карбонильные соединения

Основные понятия
Карбонильные соединения – это соединения, содержащие в своем составе
одну или несколько карбонильных групп (C=O).
К ним относятся альдегиды и кетоны.
Общая формула карбонильных соединений:
В зависимости от типа заместителя Х эти соединения
подразделяют на:
альдегиды ( Х = Н );
кетоны ( Х = R, R' );
карбоновые кислоты ( Х = ОН ) и их производные ( Х = ОR,
NH2, NHR, Hal и т.д.).
Альдегиды – органические соединения,
в молекулах которых атом углерода
карбонильной группы связан с атомом
водорода.
Кетоны – органические вещества,
молекулы которых содержат
карбонильную группу, соединенную с
двумя углеводородными радикалами.

Гомологический ряд альдегидов

Классификация карбонильных соединений в зависимости от
характера радикала
Циклические
Ациклические
Предельные
непредельные

Номенклатура карбонильных соединений
систематическая тривиальная
Систематические названия строят по
названию соответствующего
углеводорода с добавлением суффикса-
аль (для альдегидов) и –он (для
кетонов).
Нумерацию цепи начинают с
карбонильного атома углерода.
Тривиальные названия альдегидов производят
от тривиальных названий тех кислот, в
которые альдегиды превращаются при
окислении
уксусный альдегид (ацетальдегид)
Систематические
названия кетонов несложного строения
производят от названий радикалов (в порядке
увеличения) с добавлением слова кетон.

CH3 - CH - C
CH3
3 2 1
2- метилпропаналь
CH2 = CH - C
пропеналь
O
H
O
H
CH3 - CH - C
диметилуксусный
альдегид
C6H5 - CH2CHO
фенилуксусный
альдегидCH3
O
H
международная рациональная
CH3 - C - CH2 - CH3
1 2 3 4
бутанон - 2
O
CH3 - C - CH3
диметилкетон
(ацетон - по эмпирической
номенклатуре)
C6H5 - C - CH3 метилфенилкетон
(ацетофенон)
O
O

Строение карбонильной группы
Свойства альдегидов и кетонов определяются строением карбонильной
группы >C=O.
Атомы углерода и кислорода в карбонильной
группе находятся в состоянии sp2-гибридизации.
Углерод 3 σ-связи (одна из них – связь С–О.
Одна из трех sp2-орбиталей кислорода участвует
в σ-связи С–О, две другие содержат
неподеленнные электронные пары.
Связь С=О сильно полярна.
Электроны кратной связи С=О смещены к
электроотрицательному атому кислорода, что приводит
к появлению на нем частичного отрицательного заряда.
Карбонильный углерод приобретает частичный
положительный заряд.
Поэтому углерод подвергается атаке нуклеофильными реагентами, а кислород - электрофильными, в том
числе Н+.

Физические свойства карбонильных соединений
В молекулах альдегидов и кетонов отсутствуют атомы водорода, способные к
образованию водородных связей. Поэтому их температуры кипения ниже, чем
у соответствующих спиртов.
Метаналь (формальдегид) – 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.

Получение карбонильных соединений
1. Окисление спиртов
Первичные спирты при
окислении образуют альдегиды
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны.
2. В промышлености альдегиды и кетоны
получают дегидрированием спиртов
позволяет получать карбонильные соединения, в особенности альдегиды, без побочных продуктов
окисления

3. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)
Присоединение воды к ацетилену в присутствии
солей ртути (II) приводит к образованию
ацетальдегида:
Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:
4. Окисление алкенов (катализаторы - хлориды Pd и Cu)
5. Кумольный способ получения ацетона (наряду с фенолом)

Химические свойства карбонильных соединений
Реакции альдегидов и кетонов
присоединение по
карбонильной группе
полимеризация конденсация
восстановление и
окисление
Большинство реакций альдегидов и кетонов протекает по механизму
нуклеофильного присоединения (AN) по связи С=О.
Реакционная способность в этом случае уменьшается от альдегидов к
кетонам:
Т.к. углеводородные радикалы у группы С=О затрудняют присоединение к карбонильному атому углерода
новых атомов или атомных групп;
углеводородные радикалы за счет +I-эффекта уменьшают положительный заряд на карбонильном атоме
углерода, что затрудняет присоединение нуклеофильного реагента.

Реакции присоединения по карбонильной группе
1. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты HCN:
2. Присоединение спиртов с образованием полуацеталей
Полуацетали - соединения, в
которых атом углерода связан с
гидроксильной и алкоксильной (-
OR) группами
Взаимодействие полуацеталя с еще одной молекулой спирта приводит к
образованию ацеталя:
Ацетали - соединения, в которых атом
углерода связан с двумя алкоксильными
(-OR) группами.

3. присоединение магнийорганических соединений (реактивов Гриньяра)
идет по нуклеофильному механизму
Из формальдегида получается первичный спирт, из остальных альдегидов –
вторичный спирт, из кетонов – третичный
4. Взаимодействие карбонильных соединений с аммиаком и его
производными
Аммиак и его производные NH2X реагируют с альдегидами и кетонами в две стадии. Сначала образуются
продукты нуклеофильного присоединения, которые затем вследствие неустойчивости отщепляют воду.
Поэтому данный процесс в целом классифицируют как реакцию присоединения-отщепления.
При взаимодействии с аммиаком образуются имины:

5. Качественная реакция на альдегиды с гидроксидом меди (II)
Одной из качественных реакций на альдегиды является реакция с гидроксидом меди (II).
Получим гидроксид меди (II) сливанием растворов гидроксида натрия и сульфата меди (II)
На стенках пробирки выделяется металлическая медь.
Однако чаще в результате этой реакции образуется красный осадок оксида меди
(I)
5. Качественная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой
Одной из качественных реакций, позволяющих
определить присутствие альдегидов, является
реакция с фуксинсернистой кислотой. В пробирку с
раствором формальдегида приливаем бесцветный
раствор фуксинсернистой кислоты. Постепенно
появляется фиолетовое окрашивание.
2
1

Качественные реакции
1. Замещение хлором:
для качественного и
количественного
определения альдегидов и
кетонов
2. Реакция ацетона с бисульфитом натрия используется для качественного
определения альдегидов и кетонов, а также для их выделения и очистки.
3. Определение формальдегида в сточных водах в виде фенилгидразина в
присутствии ферроцианида калия

Количественные реакции
Количественное определение альдегидов и кетонов в сточных водах
О количестве альдегидов и кетонов судят по количеству выделившейся HCl, которую
оттитровывают щелочью в присутствии метилоранжа

Реакции полимеризации
Полимеризация характерна в основном для альдегидов.
Например, при стоянии 40% водного раствора формальдегида (формалина), в
виде белого осадка образуется полимер формальдегида с невысокой
молекулярной массой - параформ

Реакции конденсации
Конденсация - реакция, приводящая к усложнению углеродного скелета и
образованию сложной молекулы.
1. Выявление ацетона в сточных водах реакцией конденсации с фурфуролом
2. Конденсация с фенолами.
Практическое значение имеет реакция формальдегида с фенолом (катализаторы - кислоты или
основания):

Реакции восстановления
Альдегиды при взаимодействии с водородом в присутствии Ni-катализатора
образуют первичные спирты, кетоны - вторичные:

Альдегиды очень легко окисляются в соответствующие карбоновые кислоты
Реакции окисления
1. Реакция "серебрянного зеркала" – окисление аммиачным раствором
оксида серебра (реактив Толленса):
Окисление гидроксидом меди (II):
в форме комплекса с аммиаком [Cu(NH3)4](OH)2,
При этом образуется красно-кирпичный осадок оксида меди (I) или
металлическая медь (реакция "медного зеркала", более характерная для
формальдегида):

Применение альдегидов и кетонов
• получение фенолформальдегидных
смол;
• дезинфицирующее средство;
• консервант биологических
препаратов.
• производство уксусной кислоты;
• органический синтез.
• растворитель лаков, красок, ацетатов
целлюлозы;
• сырье для синтеза различных
органических веществ.

Основные понятия
Соединения, содержащие в своем составе одну или несколько
карбоксильных групп (-СООН), называются карбоксильные соединения
или карбоновые кислоты.

Классификация карбоновых кислот
одноосновные
(монокарбоновые) кислоты
многоосновные
(поликарбоновые) кислоты
По числу карбоксильных групп
По характеру углеводородного радикала
предельные непредельные ароматические
алициклически
е
циклопропанкарбоновая
кислота

Для многоосновных кислот применяют
суффиксы -диовая, -триовая и т.д.Одноосновные кислоты
Например:
HOOC-COOH - этандиовая (щавелевая) кислота;
HOOC-CH2-COOH - пропандиовая (малоновая)
кислота.

Номенклатура карбоновых кислот
тривиальная систематическая
одноосновные кислоты называют
также как альдегиды, окислением
которых они получаются.
кислоты называют как
соответствующий
углеводород с
прибавлением окончания
–овая.
Так, муравьиная кислота
называется – метановая
кислота, далее этановая,
пропановая и т.д.
рациональная
сложная кислота
рассматривается как
производное уксусной
кислоты

Получение карбоновых кислот
1. Гидролиз нитрилов, тригалогенпроизводных
2. Оксо – синтез

3. Окисление ряда органических веществ

Строение карбоксильной группы COOH
Карбоксильная группа сочетает в себе две функциональные группы – карбонил и гидроксил,
взаимно влияющие друг на друга. Это влияние передается по системе сопряжения sp2-атомов
O–C–O.
Электронное строение группы –СООН придает карбоновым кислотам характерные
химические и физические свойства.
Неподеленная электронная пара от кислорода гидроксильной группы оттягивается к
положительно заряженному углероду карбонильной группы, усиливая положительный заряд
на водороде. Гидроксильная группа легче отщепляет протон, чем спирты, поэтому
кислотность выше.
Активность карбонильной группы определяется величиной положительного заряда на атоме
углерода, но за счет сопряжения со свободными электронными парами гидроксильного
кислорода, величина этого заряда уменьшается, а карбонильная группа теряет склонность к
реакции нуклеофильного присоединения.

Физические свойства карбоновых кислот
Как и у спиртов, у кислот аномально высокие температуры кипения и плавления, т.к. их
молекулы ассоциированы за счет водородных связей, которые более прочные, чем у
спиртов. Карбоновые кислоты – слабые электролиты.
Атомы водорода и кислорода в карбоксильной группе -СООН способны к образованию
межмолекулярных водородных связей, что во многом определяет физические свойства
карбоновых кислот.
Вследствие ассоциации молекул карбоновые кислоты имеют высокие температуры кипения
и плавления. При нормальных условиях они существуют в жидком или твёрдом состоянии.
Растворимость карбоновых кислот в воде обусловлена образованием межмолекулярных
водородных связей с растворителем:
Низшие гомологи С1-С3 смешиваются с водой в любых соотношениях. С увеличением
углеводородного радикала растворимость кислот в воде уменьшается. Высшие кислоты,
например, пальмитиновая C15H31COOH и стеариновая C17H35COOH – бесцветные твердые
вещества, не растворимые в воде.
1
2

Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они
вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные
соединения, среди которых большое значение имеют функциональные
производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по
карбоксильной группе.

1. при действии активных металлов
3. При действии основных оксидов
Образование солей карбоновых кислот
5
3
4
6

Более сильные кислоты способны вытеснять карбоновые кислоты из их солей:
Образование сложных эфиров R–COOR':
Образование амидов:
Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их
галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака
(аминами):

Горение уксусной кислоты на воздухе
СН3СООН + 2О2 = 2H2О + 2СО2 7
Замораживание уксусной кислоты 8
Возгонка бензойной кислоты 9
Разложение муравьиной кислоты 10 НСООН = H2О + CO
Взаимодействие бромной воды с олеиновой кислотой 11
Окисление муравьиной кислоты раствором перманганата калия 12
НСООН + [О]= H2О + CO2

Применение карбоновых кислот
Красители и пигменты для бетона
Красители для
полимеров

Сложные эфиры и жиры

Сложные эфиры карбоновых кислот
Сложные эфиры карбоновых кислот – соединения с общей формулой R–
COOR',
где R и R' – углеводородные радикалы.
Cложные эфиры получают при взаимодействии карбоновых кислот со спиртами
(реакция этерификации).
Получение уксусноэтилового эфира
1

Жиры
Жиры – сложные эфиры глицерина и высших одноосновных карбоновых кислот.
Общее название таких соединений – триглицериды или триацилглицерины, где
ацил – остаток карбоновой кислоты -C(O)R.
В состав природных триглицеридов входят остатки насыщенных (предельных)
кислот (пальмитиновой C15H31COOH, стеариновой C17H35COOH и др.) и
ненасыщенных (непредельных) кислот (олеиновой C17H33COOH, линолевой
C17H31COOH, линоленовой C15H29COOH и др.).

Физические свойства жиров
Жиры содержатся во всех растениях и животных. Они представляют собой смеси
полных сложных эфиров глицерина и не имеют чётко выраженной температуры
плавления.
Консистенция жиров зависит от их состава:
• в твердых жирах преобладают триглицериды с остатками насыщенных кислот,
имеющие относительно высокие температуры плавления;
• для жидких жиров (масел), напротив, характерно высокое содержание
триглицеридов ненасыщенных кислот с низкими температурами плавления.
Жиры практически не растворимы в воде, но при добавлении мыла или других
поверхностно-активных веществ (эмульгаторов), они способны образовывать
стойкие водные эмульсии.
Жиры ограниченно растворимы в спирте и хорошо растворимы во многих
эфире, бензоле, хлороформе, бензине.
Определение непредельности жиров
СН3 – (СН2)7 – СН=СН – (СН2)7 – СО – + Вr2 = СН3 – (СН2)7 – СНBr – СНBr – (СН2)7 – СО –
1

Применение эфиров

карбонильные соединения

More Related Content

Similar to карбонильные соединения (20)

More from Петрова Елена Александровна (20)

карбонильные соединения