Реферат з хімії
АЛЬДЕГІДИ І КАРБОНОВІ КИСЛОТИ
Альдегіди
Ми знаємо, що спирти легко окиснюються. При їх повному окисненні
(горінні) утворюються оксид вуглецю (IV) і вода. Під впливом різних
окисників спирти здатні окиснюватися до більш цінних органічних речовин,
зокрема альдегідів. Так, найпростіший за складом мурашиний альдегід
добувають окисненням метилового спирту:
Продукт реакції утворюється внаслідок відщеплення двох атомів водню від
молекули спирту. Звідси і походить назва «альдегід», що означає продукт
дегідрування спирту, або дегідрований спирт — спирт без водню.
Будова і фізичні властивості. Ми ознайомились із структурною формулою
мурашиного альдегіду. Відомості про найпростіші речовини цього ряду
сполук, наведені у таблиці, засвідчують, що всі вони мають подібну
будову.
Таблиця. Гемологічний ряд альдегідів
Пропюновий (пропаналь) 49
Валеріановий (пентаналь) 103
Альдегідами називають органічні речовини, молекули яких містять
функціональну групу атомів, сполучену з вуглеводневим
радикалом.
Загальна формула речовин цього класу у якій R — атом водню (у випадку
з мурашиним альдегідом) або вуглеводневий радикал. Група атомів С=О
називається карбонільною групою, або карбонілом. Модель молекули
формальдегіду зображено на малюнку.
Альдегіди відрізняються від кетонів, у яких карбонільна група сполучена
з двома вуглеводневими радикалами. Загальна формула кетонів R – C – R
O
З наведених вище загальних формул видно, що альдегіди є продуктами
окиснення первинних, а кетони — вторинних спиртів. Найпростішим важливим
представником кетонів є ацетон Н3С—С—СН3, безбарвна рідина з характерним
запахом. О
Як розчинник він використовується у побуті, а також при виробництві
лаків, каучуків, бездимного пороху. Є вихідною сировиною для добування
багатьох лікарських препаратів.
Мал. Масштабна модель Мал. Схема утворення
молекули формальдегіду. ?-зв’язку в карбонільній
групі альдегідів.
Особливості електронної будови альдегідів зумовлені наявністю в їхніх
молекулах карбонільної групи, атом вуглецю якої перебуває у стані
sp2-гібридизації. Так, у мурашиному альдегіді три орбіталі атома вуглецю
витрачаються на утворення ?-зв’язків із двома атомами водню і атомом
кисню. Ці зв’язки, як і в молекулі етилену, лежать в одній площині під
кутом 1200. Орбіталь негібридизованого р-електрона атома вуглецю
розміщена перпендикулярно до площини ?-зв’язку. Атом кисню однією
орбіталлю зв’язаний з атомом вуглецю (зв’язок С–О), другою р-орбіталлю,
яка розміщена перпендикуляр 110 Д° першої, утворює з р-орбіталлю вуглецю
?-зв’язок.
Електронна густина ? й ?-зв’язків карбонільної групи (головним чином
?-зв’язку, рухливішого за ?-зв’язок) зміщена від вуглецю до кисню як
більш електронегативного атома, внаслідок чого на атомі вуглецю виникає
частковий позитивний заряд, на атомі кисню — частковий негативний:
На відміну від етиленового подвійного зв’язку С=С з рівномірним
розподілом електронної густини між атомами вуглецю подвійний зв’язок С=О
в молекулах альдегідів полярний, що й зумовлює високу реакційну
здатність речовин цього класу.
За номенклатурою, що історично склалась, назви альдегідів походять від
назв тих кислот, на які вони перетворюються при окисненні: наприклад
мурашиний альдегід або формальдегід,— від мурашиної кислоти, оцтовий
альдегід, або ацетальдегід,— від оцтової кислоти і т.д. За систематичною
номенклатурою назви альдегідів утворюють додаванням суфікса -аль до
назв відповідних насичених вуглеводнів, похідними яких можна вважати
альдегіди.
Як видно з наведених у таблиці 5 властивостей альдегідів, перший член
ряду — мурашиний альдегід — газ, наступні гомологи — рідини, вищі
альдегіди — тверді речовини. Мурашиний та оцтовий альдегіди мають різкий
задушливий запах, добре розчинні у воді. Водний розчин з масовою часткою
формальдегіду 40 % називається формаліном.
Хімічні властивості альдегідів зумовлені насамперед наявністю в їхніх
молекулах карбонільної групи.
Реакції приєднання можливі внаслідок розриву подвійного зв’язку
карбонільної групи. Приєднання водню, що відбувається при пропусканні
суміші формальдегіду і водню над нагрітим каталізатором — порошком
нікелю, приводить до відновлення альдегіду у спирт:
Реакції окиснення відбуваються дуже легко за місцем зв’язку С—Н, який
перебуває під впливом карбонільного атома кисню. Так, при нагріванні
формальдегіду з аміачним розчином оксиду срібла Ag2O (у воді оксид
срібла не розчиняється) відбувається окиснення формальдегіду у мурашину
кислоту НСООН і відновлення срібла:
Срібло виділяється у вигляді тонкого дзеркального нальоту на стінках
посудини. Ця реакція має назву реакції срібного дзеркала і є якісною
реакцією на альдегідну групу. Вона використовується у промисловості для
виробництва дзеркал.
Альдегіди відновлюють гідроксид міді (II) до гідроксиду міді (І), який
далі перетворюється на оранжевий оксид міді (І). Реакція відбувається
при нагріванні:
2 CuOH ? Cu2O + Н2О
Цю реакцію також можна використати для виявлення альдегідів.
У загальному вигляді реакцію окиснення альдегіду можна зобразити так:
Альдегіди вступають у реакції полімеризації. При довгому стоянні
формаліну можна помітити утворення білого осаду полімеру формальдегіду —
параформу. Реакцію полімеризації можна зобразити схемою:
пН2С==О ? (—Н2С—О—)п
Чим нижча температура, тим швидше відбувається цей процес, тому формалін
не слід зберігати при температурі, нижчій за 10—12°С. У промисловості цю
реакцію використовують для добування поліформальдегіду, вироби з якого є
замінниками металевих деталей.
Окремі альдегіди, наприклад формальдегід, можуть вступати в реакцію
поліконденсації з утворенням високомолекулярних сполук. Так,
формальдегід за наявності каталізатора (кислоти або лугу) реагує з
фенолом. Оскільки у молекулі фенолу атоми водню рухливі (особливо в
положеннях 2, 4, 6), а карбонільна група альдегіду здатна до реакцій
приєднання, то спочатку фенол і формальдегід взаємодіють між собою:
Сполука, що утворилася, взаємодіє далі з фенолом з виділенням молекули
води:
Добутий продукт взаємодіє з наступною молекулою формальдегіду, потім з
молекулою фенолу і т.д. Такий спосіб добування полімеру називається
реакцією поліконденсації.
Реакція поліконденсації — це процес утворення високомолекулярних речовин
з низькомолекулярних, під час якого відщеплюється побічний продукт
(найчастіше вода).
Як відомо, при полімеризації на відміну від поліконденсації побічні
речовини не виділяються.
Застосування альдегідів. Внаслідок поліконденсації фенолу з
формальдегідом утворюються феноло-формальдегідні смоли, з яких
виготовляють пластмаси-фенопласти. Це — найважливіші замінники
кольорових і чорних металів у багатьох галузях промисловості. З них
виготовляють велику кількість виробів широкого вжитку, електроізоляційні
матеріали та будівельні деталі.
Формальдегід використовують звичайно у вигляді водного розчину —
формаліну. Діючи на білок, формалін робить його щільним, нерозчинним у
воді і, головне, запобігає гниттю. Тому його використовують для
вичинення шкур, а також для консервування анатомічних препаратів.
Формалін використовують у сільському господарстві для протруювання
насіння з метою знищення личинок шкідників, його застосовують також для
дезинфекції приміщень, хірургічних інструментів. Взаємодією
формальдегіду з аміаком добувають відому лікарську речовину уротропін.
Оцтовий альдегід застосовують головним чином для добування оцтової
кислоти, а також у деяких органічних синтезах. Відновленням
ацетальдегіду в деяких країнах добувають етиловий спирт.
Вищі альдегіди, які містять у молекулі від 7 до 16 атомів вуглецю, мають
приємний запах і тому широко застосовуються у парфумерії.
Добування альдегідів. Загальним способом добування альдегідів є
окиснення спиртів. Ми вже розглядали таку реакцію. Для ілюстрації цього
способу проведемо такий дослід. Розжаримо в полум’ї спиртівки спіраль з
мідної дротини й опустимо її в пробірку із спиртом. Помічаємо, що
спіраль, яка вкривається при нагріванні темним нальотом оксиду міді
(II), у спирті знову стає блискучою; одночасно відчуємо запах альдегіду:
На практиці як окисник використовують кисень повітря і проводять реакцію
за наявності металічного каталізатора — міді. Так, формальдегід
добувають, пропускаючи через реактор із розжареною міддю суміш пари
метилового спирту з повітрям. Мідь при цьому не витрачається, вона є
переносником кисню повітря.
Михайло Григорович Кучеров
(1850—1911)
Російський хімік-органік. Основні наукові роботи присвячені розвитку
органічного синтезу. Відкрив (1881) реакцію каталітичної гідратації
ацетилену в оцтовий альдегід за наявності солей ртуті (реакція
Кучерова). Цей метод був покладений в основу промислового добування
оцтового альдегіду і оцтової кислоти.
Оцтовий альдегід добувають з ацетилену. Синтез ацетальдегіду з ацетилену
відкрив російський хімік М. Г. Кучеров (1881 p.). Суть його в тому, що
ацетилен за наявності солей ртуті вступає в реакцію з водою (реакція
гідратації):
Внаслідок розриву одного л-зв’язку приєднується молекула води і
утворюється ненасичений вініловий спирт. Ця сполука нестійка і відразу
ізомеризується в оцтовий альдегід.
Освоєно також спосіб прямого окиснення етилену в оцтовий альдегід за
наявності хлоридів паладію і міді:
Цей спосіб вважається найперспективнішим, бо в ваш, час етилен —
доступніша і дешевша сировина для органічного синтезу, ніж ацетилен.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
