آلدئیدها با چه چیزی برهمکنش دارند؟ آلدهیدها و کتون ها. نمایندگان منفرد آلدئیدها و معنای آنها
کلمه آلدئید به عنوان مخفف الکل لاتین dehydrogenatus - الکل دهیدروژنه ابداع شد، محبوب ترین آلدئید فرمالدئید است، رزین ها از آن ساخته می شوند، داروها سنتز می شوند و به عنوان نگهدارنده. فرمول یک آلدهید R-CHO است، ترکیبی که در آن گروه کربونیل به یک هیدروژن و یک رادیکال پیوند دارد.
کلمه کتون از کلمه استون، کوچکترین ترکیب در خانواده کتون گرفته شده است. کتون ها به عنوان حلال، دارو و برای سنتز پلیمرها استفاده می شوند. فرمول یک کتون R-C(O)-R است، ترکیبی که در آن گروه کربونیل به دو رادیکال متصل است.
ساختار و خواص گروه کربونیل
گروه کربونیل بر اساس پیوند یک اتم کربن و یک اتم اکسیژن از طریق پیوندهای α و π است. ساختار تشدید این گروه قطبیت بالای ترکیب را تعیین می کند و ابر الکترونی به سمت اکسیژن جابجا می شود: C δ+ =O δ-. ورود عناصر الکترونگاتیو به پیوند، قطبیت پیوند را کاهش می دهد و بار مثبت مولکول را افزایش می دهد. جانشین های نوکلئوفیل بار منفی اکسیژن را افزایش می دهند.
اتم کربن در گروه کربونیل یک الکتروفیل قوی است (الکترون ها را می چسباند)، بنابراین بیشتر واکنش های آلدهیدها و کتون ها توسط معرف های هسته دوست (بازهای لوئیس) انجام می شود. از نظر منطقی، اتم اکسیژن یک هسته دوست قوی است و واکنش با اتم اکسیژن با استفاده از الکتروفیل ها (اسیدهای لوئیس) امکان پذیر است.
واکنش یک گروه کربونیل با یک باز لوئیس
(R)(R)C δ+ =O δ- + B: → (R)(R)C(B)-O
واکنش یک گروه کربونیل با یک اسید لوئیس
(R)(R)C δ+ =O δ- + Y: → (R)(R)C-O-Y
علاوه بر این، الکترون‌های مشترک اکسیژن به آن خواص باز ضعیفی می‌دهند، بنابراین آن دسته از آلدئیدها و سیتون‌هایی که در آب نامحلول هستند در اسید سولفوریک غلیظ حل می‌شوند.
خواص فیزیکی گروه کربونیل
قطبیت بالای پیوند C=O یک گشتاور دوقطبی بالا را تشکیل می دهد، به همین دلیل است که حامل های گروه کربوکسیل نقطه جوش بالاتری نسبت به هیدروکربن ها دارند.
الکترون‌های مشترک در اتم اکسیژن با مولکول‌های آب پیوند هیدروژنی تشکیل می‌دهند، بنابراین، با شروع از پنج اتم کربن در رادیکال‌ها، آلدئیدها و کتونها در آب حل نمی‌شوند یا اصلاً حل نمی‌شوند.
آلدئیدها و کتون ها با حداکثر 12 اتم کربن مایع هستند. ترکیبات آلیفاتیک با گروه کربونیل دارای چگالی حدود 0.8 هستند، بنابراین روی سطح آب شناور می شوند، سیکلوهگزانون دارای چگالی تقریباً یکسانی است، آلدئیدهای معطر و کتون ها دارای چگالی کمی بیشتر از چگالی آب هستند.
واکنش آلدئیدها و کتونها
اتصال آب
در فرآیند واکنش آب با آلدهیدها و کتون ها، دیول ها (گلیکول ها، الکل های دی هیدریک) تشکیل می شوند. واکنش با استفاده از یک کاتالیزور - یک اسید یا یک باز انجام می شود و دو طرفه است:
RR-CO + H-OH ↔ R R\ C /OH-OH
افزودن کربن های هسته دوست
ترکیبات هسته دوست مهمی که با آلدهیدها و کتون ها واکنش می دهند، ترکیبات آلی فلزی هستند (ترکیبات آلی که در آنها پیوندی بین اتم فلز و اتم/اتم کربن وجود دارد). یکی از نمایندگان ترکیبات آلی فلزی - معرف های گریگنارد (فرمول عمومی - R-Mg-X)، در واکنش با آلدئیدها و کتون ها الکل ها را تشکیل می دهند:
RH-C \u003d O + R-C - H 2 -Mg + -Cl - → RH-C- (O-MgCl) (CH 2 -R)
RH-C-(O-MgCl) (CH 2 -R) + H-OH → RH-C-CH 2 R + OH-Mg-Cl
اکسیداسیون آلدئیدها و کتونها
آلدئیدها وقتی اکسید می شوند حد واسط بین الکل ها و اسیدهای کربوکسیلیک هستند:
در حضور هیدروژن و اکسیژن:
R-CH 2 -OH ↔ R-C(=O)-H ↔ R-COOH
آلدئیدها به راحتی اکسید می شوند و امکان استفاده از اکسیدان های خفیف تر از اکسیژن ساده را فراهم می کند. آلدئیدهای معطر به راحتی نسبت به آلیفاتیک اکسید می شوند. مشکل اکسیداسیون آلدئیدها، تشکیل محصولات جانبی است.
کتون ها به سختی اکسید می شوند، عوامل اکسید کننده قوی و مقادیر زیادی گرما برای اکسید شدن کتون ها مورد نیاز است. در نتیجه اکسیداسیون تجزیه می شود اتصال C-Cو یک اسید تشکیل می شود (یک استثنا وجود دارد):
در حضور KMnO 4، H و مقدار زیادی گرما :
CH 3 -C (= O) -CH 2 CH 3 → CH 3 -C (= O) -OH + CH 3 CH 2 -C (= O) -OH
یک استثنا اکسیداسیون با دی اکسید سلنیوم، SeO 2 است، گروه متیل به دنبال گروه کربونیل اکسید شده و به گروه کربونیل دیگری تبدیل می شود. به عنوان مثال، متیل اتیل کتون به دی استیل اکسید می شود:
اکسیداسیون متیل اتیل کتون به دی استیل:
CH 3 CH 2 -C (= O) -CH 3 + SeO 2 → CH 3 -C (= O) -C (= O) -CH 3 + H 2 O + Se
سهولت اکسید شدن آلدئیدها تشخیص آنها را از کتون ها آسان می کند؛ برای این کار از عوامل اکسید کننده ملایم استفاده می شود، مانند: معرف Tollens (دیامین هیدروکسید نقره، Ag (NH 3) 2 OH)، معرف Fehling (یک محلول قلیایی). از یونهای مس مس در نمک روشل KNaC 4 H 6 O 6 4H 2 O) و محلول بندیکت (یون مس با سیترات و کربنات سدیم). آلدهیدهای معطر با معرف تولن واکنش نشان می دهند، اما با معرف های بندیکت و فهلینگ که برای تعیین مقدار آلدئیدهای آلیفاتیک و آروماتیک استفاده می شود، واکنش نمی دهند.
پلیمریزاسیون آلدئیدها
پارالدئید
نقطه جوش استالدئید 20 درجه سانتی گراد است که ذخیره و استفاده از آن را دشوار می کند. هنگامی که استالدهید با اسید در دمای پایین درمان می شود، استالدئید به یک مولکول سه گانه حلقوی - پارالدئید، با نقطه جوش 120 درجه سانتیگراد ترکیب می شود. پارالدئید با گرم شدن جزئی پلیمریزه می شود و سه مولکول استالدهید آزاد می کند.
فرمالدئید
برای سهولت حمل و نقل و ذخیره سازی، فرمالدئید نه به شکل گاز، بلکه به شکل فرمالین فروخته می شود - محلول آبی حاوی 37-40٪ پارافورمالدئید، OH (CH 2 O) n H، با مقدار متوسط n = 30. پارافورمالدئید یک جامد آمورف سفید رنگ است که از تبخیر آهسته فرمالین در فشار کم بدست می آید. پلیمریزاسیون به دلیل افزودن مولکول های فرمالدئید به یکدیگر رخ می دهد:
CH 2 \u003d O + H 2 O ↔
+ n→ HO-(CH 2 O) n + 1 -H
پلیمر Derlin (پلی اکسی متیلن) یک پلاستیک خطی خوب با وزن مولکولی بالا است، Derlin دارای ویژگی های استحکام و کشسانی عالی است.
(برای ساده ترین آلدهید R=H)
طبقه بندی آلدئیدها
با توجه به ساختار رادیکال هیدروکربنی:
حد؛ مثلا:
نامحدود؛ مثلا:
معطر؛ مثلا:
آلی حلقوی; مثلا:
فرمول کلی آلدئیدهای حد
سری همولوگ، ایزومریسم، نامگذاری
آلدئیدها نسبت به کلاس دیگری از ترکیبات - کتون ها ایزومر هستند
مثلا:
آلدئیدها و کتون ها دارای یک گروه کربونیل ˃C=O هستند، بنابراین به آنها ترکیبات کربونیل می گویند.
ساختار الکترونیکی مولکول های آلدهید
اتم کربن گروه آلدهید در حالت هیبریداسیون sp 2 است، بنابراین تمام پیوندهای σ در این گروه در یک صفحه قرار دارند. ابرهای الکترون p که پیوند π را تشکیل می دهند بر این صفحه عمود هستند و به راحتی به اتم اکسیژن الکترونگاتیو تر منتقل می شوند. بنابراین، پیوند دوگانه C=O (برخلاف پیوند دوگانه C=C در آلکن ها) به شدت قطبی شده است.
مشخصات فیزیکی
خواص شیمیایی
آلدهیدها ترکیبات واکنشی هستند که وارد واکنش های متعددی می شوند. مهمترین ویژگی آلدئیدها:
الف) واکنش های افزودن در گروه کربونیل؛ معرف های نوع HX به شرح زیر اضافه می شوند:
ب) واکنش های اکسیداسیون پیوندهای C-Hگروه آلدهید، در نتیجه اسیدهای کربوکسیلیک تشکیل می شود:
I. واکنش های اضافه
1. هیدروژناسیون (الکل های اولیه تشکیل می شوند
2. افزودن الکل ها (همی استال ها و استال ها تشکیل می شوند)
در وجود الکل زیاد در حضور HCl، همی استال ها به استال تبدیل می شوند:
II. واکنش های اکسیداسیون
1. واکنش آینه نقره ای
ساده شده:
این واکنش یک واکنش کیفی به گروه آلدهید است (روکش آینه ای از نقره فلزی بر روی دیواره ظرف واکنش تشکیل می شود).
2. واکنش با هیدروکسید مس (II).
این واکنش همچنین یک واکنش کیفی به گروه آلدئیدی y است (رسوب قرمز رنگ Cu 2 O رسوب می کند).
فرمالدئید توسط عوامل اکسید کننده مختلف حاوی O، ابتدا به اسید فرمیک و سپس به H 2 CO 3 (CO 2 + H 2 O ) اکسید می شود:
III. واکنش های دی، سه و پلیمریزاسیون
1. تراکم آلدول
2. تریمریزاسیون استالدهید
3. پلیمریزاسیون فرمالدئید
در طول ذخیره سازی طولانی مدت فرمالین (محلول فرمالدئید آبی 40٪)، پلیمریزاسیون در آن با تشکیل یک پارافرم رسوب سفید رخ می دهد:
IV. واکنش چند تراکمی فرمالدئید با فنل
تعریف
آلدهیدها- مواد آلی متعلق به کلاس ترکیبات کربونیل حاوی گروه عاملی -CH \u003d O که کربونیل نامیده می شود.
فرمول کلی برای محدود کردن آلدئیدها و کتونها C n H 2 n O است. پسوند –al در نام آلدئیدها وجود دارد.
ساده ترین نمایندگان آلدئیدها فرمالدئید (فرمالدئید) -CH 2 \u003d O، استالدهید (استیک آلدهید) - CH 3 -CH \u003d O هستند. آلدئیدهای حلقوی وجود دارد، به عنوان مثال، سیکلوهگزان-کاربالدئید. آلدئیدهای معطر نام های بی اهمیتی دارند - بنزالدئید، وانیلین.
اتم کربن در گروه کربونیل در حالت هیبریداسیون sp 2 است و پیوندهای 3σ (دو پیوند C-H و یک پیوند C-O) را تشکیل می دهد. پیوند π توسط الکترون های p از اتم های کربن و اکسیژن تشکیل می شود. پیوند دوگانه C = O ترکیبی از پیوند σ و π است. چگالی الکترون به سمت اتم اکسیژن منتقل می شود.
آلدهیدها با ایزومریسم اسکلت کربن و همچنین ایزومری بین طبقاتی با کتون ها مشخص می شوند:
CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d O (بوتانال)؛
CH 3 -CH (CH 3) -CH \u003d O (2-متیل پنتانال)؛
CH 3 -C (CH 2 -CH 3) \u003d O (متیل اتیل کتون).
خواص شیمیایی آلدئیدها
چندین مرکز واکنش در مولکول های آلدهید وجود دارد: یک مرکز الکتروفیل (اتم کربن کربونیل) که در واکنش های افزودن هسته دوست نقش دارد. مرکز اصلی یک اتم اکسیژن با جفت الکترون مشترک است. مرکز اسید α-CH مسئول واکنش های تراکم. اتصال S-Nدر واکنش های اکسیداسیون پاره شده است.
1. واکنش های اضافه:
- آب با تشکیل جم دیول ها
R-CH \u003d O + H 2 O ↔ R-CH (OH) -OH.
- الکل ها با تشکیل همی استال ها
CH 3 -CH \u003d O + C 2 H 5 OH ↔CH 3 -CH (OH) -O-C 2 H 5;
- تیول ها با تشکیل دی تیواستال ها (در محیط اسیدی)
CH 3 -CH \u003d O + C 2 H 5 SH ↔ CH 3 -CH (SC 2 H 5) -SC 2 H 5 + H 2 O .
- هیدروسولفیت سدیم با تشکیل آلفا هیدروکسی سولفونات های سدیم
C 2 H 5 -CH \u003d O + NaHSO 3 ↔ C 2 H 5 -CH (OH) -SO 3 Na.
- آمین ها برای تشکیل ایمین های جایگزین N (بازهای شیف)
C 6 H 5 CH \u003d O + H 2 NC 6 H 5 ↔ C 6 H 5 CH \u003d NC 6 H 5 + H 2 O;
- هیدرازین ها با تشکیل هیدرازون ها
CH 3 -CH \u003d O + 2 HN-NH 2 ↔ CH 3 -CH \u003d N-NH 2 + H 2 O;
- اسید هیدروسیانیک با تشکیل نیتریل
CH 3 -CH \u003d O + HCN ↔ CH 3 -CH (N) -OH.
- بهبود. هنگامی که آلدهیدها با هیدروژن واکنش می دهند، الکل های اولیه به دست می آیند:
R-CH \u003d O + H 2 → R-CH 2 -OH.
2. اکسیداسیون
- واکنش "آینه نقره" - اکسیداسیون آلدئیدها با محلول آمونیاک اکسید نقره
R-CH \u003d O + Ag 2 O → R-CO-OH + 2Ag ↓;
- اکسیداسیون آلدئیدها با هیدروکسید مس (II) که در نتیجه آن رسوب اکسید مس قرمز (I) رسوب می کند.
CH 3 -CH \u003d O + 2Cu (OH) 2 → CH 3 -COOH + Cu 2 O ↓ + 2H 2 O;
این واکنش ها واکنش های کیفی برای آلدئیدها هستند.
خواص فیزیکی آلدئیدها
اولین نماینده از سری همولوگ آلدئیدها - فرمالدئید (فرمالدئید) - یک ماده گازی (n.o.)، آلدئیدهای ساختار و ترکیب بدون شاخه C 2 - C 12 - مایعات، C 13 و طولانی تر - جامدات. هر چه یک آلدئید با زنجیره مستقیم اتم های کربن بیشتری داشته باشد، نقطه جوش آن بالاتر است. با افزایش وزن مولکولی آلدئیدها، مقادیر ویسکوزیته، چگالی و ضریب شکست آنها افزایش می یابد. فرمالدئید و استالدئید می توانند به مقدار نامحدود با آب مخلوط شوند، اما با رشد زنجیره هیدروکربنی این توانایی آلدئیدها کاهش می یابد. آلدئیدهای پایین دارای بوی تند هستند.
به دست آوردن آلدئیدها
روش های اصلی برای به دست آوردن آلدئیدها:
- هیدروفرمیلاسیون آلکن ها این واکنش شامل افزودن CO و هیدروژن به یک آلکن در حضور کربونیل های فلزات گروه هشتم خاص است، به عنوان مثال، اکتاکربونیل دی کبالت (Co 2 (CO) 8). 300 اتمسفر
CH 3 -CH \u003d CH 2 + CO + H 2 → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d O + (CH 3) 2 CHCH \u003d O;
- هیدراتاسیون آلکین ها برهمکنش آلکین ها با آب در حضور نمک های جیوه (II) و در یک محیط اسیدی اتفاق می افتد:
HC≡CH + H 2 O → CH 3 -CH \u003d O.
- اکسیداسیون الکل های اولیه (با گرم شدن واکنش ادامه می یابد)
CH 3 -CH 2 -OH + CuO → CH 3 -CH \u003d O + Cu + H 2 O.
کاربرد آلدئیدها
آلدهیدها به عنوان مواد اولیه برای سنتز محصولات مختلف کاربرد گسترده ای یافته اند. بنابراین، فرمالدئید (تولید در مقیاس بزرگ) رزین های مختلف (فنل فرمالدئید و غیره) تولید می کند. داروها(اوروتروپین)؛ استالدهید یک ماده خام برای سنتز اسید استیک، اتانول، مشتقات مختلف پیریدین و غیره است. بسیاری از آلدئیدها (بوتیریک، دارچین و غیره) به عنوان مواد تشکیل دهنده در عطرسازی استفاده می شوند.
نمونه هایی از حل مسئله
مثال 1
| ورزش | برم زنی با nH 2 n + 2 9.5 گرم مونوبرومید به دست آورد که وقتی با محلول رقیق NaOH تیمار شد، به یک ترکیب حاوی اکسیژن تبدیل شد. بخارات آن با هوا از روی یک شبکه مسی داغ عبور می کند. هنگامی که ماده گازی جدید حاصل با مقدار اضافی محلول آمونیاک Ag 2 O تحت درمان قرار گرفت، 43.2 گرم از یک رسوب آزاد شد. چه هیدروکربنی گرفته شده و در چه مقداری، اگر بازده در مرحله برم زایی 50 درصد باشد، واکنش های باقی مانده به صورت کمی ادامه می یابد. |
| راه حل | ما معادلات تمام واکنش های رخ داده را می نویسیم: C n H 2n + 2 + Br 2 = C n H 2n + 1 Br + HBr; C n H 2n + 1 Br + NaOH = C n H 2n + 1 OH + NaBr. C n H 2n+1 OH → R-CH \u003d O; R-CH \u003d O + Ag 2 O → R-CO-OH + 2Ag ↓. رسوب آزاد شده در آخرین واکنش نقره است، بنابراین، می توانید مقدار ماده آزاد شده نقره را پیدا کنید: M(Ag) = 108 گرم بر مول؛ v(Ag) \u003d m / M \u003d 43.2 / 108 \u003d 0.4 mol. با توجه به شرایط مسئله، پس از عبور ماده به دست آمده در واکنش 2 از روی یک شبکه فلزی داغ، گازی تشکیل شد و تنها گاز، آلدهید، متانال است، بنابراین ماده اولیه متان است. CH 4 + Br 2 \u003d CH 3 Br + HBr. مقدار ماده برمومتان: v (CH 3 Br) \u003d m / M \u003d 9.5/95 \u003d 0.1 مول. سپس مقدار ماده متان مورد نیاز برای بازده 50 درصدی برومومتان 0.2 مول است. M (CH 4) \u003d 16 گرم در مول. بنابراین جرم و حجم متان: m(CH 4) = 0.2×16 = 3.2 گرم؛ V (CH 4) \u003d 0.2 × 22.4 \u003d 4.48 لیتر. |
| پاسخ | جرم متان - جرم 3.2 گرم، حجم متان - 4.48 لیتر |
مثال 2
| ورزش | معادلات واکنشی را بنویسید که می توان از آنها برای انجام تبدیل های زیر استفاده کرد: بوتن-1 → 1-بروموبوتان + NaOH → A - H 2 → B + OH → C + HCl → D. |
| راه حل | برای به دست آوردن 1-بروموبوتان از بوتن-1، لازم است واکنش هیدروبرومیناسیون در حضور ترکیبات پراکسید R 2 O 2 انجام شود (واکنش برخلاف قانون مارکوفنیکوف انجام می شود): CH 3 -CH 2 -CH \u003d CH 2 + HBr → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 Br. هنگام تعامل با محلول آبی قلیایی، 1-بروموبوتان با تشکیل بوتانول-1 (A) تحت هیدرولیز قرار می گیرد: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 Br + NaOH → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH + NaBr. بوتانول-1 در طول هیدروژن زدایی، آلدهید - بوتانال (B) را تشکیل می دهد: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 OH → CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d O. محلول آمونیاک اکسید نقره بوتانال را به نمک آمونیوم - بوتیرات آمونیوم (C) اکسید می کند: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH \u003d O + OH →CH 3 -CH 2 -CH 2 -COONH 4 + 3NH 3 + 2Ag ↓ + H 2 O. بوتیرات آمونیوم، هنگام تعامل با اسید کلریدریک، اسید بوتیریک (بوتانوئیک) را تشکیل می دهد (D): CH 3 -CH 2 -CH 2 -COONH 4 + HCl → CH 3 -CH 2 -CH 2 -COOH + NH 4 Cl. |
اولین گروه از خواص، واکنش های افزایشی است. در گروه کربونیل، بین کربن و اکسیژن، یک پیوند دوگانه وجود دارد که همانطور که به یاد دارید از یک پیوند سیگما و یک پیوند پی تشکیل شده است. علاوه بر این واکنش ها، پیوند پی شکسته می شود و دو پیوند سیگما تشکیل می شود، یکی با کربن، دیگری با اکسیژن. کربن دارای بار مثبت جزئی و اکسیژن دارای بار منفی جزئی است. بنابراین، یک ذره با بار منفی از معرف، یک آنیون، به کربن و یک بخش با بار مثبت از مولکول به اکسیژن متصل می شود.
اولینهیدروژناسیون خاصیت، افزودن هیدروژن.
این واکنش هنگام گرم شدن صورت می گیرد. کاتالیزور هیدروژناسیون که قبلاً برای شما شناخته شده است، نیکل، استفاده می شود. الکل های اولیه از آلدهیدها و الکل های ثانویه از کتون ها به دست می آیند.
در الکل های ثانویه، گروه هیدروکسو به یک اتم کربن ثانویه پیوند دارد.
دومینهیدراتاسیون خواص، اضافه کردن آب. این واکنش فقط برای فرمالدئید و استالدهید امکان پذیر است. کتون ها به هیچ وجه با آب واکنش نمی دهند.
همه واکنش های جمع به گونه ای پیش می روند که مثبت به منفی و منفی به مثبت می رود.
همانطور که از ویدیو در مورد الکل ها به یاد دارید، وجود دو گروه هیدروکسو روی یک اتم یک وضعیت تقریبا غیرممکن است، چنین موادی بسیار ناپایدار هستند. بنابراین، به طور خاص، این دو مورد فرمالدئید هیدرات و استالدهید ممکن است، هر چند آنها فقط در محلول وجود دارند.
لازم نیست خود واکنش ها را بدانیم. به احتمال زیاد، سؤال در امتحان ممکن است مانند یک بیانیه واقعیت به نظر برسد، به عنوان مثال، آنها با آب واکنش می دهند و مواد ذکر شده است. در میان فهرست آنها که ممکن است متانال یا اتانال باشد.
سومافزودن خاصیت هیدروسیانیک اسید
باز هم، مثبت به منفی و منهای به مثبت می رود. موادی به نام هیدروکسی نیتریل به دست می آید. باز هم، خود واکنش رایج نیست، اما باید در مورد این ویژگی بدانید.
چهارمافزودن خاصیت الکل ها
در اینجا نیز نیازی نیست که معادله واکنش را از روی قلب بدانید، فقط باید درک کنید که چنین تعاملی امکان پذیر است.
طبق معمول در واکنش های افزودن به یک گروه کربونیل، به علاوه به منفی، و منفی به مثبت.
پنجمواکنش خاصیت با هیدروسولفیت سدیم
و دوباره، واکنش بسیار پیچیده است، بعید است که آن را یاد بگیرد، اما این یکی از واکنش های کیفی برای آلدئیدها است، زیرا نمک سدیم حاصل رسوب می کند. یعنی در واقع باید بدانید که آلدئیدها با هیدروسولفیت سدیم واکنش می دهند، این کافی خواهد بود.
این اولین گروه از واکنش ها را به پایان می رساند. گروه دوم واکنش های پلیمریزاسیون و چند تراکمی است.
2. پلیمریزاسیون و پلی تراکم آلدئیدها
شما با پلیمریزاسیون آشنا هستید: لاستیک های پلی اتیلن، بوتادین و ایزوپرن، پلی وینیل کلراید محصول ترکیب بسیاری از مولکول ها (مونومرها) در یک زنجیره بزرگ پلیمری هستند. یعنی یک محصول به دست می آید. در حین پلی تراکم، همین اتفاق می افتد، اما علاوه بر پلیمر، محصولاتی با وزن مولکولی کم مانند آب نیز به دست می آید. یعنی دو محصول وجود دارد.
بنابراین، ششمپلیمریزاسیون خواص کتون ها وارد این واکنش ها نمی شوند، تنها پلیمریزاسیون فرمالدئید از اهمیت صنعتی برخوردار است.
پیوند پی شکسته می شود و دو پیوند سیگما با مونومرهای همسایه تشکیل می شود. به نظر می رسد پلی فرمالدئید که پارافورم نیز نامیده می شود. به احتمال زیاد، سؤال در امتحان ممکن است اینگونه باشد: مواد وارد واکنش پلیمریزاسیون می شوند. و لیستی از مواد ارائه شده است که در میان آنها ممکن است فرمالدئید وجود داشته باشد.
هفتمین خاصیت پلی تراکم است. بار دیگر: در حین پلی تراکم، علاوه بر پلیمر، یک ترکیب کم مولکولی نیز به دست می آید، مثلاً آب. فرمالدئید با فنل وارد چنین واکنشی می شود. برای وضوح، ابتدا معادله را با دو مولکول فنل می نویسیم.
در نتیجه، چنین دایمری به دست می آید و یک مولکول آب جدا می شود. حالا معادله واکنش را به صورت کلی می نویسیم.
محصول پلی تراکم رزین فنل فرمالدئید است. طیف گسترده ای از کاربردها از چسب و لاک گرفته تا پلاستیک و قطعات تخته خرده چوب را شامل می شود.
در حال حاضر گروه سوم از خواص واکنش های اکسیداسیون.
3. اکسیداسیون آلدهیدها و کتون ها
هشتمواکنش در لیست کلییک واکنش کیفی به اکسیداسیون گروه آلدهید با محلول آمونیاک اکسید نقره است. واکنش آینه نقره ای من بلافاصله می گویم که کتون ها وارد این واکنش نمی شوند، فقط آلدهیدها.
گروه آلدهید به یک گروه کربوکسیل و اسیدی اکسید می شود، اما در حضور آمونیاک که یک باز است، بلافاصله یک واکنش خنثی سازی رخ می دهد و یک نمک، استات آمونیوم، به دست می آید. نقره رسوب می کند، داخل لوله را می پوشاند و سطحی آینه مانند ایجاد می کند. این واکنش همیشه در امتحان رخ می دهد.
به هر حال، همین واکنش برای سایر موادی که دارای گروه آلدهید هستند، به عنوان مثال، اسید فرمیک و نمک های آن و همچنین گلوکز کیفی است.
نهماین واکنش همچنین برای اکسیداسیون گروه آلدهید با هیدروکسید مس تازه رسوب داده شده دو کیفی است. در اینجا نیز متذکر می شوم که کتون ها وارد این واکنش نمی شوند.
از نظر بصری ابتدا تشکیل یک رسوب زرد رنگ مشاهده می شود که سپس قرمز می شود. در برخی از کتب درسی اطلاعاتی وجود دارد مبنی بر اینکه هیدروکسید مس ابتدا به تنهایی تشکیل می شود که این امر به وجود آمده است رنگ زرد، که سپس به اکسید مس قرمز به تنهایی و آب تجزیه می شود. بنابراین طبق آخرین داده ها این درست نیست، در فرآیند بارش، اندازه ذرات اکسید مس یک تغییر می کند که در نهایت به اندازه هایی می رسد که دقیقاً به رنگ قرمز رنگ می شوند. آلدهید به مقدار مربوطه اکسید می شود اسید کربوکسیلیک. این واکنش اغلب در امتحان رخ می دهد.
دهمین واکنش اکسیداسیون آلدئیدها با محلول اسیدی شده پرمنگنات پتاسیم هنگام گرم شدن است.
تغییر رنگ محلول رخ می دهد. گروه آلدهید به یک گروه کربوکسیل اکسید می شود، یعنی آلدهید به اسید مربوطه اکسید می شود. برای کتون ها، این واکنش معنای عملی ندارد، زیرا تخریب مولکول رخ می دهد و نتیجه مخلوطی از محصولات است.
توجه به این نکته مهم است که فرمالدئید، فرمالدئید، به دی اکسید کربن اکسید می شود، زیرا اسید فرمیک مربوطه خود در برابر عوامل اکسید کننده قوی مقاوم نیست.
در نتیجه کربن از حالت اکسیداسیون 0 به حالت اکسیداسیون +4 می رود. اجازه دهید یادآوری کنم که متانول، به عنوان یک قاعده، در چنین شرایطی به حداکثر اکسیده می شود و به CO 2 می رسد و از مرحله آلدهید و اسید عبور می کند. این ویژگی را باید به خاطر بسپارید.
یازدهماحتراق واکنش، اکسیداسیون کامل. هم آلدهیدها و هم کتون ها به دی اکسید کربن و آب می سوزند.
اجازه دهید معادله واکنش را به صورت کلی بنویسیم.
طبق قانون بقای جرم، باید به تعداد اتم های سمت راست در سمت چپ اتم وجود داشته باشد. زیرا در واقع واکنش های شیمیاییاتم ها به جایی نمی روند، اما ترتیب پیوند بین آنها به سادگی تغییر می کند. بنابراین به تعداد اتم های کربن در یک مولکول یک ترکیب کربونیل، مولکول دی اکسید کربن وجود خواهد داشت، زیرا مولکول حاوی یک اتم کربن است. این n مولکول CO 2 است. نصف مولکول های آب به اندازه اتم های هیدروژن وجود خواهد داشت، یعنی 2n / 2، که به معنای فقط n است.
تعداد اتم های اکسیژن در سمت چپ و راست یکسان است. در سمت راست، 2n از آنها از دی اکسید کربن وجود دارد، زیرا هر مولکول دارای دو اتم اکسیژن، به اضافه n آب، در مجموع 3n است. در سمت چپ، همان تعداد اتم اکسیژن 3n وجود دارد، اما یکی از اتم ها در مولکول آلدئید است، به این معنی که باید از کل کم شود تا تعداد اتم های هر اکسیژن مولکولی بدست آید. معلوم می شود که اتم های 3n-1 حاوی اکسیژن مولکولی هستند، به این معنی که مولکول های آن 2 برابر کمتر است، زیرا یک مولکول حاوی 2 اتم است. یعنی (3n-1)/2 مولکول اکسیژن.
بنابراین، ما معادله احتراق ترکیبات کربونیل را به صورت کلی جمع آوری کرده ایم.
و در نهایت دوازدهمخواص مربوط به واکنش های جانشینی هالوژناسیون در اتم کربن آلفا. اجازه دهید یک بار دیگر به ساختار مولکول آلدهید بپردازیم. اکسیژن چگالی الکترون را به سمت خود می کشد و یک بار مثبت جزئی روی کربن ایجاد می کند. گروه متیل سعی می کند این بار مثبت را با انتقال الکترون ها از هیدروژن به آن در طول زنجیره ای از پیوندهای سیگما جبران کند. پیوند کربن-هیدروژن قطبی تر می شود و هیدروژن در هنگام حمله با یک معرف راحت تر می شکند. این اثر تنها برای اتم کربن آلفا، یعنی اتمی که از گروه آلدهیدی پیروی می کند، صرف نظر از طول رادیکال هیدروکربنی مشاهده می شود.
بنابراین، می توان به عنوان مثال، 2-کلرواستالدئید را به دست آورد. جایگزینی بیشتر اتم های هیدروژن به تری کلرواتان امکان پذیر است.
آلدئیدها و کتون ها مشتقات هیدروکربن های حاوی یک یا چند گروه کربونیل $C = O$ (گروه های oxo) هستند. آلدئیدها ترکیباتی هستند که در آنها گروه کربونیل به یک پسماند هیدروکربنی و هیدروژن، کتونها متصل است - اگر به دو باقیمانده هیدروکربنی متصل باشد (گروه $C = O$ نیز گروه کتو نامیده می شود):
آلدهیدها و کتون ها از گروه ترکیبات کربونیل هستند.
بسته به ساختار رادیکال هیدروکربنی، آلدئیدها و کتون ها به آلیفاتیک، آلی حلقوی و آروماتیک تقسیم می شوند. در بین آلدئیدها و کتون های آلیفاتیک، اشباع و غیر اشباع متمایز می شوند.
ایزومری آلدئیدها با ساختار باقیمانده هیدروکربن و کتونها - علاوه بر موقعیت $C = O$ گروه مرتبط است.
مشخصات فیزیکی
تعریف 1
آلدئیدها و کتون های اشباع، مایعات بی رنگی هستند، به جز فرمالدئید که در شرایط عادی یک گاز است. آنها با بوی تند مشخص می شوند. نقطه جوش آنها کمتر از الکل ها است، زیرا پیوند هیدروژنی برای آلدئیدها و کتون ها معمول نیست و کتون ها بیشتر می جوشند. درجه حرارت بالانسبت به آلدئیدها با تعداد اتم کربن یکسان.
آلدئیدهای فرمیک و استیک و همچنین کتونهایی با وزن مولکولی کوچک در آب محلول هستند. با افزایش وزن مولکولی، حلالیت این مواد در آب کاهش می یابد. همه آلدهیدها و کتون ها در حلال های آلی (الکل، اتر و غیره) به خوبی حل می شوند.
اعتقاد بر این است که گروه کربونیل یک اسموفور، یعنی حامل بو است. آلدهید فرمیک بوی نسبتاً تند دارد. سایر آلدئیدهای پایین دارای بوی خفه کننده ای هستند که وقتی به شدت رقیق شوند خوشایند می شود و شبیه بوی سبزیجات و میوه ها می شود. کتون ها بوی بسیار خوبی دارند.
ساختار الکترونیکی گروه کربونیل
با توجه به الکترونگاتیوی متفاوت اتم های کربن و اکسیژن، گروه کربونیل دارای قطبیت بالا (μ $\sim $2.5 D$ برای آلدئیدها و $2.7 D$ برای کتون ها) و قطبش پذیری قابل توجهی است. برای مثال، مقدار شکست مولکولی $MR$ برای یک گروه Oxo تقریباً 3.4 است، در حالی که برای یک پیوند $C-O$ تنها 1.5 است.
پیوند دوگانه گروه کربونیل مانند آلکن ها از پیوند σ و π تشکیل شده است:
شکل 2. پیوند دوگانه گروه کربونیل. نویسنده24 - تبادل آنلاین مقالات دانشجویی
ویژگی گروه کربونیل در تفاوت قابل توجه در الکترونگاتیوی اتم هایی است که آن را تشکیل می دهند. اتم اکسیژن دارد ساختار خارجی$1s^22s^22p^4$ با توزیع 4$p$-الکترون بر روی سطوح فرعی $x,y,z$، اما مشکل هیبریداسیون آن در نهایت حل نشده است.
وجود اوربیتال‌های ترکیبی غیرمعادل با یک کاراکتر $p$ قابل توجه از نوع $s^n p^m$ فرض می‌شود، که در آن $n$ به 1، $m$ به 2، یعنی $C-O تمایل دارد. پیوند $σ به احتمال زیاد با همپوشانی $sp^(2_-)$ مدار هیبریدی کربن و $2p_x - AO$ اکسیژن تشکیل شده است. پیوند $n$ از تعامل $2p_x - کربن AO$ و $2p_x - AO$ اکسیژن تشکیل می‌شود.
دو جفت باقیمانده $n$-الکترون $2s^2$ و $(2p^2)_y$ از اتم اکسیژن اساسا خواص شیمیاییگروه کربونیل تحت تاثیر قرار نمی گیرد.
در زیر ساختار ساده‌ترین آلدئید - فرمالدئید با داده‌های زوایای پیوند و طول پیوند آورده شده است.
شکل 3. ساختار ساده ترین آلدئید. نویسنده24 - تبادل آنلاین مقالات دانشجویی
طول اوراق، $C=O$ 1.203 $C-H$ 1.101
زاویه پیوند، $()^\circ$ $H-C=O$ 121.8 $H-C-H$ 116.5
به دلیل قطبیت پیوندهای $C = O$، اتم کربن بار مؤثر مثبتی به خود می گیرد و آن را مرکز الکتروفیل و اکسیژن - بار منفی و آن را مرکز هسته دوست می نامند. بنابراین اتم کربن با نوکلئوفیل ها که برهمکنش اصلی گروه $C=O$-آلدئیدها و کتون ها در واکنش های شیمیایی است و اکسیژن با الکتروفیل ها تعامل دارد. جانشین های گیرنده که بار مثبت اتم کربن گروه کربونیل را افزایش می دهند، واکنش پذیری آن را بسیار افزایش می دهند. اثر معکوس با عمل اهداکننده جانشین ها مشاهده می شود:
شکل 4. عمل اهداکننده جانشین ها. نویسنده24 - تبادل آنلاین مقالات دانشجویی
بنابراین، آلدئیدها و کتون ها از یک سو خواص الکتروفیلیک قابل توجهی از خود نشان می دهند و از سوی دیگر خواص هسته دوست ضعیفی مانند الکل ها و اترها دارند.
آلدهیدها در نتیجه دو عامل اصلی واکنش پذیرتر از کتون ها هستند. اول، در حضور باقیمانده هیدروکربن دوم $R$، مانع فضایی زمانی ایجاد می شود که هسته دوست به مرکز الکتروفیل حمله می کند. ثانیاً، جایگزین $R$ با اثر $+I$ بار مثبت اتم کربن الکتروفیل گروه کربونیل را کاهش می‌دهد و بار منفی اتم اکسیژن را افزایش می‌دهد. در نتیجه توانایی گروه کربونیل برای واکنش با معرف های هسته دوست ضعیف می شود.
انرژی پیوند $C = O $ 680-760 کیلوژول بر مول است (برای مقایسه، انرژی پیوند دوگانه $E_(C=C)$ 590-640 کیلوژول بر مول است)، اما به دلیل قطبیت و قطبش پذیری بالا، گروه کربونیل نسبت به پیوند چندگانه کربن - کربن واکنش پذیرتر است.
ویژگی های طیفی آلدهیدها و کتون ها
در طیف UV، ترکیبات کربونیل دارای باند جذب شدید 185- نانومتر به دلیل π-π هستند. انتقال و شدت کم 270-300 نانومتر به دلیل n-π-انتقال:
شکل 5. طیف UV: بنزآلدئید (I)، آنیلین (II) و فلوروبنزن (III). نویسنده24 - تبادل آنلاین مقالات دانشجویی
در ناحیه IR طیف، ارتعاشات کششی شدید گروه کربونیل $v_(C=O)$ در محدوده 1850-1650 سانتی متر $^(-1)$ مشاهده می شود، بنابراین طیف سنجی IR یک روش قابل اعتماد برای آن است. عزم
در مورد طیف‌سنجی NMR برای گروه آلدئیدی، یک سیگنال پروتون مشخصه در ppm 8.5-11.0 وجود دارد که همچنین معیار قابل اعتمادی برای حضور آن در گروه کربونیل است.
