:

4. Wechselwirkung mit Metallhydroxiden unter Bildung von Salz und Wasser (Neutralisationsreaktion):

5. Wechselwirkung mit Salzen schwächerer Säuren mit der Entstehung des letzteren. So verdrängt Essigsäure Stearinsäure von Natriumstearat und Kohlensäure von Kaliumcarbonat:

6. Wechselwirkung von Carbonsäuren mit Alkoholen bei der Bildung von Estern - die Veresterungsreaktion (eine der wichtigsten für Carbonsäuren charakteristischen Reaktionen):

Die Wechselwirkung von Carbonsäuren mit Alkoholen wird durch Wasserstoffkationen katalysiert.

Die Veresterungsreaktion ist reversibel. In Gegenwart von Entwässerungsmitteln und wenn der Ester aus dem Reaktionsgemisch entfernt wird, verschiebt sich das Gleichgewicht in Richtung Esterbildung.

Bei der Rückveresterungsreaktion, die Esterhydrolyse genannt wird (Reaktion eines Esters mit Wasser), werden eine Säure und ein Alkohol gebildet:

Offensichtlich können auch mehrwertige Alkohole, z. B. Glycerin, mit Carbonsäuren reagieren, also eine Veresterungsreaktion eingehen:

Alle Carbonsäuren (außer Ameisensäure) enthalten zusammen mit einer Carboxylgruppe einen Kohlenwasserstoffrest in ihren Molekülen. Dies kann natürlich die Eigenschaften von Säuren, die durch die Art des Kohlenwasserstoffrests bestimmt werden, beeinflussen.

7. Additionsreaktionen mit mehreren Bindungen- ungesättigte Carbonsäuren gehen in sie ein. Beispielsweise ist die Wasserstoffadditionsreaktion eine Hydrierung. Für eine Säure, die eine n-Bindung im Rest enthält, kann die Gleichung in allgemeiner Form geschrieben werden:

Wenn also Ölsäure hydriert wird, entsteht gesättigte Stearinsäure:

Ungesättigte Carbonsäuren fügen wie andere ungesättigte Verbindungen Halogene an die Doppelbindung an. Beispielsweise entfärbt Acrylsäure Bromwasser:

8. Substitutionsreaktionen (mit Halogenen)- gesättigte Carbonsäuren können in sie eindringen. Beispielsweise können durch Umsetzung von Essigsäure mit Chlor verschiedene Chlorderivate von Säuren erhalten werden:

Chemische Eigenschaften von Carbonsäuren - Kompendium

Einzelne Vertreter der Carbonsäuren und ihre Bedeutung

Ameisensäure (Methan) HCOOH- Flüssigkeit mit stechendem Geruch und einem Siedepunkt von 100,8 ° C, gut wasserlöslich.

Ameisensäure ist giftig und verursacht bei Hautkontakt Verbrennungen! Die von Ameisen abgesonderte Brennflüssigkeit enthält diese Säure.

Ameisensäure hat eine desinfizierende Eigenschaft und findet daher ihre Anwendung in der Lebensmittel-, Leder- und Pharmaindustrie sowie in der Medizin. Es wird zum Färben von Textilien und Papier verwendet.

Essigsäure (Ethansäure) CH 3 COOH- eine farblose Flüssigkeit mit einem charakteristischen stechenden Geruch, die in jedem Verhältnis mit Wasser mischbar ist. Wässrige Lösungen von Essigsäure werden unter den Namen Essig (3–5 %ige Lösung) und Essigessenz (70–80 %ige Lösung) vertrieben und sind in der Lebensmittelindustrie weit verbreitet. Essigsäure ist ein gutes Lösungsmittel für viele organische Substanzen und wird daher in der Färberei, in der Lederindustrie und in der Farben- und Lackindustrie verwendet. Darüber hinaus ist Essigsäure ein Rohstoff für die Herstellung vieler technisch wichtiger organischer Verbindungen: Beispielsweise wird sie zur Gewinnung von Mitteln zur Unkrautbekämpfung – Herbiziden – verwendet. Essigsäure ist der Hauptbestandteil von Weinessig, dessen charakteristischer Geruch darauf zurückzuführen ist. Es ist ein Oxidationsprodukt von Ethanol und entsteht daraus, wenn Wein an der Luft gelagert wird.

Die wichtigsten Vertreter der am höchsten limitierenden einbasischen Säuren sind Palmitin-C 15 H 31 COOH- und Stearin-C 17 H 35 COOH-Säuren. Im Gegensatz zu niederen Säuren sind diese Substanzen fest und in Wasser schlecht löslich.

Ihre Salze – Stearate und Palmitate – sind jedoch gut löslich und wirken waschaktiv, weshalb sie auch als Seifen bezeichnet werden. Es ist klar, dass diese Substanzen in großem Maßstab hergestellt werden.

Aus ungesättigten höheren Carbonsäuren Höchster Wert Es hat Ölsäure C 17 H 33 COOH oder CH 3 - (CH 2) 7 - CH \u003d CH - (CH 2) 7 COOH. Es ist eine ölartige Flüssigkeit ohne Geschmack oder Geruch. Seine Salze sind in der Technik weit verbreitet.

Der einfachste Vertreter zweibasiger Carbonsäuren ist Oxalsäure (Ethandisäure). HOOC-COOH, dessen Salze in vielen Pflanzen wie Sauerampfer und Oxalis vorkommen. Oxalsäure ist eine farblose kristalline Substanz, die in Wasser sehr gut löslich ist. Es wird beim Polieren von Metallen, in der Holz- und Lederindustrie verwendet.

Referenzmaterial zum Bestehen der Prüfung:

Periodensystem

Löslichkeitstabelle

Aldehyde und Ketone beziehen auf Carbonyl organische Verbindungen.

Carbonylverbindungen sogenannte organische Substanzen, in deren Molekülen sich eine Gruppe\u003e C \u003d O (Carbonyl- oder Oxogruppe) befindet.

Allgemeine Formel Carbonylverbindungen:

Je nach Art des Substituenten X werden diese Verbindungen unterteilt in:

 Aldehyde (X = H);

 Ketone (X = R, R");

 Carbonsäuren (X = OH) und ihre Derivate (X = OR, NH 2 , NHR, Hal usw.).

Aldehyde und Ketone- gekennzeichnet durch das Vorhandensein im Molekül Carbonyl Gruppen, oder ein Carbonylrest, >C=O. Bei Aldehyden ist der Kohlenstoff dieses Restes an mindestens ein Wasserstoffatom gebunden, so dass ein einwertiger Rest entsteht, auch genannt Aldehydgruppe. Bei Ketonen ist die Carbonylgruppe an zwei Kohlenwasserstoffreste gebunden und wird auch genannt Keto-Gruppe oder Oxo-Gruppe.

Homologe Reihe von Aldehyden und ihre Nomenklatur

Aldehyde- organische Verbindungen, in deren Molekülen das Kohlenstoffatom der Carbonylgruppe (Carbonylkohlenstoff) an das Wasserstoffatom gebunden ist.

Allgemeine Formel: R-CH=O oder

Die funktionelle Gruppe –CH=O wird Aldehyd genannt.

Aldehyde können auch als Substanzen angesehen werden, die sich aus der Substitution eines Wasserstoffatoms durch eine Aldehydgruppe in paraffinischen Kohlenwasserstoffen ableiten, d. h. als monosubstituierte Derivate von Kohlenwasserstoffen der homologen Reihe von Methan. Daher sind hier Homologie und Isomerie die gleichen wie bei anderen monosubstituierten Derivaten gesättigter Kohlenwasserstoffe.

Die Namen von Aldehyden leiten sich von den Trivialnamen von Säuren mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül ab. Also wird Aldehyd CH 3 -CHO genannt Acetaldehyd oder Acetaldehyd, CH 3 CH 2 -CHO- Propionaldehyd, CH 3 CH 2 CH 2 -CHO – normal Butteraldehyd oder Butyraldehyd,(CH 3) 2 CH-CHO- Isobutteraldehyd, AldehydeC 4 H 9 -CHO - Valerianaldehyde usw.

Nach der Genfer Nomenklatur leiten sich die Namen von Aldehyden von den Namen von Kohlenwasserstoffen mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen ab, ergänzt um die Endung en Silbe Al, zum Beispiel Methanal H-CHO, ethanal CH3-CHO, 2 -Methylpropanal CH3CH(CH3)-CHO usw.

Homologe Reihen von Ketonen und ihre Nomenklatur

Ketone- organische Substanzen, deren Moleküle eine Carbonylgruppe enthalten, die mit zwei Kohlenwasserstoffresten verbunden ist.

Allgemeine Formeln: R 2 C=O, R–CO–R" oder

Das einfachste der Ketone hat die Struktur CH 3 -CO-CH 3 und heißt Dimethylketon oder Aceton. Aus Aceton kann durch sukzessive Substitution von Wasserstoffatomen gegen Methyl eine homologe Reihe hergestellt werden. Somit das folgende Homologe von Aceton - Methyl-Ethyl Ketone hat die Struktur CH 3 -CO-CH 2 -CH 3 .

Die Namen von Ketonen sowie die Namen von Aldehyden in der Genfer Nomenklatur leiten sich von den Namen von Kohlenwasserstoffen mit der gleichen Anzahl von Kohlenstoffatomen ab, wobei die Endung hinzugefügt wird en Silbe er und Hinzufügen einer Zahl, die die Position des Kohlenstoffatoms der Carbonylgruppe angibt, gezählt vom Anfang der normalen Kohlenstoffkette; so wird Aceton genannt Propanon, Diethylketon - Pentanon- 3, Methylisopropylketon - 2 -Methylbutanon usw

Aldehyde und Ketone mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen in einem Molekül sind zueinander isomer. Allgemeine Formel für die homologe Reihe gesättigter Aldehyde und Ketone: C n H2 nÖ.

Aldehydketone enthalten im Molekül die gleiche Carbonylgruppe, wodurch viele gemeinsame typische Eigenschaften entstehen. Daher gibt es viele Gemeinsamkeiten sowohl in den Gewinnungsmethoden als auch in den chemischen Reaktionen dieser beiden verwandten Stoffklassen. Das Vorhandensein eines an eine Carbonylgruppe gebundenen Wasserstoffatoms in Aldehyden verursacht eine Reihe von Unterschieden zwischen dieser Stoffklasse und Ketonen.

Beispiele:

Chemische Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen werden durch die Eigenschaften der >C=O-Carbonylgruppe bestimmt, die eine Polarität aufweist - die Elektronendichte zwischen den C- und O-Atomen ist ungleich verteilt, zum elektronegativeren O-Atom verschoben, wodurch die Carbonylgruppe eine erhöhte Reaktivität erhält , die sich in verschiedenen Dmanifestiert. In allen Fällen sind Ketone weniger reaktiv als Aldehyde, insbesondere aufgrund sterischer Hinderungen, die durch zwei organische Gruppen R erzeugt werden, ist Formaldehyd H 2 C=O am leichtesten an Reaktionen beteiligt.

1. Addition an die C=O-Doppelbindung. Bei der Wechselwirkung mit Alkoholen bilden Aldehyde Halbacetale - Verbindungen, die sowohl Alkoxy- als auch Hydroxygruppen am selben Kohlenstoffatom enthalten: >C(OH)OR. Halbacetale können dann mit einem anderen Alkoholmolekül reagieren und bilden Vollacetale – Verbindungen, bei denen ein Kohlenstoffatom gleichzeitig zwei RO-Gruppen trägt: >C (OR) 2. Die Reaktion wird durch Säuren und Basen katalysiert. Bei Ketonen ist die Addition von Alkoholen an die Doppelbindung in C=O schwierig.

In ähnlicher Weise reagieren Aldehyde und Ketone mit Blausäure HCN unter Bildung von Hydroxynitrilen – Verbindungen, die an einem Kohlenstoffatom eine OH- und eine CN-Gruppe enthalten: >C (OH) C  N. Die Reaktion ist insofern bemerkenswert, als sie es Ihnen ermöglicht, die Kohlenstoffkette zu verlängern (eine neue C-C-Bindung entsteht).

In gleicher Weise (Öffnung der C=O-Doppelbindung) reagieren Ammoniak und Amine mit Aldehyden und Ketonen, die Additionsprodukte sind instabil und kondensieren unter Wasserabspaltung und Bildung der C=N-Doppelbindung. Im Fall von Ammoniak werden Imine erhalten und aus Aminen werden die sogenannten Schiffschen Basen gebildet - Verbindungen, die das Fragment >C=NR enthalten. Das Produkt der Wechselwirkung von Formaldehyd mit Ammoniak ist etwas anders - dies ist das Ergebnis der Cyclisierung von drei Zwischenmolekülen, was zu einer Rahmenverbindung Hexamethylentetramin führt, die in der Medizin als Arzneimittel namens Hexamin verwendet wird.

2. Kondensationsreaktionen. Bei Aldehyden und Ketonen ist eine Kondensation zwischen zwei Molekülen derselben Verbindung möglich. Bei einer solchen Kondensation von Aldehyden öffnet sich die Doppelbindung eines der Moleküle, es entsteht eine Verbindung, die sowohl einen Aldehyd als auch eine OH-Gruppe enthält, ein sogenanntes Aldol (Aldehydalkohol). Die entstehende Kondensation wird jeweils als Aldol bezeichnet, diese Reaktion wird durch Basen katalysiert. Das entstehende Aldol kann weiter zu einer C=C-Doppelbindung kondensieren und Kondenswasser freisetzen. Das Ergebnis ist ein ungesättigter Aldehyd. Eine solche Kondensation nennt man Crotonsäure, nach dem Namen der ersten Verbindung in der Reihe der ungesättigten Aldehyde. Ketone können auch an der Aldolkondensation teilnehmen, und die zweite Stufe, die Crotonkondensation, ist für sie schwierig. Moleküle verschiedener Aldehyde sowie sowohl Aldehyde als auch Ketone können gemeinsam an der Aldolkondensation teilnehmen, wobei in allen Fällen die Kohlenstoffkette verlängert wird. In der letzten Stufe erhaltener Crotonaldehyd (Fig. 4A), der alle Eigenschaften von Aldehyden aufweist, kann weiter an der Aldol- und Crotonkondensation teilnehmen, wenn er mit der nächsten Portion Acetaldehyd, aus dem er erhalten wurde, in Wechselwirkung tritt. Auf diese Weise ist es möglich, die Kohlenwasserstoffkette zu verlängern und Verbindungen zu erhalten, in denen sich Einfach- und Doppelbindungen abwechseln: –CH=CH–CH=CH–.

Die Kondensation von Aldehyden und Ketonen mit Phenolen erfolgt unter Entfernung des Carbonyl-O-Atoms (in Form von Wasser) und die Methylengruppe CH 2 oder substituierte Methylengruppe (CHR oder CR2) wird zwischen zwei Phenolmoleküle eingefügt. Diese Reaktion wird am häufigsten verwendet, um Phenol-Formaldehyd-Harze zu erhalten.

3. Polymerisation Carbonylverbindungen verläuft unter Öffnung der C=O-Doppelbindung und ist vor allem für Aldehyde charakteristisch. Beim Eindampfen wässriger Lösungen von Formaldehyd im Vakuum entsteht ein Gemisch aus cyclischen Verbindungen (hauptsächlich Trioxymethylen) und linearen Produkten mit kleiner Kettenlänge n = 8–12 (Paraformen). Durch Polymerisation des Ringprodukts entsteht Polyformaldehyd, ein Polymer mit hoher Festigkeit und guten elektrischen Isoliereigenschaften, das als Konstruktionswerkstoff im Maschinen- und Instrumentenbau Verwendung findet.

4. Rückgewinnung und Oxidation. Aldehyde und Ketone sind sozusagen Zwischenverbindungen zwischen Alkoholen und Carbonsäuren: Reduktion führt zu Alkoholen, Oxidation zu Carbonsäuren. Unter Einwirkung von H 2 (in Gegenwart eines Pt- oder Ni-Katalysators) oder anderen Reduktionsmitteln, beispielsweise LiAlH 4, werden Aldehyde unter Bildung von primären Alkoholen und Ketone zu sekundären Alkoholen reduziert.

Die Oxidation von Aldehyden zu Carbonsäuren verläuft recht einfach in Gegenwart von O 2 oder unter Einwirkung schwacher Oxidationsmittel, wie einer Ammoniaklösung von Silberhydroxid. Diese spektakuläre Reaktion wird von der Bildung eines Silberspiegels auf der Innenfläche des Reaktionsgeräts (häufiger ein gewöhnliches Reagenzglas) begleitet, das zum qualitativen Nachweis der Aldehydgruppe verwendet wird. Ketone sind im Gegensatz zu Aldehyden oxidationsbeständiger, beim Erhitzen in Gegenwart starker Oxidationsmittel, zB KMnO 4 , entstehen Mischungen von Carbonsäuren, die eine (im Vergleich zum ursprünglichen Keton) verkürzte Kohlenwasserstoffkette aufweisen.

Eine weitere Bestätigung dafür, dass Aldehyde eine Zwischenstellung zwischen Alkoholen und Säuren einnehmen, ist die Reaktion, bei der aus zwei Aldehydmolekülen ein Alkohol und eine Carbonsäure entstehen, d.h. ein Aldehydmolekül wird oxidiert und das andere reduziert. In einigen Fällen reagieren die beiden resultierenden Verbindungen – Alkohol und Carbonsäure – weiter miteinander und bilden einen Ester.

Gewinnung von Aldehyden und Ketonen.

Die universellste Methode ist die Oxidation von Alkoholen, während aus primären Alkoholen Aldehyde und aus sekundären Ketone gebildet werden. Dies sind Reaktionen, die das Gegenteil von Reaktionen sind. Die Reaktion kehrt sich um, wenn Wirkreagenz (Oxidationsmittel statt Reduktionsmittel) und Katalysator gewechselt werden, bei der Oxidation von Alkoholen ist ein Kupferkatalysator wirksam.

Technisch wird Acetaldehyd durch Ethylenoxidation hergestellt, dabei entsteht in einer Zwischenstufe ein Alkohol, bei dem die OH-Gruppe „neben“ der Doppelbindung (Vinylalkohol) liegt, solche Alkohole sind instabil und isomerisieren sofort zu Carbonylverbindungen. Ein anderer Weg ist die katalytische Hydratisierung von Acetylen, die Zwischenverbindung ist Vinylalkohol. Nimmt man statt Acetylen Methylacetylen, erhält man Aceton. Ein industrielles Verfahren zur Herstellung von Aceton ist die Oxidation von Cumol. Aromatische Ketone, wie Acetophenon, werden durch die katalytische Addition einer Acetylgruppe an einen aromatischen Kern hergestellt.

Die Verwendung von Aldehyden und Ketonen.

Formaldehyd H 2 C=O (seine wässrige Lösung heißt Formalin) wird als Hautgerbstoff und als Konservierungsmittel für biologische Präparate verwendet.

Aceton (CH 3 ) 2 C=O ist ein weit verbreitetes Extraktions- und Lösungsmittel für Lacke und Emaille.

Aromatisches Keton Benzophenon (C 6 H 5) 2 C=O mit Geraniengeruch, verwendet in Parfümeriekompositionen und zur Aromatisierung von Seife.

Einige der Aldehyde wurden zuerst in der Zusammensetzung gefunden essentielle Öle Pflanzen und später künstlich synthetisiert.

Aliphatischer Aldehyd CH 3 (CH 2) 7 C (H) \u003d O (Trivialname - Pelargonaldehyd) kommt in den ätherischen Ölen von Zitruspflanzen vor, riecht nach Orange und wird als Lebensmittelaroma verwendet.

Der aromatische Aldehyd Vanillin kommt in den Früchten der tropischen Vanillepflanze vor, mittlerweile wird häufiger synthetisches Vanillin verwendet – ein bekannter Aromazusatz in Süßwaren.

VANILLE

Benzaldehyd C 6 H 5 C (H) \u003d O mit dem Geruch von Bittermandeln kommt in Mandelöl und in ätherischem Eukalyptusöl vor. Synthetischer Benzaldehyd wird in Duftessenzen für Lebensmittel und in Parfümkompositionen verwendet.

Benzophenon (C 6 H 5) 2 C=O und seine Derivate sind in der Lage, UV-Strahlen zu absorbieren, was ihre Verwendung in Cremes und Sonnenbrandlotionen bestimmt, außerdem haben einige Benzophenonderivate antimikrobielle Aktivität und werden als Konservierungsmittel verwendet. Benzophenon hat einen angenehmen Geruch nach Geranie und wird daher in Parfümkompositionen und zum Aromatisieren von Seifen verwendet.

Die Fähigkeit von Aldehyden und Ketonen, an verschiedenen Umwandlungen teilzunehmen, bestimmte ihre hauptsächliche Verwendung als Ausgangsverbindungen für die Synthese verschiedener organischer Substanzen: Alkohole, Carbonsäuren und ihre Anhydride, Arzneimittel (Urotropin), Polymerprodukte (Phenol-Formaldehyd-Harze, Polyformaldehyd), bei der Herstellung verschiedener Duftstoffe (auf Basis von Benzaldehyd) und Farbstoffen.

Quellen: Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. Anfänge der organischen Chemie.

Die erste Gruppe von Eigenschaften sind Additionsreaktionen. In der Carbonylgruppe, zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff, gibt es eine Doppelbindung, die, wie Sie sich erinnern, aus einer Sigma-Bindung und einer Pi-Bindung besteht. Neben Reaktionen werden die Pi-Bindung aufgebrochen und zwei Sigma-Bindungen gebildet, eine mit Kohlenstoff und die andere mit Sauerstoff. Kohlenstoff hat eine teilweise positive Ladung und Sauerstoff hat eine teilweise negative Ladung. Daher wird ein negativ geladenes Teilchen des Reagens, ein Anion, an Kohlenstoff gebunden, und ein positiv geladener Teil des Moleküls wird an Sauerstoff gebunden.

Zuerst Eigenschaft Hydrierung, Addition von Wasserstoff.

Die Reaktion findet beim Erhitzen statt. Es wird der Ihnen bereits bekannte Hydrierkatalysator Nickel verwendet. Primäre Alkohole werden aus Aldehyden, sekundäre Alkohole aus Ketonen gewonnen.

Bei sekundären Alkoholen ist die Hydroxogruppe an ein sekundäres Kohlenstoffatom gebunden.

Zweite Eigenschaft Hydratation, Wasserzugabe. Diese Reaktion ist nur für Formaldehyd und Acetaldehyd möglich. Ketone reagieren überhaupt nicht mit Wasser.

Alle Additionsreaktionen laufen so ab, dass Plus zu Minus und Minus zu Plus wird.

Wie Sie sich aus dem Video über Alkohole erinnern, ist das Vorhandensein von zwei Hydroxogruppen an einem Atom eine fast unmögliche Situation, solche Substanzen sind extrem instabil. So sind speziell diese beiden Fälle Formaldehydhydrat und Acetaldehyd möglich, obwohl sie nur in Lösung vorliegen.

Es ist nicht erforderlich, die Reaktionen selbst zu kennen. Höchstwahrscheinlich klingt die Frage zur Prüfung wie eine Tatsachenbehauptung, zum Beispiel reagieren sie mit Wasser und Substanzen werden aufgelistet. Unter ihrer Liste können Methanal oder Ethanal sein.

Dritte Eigenschaft Zusatz von Blausäure.

Auch hier geht Plus zu Minus und Minus zu Plus. Es werden Substanzen erhalten, die als Hydroxynitrile bezeichnet werden. Auch hier ist die Reaktion selbst nicht üblich, aber Sie müssen über diese Eigenschaft Bescheid wissen.

Vierte Eigenschaft Addition von Alkoholen.

Auch hier müssen Sie die Reaktionsgleichung nicht auswendig kennen, Sie müssen nur verstehen, dass eine solche Wechselwirkung möglich ist.

Wie bei Additionsreaktionen an eine Carbonylgruppe üblich, plus an minus und minus an plus.

Fünfte Eigenschaft Reaktion mit Natriumhydrosulfit.

Und wieder ist die Reaktion ziemlich kompliziert, es ist unwahrscheinlich, dass sie es lernt, aber dies ist eine der qualitativen Reaktionen für Aldehyde, weil das resultierende Natriumsalz ausfällt. Das heißt, Sie sollten tatsächlich wissen, dass Aldehyde mit Natriumhydrosulfit reagieren, dies reicht aus.

Damit ist die erste Gruppe von Reaktionen abgeschlossen. Die zweite Gruppe sind Polymerisations- und Polykondensationsreaktionen.

2. Polymerisation und Polykondensation von Aldehyden

Sie kennen die Polymerisation: Polyethylen-, Butadien- und Isoprenkautschuke, Polyvinylchlorid sind die Produkte der Vereinigung vieler Moleküle (Monomere) zu einer großen, zu einer einzigen Polymerkette. Das heißt, es wird ein Produkt erhalten. Bei der Polykondensation passiert das Gleiche, jedoch werden neben dem Polymer auch niedermolekulare Produkte wie Wasser erhalten. Das heißt, es gibt zwei Produkte.

So, sechste Eigenschaft Polymerisation. Ketone gehen diese Reaktionen nicht ein, lediglich die Polymerisation von Formaldehyd ist von technischer Bedeutung.

Die Pi-Bindung bricht und zwei Sigma-Bindungen werden mit benachbarten Monomeren gebildet. Es stellt sich Polyformaldehyd, auch Paraform genannt, heraus. Höchstwahrscheinlich klingt die Frage zur Prüfung so: Substanzen gehen in die Polymerisationsreaktion ein. Und es wird eine Liste von Stoffen gegeben, unter denen sich Formaldehyd befinden kann.

Die siebte Eigenschaft ist die Polykondensation. Nochmals: Bei der Polykondensation fällt neben dem Polymer auch eine niedermolekulare Verbindung an, beispielsweise Wasser. Formaldehyd geht eine solche Reaktion mit Phenol ein. Der Übersichtlichkeit halber schreiben wir die Gleichung zunächst mit zwei Phenolmolekülen.

Dadurch wird ein solches Dimer erhalten und ein Wassermolekül abgespalten. Jetzt schreiben wir die Reaktionsgleichung in allgemeiner Form.

Das Polykondensationsprodukt ist Phenol-Formaldehyd-Harz. Es hat ein breites Anwendungsspektrum, das von Klebstoffen und Lacken bis hin zu Kunststoffen und Spanplattenkomponenten reicht.

Nun die dritte Eigenschaftsgruppe Oxidationsreaktionen.

3. Oxidation von Aldehyden und Ketonen

Achte die Reaktion in der allgemeinen Liste ist eine qualitative Reaktion zur Aldehydgruppenoxidation mit einer Ammoniaklösung von Silberoxid. Silberspiegelreaktion. Ich werde gleich sagen, dass Ketone an dieser Reaktion nicht teilnehmen, nur Aldehyde.

Die Aldehydgruppe wird zu einer sauren Carboxylgruppe oxidiert, aber in Gegenwart von Ammoniak, das eine Base ist, findet sofort eine Neutralisationsreaktion statt und ein Salz, Ammoniumacetat, wird erhalten. Das Silber fällt aus, beschichtet die Innenseite des Röhrchens und erzeugt eine spiegelähnliche Oberfläche. Diese Reaktion tritt die ganze Zeit während der Prüfung auf.

Übrigens ist die gleiche Reaktion qualitativ für andere Substanzen, die eine Aldehydgruppe haben, zum Beispiel Ameisensäure und ihre Salze sowie Glucose.

neunte die Reaktion ist auch qualitativ für die Aldehydgruppenoxidation mit frisch gefälltem Kupferhydroxid zwei. Auch hier bemerke ich, dass Ketone diese Reaktion nicht eingehen.

Visuell wird zunächst die Bildung eines gelben Niederschlags beobachtet, der sich dann rot verfärbt. In manchen Lehrbüchern gibt es Angaben, dass Kupferhydroxid zunächst alleine gebildet wird, was hat gelb, das dann allein in rotes Kupferoxid und Wasser zerfällt. Das stimmt also nach den neuesten Daten nicht, im Prozess der Ausfällung ändert sich die Größe der Kupferoxidpartikel, die schließlich Größen erreichen, die genau in Rot gemalt sind. Der Aldehyd wird zur entsprechenden Carbonsäure oxidiert. Die Reaktion tritt bei der Prüfung sehr häufig auf.

Die zehnte Reaktion ist die Oxidation von Aldehyden mit einer angesäuerten Lösung von Kaliumpermanganat beim Erhitzen.

Es kommt zu einer Verfärbung der Lösung. Die Aldehydgruppe wird zu einer Carboxylgruppe oxidiert, dh der Aldehyd wird zur entsprechenden Säure oxidiert. Für Ketone hat diese Reaktion keine praktische Bedeutung, da die Zerstörung des Moleküls eintritt und ein Produktgemisch entsteht.

Es ist wichtig zu beachten, dass Ameisenaldehyd, Formaldehyd, zu Kohlendioxid oxidiert, da die entsprechende Ameisensäure selbst nicht beständig gegen starke Oxidationsmittel ist.

Als Ergebnis geht Kohlenstoff von der Oxidationsstufe 0 in die Oxidationsstufe +4 über. Ich möchte Sie daran erinnern, dass Methanol unter solchen Bedingungen in der Regel maximal zu CO 2 oxidiert wird, wobei sowohl die Aldehyd- als auch die Säurestufe übersprungen wird. Diese Funktion muss beachtet werden.

Elfte Reaktionsverbrennung, vollständige Oxidation. Sowohl Aldehyde als auch Ketone verbrennen zu Kohlendioxid und Wasser.

Schreiben wir die Reaktionsgleichung in allgemeiner Form auf.

Nach dem Massenerhaltungssatz sollten links so viele Atome sein wie rechts Atome. Denn tatsächlich chemische Reaktionen Atome gehen nirgendwohin, aber die Reihenfolge der Bindungen zwischen ihnen ändert sich einfach. Es gibt also so viele Kohlendioxidmoleküle wie Kohlenstoffatome in einem Molekül einer Carbonylverbindung, da das Molekül ein Kohlenstoffatom enthält. Das sind n CO 2 -Moleküle. Es werden halb so viele Wassermoleküle wie Wasserstoffatome vorhanden sein, also 2n / 2, also nur n.

Links und rechts befinden sich gleich viele Sauerstoffatome. Auf der rechten Seite gibt es 2n davon aus Kohlendioxid, weil jedes Molekül zwei Sauerstoffatome plus n Wasser hat, also insgesamt 3n. Auf der linken Seite befindet sich die gleiche Anzahl von Sauerstoffatomen 3n, aber eines der Atome befindet sich im Aldehydmolekül, was bedeutet, dass es von der Gesamtzahl abgezogen werden muss, um die Anzahl der Atome pro molekularem Sauerstoff zu erhalten. Es stellt sich heraus, dass 3n-1 Atome molekularen Sauerstoff enthalten, was bedeutet, dass es zweimal weniger Moleküle gibt, weil ein Molekül 2 Atome enthält. Das sind (3n-1)/2 Sauerstoffmoleküle.

Damit haben wir die Gleichung für die Verbrennung von Carbonylverbindungen in allgemeiner Form zusammengestellt.

Und endlich, Zwölftel Eigenschaft im Zusammenhang mit Substitutionsreaktionen Halogenierung am alpha-Kohlenstoffatom. Wenden wir uns noch einmal der Struktur des Aldehydmoleküls zu. Sauerstoff zieht Elektronendichte auf sich selbst und erzeugt eine teilweise positive Ladung auf Kohlenstoff. Die Methylgruppe versucht, diese positive Ladung zu kompensieren, indem sie entlang einer Kette von Sigma-Bindungen Elektronen vom Wasserstoff zu ihr verschiebt. Die Kohlenstoff-Wasserstoff-Bindung wird polarer und der Wasserstoff bricht leichter ab, wenn er mit einem Reagenz angegriffen wird. Dieser Effekt wird unabhängig von der Länge des Kohlenwasserstoffrests nur für das alpha-Kohlenstoffatom beobachtet, dh das Atom, das der Aldehydgruppe folgt.

So kann beispielsweise 2-Chloracetaldehyd erhalten werden. Eine weitere Substitution von Wasserstoffatomen zu Trichlorethan ist möglich.

Aldehyde- organische Substanzen, deren Moleküle eine Carbonylgruppe enthalten C=O, verbunden mit einem Wasserstoffatom und einem Kohlenwasserstoffrest.
Die allgemeine Formel für Aldehyde lautet:

Im einfachsten Aldehyd, Formaldehyd, übernimmt ein weiteres Wasserstoffatom die Rolle des Kohlenwasserstoffradikals:

Die an das Wasserstoffatom gebundene Carbonylgruppe wird oft als bezeichnet Aldehyd:

Ketone- organische Substanzen, in deren Molekülen die Carbonylgruppe an zwei Kohlenwasserstoffreste gebunden ist. Offensichtlich lautet die allgemeine Formel für Ketone:

Die Carbonylgruppe der Ketone wird genannt Keto-Gruppe.
Im einfachsten Keton, Aceton, ist die Carbonylgruppe an zwei Methylreste gebunden:

Nomenklatur und Isomerie von Aldehyden und Ketonen

Je nach Struktur des mit der Aldehydgruppe assoziierten Kohlenwasserstoffrestes werden limitierende, ungesättigte, aromatische, heterocyclische und andere Aldehyde unterschieden:

Gemäß der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen gesättigter Aldehyde aus dem Namen eines Alkans mit der gleichen Anzahl an Kohlenstoffatomen im Molekül unter Verwendung des Suffix gebildet -al. Zum Beispiel:

Die Nummerierung der Kohlenstoffatome der Hauptkette beginnt mit dem Kohlenstoffatom der Aldehydgruppe. Daher befindet sich die Aldehydgruppe immer am ersten Kohlenstoffatom, und es ist nicht erforderlich, ihre Position anzugeben.

Neben der systematischen Nomenklatur werden auch Trivialnamen weit verbreiteter Aldehyde verwendet. Diese Namen leiten sich üblicherweise von den Namen von Carbonsäuren ab, die Aldehyden entsprechen.

Für den Namen von Ketonen gemäß der systematischen Nomenklatur wird die Ketogruppe durch das Suffix bezeichnet -er und eine Zahl, die die Nummer des Kohlenstoffatoms der Carbonylgruppe angibt (die Nummerierung sollte am Ende der Kette beginnen, die der Ketogruppe am nächsten liegt). Zum Beispiel:

Für Aldehyde ist nur eine Art von Strukturisomerie charakteristisch - die Isomerie des Kohlenstoffgerüstes, die von Butanal möglich ist, und für Ketone auch die Isomerie der Position der Carbonylgruppe. Darüber hinaus sind sie auch durch Interklassenisomerie (Propanal und Propanon) gekennzeichnet.

Physikalische Eigenschaften von Aldehyden

In einem Aldehyd- oder Ketonmolekül entsteht aufgrund der größeren Elektronegativität des Sauerstoffatoms im Vergleich zum Kohlenstoffatom die Bindung C=O stark polarisiert durch Elektronendichteverschiebung π -Bindungen an Sauerstoff:

Aldehyde und Ketone sind polare Substanzen mit überschüssiger Elektronendichte am Sauerstoffatom. Die unteren Glieder der Reihe der Aldehyde und Ketone (Formaldehyd, Acetaldehyd, Aceton) sind unbegrenzt wasserlöslich. Ihre Siedepunkte sind niedriger als die der entsprechenden Alkohole. Dies liegt daran, dass in den Molekülen von Aldehyden und Ketonen im Gegensatz zu Alkoholen keine beweglichen Wasserstoffatome vorhanden sind und sie keine Assoziate aufgrund von Wasserstoffbrücken bilden. Niedere Aldehyde haben einen stechenden Geruch; Aldehyde mit 4 bis 6 Kohlenstoffatomen in der Kette haben einen unangenehmen Geruch; Höhere Aldehyde und Ketone haben blumige Gerüche und werden in der Parfümerie verwendet .

Chemische Eigenschaften von Aldehyden und Ketonen

Das Vorhandensein einer Aldehydgruppe in einem Molekül bestimmt die charakteristischen Eigenschaften von Aldehyden.

1. Erholungsreaktionen.

Die Anlagerung von Wasserstoff an Aldehydmoleküle erfolgt über eine Doppelbindung in der Carbonylgruppe. Das Produkt der Hydrierung von Aldehyden sind primäre Alkohole, Ketone sind sekundäre Alkohole. Wenn also Acetaldehyd auf einem Nickelkatalysator hydriert wird, wird Ethylalkohol gebildet, und wenn Aceton hydriert wird, wird Propanol-2 gebildet.

Hydrierung von Aldehyden- Reduktionsreaktion, bei der der Oxidationsgrad des in der Carbonylgruppe enthaltenen Kohlenstoffatoms abnimmt.

2. Oxidationsreaktionen. Aldehyde können sich nicht nur erholen, sondern auch oxidieren. Bei der Oxidation bilden Aldehyde Carbonsäuren.

Luftsauerstoffoxidation. Beispielsweise entsteht aus Propionaldehyd (Propanal) Propionsäure:

Oxidation mit schwachen Oxidationsmitteln(Ammoniaklösung von Silberoxid).

Wurde die Oberfläche des Gefäßes, in dem die Reaktion durchgeführt wird, zuvor entfettet, so bedeckt das bei der Reaktion gebildete Silber diese mit einem dünnen, gleichmäßigen Film. Es stellt sich ein wunderbarer silberner Spiegel heraus. Daher wird diese Reaktion als "Silberspiegel"-Reaktion bezeichnet. Es wird häufig zur Herstellung von Spiegeln, Versilberungsdekorationen und Weihnachtsdekorationen verwendet.

3. Polymerisationsreaktion:

n CH 2 \u003d O → (-CH 2 -O-) n Paraformen n \u003d 8-12

Gewinnung von Aldehyden und Ketonen

Die Verwendung von Aldehyden und Ketonen

Formaldehyd(Methanal, Ameisenaldehyd) H 2 C=O:
a) um Phenol-Formaldehyd-Harze zu erhalten;
b) Gewinnung von Harnstoff-Formaldehyd (Harnstoff)-Harzen;
c) Polyoxymethylenpolymere;
d) Synthese Medikamente(Urotropin);
e) Desinfektionsmittel;
f) Konservierungsmittel biologischer Präparate (aufgrund der Fähigkeit, das Protein zu falten).

Essigaldehyd(Ethanal, Acetaldehyd) CH 3 CH \u003d O:
a) Herstellung von Essigsäure;
b) organische Synthese.

Aceton CH3-CO-CH3:
a) Lösungsmittel für Lacke, Farben, Celluloseacetate;
b) Rohstoffe für die Synthese verschiedener organischer Substanzen.

Die allgemeine Formel von Ketonen: R 1 -CO-R 2.

Nach der IUPAC-Nomenklatur werden die Namen von Ketonen durch Anhängen des Suffixes „he“ an den Namen der entsprechenden Kohlenwasserstoffe oder des Wortes „Keton“ an den Namen der mit der C=O-Ketogruppe assoziierten Reste gebildet; wenn vorhanden Seniorengruppe die Ketogruppe wird durch das Präfix "oxo" bezeichnet. Beispielsweise werden Verbindungen CH 3 -CH 2 -CO-CH 2 -CH 2 -CH 3 3-Hexanon oder Ethylpropylketon genannt, Verbindungen CH 3 -CO-CH 2 -CH 2 -COOH - 4-Oxopentansäure. Einige Ketone haben triviale Namen.

Unter anderen Carbonylverbindungen unterscheidet das Vorhandensein von genau zwei Kohlenstoffatomen in Ketonen, die direkt an die Carbonylgruppe gebunden sind, sie von Carbonsäuren und ihren Derivaten sowie Aldehyden.

Eine besondere Klasse von cyclisch ungesättigten Diketonen sind Chinone.

Physikalische Eigenschaften

Die einfachsten Ketone sind farblose, flüchtige Flüssigkeiten, die sich in Wasser auflösen. Ketone haben einen angenehmen Geruch. Höhere Ketone sind feste, niedrig schmelzende Substanzen. Es gibt keine gasförmigen Ketone, da das einfachste von ihnen (Aceton) bereits eine Flüssigkeit ist. Viele Chemische Eigenschaften, charakteristisch für Aldehyde, manifestieren sich auch in Ketonen.

Keto-Enol-Tautomerie

Tautomerie ist eine Art von Isomerie, bei der es zu einer schnellen spontanen reversiblen Umwandlung von Strukturisomeren - Tautomeren - kommt. Der Prozess der gegenseitigen Umwandlung von Tautomeren wird als Tautomerisierung bezeichnet.

Ketone mit mindestens einem α-Wasserstoffatom unterliegen einer Keto-Enol-Tautomerisierung.

Für Oxoverbindungen mit einem Wasserstoffatom in α-Stellung zur Carbonylgruppe besteht ein Gleichgewicht zwischen den tautomeren Formen. Für die überwiegende Mehrheit der Oxoverbindungen ist dieses Gleichgewicht in Richtung der Ketoform verschoben. Der Prozess des Übergangs von der Ketoform zur Enolform wird als Enolisierung bezeichnet. Dies ist die Grundlage für die Fähigkeit solcher Ketone, als C- oder O-Nucleophile zu reagieren. Die Konzentration der Enolform hängt von der Struktur der Ketone ab und beträgt (in %): 0,0025 (Aceton), 2 (Cyclohexanon), 80 (Acetylaceton). Die Enolisierungsgeschwindigkeit nimmt in Gegenwart von Säuren und Basen zu.

Chemische Eigenschaften

Je nach Oxidationsgrad nehmen Ketone wie Aldehyde eine Zwischenstellung zwischen Alkoholen und Säuren ein, die ihre chemischen Eigenschaften maßgeblich bestimmt.
1. Ketone werden mit Metallhydriden, zB LiAlH 4 oder NaBH 4 , Wasserstoff (Kat. Ni, Pd), Isopropanol in Gegenwart von Al-Alkoholat zu sekundären Alkoholen reduziert (Meerwein-Ponndorf-Werley-Reaktion).

R2CO + 2H → R2CH(OH)

2. Bei der Reduktion von Ketonen mit Natrium oder elektrochemisch (kathodische Reduktion) entstehen Pinacones.

2R 2 CO + 2H → R 2 CH(OH)-CR 2 (OH)

3. Wenn Ketone mit amalgamiertem Zn und konzentrierter HCl (Clemmensen-Reaktion) oder mit Hydrazin in alkalischem Medium (Kizhner-Wolff-Reaktion) wechselwirken, wird die C=O-Gruppe zu CH 2 reduziert.

4. Oxidation von Ketonen

Im Gegensatz zu Aldehyden sind viele Ketone während der Lagerung gegenüber Sauerstoff stabil. Ketone mit einer α-Methylengruppe werden beispielsweise mit energischeren Oxidationsmitteln durch SeO 2 zu 1,2-Diketonen oxidiert. KMnO 4 - zu einer Mischung von Carbonsäuren. Cyclische Ketone unterliegen bei Wechselwirkung mit HNO 3 oder KMnO 4 einer oxidativen Ringspaltung, beispielsweise entsteht aus Cyclohexanon Adipinsäure. Lineare Ketone werden durch Persäuren zu Estern, zyklische zu Lactonen oxidiert (Bayer-Villiger-Reaktion).

Wenn beispielsweise ein Chromgemisch (ein Gemisch aus konzentrierter Schwefelsäure und einer gesättigten Kaliumdichromatlösung) als Oxidationsmittel verwendet wird, wird es erhitzt. Die Oxidation von Ketonen geht immer mit dem Aufbrechen von Kohlenstoff-Kohlenstoff-Bindungen einher, wodurch je nach Struktur des Ausgangsketons ein Gemisch aus Säuren und Ketonen mit einer geringeren Anzahl an Kohlenstoffatomen entsteht. Die Oxidation verläuft nach dem Schema:

Zunächst wird Kohlenstoff in α-Stellung zur Carbonylgruppe in der Regel am wenigsten hydriert. Wenn das Keton ein Methylketon ist, dann ist eines seiner Oxidationsprodukte eines Kohlendioxid. Die Bindung zwischen benachbarten Carbonylkohlenstoffen bricht leicht, was zu Folgendem führt:

Die Oxidation von Ketonen zu Carbonsäuren kann nicht ohne Spaltung des Kohlenstoffgerüsts erfolgen und erfordert strengere Bedingungen als die Oxidation von Aldehyden. A. N. Popov, der die Oxidation von Ketonen untersuchte, zeigte, dass alle vier möglichen Carbonsäuren während der Oxidation aus einem asymmetrisch aufgebauten Keton gebildet werden können (Popov-Regel):

Enthält das Keton ein tertiäres Kohlenstoffatom in α-Stellung, so entstehen durch Oxidation drei Carbonsäuren und ein neues Keton, das je nach Bedingungen weiter oxidiert werden kann oder unverändert bleibt:

5. Aldol- und Cretonkondensationen

Ketone bilden bei der Halogenierung durch die Wirkung von Br 2 , N-Bromsuccinimid, SO 2 Cl 2 , bei der Thiylierung mit Disulfiden Substitutionsprodukte von α-H-Atomen. Bei der Alkylierung und Acylierung von Ketonenolaten entstehen entweder Produkte der Substitution von α-H-Atomen in Ketonen oder O-Derivate von Enolen. Aldol- und Cretonkondensationen sind von großer Bedeutung in der organischen Synthese, zum Beispiel:

Bei der Kondensation mit Aldehyden reagieren Ketone hauptsächlich als CH-Säuren, beispielsweise werden aus Ketonen und CH 2 O in Gegenwart einer Base α,β-ungesättigte Ketone erhalten:

RCOCH 3 + CH 2 O → RCOCH \u003d CH 2 + H 2 O

Aufgrund der Polarität der Carbonylgruppe

Ketone können beispielsweise bei Kondensation mit Derivaten von Carbonsäuren als C-Elektrophile reagieren (Stobbe-Kondensation, Darzan-Reaktion etc.):

(CH 3) 2 CO + (C 2 H 5 OOCCH 2) 2 + (CH 3) 3 COK → (CH 3) 2 \u003d C (COOC 2 H 5)CH 2 COOK + C 2 H 5 OH + (CH 3) 3COH

α,β-ungesättigte Ketone werden besonders leicht nukleophil angegriffen, hier wird aber die Doppelbindung angegriffen (Michael-Reaktion), z. B.:

6. Wechselwirkung mit Yliden

Bei der Wechselwirkung mit Yliden P (Alkylidenphosphorane) tauschen Ketone das O-Atom gegen eine Alkylidengruppe aus (Wittig-Reaktion):

R 2 C=O + Ph 3 P=CHR" → R 2 C=CHR" + Ph 3 PO

7. Mit Cyclopentadien bilden Ketone Fulvene, zum Beispiel:

8. Wenn Ketone mit Hydroxylamin kondensiert werden, werden Ketoxime R 2 C = NOH erhalten, mit Hydrazin - Hydrazone R 2 C = N-NH 2 und Azine R 2 C = N-N = CR 2, mit primären Aminen - Schiffsche Basen R 2 C = NR " , mit sekundären Aminen - Enaminen.

9. Bindung an die Carbonylgruppe

Ketone sind in der Lage, Wasser, Alkohole, Na-Bisulfit, Amine und andere Nucleophile an die Carbonylgruppe zu addieren, allerdings verlaufen diese Reaktionen nicht so leicht wie bei Aldehyden.

Da in Alkohollösungen das Gleichgewicht zwischen einem Keton und seinem Halbketal stark nach links verschoben ist, ist es schwierig, Ketale aus Ketonen und Alkoholen zu erhalten:

RCOR" + R"OH ↔ RR"C(OH)OR"

Dazu wird die Umsetzung von Ketonen mit Estern der Orthoameisensäure genutzt. Ketone wechselwirken mit C-Nucleophilen, beispielsweise mit Lithium-, Zink- oder Magnesiumverbindungen, sowie mit Acetylenen in Gegenwart von Basen (Favorsky-Reaktion), wobei tertiäre Alkohole entstehen:

In Gegenwart von Basen wird HCN an Ketone addiert, wodurch α-Hydroxynitrile (Cyanhydrine) erhalten werden:

R 2 C \u003d O + HCN → R 2 C (OH) CN

Durch Säuren katalysiert reagieren Ketone als C-Elektrophile mit Aromaten, z. B.:

Homolytische Addition von Ketonen an Olefine führt zu α-Alkyl-substituierten Ketonen, Photocycloaddition zu Oxetanen, zum Beispiel:

Ketone bekommen

1. Oxidation von Alkoholen

Ketone können durch Oxidation sekundärer Alkohole erhalten werden. Das für diesen Zweck üblicherweise in Laboratorien verwendete Oxidationsmittel ist Chromsäure, die am häufigsten in Form einer "Chrommischung" (einer Mischung aus Kalium- oder Natriumbichromat mit Schwefelsäure) verwendet wird. Manchmal werden auch Permanganate verschiedener Metalle oder Manganperoxid und Schwefelsäure verwendet.

2. Dehydrierung (Dehydrierung) von sekundären Alkoholen

Wenn Alkoholdampf durch erhitzte Rohre mit fein zerkleinertem, wasserstoffreduziertem metallischem Kupfer geleitet wird, zerfallen sekundäre Alkohole in Keton und Wasserstoff. Etwas schlechter verläuft diese Reaktion in Gegenwart von Nickel, Eisen oder Zink.

3. Aus monobasischen Carbonsäuren

Ketone können durch Trockendestillation von Calcium- und Bariumsalzen einbasiger Säuren erhalten werden. Für alle Säuren außer Ameisensäure verläuft die Reaktion wie folgt:

Häufiger werden nicht die Säuren selbst wiederhergestellt, sondern ihre Derivate, beispielsweise Säurechloride:

CH 3 -CO-Cl + 2H → CH 3 -CHO + HCl

d.h. es entsteht ein Keton mit zwei identischen Resten und Calciumcarbonat.

Nehmen wir eine Mischung aus Salzen zweier Säuren bzw gemischtes Salz, dann tritt neben der vorherigen Reaktion auch eine Reaktion zwischen Molekülen verschiedener Salze auf:

Anstelle der Trockendestillation fertiger Salze wird auch ein Kontaktverfahren verwendet, die sogenannte Säureketonisierungsreaktion, die darin besteht, Säuredämpfe bei erhöhter Temperatur über Katalysatoren zu leiten, die als Calcium- oder Bariumcarbonate, Manganoxid, Thoriumoxid, Aluminiumoxid usw. .

Hier bilden sich zunächst Salze organischer Säuren, die sich dann zersetzen und regenerierende Substanzen als Katalysatoren bilden. Im Ergebnis läuft die Reaktion beispielsweise für Essigsäure nach folgender Reaktionsgleichung ab:

2CH 3 -COOH → CH 3 -CO-CH 3 + H 2 O + CO 2

4. Einwirkung von Wasser auf Dihalogenide

Ketone können durch Umsetzung von Dihalogenverbindungen mit Wasser erhalten werden, die beide Halogenatome am gleichen Kohlenstoffatom enthalten. In diesem Fall würde man den Austausch von Halogenatomen gegen Hydroxylgruppen und die Herstellung von zweiwertigen Alkoholen erwarten, bei denen sich beide Hydroxylgruppen am selben Kohlenstoffatom befinden, zum Beispiel:

Aber solche zweiwertigen Alkohole gibt es unter normalen Bedingungen nicht, sie spalten ein Wassermolekül ab und bilden Ketone:

5. Einwirkung von Wasser auf acetylenische Kohlenwasserstoffe (Kucherov-Reaktion)

Wenn Wasser in Gegenwart von Quecksilberoxidsalzen auf Acetylenhomologe einwirkt, werden Ketone erhalten:

CH 3 -C≡CH + H 2 O → CH 3 -CO-CH 3

6. Gewinnung mit Hilfe von Magnesium und zinkorganischen Verbindungen

Wenn Carbonsäurederivate mit einigen metallorganischen Verbindungen interagieren, verläuft die Addition eines Moleküls einer metallorganischen Verbindung an eine Carbonylgruppe nach folgendem Schema:

Werden die entstehenden Verbindungen durch Wasser angegriffen, reagieren sie damit zu Ketonen:

Unter Einwirkung von zwei Molekülen einer Organomagnesiumverbindung auf ein Säureamid und dann Wasser werden Ketone ohne Bildung von tertiären Alkoholen erhalten:

7. Wirkung von Organocadmiumverbindungen auf Säurechloride

Organocadmiumverbindungen interagieren mit Säurechloriden anders als Magnesium- oder Organozinkverbindungen:

R-CO-Cl + C 2 H 5 CdBr → R-CO-C 2 H 5 + CdClBr

Da Organocadmiumverbindungen nicht mit Ketonen reagieren, können hier keine tertiären Alkohole erhalten werden.

Die Verwendung von Ketonen

In der Industrie werden Ketone als Lösungsmittel, Arzneimittel und zur Herstellung verschiedener Polymere verwendet. Die wichtigsten Ketone sind Aceton, Methylethylketon und Cyclohexanon.

Physiologische Wirkung

Giftig. Sie wirken reizend und lokal, dringen in die Haut ein, besonders gut ungesättigte aliphatische. Einige Stoffe wirken krebserzeugend und erbgutverändernd. Halogenderivate von Ketonen verursachen bei Hautkontakt starke Reizungen der Schleimhäute und Verätzungen. Alicyclische Ketone sind narkotisch.

Ketone spielen eine wichtige Rolle im Stoffstoffwechsel lebender Organismen. Somit ist Ubichinon an den Redoxreaktionen der Gewebeatmung beteiligt. Verbindungen, die eine Ketongruppe enthalten, umfassen einige wichtige Monosaccharide (Fructose usw.), Terpene (Menthon, Carvon), Bestandteile ätherischer Öle (Kampfer, Jasmon), natürliche Farbstoffe (Indigo, Alizarin, Flavone), Steroidhormone (Cortison, Progesteron) , Moschus (Muscone), Antibiotikum Tetracyclin.

Bei der Photosynthese ist 1,5-Diphosphat-D-Erythropentulose (phosphorylierte Ketopentose) ein Katalysator. Acetessigsäure ist ein Zwischenprodukt im Krebbs-Zyklus.

Das Vorhandensein von Ketonen im menschlichen Urin und Blut weist auf Hypoglykämie, verschiedene Stoffwechselstörungen oder Ketoazidose hin.