Какое вещество проявляет свойства карбоновой кислоты и альдегида
Химические свойства альдегидов и кетонов
Альдегидами называют соединения, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с атомом водорода, т.е. общая формула альдегидов может быть записана как
где R – углеводородный радикал, который может быть разной степени насыщенности, например, предельный или ароматический.
Группу –СНО называют альдегидной.
Кетоны – органические соединения, в молекулах которых содержится карбонильная группа, соединенная с двумя углеводородными радикалами. Общую формулу кетонов можно записать как:
где R и R’ – углеводородные радикалы, например, предельные (алкилы) или ароматические.
Гидрирование альдегидов и кетонов
Альдегиды и кетоны могут быть восстановлены водородом в присутствии катализаторов и нагревании до первичных и вторичных спиртов соответственно:
Окисление альдегидов
Альдегиды легко могут быть окислены даже такими мягкими окислителями, как гидроксид меди и аммиачный раствор оксида серебра.
При нагревании гидроксида меди с альдегидом происходит исчезновение изначального голубого окрашивания реакционной смеси, при этом образуется кирпично-красный осадок оксида одновалентной меди:
В реакции с аммиачным раствором оксида серебра вместо самой карбоновой кислоты образуется ее аммонийная соль, поскольку находящийся в растворе аммиак реагирует с кислотами:
Кетоны в реакцию с гидроксидом меди (II) и аммиачным раствором оксида серебра не вступают. По этой причине эти реакции являются качественными на альдегиды. Так реакция с аммиачным раствором оксида серебра при правильной методике ее проведения приводит к образованию на внутренней поверхности реакционного сосуда характерного серебряного зеркала.
Очевидно, что если мягкие окислители могут окислить альдегиды, то само собой это могут сделать и более сильные окислители, например, перманганат калия или дихромат калия. При использовании данных окислителей в присутствии кислот образуются карбоновые кислоты:
Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновыми кислотами называют производные углеводородов, содержащие одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная группа:
Как можно видеть, карбоксильная группа состоит из карбонильной группы –С(О)- , соединенной с гидроксильной группой –ОН.
В связи с тем, что к гидроксильной группе непосредственно прикреплена карбонильная, обладающая отрицательным индуктивным эффектом связь О-Н является более полярной, чем в спиртах и фенолах. По этой причине карбоновые кислоты обладают заметно более выраженными, чем спирты и фенолы, кислотными свойствами. В водных растворах они проявляют свойства слабых кислот, т.е. обратимо диссоциируют на катионы водорода (Н+) и анионы кислотных остатков:
Реакции образования солей
С образованием солей карбоновые кислоты реагируют с:
1) металлами до водорода в ряду активности:
2) аммиаком
3) основными и амфотерными оксидами:
4) основными и амфотерными гидроксидами металлов:
5) солями более слабых кислот – карбонатами и гидрокарбонатами, сульфидами и гидросульфидами, солями высших (с большим числом атомов углерода в молекуле) кислот:
Систематические и тривиальные названия некоторых кислот и их солей представлены в следующей таблице:
| Формула кислоты | Название кислоты тривиальное/систематическое | Название соли тривиальное/систематическое |
| HCOOH | муравьиная/ метановая | формиат/ метаноат |
| CH3COOH | уксусная/ этановая | ацетат/ этаноат |
| CH3 CH2COOH | пропионовая/ пропановая | пропионат/ пропаноат |
| CH3 CH2 CH2COOH | масляная/ бутановая | бутират/ бутаноат |
Следует помнить и обратное: сильные минеральные кислоты вытесняют карбоновые кислоты из их солей как более слабые:
Реакции с участием ОН группы
Карбоновые кислоты вступают в реакцию этерификации с одноатомными и многоатомными спиртами в присутствии сильных неорганических кислот, при этом образуются сложные эфиры:
Данного типа реакции относятся к обратимым, в связи с чем с целью смещения равновесия в сторону образования сложного эфира их следует осуществлять, отгоняя более летучий сложный эфир при нагревании.
Обратный реакции этерификации процесс называют гидролизом сложного эфира:
Необратимо данная реакция протекает в присутствии щелочей, поскольку образующаяся кислота реагирует с гидроксидом металла с образованием соли:
Реакции замещения атомов водорода в углеводородном заместителе
При проведении реакций карбоновых с хлором или бромом в присутствии красного фосфора при нагревании происходит замещение атомов водорода при α-атоме углерода на атомы галогена:
В случае большей пропорции галоген/кислота может произойти и более глубокое хлорирование:
Реакции разрушения карбоксильной группы (декарбоксилирование)
Особые химические свойства муравьиной кислоты
Молекула муравьиной кислоты, несмотря на свои малые размеры, содержит сразу две функциональные группы:
В связи с этим она проявляет не только свойства кислот, но также и свойства альдегидов:
При действии концентрированной серной кислоты муравьиная кислота разлагается на воду и угарный газ:
Источник
Органические вещества обладают разными составными группами. У каждого соединения есть химическая формула, она определяет характерные химические свойства для альдегидов, карбоновых кислот, сложных эфиров. Знания о химических формулах, реакциях взаимодействия применяются в промышленности, фармакологии, научных лабораториях.
Химические свойства альдегидов
Альдегиды – химические соединения, содержащие карбонильную группу. То есть для альдегидов характерна следующая формула:
- R – радикал углеводорода, имеющий степень насыщения;
- CHO – альдегидная группа.
Альдегиды подразделяются по числу карбонильных групп, их максимальное количество – не более 3. В зависимости от насыщенности углеводорода выделяют предельные, непредельные ароматические альдегиды.
Гидрирование
Для гидрирования добавляют водород. Чтобы действие прошло быстрее и качественнее, применяют катализатор. Реакция происходит под влиянием высокой температуры. Альдегид превращается во вторичный спирт. Этому соответствует формула:
Окисление
Альдегиды окисляются под действием химических веществ. Для этого применимы мягкие соединения. Реакция происходит под действием высокой температуры. Во время реакции исчезает голубое окрашивание, появляется коричнево-красный оттенок. Выпадает мутный осадок. Формула:
Если использовать вместо гидроксида меди аммиачный раствор оксида серебра, образуется аммониевая соль. Формула реагирования аммиака с кислотами:
Помимо мягких окислителей, на альдегид действуют сильные вещества, например, дихромат калия. При взаимодействии веществ образуются карбоновые кислоты:
Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновые кислоты – органические вещества, содержащие карбоксильную группу . Они включают 1 или 2 карбоксильные группы, которые содержат карбонильную и гидроксильную группу. Так как эти вещества взаимодействуют между собой, связь OH обладает большей популярностью, чем фенолы и спирты. Поэтому карбоновые кислоты имеют сильные кислотные свойства. Но если используется водный раствор, образуются свойства слабых кислот.
Реакции образования солей
- Реакция с металлами:
- Взаимодействие карбоновой кислоты и аммиака:
- Реакция взаимодействия с оксидами:
- Реакция с гидроксидами металлов:
- Взаимодействие с солями слабых и высших кислот:
2CH3—COOH + NA2S = 2CH3COONa + H2S↑
CH3COOH + KHCO3 = CH3COOK + H2O + CO2↑
C17H35COONa + CH3COOH = CH3COONa + C17H35COOH↓
Реакции с участием гидроксильной группы
Если происходит взаимодействие карбоновых кислот и спиртов, образуется реакция этерификации. Образуются сложные эфиры по формуле:
Так как реакция обратима, ее осуществляют при помощи нагревания. Равновесие смещается с образованием сложного эфира. Если реакция обратилась, она называется гидролизом сложного эфира:
Если требуется необратимая реакция, добавляют щелочи, в осадок выпадает соль:
Реакция замещения атомов водорода в углеводородном заместителе
Чтобы в карбоновых кислотах заместить атом водорода на галоген, требуется добавить хлор, бром, красный фосфор. Реакцию проводят при повышении температуры:
Реакция декарбоксилирования
Если взять карбоновую кислоту с добавлением кальция, воздействовать на нее температурой, образуется углекислый кальций. Схожая реакция образуется под воздействием гидроксида натрия.
Характеристика муравьиной кислоты
В отличие от других кетоновых кислот, муравьиная кислота содержит две группы:
- альдегидная;
- карбоксильная.
Из-за этого вещество проявляет свойства кислот и альдегидов. Выделяют следующие формулы:
При взаимодействии муравьиной и серной кислоты остается вода, выделяется углекислый газ:
Химические свойства сложных эфиров
Сложные эфиры – производные кислот с общей формулой:
Сложные эфиры делятся на 2 класса:
- сложные эфиры карбоновых кислот (R1-COO-R2);
- ортоэфиры карбоновых кислот (R1-C(OR*)2-R**).
В отдельную группу выделяют лактоны. Это циклические сложные эфиры.
Гидролиз
Омыление для сложных эфиров проходит легко. Образуется спирт и обратимая водная кислота или необратимая щелочь:
Если сохраняются условия кислотного катализа, реакция обратима. Происходит расщепление сложного эфира при воздействии воды и температуры. Образуется карбоновая кислота, спирт. Это гидролиз сложного эфира:
Если эфир взаимодействует с щелочью, реакция необратима. Карбоксилат анион не вступает в реакцию со спиртом:
Реакция гидрирования или восстановления
Если взаимодействуют сложные эфиры и водород, образуется два спирта:
Реакция образования амидов
При взаимодействии сложного эфира и аммиака появляется амид кислоты, спирт:
Реакция горения
При горении сложного эфира образуется оксид углерода и вода:
2СH3-COO-CH3 + 7O2 = 6CO2 + 6H2O
Реакция присоединения
Если в эфире присутствует кислота или спирт, возможна реакция присоединения. То есть сложный эфир присоединяет водород.
Смотри также:
- Характерные химические свойства углеводородов: алканов, циклоалканов, алкенов, диенов, алкинов, ароматических углеводородов (бензола и гомологов бензола, стирола)
- Характерные химические свойства предельных одноатомных и многоатомных спиртов, фенола
- Характерные химические свойства азотсодержащих органических соединений: аминов и аминокислот. Важнейшие способы получения аминов и аминокислот
Источник
Карбонильные соединения – это органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу:
Карбонильные соединения делятся на альдегиды и кетоны. Общая формула карбонильных соединений: СnH2nO.
Строение, изомерия и гомологический ряд альдегидов и кетонов
Химические свойства альдегидов и кетонов
Способы получения альдегидов и кетонов
Альдегидами называются органические соединения, содержащие карбонильную группу, в которой атом углерода связан с радикалом и одним атомом водорода.
Структурная формула альдегидов:
Кетонами называются соединения, в молекуле которых карбонильная группа связана с двумя углеводородными радикалами.
Структурная формула кетонов:
1. Реакции присоединения
В молекулах карбонильных соединений присутствует двойная связь С=О, поэтому для карбонильных соединений характерны реакции присоединения по двойной связи. Присоединение к альдегидам протекает легче, чем к кетонам.
1.1. Гидрирование
Альдегиды при взаимодействии с водородом в присутствии катализатора (например, металлического никеля) образуют первичные спирты, кетоны — вторичные:
1.2. Присоединение воды
При гидратации формальдегида образуется малоустойчивое вещество, называемое гидрат. Оно существует только при низкой температуре.
1.3. Присоединение спиртов
При присоединении спиртов к альдегидам образуются вещества, которые называются полуацетали.
В качестве катализаторов процесса используют кислоты или основания.
Полуацетали существует только при низкой температуре.
Полуацетали – это соединения, в которых атом углерода связан с гидроксильной и алкоксильной (-OR) группами.
Полуацеталь может взаимодействовать с еще одной молекулой спирта в присутствии кислоты. При этом происходит замещение полуацетального гидроксила на алкоксильную группу OR’ и образованию ацеталя:
1.4. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты
Карбонильные соединения присоединяют синильную кислоту HCN. При этом образуется гидроксинитрил (циангидрин):
2. Окисление альдегидов и кетонов
Реакции окисления в органической химии сопровождаются увеличением числа атомов кислорода (или числа связей с атомами кислорода) в молекуле и/или уменьшением числа атомов водорода (или числа связей с атомами водорода).
В зависимости от интенсивности и условий окисление можно условно разделить на каталитическое, мягкое и жесткое.
Альдегид → карбоновая кислота
Формальдегид→ муравьиная кислота→ углекислый газ
вторичные спирты → кетоны
Типичные окислители — гидроксид меди (II), перманганат калия KMnO4, K2Cr2O7, аммиачный раствор оксида серебра (I).
Кетоны окисляются только при действии сильных окислителей и нагревании.
2.1. Окисление гидроксидом меди (II)
Происходит при нагревании альдегидов со свежеосажденным гидроксидом меди, при этом образуется красно-кирпичный осадок оксида меди (I) Cu2O. Это — одна из качественных реакций на альдегиды.
Видеоопыт окисления муравьиного альдегида гидроксидом меди (II) можно посмотреть здесь.
Например, муравьиный альдегид окисляется гидроксидом меди (II)
HCHO + Cu(OH)2 = Cu + HCOOH + H2O
Чаще в этой реакции образуется оксид меди (I):
HCHO + 2Cu(OH)2 = Cu2O + HCOOH + 2H2O
2.2. Окисление аммиачным раствором оксида серебра
Альдегиды окисляются аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала»).
Поскольку раствор содержит избыток аммиака, продуктом окисления альдегида будет соль аммония карбоновой кислоты.
Например, при окислении муравьиного альдегида аммиачным раствором оксида серебра (I) образуется карбонат аммония
Например, при окислении уксусного альдегида аммиачным раствором оксида серебра образуется ацетат аммония
Образование осадка серебра при взаимодействии с аммиачным раствором оксида серебра — качественная реакция на альдегиды.
Упрощенный вариант реакции:
2.3. Жесткое окисление
При окислении под действием перманганатов или соединений хрома (VI) альдегиды окисляются до карбоновых кислот или до солей карбоновых кислот (в нейтральной среде). Муравьиный альдегид окисляется до углекислого газа или до солей угольной кислоты (в нейтральной среде).
Например, при окислении уксусного альдегида перманганатом калия в серной кислоте образуется уксусная кислота
Кетоны окисляются только в очень жестких условиях (в кислой среде при высокой температуре) под действием сильных окислителей: перманганатов или дихроматов.
Реакция протекает с разрывом С–С-связей (соседних с карбонильной группой) и с образованием смеси карбоновых кислот с меньшей молекулярной массой или СО2.
| Карбонильное соединение/ Окислитель | KMnO4, кислая среда | KMnO4, H2O, t |
| Метаналь СН2О | CO2 | K2CO3 |
| Альдегид R-СНО | R-COOH | R-COOK |
| Кетон | R-COOH/ СО2 | R-COOK/ K2СО3 |
2.4. Горение карбонильных соединений
При горении карбонильных соединений образуются углекислый газ и вода и выделяется большое количество теплоты.
CnH2nО + 3n/2O2 → nCO2 + nH2O + Q
Например, уравнение сгорания метаналя:
CH2O + O2 = CO2 + H2O
3. Замещение водорода у атома углерода, соседнего с карбонильной группой
Карбонильные соединения вступают в реакцию с галогенами, в результате которой получается хлорзамещенный (у ближайшего к карбонильной группе атома углерода) альдегид или кетон.
Например, при хлорировании уксусного альдегида образуется хлорпроизводное этаналя
Полученное из ацетальдегида вещество называется хлораль. Продукт присоединения воды к хлоралю (хлоральгидрат) устойчив и используется как лекарство.
4. Конденсация с фенолами
Формальдегид может взаимодействовать с фенолом. Катализатором процесса выступают кислоты или основания:
Дальнейшее взаимодействие с другими молекулами формальдегида и фенола приводит к образованию фенолоформальдегидных смол и воды:
Фенол и формальдегид вступают в реакцию поликонденсации.
Поликонденсация — это процесс соединения молекул в длинную цепь (полимер) с образованием побочных продуктов с низкой молекулярной массой (вода или др.).
5. Полимеризация альдегидов
Полимеризация характерна в основном для легких альдегидов. Для альдегидов характерна линейная и циклическая полимеризация.
Например, в растворе формалина (40 %-ного водного раствора формальдегида) образуется белый осадок полимера формальдегида, который называется полиформальдегид или параформ:
Источник
Кетонами – называют органические вещества, молекулы которых содержат карбонильную группу, соединенную с двумя углеводородными радикалами.
Номенклатура альдегидов и кетонов
Названия предельных альдегидов по систематической номенклатуреобразуются от названия алкана с тем же числом атомов углерода в молекуле с добавлением суффикса -аль. Нумерацию атомов углерода главной цепи начинают с атома углерода альдегидной группы. Поэтому она всегда располагается при первом атоме углерода, и указывать её положение цифрой нет необходимости.
По рациональной номенклатуре за основу берётся «уксусный альдегид», а ответвления называются как радикалы
3-метилпентаналь (с)
вторичный изобутил уксусный альдегид (р)
Наряду с систематической и рациональной номенклатурой используют тривиальные названия широко применяемых альдегидов.
Систематические названия кетонов несложного строения производят от названий радикалов (в порядке увеличения) с добавлением слова кетон.
CH3–CO–CH3 – диметилкетон (тривиальное название – ацетон);
CH3CH2CH2–CO–CH3 – метилпропилкетон.
В более общем случае название кетона строится по названию соответствующего углеводорода и суффикса -он; нумерацию цепи начинают от конца цепи, ближайшего к карбонильной группе (заместительная номенклатура ИЮПАК). Примеры:
CH3–CO–CH3 – пропанон;
CH3CH2CH2–CO–CH3 – пентанон–2;
Изомерия альдегидов и кетонов
Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия.
Изомерия альдегидов:
– изомерия углеродного скелета, начиная с С4
– межклассовая изомерия с кетонами, начиная с С3
– с циклическими оксидами (с С2)
– с непредельными спиртами и простыми эфирами (с С3)
Изомерия кетонов:
– углеродного скелета (c C5)
– положения карбонильной группы (c C5)
– межклассовая изомерия (аналогично альдегидам).
Получение альдегидов и кетонов
Окисление спиртов
Это общий способ получения альдегидов и кетонов. В промышленности в качестве окислителя используют кислород воздуха в присутствии катализаторов, в лабораторных условиях – оксид хрома (VI) или оксид меди (II) при нагревании. Первичные спирты окисляются до альдегидов, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот.
t
СН3 – СН2 –ОН + CuO → CH3 – CОН + Cu + H2O
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны, а третичные спирты в этих условиях не окисляются:
2. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)
Ацетиленовые углеводороды присоединяют молекулу воды в кислотной среде в присутствии солей двухвалентной ртути. Поскольку присоединение протекает по правилу Марковникова, из ацетилена можно получить ацетальдегид (уксусный альдегид):
Из гомологов ацетилена получаются только кетоны:
Физические свойства
Метаналь – газ, альдегиды С2–C5 и кетоны С3–С4 – жидкости, высшие – твердые вещества. Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря образованию водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает.
Химические свойства
Реакции присоединения.
Гидрирование. Присоединение водорода по кратной связи С=О происходит при нагревании в присутствии катализаторов гидрирования (никель, платина, палладий). Альдегиды образуют первичные спирты, кетоны – вторичные спирты:
Реакции окисления альдегидов и кетонов
Альдегиды очень легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты под действием таких мягких окислителей, как оксид серебра и гидроксид меди (II):
а) реакция “серебряного зеркала” – окисление аммиачным раствором
оксида серебра:
R–CH=O + 2[Ag(NH3)2]OH → RCOOH + 2Ag + 4NH3 + H2O
б) окисление гидроксидом меди (II) с образованием красно-
кирпичного осадка Cu2O:
R – CH = O + 2Cu(OH)2 → R – COOH + Cu2O + 2H2O
Данные реакции являются качественными на альдегидную группу.
Кетоны не вступают в реакцию “серебряного зеркала”.
Контрольные вопросы.
4.
Напишите реакцию получения метил этил кетона, 2-метилгексанона-3
5.
Каковы способы получяения альдегидов и кетонов?
Источник