המבנה של אלדהידים וקטונים

אלדהידים- חומרים אורגניים שהמולקולות שלהם מכילות קבוצת קרבוניל:

קשור לאטום מימן ולרדיקל פחמימני. הנוסחה הכללית של אלדהידים היא:

באלדהיד הפשוט ביותר, תפקידו של רדיקל הפחמימנים ממלא אטום מימן אחר:

פורמלדהיד

קבוצת הקרבוניל המחוברת לאטום המימן מכונה לעתים קרובות אלדהיד:

קטונים הם חומרים אורגניים שבמולקולות שלהם קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים פחמימניים. ברור שהנוסחה הכללית של קטונים היא:

קבוצת הקרבוניל של הקטונים נקראת קבוצת קטו.

בקטון הפשוט ביותר, אצטון, קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים מתיל:

מינוח ואיזומריות של אלדהידים וקטונים

בהתאם למבנה הרדיקל הפחמימני הקשור לקבוצת האלדהיד, ישנם אלדהידים רוויים, בלתי רוויים, ארומטיים, הטרוציקליים ואחרים:

בהתאם למינוח IUPAC, השמות של אלדהידים רוויים נוצרים משמו של אלקן בעל אותו מספר של אטומי פחמן מהמולקולה באמצעות הסיומת -אל. לדוגמה:

סִפְרוּראטומי הפחמן של השרשרת הראשית מתחילים מאטום הפחמן של קבוצת האלדהיד. לכן, קבוצת האלדהיד ממוקמת תמיד באטום הפחמן הראשון, ואין צורך לציין את מיקומה.

יחד עם המינוח השיטתי, נעשה שימוש גם בשמות טריוויאליים של אלדהידים בשימוש נרחב. שמות אלו נגזרים בדרך כלל משמות של חומצות קרבוקסיליות המקבילות לאלדהידים.

בשביל הכותרת קטוניםלפי המינוח השיטתי, קבוצת הקטו מסומנת בסיומת -הואומספר המציין את מספר אטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל (המספור צריך להתחיל מקצה השרשרת הקרוב ביותר לקבוצת הקטו).

לדוגמה:

ל אלדהידיםרק סוג אחד של איזומריזם מבני אופייני - איזומריזם של שלד הפחמן, מה שאפשר עם בוטנאל, ועבור קטונים- גם איזומריזם של עמדת קרבוניל. בנוסף, הם גם מאופיינים איזומריזם בין-מעמדי(פרופנל ופרופאנון).

תכונות פיזיקליות של אלדהידים וקטונים

במולקולת אלדהיד או קטון, עקב האלקטרושליליות הגדולה יותר של אטום החמצן בהשוואה לאטום הפחמן, הקשר C=O מקוטב מאודעקב הסטת צפיפות האלקטרונים של הקשר π לחמצן:

אלדהידים וקטונים חומרים קוטביים עם עודף צפיפות אלקטרונים על אטום החמצן. האיברים התחתונים בסדרת האלדהידים והקטונים (פורמלדהיד, אצטלדהיד, אצטון) מסיסים במים באופן אינסופי. נקודות הרתיחה שלהם נמוכות מאלו של האלכוהולים המקבילים. זאת בשל העובדה שבמולקולות של אלדהידים וקטונים, בניגוד לאלכוהול, אין אטומי מימן ניידים והם אינם יוצרים שותפים עקב קשרי מימן.

לאלדהידים תחתונים יש ריח חריף; לאלדהידים המכילים בין ארבעה לשישה אטומי פחמן בשרשרת יש ריח לא נעים; לאלדהידים וקטונים גבוהים יותר יש ריחות פרחוניים והם משמשים בבשמים.

הנוכחות של קבוצת אלדהידים במולקולה קובעת את התכונות האופייניות של אלדהידים.

תגובות החלמה.

1. תוספת מימןלמולקולות אלדהיד מתרחשת בקשר הכפול בקבוצת הקרבוניל:

התוצר של הידרוגנציה של אלדהידים הם אלכוהולים ראשוניים, קטונים הם אלכוהולים משניים.

אז, כאשר אצטלדהיד מוחדר על זרז ניקל, נוצר אלכוהול אתילי, וכאשר אצטון מוחדר, נוצר פרופנול-2.

2. הידרוגנציה של אלדהידים- תגובת הפחתה, בה יורדת מידת החמצון של אטום הפחמן הכלול בקבוצת הקרבוניל.

תגובות חמצון.

אלדהידים ניתן לא רק להפחית, אלא גם לחמצן. כאשר מתחמצנים, אלדהידים יוצרים חומצות קרבוקסיליות. באופן סכמטי, תהליך זה יכול להיות מיוצג באופן הבא:

1. חמצון על ידי חמצן אטמוספרי.לדוגמה, חומצה פרופיונית נוצרת מפרופונלדהיד (פרופנל):

2. חמצון עם חומרי חמצון חלשים(תמיסת אמוניה של תחמוצת כסף). בצורה פשוטה, תהליך זה יכול לבוא לידי ביטוי באמצעות משוואת התגובה:

לדוגמה:

ליתר דיוק, תהליך זה בא לידי ביטוי במשוואות:

אם פני השטח של הכלי שבו מתבצעת התגובה הוסרו בעבר, אז הכסף שנוצר במהלך התגובה מכסה אותו בסרט דק אפילו. לכן, תגובה זו נקראת תגובת "מראה הכסף". הוא נמצא בשימוש נרחב לייצור מראות, קישוטי כסף וקישוטי חג המולד.

3. חמצון עם הידרוקסיד של נחושת (II) שזרע טרי.מחמצן את האלדהיד, Cu 2+ מופחת ל-Cu+. הידרוקסיד הנחושת (I) CuOH שנוצר במהלך התגובה מתפרק מיד לתחמוצת נחושת אדומה (I) ומים.

התגובה הזו, כמו התגובה מראה כסף", משמש לזיהוי אלדהידים.

קטונים אינם מתחמצנים לא על ידי חמצן אטמוספרי או על ידי חומר חמצון חלש כמו תמיסת אמוניה של תחמוצת כסף.

תכונות כימיות של אלדהידים וחומצות - מופשט

נציגים בודדים של אלדהידים ומשמעותם

פורמלדהיד(מתנאל, אלדהיד פורמי HCHO) הוא גז חסר צבע עם ריח חריף ונקודת רתיחה של -21 מעלות צלזיוס, נתמוסס בקלות במים. פורמלדהיד הוא רעיל! תמיסה של פורמלדהיד במים (40%) נקראת פורמלין ומשמשת לחיטוי פורמלדהיד ואצטי. בחקלאות משתמשים בפורמלין להלבשת זרעים, בתעשיית העור - לעיבוד עור. פורמלדהיד משמש לייצור אורוטרופין- חומר רפואי. לפעמים דחוס בצורה של לבנים, urotropin משמש כדלק (אלכוהול יבש). כמות גדולה של פורמלדהיד נצרכת בייצור שרפי פנול-פורמלדהיד וכמה חומרים אחרים.

אלדהיד אציטי(אתנל, אצטלדהיד CH 3 CHO) - נוזל בעל ריח חד, לא נעים ונקודת רתיחה של 21 מעלות צלזיוס, נתמוסס היטב במים. חומצה אצטית ועוד מספר חומרים מתקבלים מאצטאלדהיד בקנה מידה תעשייתי, הוא משמש לייצור פלסטיק וסיבי אצטט שונים. אלדהיד אצטי הוא רעיל!

קבוצה של אטומים -

שקוראים לו קבוצת קרבוקסיל, או קרבוקסיל.

חומצות אורגניות המכילות קבוצת קרבוקסיל אחת במולקולה הן מונו-בסיסי.

הנוסחה הכללית לחומצות אלו היא RCOOH, למשל:

חומצות קרבוקסיליות המכילות שתי קבוצות קרבוקסיל נקראות די-בסיסי. אלה כוללים, למשל, חומצות אוקסליות וסוקסיניות:

יש גם polybasicחומצות קרבוקסיליות המכילות יותר משתי קבוצות קרבוקסיל. אלה כוללים, למשל, חומצת לימון טרי-בסיסית:

בהתאם לאופי הרדיקל הפחמימני, חומצות קרבוקסיליות מחולקות ל שולי, בלתי רווי, ארומטי.

מגבילחומצות קרבוקסיליות רוויות הן, למשל, חומצה פרופנואית (פרופיונית):

או כבר מוכר לנו חומצה סוקסינית.

ברור שחומצות קרבוקסיליות רוויות אינן מכילות קשרי π ברדיקל הפחמימני.

במולקולות של חומצות קרבוקסיליות בלתי רוויות, קבוצת הקרבוקסיל קשורה לרדיקל פחמימני בלתי רווי ובלתי רווי, למשל במולקולות אקריליות (פרופן).

CH 2 \u003d CH-COOH

או אולאית

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

וחומצות אחרות.

כפי שניתן לראות מהנוסחה של חומצה בנזואית, זה כן אֲרוֹמָתִי, מכיוון שהוא מכיל טבעת ארומטית (בנזן) במולקולה:

שמה של חומצה קרבוקסילית נוצר מהשם של האלקן המקביל (אלקן בעל אותו מספר של אטומי פחמן במולקולה) בתוספת הסיומת -ov— , סיום -ואניומילים חוּמצָה. מספור אטומי פחמן מתחיל בקבוצת קרבוקסיל. לדוגמה:

מספר קבוצות הקרבוקסיל מצוין בשם בקידומות די-, תלת-, טטרה-:

לחומצות רבות יש גם שמות מפותחים היסטוריים, או טריוויאליים.

ההרכב של הגבלת חומצות קרבוקסיליות מונו-בסיסיות יבוא לידי ביטוי בנוסחה הכללית C n H 2n O 2, או C n H 2n+1 COOH, או RCOOH.

תכונות פיזיקליות של חומצות קרבוקסיליות

חומצות נמוכות יותר, כלומר חומצות בעלות משקל מולקולרי קטן יחסית, המכילות עד ארבעה אטומי פחמן במולקולה, הן נוזלים בעלי ריח חריף אופייני (לדוגמה, ריח של חומצה אצטית). חומצות המכילות בין 4 ל-9 אטומי פחמן הן נוזלים שמנים צמיגים עם ריח לא נעים; מכילים יותר מ-9 אטומי פחמן במולקולה - מוצקים שאינם מתמוססים במים. נקודות הרתיחה של חומצות קרבוקסיליות מונו-בסיסיות מגבילות עולות עם עלייה במספר אטומי הפחמן במולקולה, וכתוצאה מכך, עם עלייה במשקל המולקולרי היחסי. אז, נקודת הרתיחה של חומצה פורמית היא 100.8 מעלות צלזיוס, חומצה אצטית - 118 מעלות צלזיוס, חומצה פרופיונית - 141 מעלות צלזיוס.

החומצה הקרבוקסילית הפשוטה ביותר, HCOOH פורמית, בעלת משקל מולקולרי יחסי קטן (M r (HCOOH) = 46), בתנאים רגילים היא נוזל עם נקודת רתיחה של 100.8 מעלות צלזיוס. במקביל, בוטאן (M r (C 4 H 10) \u003d 58) הוא גזי באותם תנאים ובעל נקודת רתיחה של -0.5 מעלות צלזיוס. אי התאמה זו בין נקודות רתיחה למשקלים מולקולריים יחסיים מוסברת על ידי היווצרות דימרים של חומצות קרבוקסיליותשבו שתי מולקולות חומצה קשורות לשניים קשרי מימן:

התרחשותם של קשרי מימן מתבררת כאשר בוחנים את המבנה של מולקולות חומצה קרבוקסילית.

מולקולות של חומצות קרבוקסיליות חד-בסיסיות רוויות מכילות קבוצה קוטבית של אטומים - קרבוקסיל

ובאופן מעשי רדיקל פחמימנים לא קוטבי. קבוצת הקרבוקסיל נמשכת למולקולות מים, ויוצרת איתן קשרי מימן:

חומצות פורמיות וחומצות אצטית מסיסות לאין שיעור במים. ברור שעם עלייה במספר האטומים ברדיקל הפחמימני, מסיסות החומצות הקרבוקסיליות פוחתת.

תכונות כימיות של חומצות קרבוקסיליות

התכונות הכלליות האופייניות למחלקת החומצות (הן אורגניות והן אנאורגניות) נובעות מהימצאות במולקולות של קבוצת הידרוקסיל המכילה קשר קוטבי חזק בין אטומי מימן וחמצן. הבה נבחן את התכונות הללו באמצעות הדוגמה של חומצות אורגניות מסיסות במים.

1. דיסוציאציהעם היווצרות של קטיוני מימן ואניונים של שאריות החומצה:

ליתר דיוק, תהליך זה מתואר על ידי משוואה שלוקחת בחשבון את השתתפותן של מולקולות מים בו:

שיווי המשקל של ניתוק חומצות קרבוקסיליות מוסט שמאלה; רובם המכריע הם אלקטרוליטים חלשים. עם זאת, הטעם החמוץ של, למשל, חומצות אצטית וחומצות פורמיות נובע מהתנתקות לקטיוני מימן ולאניונים של שאריות חומציות.

ברור, הנוכחות של מימן "חומצי", כלומר, המימן של קבוצת הקרבוקסיל, במולקולות של חומצות קרבוקסיליות קובעת גם תכונות אופייניות אחרות.

2. אינטראקציה עם מתכותעומד בסדרה האלקטרוכימית של מתחים עד למימן:

אז, ברזל מפחית מימן מחומצה אצטית:

3. אינטראקציה עם תחמוצות בסיסיותעם היווצרות מלח ומים:

4. אינטראקציה עם הידרוקסידי מתכתעם היווצרות מלח ומים (תגובת ניטרול):

5. אינטראקציה עם מלחים של חומצות חלשות יותרעם היווצרותו של האחרון. לפיכך, חומצה אצטית מחליפה חומצה סטארית מנתרן סטאראט וחומצה פחמנית מאשלגן קרבונט:

6. אינטראקציה של חומצות קרבוקסיליות עם אלכוהולעם היווצרות אסטרים - תגובת האסטריפיקציה (אחת התגובות החשובות ביותר האופייניות לחומצות קרבוקסיליות):

האינטראקציה של חומצות קרבוקסיליות עם אלכוהול מזורזת על ידי קטיוני מימן.

תגובת האסטריפיקציה הפיכה. שיווי המשקל עובר לכיוון היווצרות אסטר בנוכחות חומרי הסרת מים וכאשר האסטר מוסר מתערובת התגובה.

בתגובת האסטריפיקציה ההפוכה, הנקראת הידרוליזה אסטר (תגובה של אסטר עם מים), נוצרת חומצה ואלכוהול:

ברור שאלכוהולים רב-הידריים, למשל גליצרול, יכולים להגיב גם עם חומצות קרבוקסיליות, כלומר להיכנס לתגובת אסטריפיקציה:

כל החומצות הקרבוקסיליות (למעט פורמיות), יחד עם קבוצת קרבוקסיל, מכילות שארית פחמימנים במולקולות שלהן. כמובן, זה לא יכול אלא להשפיע על המאפיינים של חומצות, אשר נקבעות על ידי אופי של שאריות הפחמימנים.

7. ריבוי תגובות של הוספת קשרים- חומצות קרבוקסיליות בלתי רוויות נכנסות לתוכם. לדוגמה, תגובת הוספת המימן היא הידרוגנציה. עבור חומצה המכילה קשר n אחד ברדיקל, ניתן לכתוב את המשוואה בצורה כללית:

לכן, כאשר חומצה אולאית עוברת הידרוגן, נוצרת חומצה סטארית רוויה:

חומצות קרבוקסיליות בלתי רוויות, כמו תרכובות בלתי רוויות אחרות, מוסיפות הלוגנים לקשר הכפול. לדוגמה, חומצה אקרילית מפיגת צבע של מי ברום:

8. תגובות החלפה (עם הלוגנים)- חומצות קרבוקסיליות רוויות מסוגלות להיכנס לתוכם. לדוגמה, על ידי תגובה של חומצה אצטית עם כלור, ניתן להשיג נגזרות כלור שונות של חומצות:

תכונות כימיות של חומצות קרבוקסיליות - קומפנדיום

נציגים בודדים של חומצות קרבוקסיליות ומשמעותן

חומצה פורמית (מתאן) HCOOH- נוזל בעל ריח חריף ונקודת רתיחה של 100.8 מעלות צלזיוס, מסיס מאוד במים.

חומצה פורמית היא רעילה וגורמת לכוויות אם היא באה במגע עם העור! הנוזל הצורב המופרש על ידי הנמלים מכיל חומצה זו.

לחומצה פורמית יש תכונה מחטאת ולכן מוצאת את היישום שלה בתעשיות המזון, העור והתרופות, והרפואה. הוא משמש לצביעת טקסטיל ונייר.

חומצה אצטית (אתנואית) CH 3 COOH- נוזל חסר צבע בעל ריח חריף אופייני, ניתן לערבב עם מים בכל יחס. תמיסות מימיות של חומצה אצטית יוצאות למכירה בשם חומץ (תמיסת 3-5%) ותמצית חומץ (תמיסת 70-80%) ונמצאות בשימוש נרחב בתעשיית המזון. חומצה אצטית היא ממס טוב לחומרים אורגניים רבים ולכן משמשת לצביעה, בתעשיית העור ובתעשיית הצבע והלכה. בנוסף, חומצה אצטית היא חומר גלם לייצור תרכובות אורגניות רבות וחשובות מבחינה טכנית: למשל, היא משמשת להשגת חומרים המשמשים להדברת עשבים שוטים - קוטלי עשבים. חומצה אצטית היא המרכיב העיקרי של חומץ יין, שהריח האופייני לו נובע ממנו. הוא תוצר של חמצון אתנול ונוצר ממנו כאשר יין מאוחסן באוויר.

הנציגים החשובים ביותר של החומצות המונו-בסיסיות המגבילות ביותר הן פלמיטית C 15 H 31 COOH וחומצות סטאריות C 17 H 35 COOH. בניגוד לחומצות נמוכות יותר, חומרים אלה מוצקים, מסיסים בצורה גרועה במים.

עם זאת, המלחים שלהם - סטראטים ופלמיטטים - מסיסים מאוד ובעלי אפקט דטרגנט, ולכן הם נקראים גם סבונים. ברור שהחומרים הללו מיוצרים בקנה מידה גדול.

מחומצות קרבוקסיליות גבוהות בלתי רוויות הערך הגבוה ביותריש לזה חומצה אולאית C 17 H 33 COOH, או CH 3 - (CH 2) 7 - CH \u003d CH - (CH 2) 7 COOH. זהו נוזל דמוי שמן ללא טעם או ריח. המלחים שלו נמצאים בשימוש נרחב בטכנולוגיה.

הנציג הפשוט ביותר של חומצות קרבוקסיליות די-בסיסיות הוא חומצה אוקסלית (אתנית). HOOC-COOH, שמלחיו נמצאים בצמחים רבים, כמו חמצית ואוקסליס. חומצה אוקסלית היא חומר גבישי חסר צבע, מסיס מאוד במים. הוא משמש בליטוש מתכות, בתעשיות העץ והעור.

חומר עזר למעבר המבחן:

טבלה מחזורית

טבלת מסיסות

אלדהידים וקטוניםמתייחס קרבונילתרכובות אורגניות.

תרכובות קרבונילהנקראים חומרים אורגניים במולקולות שבהן יש קבוצה\u003e C \u003d O (קבוצת קרבוניל או אוקסו).

נוסחה כללית תרכובות קרבוניל:

בהתאם לסוג התחליף X, תרכובות אלה מחולקות ל:

 אלדהידים (X = H);

 קטונים (X = R, R");

 חומצות קרבוקסיליות (X = OH) ונגזרותיהן (X = OR, NH 2 , NHR, Hal וכו').

אלדהידים וקטונים- מאופיין בנוכחות במולקולה קרבוניל קבוצות,או רדיקל קרבוניל, >C=O. באלדהידים, הפחמן של רדיקל זה קשור לפחות לאטום מימן אחד, כך שמתקבל רדיקל חד ערכי, הנקרא גם קבוצת אלדהיד.בקטונים, קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים פחמימנים ונקראת גם קבוצת קטואוֹ קבוצת אוקסו.

סדרה הומולוגית של אלדהידים ומינוחם

אלדהידים- תרכובות אורגניות שבמולקולות שלהן אטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל (פחמן קרבוניל) קשור לאטום המימן.

נוסחה כללית: R–CH=Oאוֹ

הקבוצה הפונקציונלית -CH=O נקראת אלדהיד.

אלדהידים יכולים להיחשב גם כחומרים שמקורם בהחלפה בפחמימנים פרפיניים של אטום מימן בקבוצת אלדהיד, כלומר, כנגזרות חד-חלופיות של פחמימנים מהסדרה ההומולוגית של מתאן. לכן, כאן ההומולוגיה והאיזומריזם זהים לנגזרות אחרות של פחמימנים רוויים.

שמות האלדהידים נגזרים משמות טריוויאליים של חומצות עם אותו מספר של אטומי פחמן במולקולה. אז, aldehydeCH 3 -CHO נקרא אצטלדהידאוֹ אצטלדהיד, CH 3 CH 2 -CHO - פרופונלדהיד, CH 3 CH 2 CH 2 -CHO - רגיל אלדהיד בוטיריאוֹ בוטירלדהיד,(CH 3) 2 CH-CHO - אלדהיד איזובוטירי,אלדהידיםC 4 H 9 -CHO - אלדהידים ולרייםוכו '

על פי המינוח של ז'נבה, שמות האלדהידים נגזרים משמות של פחמימנים בעלי אותו מספר של אטומי פחמן, בתוספת הסיום המשותף heהֲבָרָה אל, לדוגמה מתנאל H-CHO, אתנאל CH 3 -CHO, 2 -מתילפרופנל CH 3 CH (CH 3) -CHO וכו'.

סדרה הומולוגית של קטונים ומינוחם

קטונים- חומרים אורגניים, שהמולקולות שלהם מכילות קבוצת קרבוניל המחוברת לשני רדיקלים פחמימניים.

נוסחאות כלליות: ר 2 C=O, R–CO–R"אוֹ

הפשוט ביותר מבין הקטונים הוא בעל המבנה CH 3 -CO-CH 3 והוא נקרא דימתיל קטוןאוֹ אֲצֵטוֹן.מאציטון, ניתן לייצר סדרה הומולוגית על ידי החלפה רצופה של אטומי מימן במתיל. לפיכך, ההומלוג הבא של אצטון - מתיל אתיל קטוןבעל המבנה CH 3 -CO-CH 2 -CH 3.

שמות הקטונים, כמו גם שמות האלדהידים, במינוח ג'נבה, נגזרים משמותיהם של פחמימנים בעלי מספר זהה של אטומי פחמן, בתוספת סוף משותף heהֲבָרָה הואוהוספת מספר המציין את מיקומו של אטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל, ספירה מתחילת שרשרת הפחמן הרגילה; אצטון נקרא כך פרופנון,דיאתיל קטון - פנטנון- 3, מתילאיזופרופילקטון - 2 -מתיל בוטנוןוכו

אלדהידים וקטונים בעלי אותו מספר של אטומי פחמן במולקולה הם איזומרים זה לזה. נוסחה כללית לסדרה ההומולוגית של אלדהידים וקטונים רוויים: C נ H 2 נ O.

קטונים אלדהיד מכילים את אותה קבוצת קרבוניל במולקולה, מה שמוליד תכונות אופייניות רבות. לכן, יש הרבה מהמשותף הן בשיטות ההשגה והן בתגובות הכימיות של שתי מחלקות החומרים הקשורות הללו. נוכחות של אטום מימן הקשור לקבוצת קרבוניל באלדהידים גורמת למספר הבדלים בין מחלקה זו של חומרים לבין קטונים.

דוגמאות:

תכונות כימיות של אלדהידים וקטוניםנקבעים ע"י התכונות של קבוצת הקרבוניל >C=O, בעלת קוטביות - צפיפות האלקטרונים בין אטומי C ו-O מפוזרת בצורה לא אחידה, מועברת לאטום O האלקטרונילי יותר. כתוצאה מכך, קבוצת הקרבוניל מקבלת תגובתיות מוגברת , שמתבטא בתגובות שונות של הוספת קשרים כפולים. בכל המקרים, קטונים פחות תגובתיים מאלדהידים, בפרט, עקב מכשולים סטריים שנוצרו על ידי שתי קבוצות אורגניות R, פורמלדהיד H 2 C=O מעורב בקלות בתגובות.

1. הוספה לקשר הכפול C=O.בעת אינטראקציה עם אלכוהול, אלדהידים יוצרים hemiacetals - תרכובות המכילות גם קבוצות אלקוקסי וגם הידרוקסי על אותו אטום פחמן: >C(OH)OR. ההמיאצטליים יכולים אז להגיב עם מולקולה נוספת של אלכוהול, וליצור אצטלים מלאים - תרכובות שבהן לאטום פחמן אחד יש שתי קבוצות RO בו-זמנית: >C (OR) 2. התגובה מזורזת על ידי חומצות ובסיסים. במקרה של קטונים, הוספת אלכוהולים לקשר הכפול ב-C=O קשה.

באופן דומה, אלדהידים וקטונים מגיבים עם חומצה הידרוציאנית HCN, ויוצרים הידרוקסיניטרילים - תרכובות המכילות קבוצת OH ו-CN באטום פחמן אחד: >C (OH) C  N. התגובה יוצאת דופן בכך שהיא מאפשרת להגדיל את שרשרת הפחמן (נוצר קשר C-C חדש).

באותו אופן (פתיחת הקשר הכפול C=O), אמוניה ואמינים מגיבים עם אלדהידים וקטונים, תוצרי התוספת אינם יציבים ומתעבים עם שחרור מים ויצירת הקשר הכפול C=N. במקרה של אמוניה מתקבלים אימינים ומאמינים נוצרים מה שנקרא בסיסי שיף - תרכובות המכילות את השבר >C=NR. תוצר האינטראקציה של פורמלדהיד עם אמוניה שונה במקצת - זוהי תוצאה של מחזוריות של שלוש מולקולות ביניים, וכתוצאה מכך נוצרת תרכובת מסגרת hexamethylenetetramine המשמשת ברפואה כתרופה הנקראת הקסמין.

2. תגובות עיבוי.עבור אלדהידים וקטונים, עיבוי אפשרי בין שתי מולקולות של אותה תרכובת. עם עיבוי כזה של אלדהידים נפתח הקשר הכפול של אחת המולקולות, נוצרת תרכובת המכילה גם אלדהיד וגם קבוצת OH, הנקראת אלדול (אלכוהול אלדהיד). העיבוי שנוצר נקרא, בהתאמה, אלדול, תגובה זו מזורזת על ידי בסיסים. האלדול שנוצר יכול להתעבות עוד יותר כדי ליצור קשר כפול C=C ולשחרר מי עיבוי. התוצאה היא אלדהיד בלתי רווי. עיבוי כזה נקרא קרוטוני, על שם התרכובת הראשונה בסדרת האלדהידים הבלתי רוויים. גם קטונים מסוגלים להשתתף בעיבוי אלדול, והשלב השני, עיבוי קרוטוני, קשה להם. מולקולות של אלדהידים שונים, כמו גם אלדהיד וקטון, יכולות להשתתף ביחד בעיבוי אלדול; בכל המקרים, שרשרת הפחמן מוארכת. קרוטונאלדהיד שהושג בשלב האחרון (איור 4A), בעל כל התכונות של אלדהידים, יכול להשתתף עוד יותר בעיבוי אלדול וקרוטוני כאשר הוא מקיים אינטראקציה עם החלק הבא של אצטלדהיד, שממנו הוא הושג. כך ניתן להאריך את שרשרת הפחמימנים, ולקבל תרכובות שבהן מתחלפים קשרים בודדים וכפולים: –CH=CH–CH=CH–.

העיבוי של אלדהידים וקטונים עם פנולים מתרחש עם הסרת אטום הקרבוניל O (בצורת מים), וקבוצת המתילן CH 2 או קבוצת המתילן החלופית (CHR או CR2) מוכנסת בין שתי מולקולות פנול. תגובה זו נמצאת בשימוש הנפוץ ביותר להשגת שרפי פנול-פורמלדהיד.

3. פילמורתרכובות קרבוניל ממשיכות עם פתיחת הקשר הכפול C=O ואופייניות בעיקר לאלדהידים. כאשר מתאדות תמיסות מימיות של פורמלדהיד בוואקום, נוצרת תערובת של תרכובות מחזוריות (בעיקר trioxymethylene) ומוצרים ליניאריים עם אורך שרשרת קטן n = 8-12 (פאראפורמים). פילמור של המוצר המחזורי מייצר פוליפורמלדהיד, פולימר בעל חוזק גבוה ותכונות בידוד חשמלי טובות, המשמש כחומר מבני בייצור מכונות ומכשירים.

4. התאוששות וחמצון.אלדהידים וקטונים הם, כביכול, תרכובות ביניים בין אלכוהול לחומצות קרבוקסיליות: הפחתה מובילה לאלכוהול, וחמצון מוביל לחומצות קרבוקסיליות. תחת הפעולה של H 2 (בנוכחות של זרז Pt או Ni) או ריאגנטים מפחיתים אחרים, למשל, LiAlH 4, אלדהידים מופחתים, ויוצרים אלכוהול ראשוני, וקטונים, אלכוהולים משניים.

החמצון של אלדהידים לחומצות קרבוקסיליות מתרחש די בקלות בנוכחות O 2 או תחת פעולה של חומרי חמצון חלשים, כגון תמיסת אמוניה של הידרוקסיד כסף. תגובה מרהיבה זו מלווה ביצירת מראה כסף על פני השטח הפנימיים של מכשיר התגובה (לעתים קרובות יותר, מבחנה רגילה), היא משמשת לזיהוי איכותי של קבוצת האלדהיד. בניגוד לאלדהידים, קטונים עמידים יותר בפני חמצון; כאשר הם מחוממים בנוכחות חומרי חמצון חזקים, למשל, KMnO 4, נוצרות תערובות של חומצות קרבוקסיליות בעלות שרשרת פחמימנים מקוצרת (בהשוואה לקטון המקורי).

אישור נוסף לכך שהאלדהידים תופסים עמדת ביניים בין אלכוהולים לחומצות היא התגובה, שכתוצאה ממנה מתקבלים אלכוהול וחומצה קרבוקסילית משתי מולקולות אלדהיד, כלומר. מולקולת אלדהיד אחת מתחמצנת והשניה מופחתת. במקרים מסוימים, שתי התרכובות שנוצרו - אלכוהול וחומצה קרבוקסילית - מגיבות זו עם זו עוד יותר ויוצרות אסטר.

השגת אלדהידים וקטונים.

השיטה האוניברסלית ביותר היא חמצון של אלכוהול, בעוד שאלדהידים נוצרים מאלכוהול ראשוני, וקטונים מאלהידים משניים. אלו תגובות שהן הפוכות מתגובות. התגובה מתהפכת אם מגיב הפעיל (חומר מחמצן במקום חומר מפחית) והזרז מוחלפים; זרז נחושת יעיל בחמצון של אלכוהול.

בתעשייה, אצטלדהיד מיוצר על ידי חמצון אתילן, בשלב ביניים נוצר אלכוהול, שבו קבוצת OH "צמודה" לקשר הכפול (אלכוהול ויניל), אלכוהולים כאלה אינם יציבים ומתיזמרים מיד לתרכובות קרבוניל. דרך נוספת היא הידרציה קטליטית של אצטילן, תרכובת הביניים היא אלכוהול ויניל. אם אתה לוקח מתיל אצטילן במקום אצטילן, אתה מקבל אצטון. שיטה תעשייתית לייצור אצטון היא חמצון של כמון. קטונים ארומטיים, כגון אצטופנון, מיוצרים על ידי הוספה קטליטית של קבוצת אצטיל לגרעין ארומטי.

השימוש באלדהידים וקטונים.

פורמלדהיד H 2 C=O (התמיסה המימית שלו נקראת פורמלין) משמש כחומר לשיזוף העור וכחומר משמר לתכשירים ביולוגיים.

אצטון (CH 3) 2 C=O הוא חומר מיצוי וממס בשימוש נרחב עבור לכות ואמייל.

קטון ארומטי בנזופנון (C 6 H 5) 2 C=O עם ​​ריח גרניום, משמש בהרכבי בישום ולסבון ארומטי.

חלק מהאלדהידים נמצאו לראשונה בהרכב שמנים חיונייםצמחים, ומאוחר יותר מסונתזים באופן מלאכותי.

אלדהיד אליפטי CH 3 (CH 2) 7 C (H) \u003d O (שם טריוויאלי - אלדהיד פלרגוני) נמצא בשמנים אתריים של צמחי הדר, יש לו ריח של תפוז, הוא משמש כחומר טעם למזון.

ונילין האלדהיד הארומטי נמצא בפירות של צמח הווניל הטרופי, כיום נעשה שימוש רב יותר בונילין סינטטי - תוסף טעם ידוע בקונדיטוריה.

וניל

בנזלדהיד C 6 H 5 C (H) \u003d O עם ריח של שקדים מרים נמצא בשמן שקדים ובשמן אתרי אקליפטוס. בנזלדהיד סינטטי משמש בתמציות ריח מזון ובהרכבי בושם.

בנזופנון (C 6 H 5) 2 C=O ונגזרותיו מסוגלים לספוג קרני UV, אשר קבעו את השימוש בהן בקרמים ובתחליבי כוויות שמש, בנוסף, חלק מנגזרות הבנזופנון בעלות פעילות אנטי-מיקרוביאלית ומשמשות כחומרים משמרים. לבנזופנון יש ריח נעים של גרניום, ולכן הוא משמש בתכשירי בושם ולטעמים לסבונים.

יכולתם של אלדהידים וקטונים להשתתף בטרנספורמציות שונות קבעה את השימוש העיקרי שלהם כתרכובות התחלתיות לסינתזה של חומרים אורגניים שונים: אלכוהול, חומצות קרבוקסיליות והאנהידרידים שלהן, תרופות (אורוטרופין), מוצרים פולימריים (שרפי פנול-פורמלדהיד, פוליפורמלדהיד), בייצור של חומרים ריחניים שונים (על בסיס בנזלדהיד) וצבעים.

מקורות: Nesmeyanov A.N., Nesmeyanov N.A. התחלות של כימיה אורגנית.

קבוצת המאפיינים הראשונה היא תגובות הוספה. בקבוצת הקרבוניל, בין פחמן לחמצן, יש קשר כפול, שכזכור מורכב מקשר סיגמא ומקשר פי. בנוסף לתגובות, קשר ה-pi נשבר ונוצרים שני קשרי סיגמא, האחד עם פחמן, השני עם חמצן. לפחמן יש מטען חיובי חלקי, ולחמצן יש מטען שלילי חלקי. לכן, חלקיק בעל מטען שלילי של המגיב, אניון, מחובר לפחמן, וחלק טעון חיובי של המולקולה מחובר לחמצן.

ראשוןהידרוגנציה תכונה, הוספת מימן.

התגובה מתרחשת בעת חימום. נעשה שימוש בזרז ההידרוגנציה שכבר ידוע לך, ניקל. אלכוהולים ראשוניים מתקבלים מאלדהידים, אלכוהולים משניים מקטונים.

באלכוהולים משניים, קבוצת ההידרוקסו קשורה לאטום פחמן משני.

שְׁנִיָההידרציה של נכס, תוספת מים. תגובה זו אפשרית רק עבור פורמלדהיד ואצטאלדהיד. קטונים אינם מגיבים עם מים כלל.

כל תגובות ההוספה מתנהלות בצורה כזו שפלוס עובר למינוס, ומינוס לפלוס.

כפי שאתם זוכרים מהסרטון על אלכוהול, נוכחות של שתי קבוצות הידרוקסו על אטום אחד היא מצב כמעט בלתי אפשרי, חומרים כאלה הם מאוד לא יציבים. אז, ספציפית, שני המקרים הללו הידראט פורמלדהיד ואצטאלדהיד אפשריים, למרות שהם קיימים רק בתמיסה.

אין צורך לדעת את התגובות עצמן. סביר להניח, השאלה בבחינה עשויה להישמע כמו הצהרת עובדה, למשל, הם מגיבים עם מים וחומרים רשומים. בין הרשימה שלהם עשויה להיות מתנאל או אתנאל.

שְׁלִישִׁיתוספת תכונה של חומצה הידרוציאנית.

שוב, פלוס עובר למינוס, ומינוס לפלוס. מתקבלים חומרים הנקראים הידרוקסיניטרילים. שוב, התגובה עצמה אינה נפוצה, אבל אתה צריך לדעת על מאפיין זה.

רביעיתוספת תכונה של אלכוהול.

גם כאן, אתה לא צריך לדעת בעל פה את משוואת התגובה, אתה רק צריך להבין שאינטראקציה כזו אפשרית.

כרגיל בתגובות של הוספה לקבוצת קרבוניל, פלוס למינוס, ומינוס לפלוס.

חמישיתגובת מאפיין עם נתרן הידרוסולפיט.

ושוב, התגובה היא די מסובכת, לא סביר שתלמד אותה, אבל זו אחת התגובות האיכותיות לאלדהידים, כי מלח הנתרן שנוצר משקע. כלומר, למעשה, אתה צריך לדעת שאלדהידים מגיבים עם סודיום הידרוסולפיט, זה יספיק.

בכך מסתיימת קבוצת התגובות הראשונה. הקבוצה השנייה היא תגובות פילמור ופוליקוננסציה.

2. פילמור ופולי עיבוי של אלדהידים

אתה מכיר את הפילמור: גומיות פוליאתילן, בוטאדיאן ואיסופרן, פוליוויניל כלוריד הם תוצרים של שילוב מולקולות (מונומרים) רבות לאחד גדול, לשרשרת פולימר אחת. כלומר מתקבל מוצר אחד. בזמן פולי עיבוי קורה אותו דבר, אבל בנוסף לפולימר מתקבלים גם מוצרים בעלי משקל מולקולרי נמוך כמו מים. כלומר, יש שני מוצרים.

כך, שִׁשִׁיתפילמור נכסים. קטונים אינם נכנסים לתגובות אלה; רק פילמור של פורמלדהיד הוא בעל חשיבות תעשייתית.

קשר ה-pi נשבר ושני קשרי סיגמא נוצרים עם מונומרים שכנים. מסתבר שפוליפורמלדהיד, הנקרא גם פארפורם. סביר להניח שהשאלה בבחינה עשויה להישמע כך: חומרים נכנסים לתגובת הפילמור. וניתנת רשימה של חומרים, ביניהם עשוי להיות פורמלדהיד.

המאפיין השביעי הוא polycondensation. שוב: בזמן פולי עיבוי מתקבלת בנוסף לפולימר גם תרכובת נמוכה מולקולרית, למשל מים. פורמלדהיד נכנס לתגובה כזו עם פנול. לשם הבהירות, נכתוב תחילה את המשוואה עם שתי מולקולות פנול.

כתוצאה מכך מתקבל דימר כזה ומתפצלת מולקולת מים. כעת נכתוב את משוואת התגובה בצורה כללית.

תוצר הפוליקונדנסציה הוא שרף פנול-פורמלדהיד. יש לו מגוון רחב של יישומים החל מדבקים ולכות ועד פלסטיק ורכיבי לוח חלקיקים.

עכשיו הקבוצה השלישית של תגובות חמצון תכונות.

3. חמצון של אלדהידים וקטונים

שמונההתגובה ברשימה הכללית היא תגובה איכותית לחמצון קבוצת האלדהיד עם תמיסת אמוניה של תחמוצת כסף. תגובת מראה כסופה. אני אגיד מיד שקטונים לא נכנסים לתגובה הזו, רק אלדהידים.

קבוצת האלדהיד מתחמצנת לקבוצה קרבוקסילית, חומצית, אך בנוכחות אמוניה שהיא בסיס מתרחשת מיד תגובת נטרול ומתקבל מלח אמוניום אצטט. הכסף משקע, מצפה את פנים הצינור ויוצר משטח דמוי מראה. תגובה זו מתרחשת בבחינה כל הזמן.

אגב, אותה תגובה היא איכותית עבור חומרים אחרים שיש להם קבוצת אלדהיד, למשל, חומצה בורית ומלחיה, כמו גם גלוקוז.

טהתגובה היא גם איכותית עבור חמצון קבוצת האלדהיד עם הידרוקסיד שני של נחושת טרייה. גם כאן אני מציין שקטונים לא נכנסים לתגובה הזו.

מבחינה ויזואלית, תחילה נצפה היווצרות של משקעים צהובים, אשר לאחר מכן הופך לאדום. בספרי לימוד מסוימים, יש מידע כי הידרוקסיד נחושת נוצר לראשונה לבד, אשר יש צהוב, אשר לאחר מכן מתפרק לתחמוצת נחושת אדומה בלבד ומים. אז זה לא נכון לפי הנתונים העדכניים, בתהליך המשקעים משתנה גודלם של חלקיקי תחמוצת הנחושת, שמגיעים בסופו של דבר לגדלים שצבועים בדיוק באדום. האלדהיד מתחמצן לחומצה קרבוקסילית המתאימה. התגובה מתרחשת בבחינה לעתים קרובות מאוד.

התגובה העשירית היא חמצון של אלדהידים עם תמיסה מחומצת של אשלגן פרמנגנט בעת חימום.

שינוי צבע של התמיסה מתרחש. קבוצת האלדהיד מתחמצנת לקבוצת קרבוקסיל, כלומר, האלדהיד מתחמצן לחומצה המתאימה. עבור קטונים, לתגובה זו אין משמעות מעשית, שכן הרס המולקולה מתרחש והתוצאה היא תערובת של מוצרים.

חשוב לציין שאלדהיד פורמלי, פורמלדהיד, מתחמצן לפחמן דו חמצני, מכיוון שהחומצה הפורמית המתאימה עצמה אינה עמידה לחומרי חמצון חזקים.

כתוצאה מכך, פחמן עובר ממצב חמצון 0 למצב חמצון +4. הרשו לי להזכיר לכם שמתנול, ככלל, בתנאים כאלה מתחמצן למקסימום ל-CO 2, ומדלג על השלב של אלדהיד וחומצה כאחד. יש לזכור תכונה זו.

אַחַד עָשָׂרשרפת תגובה, חמצון מוחלט. גם אלדהידים וגם קטונים נשרפים לפחמן דו חמצני ומים.

הבה נכתוב את משוואת התגובה בצורה כללית.

לפי חוק שימור המסה, צריכים להיות כמה אטומים בצד שמאל כמו שיש אטומים בצד ימין. כי בעצם תגובה כימיתאטומים לא הולכים לשום מקום, אבל סדר הקשרים ביניהם פשוט משתנה. אז יהיו הרבה מולקולות פחמן דו חמצני כמו שיש אטומי פחמן במולקולה של תרכובת קרבוניל, שכן המולקולה מכילה אטום פחמן אחד. כלומר n מולקולות CO 2. יהיו חצי יותר מולקולות מים מאטומי מימן, כלומר 2n/2, כלומר רק n.

יש אותו מספר של אטומי חמצן משמאל ומימין. בצד ימין, יש 2n מהם מפחמן דו חמצני, מכיוון שלכל מולקולה יש שני אטומי חמצן, בתוספת n של מים, בסך הכל 3n. בצד שמאל, יש אותו מספר של אטומי חמצן 3n, אבל אחד האטומים נמצא במולקולת האלדהיד, כלומר יש להחסיר אותו מהסך הכל כדי לקבל את מספר האטומים לכל חמצן מולקולרי. מסתבר ש-3n-1 אטומים מכילים חמצן מולקולרי, כלומר יש פי 2 פחות מולקולות, כי מולקולה אחת מכילה 2 אטומים. כלומר (3n-1)/2 מולקולות חמצן.

לפיכך, ריכזנו את המשוואה לשריפה של תרכובות קרבוניל בצורה כללית.

ולבסוף שְׁנֵים עָשָׂרתכונה הקשורה לתגובות החלפה הלוגנציה באטום פחמן אלפא. הבה נפנה שוב למבנה מולקולת האלדהיד. חמצן מושך את צפיפות האלקטרונים אל עצמו, ויוצר מטען חיובי חלקי על פחמן. קבוצת המתיל מנסה לפצות על המטען החיובי הזה על ידי העברת אלקטרונים ממימן אליה לאורך שרשרת של קשרי סיגמה. קשר הפחמן-מימן הופך קוטבי יותר והמימן מתנתק ביתר קלות כשהוא מותקף עם מגיב. השפעה זו נצפית רק עבור אטום פחמן אלפא, כלומר, האטום העוקב אחר קבוצת האלדהיד, ללא קשר לאורך הרדיקל הפחמימני.

כך, ניתן להשיג, למשל, 2-כלורואצטלדהיד. החלפה נוספת של אטומי מימן לטריכלורואתן אפשרית.

אלדהידים- חומרים אורגניים שהמולקולות שלהם מכילות קבוצת קרבוניל C=O, מחובר לאטום מימן ולרדיקל פחמימני.
הנוסחה הכללית של אלדהידים היא:

באלדהיד הפשוט ביותר, פורמלדהיד, תפקידו של רדיקל הפחמימנים ממלא אטום מימן אחר:

קבוצת הקרבוניל המחוברת לאטום המימן מכונה לעתים קרובות אלדהיד:

קטונים- חומרים אורגניים שבמולקולות שלהם קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים פחמימנים. ברור שהנוסחה הכללית של קטונים היא:

קבוצת הקרבוניל של הקטונים נקראת קבוצת קטו.
בקטון הפשוט ביותר, אצטון, קבוצת הקרבוניל קשורה לשני רדיקלים מתיל:

מינוח ואיזומריות של אלדהידים וקטונים

בהתאם למבנה הרדיקל הפחמימני הקשור לקבוצת האלדהיד, נבדלים אלדהידים מגבילים, בלתי רוויים, ארומטיים, הטרוציקליים ואחרים:

בהתאם למינוח IUPAC, השמות של אלדהידים רוויים נוצרים משמו של אלקן עם אותו מספר של אטומי פחמן במולקולה באמצעות הסיומת -אל.לדוגמה:

מספור אטומי הפחמן של השרשרת הראשית מתחיל מאטום הפחמן של קבוצת האלדהיד. לכן, קבוצת האלדהיד ממוקמת תמיד באטום הפחמן הראשון, ואין צורך לציין את מיקומה.

יחד עם המינוח השיטתי, נעשה שימוש גם בשמות טריוויאליים של אלדהידים בשימוש נרחב. שמות אלו נגזרים בדרך כלל משמות של חומצות קרבוקסיליות המקבילות לאלדהידים.

עבור שם הקטונים לפי המינוח השיטתי, קבוצת הקטו מסומנת בסיומת -הואומספר המציין את מספר אטום הפחמן של קבוצת הקרבוניל (המספור צריך להתחיל מקצה השרשרת הקרוב ביותר לקבוצת הקטו). לדוגמה:

עבור אלדהידים אופייני רק סוג אחד של איזומריזם מבני - האיזומריות של שלד הפחמן, המתאפשרת מבוטנאל, ועבור קטונים גם האיזומריות של מיקום קבוצת הקרבוניל. בנוסף, הם מתאפיינים גם באיזומריזם בין-מעמדי (פרופאנל ופרופאנון).

תכונות פיזיקליות של אלדהידים

במולקולת אלדהיד או קטון, עקב האלקטרושליליות הגדולה יותר של אטום החמצן בהשוואה לאטום הפחמן, הקשר C=Oמקוטב חזק עקב שינוי צפיפות האלקטרונים π -קשרים לחמצן:

אלדהידים וקטונים הם חומרים קוטביים עם עודף צפיפות אלקטרונים על אטום החמצן. האיברים התחתונים בסדרת האלדהידים והקטונים (פורמלדהיד, אצטלדהיד, אצטון) מסיסים במים באופן אינסופי. נקודות הרתיחה שלהם נמוכות מאלו של האלכוהולים המקבילים. זאת בשל העובדה שבמולקולות של אלדהידים וקטונים, בניגוד לאלכוהול, אין אטומי מימן ניידים והם אינם יוצרים שותפים עקב קשרי מימן. לאלדהידים תחתונים יש ריח חריף; לאלדהידים המכילים בין ארבעה לשישה אטומי פחמן בשרשרת יש ריח לא נעים; לאלדהידים וקטונים גבוהים יותר יש ריחות פרחוניים והם משמשים בבשמים .

תכונות כימיות של אלדהידים וקטונים

הנוכחות של קבוצת אלדהידים במולקולה קובעת את התכונות האופייניות של אלדהידים.

1. תגובות החלמה.

הוספת מימן למולקולות אלדהיד מתרחשת באמצעות קשר כפול בקבוצת הקרבוניל. התוצר של הידרוגנציה של אלדהידים הם אלכוהולים ראשוניים, קטונים הם אלכוהולים משניים. אז, כאשר אצטלדהיד מוחדר על זרז ניקל, נוצר אלכוהול אתילי, וכאשר אצטון מוחדר, נוצר פרופנול-2.

הידרוגנציה של אלדהידים- תגובת הפחתה, בה יורדת מידת החמצון של אטום הפחמן הכלול בקבוצת הקרבוניל.

2. תגובות חמצון. אלדהידים מסוגלים לא רק להתאושש, אלא גם לְחַמְצֵן. כאשר מתחמצנים, אלדהידים יוצרים חומצות קרבוקסיליות.

חמצון חמצן באוויר. לדוגמה, חומצה פרופיונית נוצרת מפרופונלדהיד (פרופנל):

חמצון עם חומרי חמצון חלשים(תמיסת אמוניה של תחמוצת כסף).

אם פני השטח של הכלי שבו מתבצעת התגובה הוסרו בעבר, אז הכסף שנוצר במהלך התגובה מכסה אותו בסרט דק ואחיד. מתברר מראה כסף נפלא. לכן, תגובה זו נקראת תגובת "מראה הכסף". הוא נמצא בשימוש נרחב לייצור מראות, קישוטי כסף וקישוטי חג המולד.

3. תגובת פילמור:

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

השגת אלדהידים וקטונים

השימוש באלדהידים וקטונים

פורמלדהיד(מתנאל, אלדהיד פורמי) H 2 C=O:
א) להשגת שרפי פנול-פורמלדהיד;
ב) השגת שרפי אוריאה-פורמלדהיד (אוריאה);
ג) פוליאוקסימתילן;
ד) סינתזה תרופות(urotropin);
ה) חומר חיטוי;
ו) חומר משמר של תכשירים ביולוגיים (בשל יכולת קיפול החלבון).

אלדהיד אציטי(אתנל, אצטלדהיד) CH 3 CH \u003d O:
א) ייצור חומצה אצטית;
ב) סינתזה אורגנית.

אֲצֵטוֹן CH 3 -CO-CH 3:
א) ממס עבור לכות, צבעים, אצטט תאית;
ב) חומרי גלם לסינתזה של חומרים אורגניים שונים.

הנוסחה הכללית של קטונים: R 1 -CO-R 2.

לפי המינוח של IUPAC, שמות הקטונים נוצרים על ידי הוספת הסיומת "he" לשם הפחמימנים המתאימים או המילה "קטון" לשם הרדיקלים הקשורים לקבוצת הקטו C=O; בנוכחות קבוצה בכירהקבוצת הקטו מסומנת בקידומת "oxo". לדוגמה, תרכובות CH 3 -CH 2 -CO-CH 2 -CH 2 -CH 3 נקראות 3-hexanone או אתיל פרופיל קטון, תרכובות CH 3 -CO-CH 2 -CH 2 -COOH - חומצה 4-אוקסופנטנואית. לקטונים מסוימים יש שמות טריוויאליים.

בין שאר תרכובות הקרבוניל, נוכחותם בקטונים של שני אטומי פחמן המקושרים ישירות לקבוצת הקרבוניל, מבדילה אותם מחומצות קרבוקסיליות ונגזרותיהן, כמו גם מאלדהידים.

מחלקה מיוחדת של דיקטונים בלתי רוויים מחזוריים הם קינונים.

תכונות גשמיות

הקטונים הפשוטים ביותר הם נוזלים חסרי צבע ונדיפים המתמוססים במים. לקטונים יש ריח נעים. קטונים גבוהים יותר הם חומרים מוצקים עם התכה נמוכה. אין קטונים גזיים, שכן הפשוט שבהם (אצטון) הוא כבר נוזל. רב תכונות כימיות, האופייניים לאלדהידים, באים לידי ביטוי גם בקטונים.

קטו-אנול טאוטומריזם

טאוטומריזם הוא סוג של איזומריזם שבו יש המרה הדדית ספונטנית מהירה והפיכה של איזומרים מבניים - טאוטומרים. תהליך ההמרה ההדדית של tautomers נקרא tautomerization.

קטונים שיש להם לפחות אטום α-מימן אחד עוברים טאוטומריזציה של קטו-אנול.

עבור תרכובות אוקסו בעלות אטום מימן במיקום α ביחס לקבוצת הקרבוניל, קיים שיווי משקל בין הצורות הטאוטומריות. עבור הרוב המכריע של תרכובות אוקסו, שיווי משקל זה מוסט לכיוון צורת הקטו. תהליך המעבר מצורת הקטו לצורת האנול נקרא אנוליזציה. זהו הבסיס ליכולת של קטונים כאלה להגיב כנוקליאופילים C או O. ריכוז צורת האנול תלוי במבנה הקטונים והוא (ב%): 0.0025 (אצטון), 2 (ציקלוהקסנון), 80 (אצטילאצטון). קצב האנוליזציה עולה בנוכחות חומצות ובסיסים.

תכונות כימיות

על פי מידת החמצון, קטונים, כמו אלדהידים, תופסים עמדת ביניים בין אלכוהול וחומצה, מה שקובע במידה רבה את התכונות הכימיות שלהם.
1. קטונים מופחתים לאלכוהולים משניים עם הידרידים מתכתיים, למשל LiAlH 4 או NaBH 4, מימן (קט. Ni, Pd), isopropanol בנוכחות Al alcoholate (תגובת Meerwein-Ponndorf-Werley).

R 2 CO + 2H → R 2 CH(OH)

2. במהלך הפחתת קטונים עם נתרן או אלקטרוכימית (הפחתה קתודית), נוצרים פינאקונים.

2R 2 CO + 2H → R 2 CH(OH)-CR 2 (OH)

3. כאשר קטונים מקיימים אינטראקציה עם Zn מאוחד ו-HCl מרוכז (תגובת קלמנסן) או עם הידרזין במדיום אלקליין (תגובת Kizhner-Wolff), קבוצת C=O מצטמצמת ל-CH 2.

4. חמצון של קטונים

שלא כמו אלדהידים, קטונים רבים יציבים לחמצן במהלך האחסון. קטונים המכילים קבוצת α-methylene מתחמצנים על ידי SeO 2 ל-1,2-דיקטונים, עם חומרי חמצון אנרגטיים יותר, למשל. KMnO 4 - לתערובת של חומצות קרבוקסיליות. קטונים מחזוריים, בעת אינטראקציה עם HNO 3 או KMnO 4, עוברים פיצול חמצוני של הטבעת, למשל, חומצה אדיפית נוצרת מציקלוהקסנון. קטונים ליניאריים מתחמצנים על ידי חומצות לאסטרים, מחזוריים ללקטונים (תגובת באייר-ויליגר).

אם, למשל, תערובת כרום (תערובת של חומצה גופרתית מרוכזת ותמיסת אשלגן דיכרומט רוויה) משמשת כחומר מחמצן, בעת חימום. חמצון של קטונים תמיד מלווה בשבירת קשרי פחמן-פחמן, וכתוצאה מכך, בהתאם למבנה הקטון הראשוני, נוצרת תערובת של חומצות וקטונים עם מספר קטן יותר של אטומי פחמן. החמצון ממשיך בהתאם לתכנית:

קודם כל, פחמן מתחמצן במיקום α ביחס לקבוצת הקרבוניל, ככלל, הכי פחות מודרן. אם הקטון הוא מתיל קטון, אז אחד ממוצרי החמצון שלו יהיה פחמן דו חמצני. הקשר בין פחמני קרבוניל שכנים נשבר בקלות, וכתוצאה מכך:

החמצון של קטונים לחומצות קרבוקסיליות אינו יכול להתרחש ללא פיצול שלד הפחמן ודורש תנאים מחמירים יותר מחמצון של אלדהידים. א.נ. פופוב, שחקר את החמצון של קטונים, הראה שכל ארבע החומצות הקרבוקסיליות האפשריות יכולות להיווצר מקטון הבנוי בצורה א-סימטרית במהלך החמצון (כלל פופוב):

אם הקטון מכיל אטום פחמן שלישוני במצב α, אז כתוצאה מחמצון, נוצרות שלוש חומצות קרבוקסיליות וקטון חדש, אשר, בהתאם לתנאים, יכולים לעבור חמצון נוסף או להישאר ללא שינוי:

5. עיבויים של אלדול וקרטון

קטונים יוצרים תוצרי החלפה של אטומי α-H עם הלוגנציה על ידי פעולת Br 2, N-bromosuccinimide, SO 2 Cl 2, עם תיילציה עם דיסולפידים. במהלך אלקילציה ואצילציה של אנולטים של קטון, נוצרים תוצרים של החלפה של אטומי α-H בקטונים או נגזרות O של אנולים. לעיבוי אלדול וקרטון יש חשיבות רבה בסינתזה אורגנית, למשל:

כאשר מתעבים עם אלדהידים, קטונים מגיבים בעיקר כחומצות CH, לדוגמה, קטונים בלתי רוויים α, β מתקבלים מקטון ו-CH 2 O בנוכחות בסיס:

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

בשל הקוטביות של קבוצת הקרבוניל

קטונים יכולים להגיב כאלקטרופילים C, למשל, כאשר הם מתעבים עם נגזרות של חומצות קרבוקסיליות (עיבוי סטובה, תגובת Darzan וכו'):

(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

קטונים בלתי רוויים α,β נתונים בקלות במיוחד להתקף נוקלאופילי, אבל במקרה זה הקשר הכפול מותקף (תגובת מייקל), למשל:

6. אינטראקציה עם ylides

בעת אינטראקציה עם ylides P (אלקילידן-פוספורנים), קטונים מחליפים את אטום O לקבוצת אלקילידן (תגובת ויטיג):

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

7. עם cyclopentadiene, קטונים יוצרים fulvenes, למשל:

8. כאשר מתעבים קטונים עם הידרוקסילאמין, מתקבלים קטוקסימים R 2 C = NOH, עם הידרזין - הידרזונים R 2 C = N-NH 2 ואזין R 2 C = N-N = CR 2, עם אמינים ראשוניים - בסיסים שיף R 2 C = NR " , עם אמינים משניים - אנמינים.

9. התקשרות בקבוצת הקרבוניל

קטונים מסוגלים להוסיף מים, אלכוהול, Na bisulfite, אמינים ונוקלאופילים אחרים בקבוצת הקרבוניל, אם כי תגובות אלו אינן מתרחשות בקלות כמו במקרה של אלדהידים.

מכיוון שבתמיסות אלכוהול האיזון בין קטון להמיקטל שלו מוסט מאוד שמאלה, קשה להשיג קטלים מקטון ואלכוהול:

RCOR" + R"OH ↔ RR"C(OH)OR"

למטרה זו משתמשים בתגובה של קטונים עם אסטרים של חומצה אורתופורמית. קטונים מקיימים אינטראקציה עם C-נוקלאופילים, למשל עם תרכובות ליתיום, אבץ או מגנזיום, כמו גם עם אצטילנים בנוכחות בסיסים (תגובת Favorsky), ויוצרים אלכוהול שלישוני:

בנוכחות בסיסים, HCN מתווסף לקטונים, מה שמעניק α-hydroxynitriles (ציאנוהידרינים):

R 2 C \u003d O + HCN → R 2 C (OH) CN

כאשר מזורזים על ידי חומצות, קטונים מגיבים כאלקטרופילים C עם תרכובות ארומטיות, למשל:

הוספה הומוליטית של קטונים לאולפינים מובילה לקטונים מוחלפים ב-α-אלקיל, הוספה פוטו-ציקלו לאוקסטנים, למשל:

מקבל קטונים

1. חמצון של אלכוהול

ניתן להשיג קטונים על ידי חמצון של אלכוהולים משניים. חומר החמצון הנפוץ למטרה זו במעבדות הוא חומצה כרומית, המשמשת לרוב בצורה של "תערובת כרומית" (תערובת של אשלגן או נתרן ביכרומט עם חומצה גופרתית). לעיתים משתמשים גם בפרמנגנטים של מתכות שונות או מנגן חמצן וחומצה גופרתית.

2. דהידרוגנציה (דהידרוגנציה) של אלכוהולים משניים

כאשר אדי אלכוהול מועברים דרך צינורות מחוממים עם נחושת מתכתית מרוסקת דק מופחתת מימן, אלכוהולים משניים מתפרקים לקטון ומימן. תגובה זו גרועה במקצת בנוכחות ניקל, ברזל או אבץ.

3. מחומצות קרבוקסיליות חד-בסיסיות

ניתן להשיג קטונים על ידי זיקוק יבש של מלחי סידן ובריום של חומצות מונו-בסיסיות. עבור כל החומצות, למעט פורמיות, התגובה ממשיכה באופן הבא:

לעתים קרובות יותר, לא החומצות עצמן משוחזרות, אלא הנגזרות שלהן, למשל, כלורידי חומצה:

CH 3 -CO-Cl + 2H → CH 3 -CHO + HCl

כלומר, נוצר קטון עם שני רדיקלים זהים וסידן פחמתי.

אם ניקח תערובת של מלחים של שתי חומצות או מלח מעורב, אז יחד עם התגובה הקודמת, מתרחשת תגובה גם בין מולקולות של מלחים שונים:

במקום זיקוק יבש של מלחים מוכנים, נעשה שימוש גם בשיטת מגע, מה שמכונה תגובת קטוניזציה חומצית, המורכבת מהעברת אדי חומצה בטמפרטורה גבוהה על פני זרזים, המשמשים כפחמתי סידן או בריום, תחמוצת מנגן, תחמוצת תוריום, תחמוצת אלומיניום וכו'.

כאן נוצרים תחילה מלחים של חומצות אורגניות, אשר לאחר מכן מתפרקות ומחדשות חומרים שהם זרזים. כתוצאה מכך, התגובה ממשיכה, למשל, עבור חומצה אצטית לפי המשוואה הבאה:

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

4. פעולת מים על דיהאלידים

ניתן להשיג קטונים על ידי תגובה עם תרכובות דיהלואידיות מים המכילות שני אטומי הלוגן באותו אטום פחמן. במקרה זה, ניתן לצפות לחילופי אטומי הלוגן עבור הידרוקסילים וייצור של אלכוהול דו-הידרי, שבהם שתי קבוצות ההידרוקסיל נמצאות על אותו אטום פחמן, למשל:

אבל אלכוהול דו-הידרי כאלה לא קיימים בתנאים רגילים, הם מתפצלים מולקולת מים ויוצרים קטונים:

5. פעולת מים על פחמימנים אצטילניים (תגובת קוצ'רוב)

כאשר מים פועלים על הומולוגים של אצטילן בנוכחות מלחי תחמוצת כספית, מתקבלים קטונים:

CH 3 -C≡CH + H 2 O → CH 3 -CO-CH 3

6. השגה בעזרת תרכובות מגנזיום ואורגנוזינק

כאשר נגזרות חומצה קרבוקסיליות מקיימות אינטראקציה עם כמה תרכובות אורגנו-מתכתיות, הוספה של מולקולה אחת של תרכובת אורגנו-מתכתית לקבוצת קרבוניל ממשיכה לפי הסכימה:

אם התרכובות המתקבלות מושפעות ממים, אז הן מגיבות איתם ליצירת קטונים:

תחת פעולתן של שתי מולקולות של תרכובת אורגנומגנזיום על אמיד חומצה, ולאחר מכן מים, מתקבלים קטונים ללא היווצרות של אלכוהול שלישוני:

7. פעולת תרכובות אורגנוקדמיום על כלורידי חומצה

תרכובות אורגנוקדמיום מקיימות אינטראקציה עם כלורידי חומצה באופן שונה מאשר תרכובות מגנזיום או אבץ:

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

מכיוון שתרכובות אורגנוקדמיום אינן מגיבות עם קטונים, לא ניתן להשיג כאן אלכוהול שלישוני.

השימוש בקטונים

בתעשייה, קטונים משמשים כממיסים, תרופות, ולייצור פולימרים שונים. הקטונים החשובים ביותר הם אצטון, מתיל אתיל קטון וציקלוהקסנון.

פעולה פיזיולוגית

רַעִיל. יש להם אפקט מגרה ומקומי, חודרים לעור, במיוחד לאליפטים בלתי רוויים היטב. לחומרים מסוימים יש השפעה מסרטנת ומוטגנית. נגזרות הלוגן של קטונים גורמות לגירוי חמור של הריריות ולכוויות במגע עם העור. קטונים אליציקליים הם נרקוטיים.

קטונים ממלאים תפקיד חשוב במטבוליזם של חומרים באורגניזמים חיים. לפיכך, ubiquinone מעורב בתגובות החיזור של נשימת רקמות. תרכובות המכילות קבוצת קטון כוללות כמה מונוסכרידים חשובים (פרוקטוז וכו'), טרפנים (מנטון, קרבון), רכיבים של שמנים אתריים (קמפור, יסמון), צבעים טבעיים (אינדיגו, אליזרין, פלבונים), הורמונים סטרואידים (קורטיזון, פרוגסטרון) , מושק (מוסקון), טטרציקלין אנטיביוטי.

בתהליך הפוטוסינתזה, 1,5-דיפוספט-D-אריתרופנטולוס (קטופנטוזה מזורחת) מהווה זרז. חומצה אצטואצטית היא תוצר ביניים במחזור קרבס.

נוכחות של קטונים בשתן ובדם של בני אדם מעידה על היפוגליקמיה, הפרעות מטבוליות שונות או קטואצידוזיס.