Лекция по Химии на тему "Альдегиды. Карбоновые кислоты"

УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА: ХИМИЯ

Раздел: Кислородсодержащие  органические соединения.

Тема: Альдегиды. Карбоновые кислоты

Цель:   углубить, систематизировать и закрепить теоретические знания, а также привить навыки самостоятельной обработки, обобщения и систематизации изложения материала.

Задание№1:

Ознакомиться с лекционным материалом по теме.

Задание №2:

Выполнить задание занимательного характера «Из чего состоит яблоко?»

Рекомендации  по выполнению задания:

Укажите химический состав яблока. Оформите задание в форме коллажа.

Задание №4:

Бромированием С_nH_2n+2получили 9,5 г монобромида, который при обработке разбавленным раствором NaOH превратился в кислородсодержащее соединение. Пары его с воздухом пропущены над раскаленной медной сеткой. При обработке образовавшегося при этом нового газообразного вещества избытком аммиачного раствора Ag₂O выделилось 43,2 г осадка. Какой углеводород был взят и в каком количестве, если выход на стадии бромирования 50%, остальные реакции протекают количественно.

Лекция

Физические и химические свойства альдегидов

Альдегиды – органические вещества, относящиеся к классу карбонильных соединений, содержащих в своем составе функциональную группу –СН = О, которая называется карбонильной.

Общая формула предельных альдегидов и кетонов C_nH_2nO. В названии альдегидов присутствует суффикс –аль.

Простейшие представители альдегидов – формальдегид (муравьиный альдегид) –СН₂ = О, ацетальдегид (уксусный альдегид) – СН₃-СН = О. Существуют циклические альдегиды, например, циклогексан-карбальдегид; ароматические альдегиды имеют тривиальные названия – бензальдегид, ванилин.

Атом углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp²-гибридизации и образует 3σ-связи (две связи С-Н и одну связь С-О). π-связь образована р-электронами атомов углерода и кислорода. Двойная связь С = О является сочетанием σ- и π-связей. Электронная плотность смещена в сторону атома кислорода.

Для альдегидов характерна изомерия углеродного скелета, а также межклассовая изомерия с кетонами:

СН₃-СН₂-СН₂-СН = О (бутаналь);

СН₃-СН(СН₃)-СН = О (2-метилпентаналь);

СН₃-С(СН₂-СН₃) = О (метилэтилкетон).

Атом углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp²-гибридизации и образует 3σ-связи (две связи С-Н и одну связь С-О). π-связь образована р-электронами атомов углерода и кислорода. Двойная связь С = О является сочетанием σ- и π-связей. Электронная плотность смещена в сторону атома кислорода.

Для альдегидов характерна изомерия углеродного скелета, а также межклассовая изомерия с кетонами:

СН₃-СН₂-СН₂-СН = О (бутаналь);

СН₃-СН(СН₃)-СН = О (2-метилпентаналь);

СН₃-С(СН₂-СН₃) = О (метилэтилкетон).

Химические свойства альдегидов

В молекулах альдегидов имеется несколько реакционных центров: электрофильный центр (карбонильный атом углерода), участвующий в реакциях нуклеофильного присоединения; основный центр – атом кислорода с неподеленными электронными парами; α-СН кислотный центр, отвечающий за реакции конденсации; связь С-Н, разрывающаяся в реакциях окисления.

1. Реакции присоединения:

— воды с образованием гем-диолов

R-CH = O + H₂O ↔ R-CH(OH)-OH;

— спиртов с образованием полуацеталей

CH₃-CH = O + C₂H₅OH ↔CH₃-CH(OH)-O-C₂H₅;

— тиолов с образованием дитиоацеталей (в кислой среде)

CH₃-CH = O + C₂H₅SH ↔ CH₃-CH(SC₂H₅)-SC₂H₅ + H₂O;

— гидросульфита натрия с образованием α-гидроксисульфонатов натрия

C₂H₅-CH = O + NaHSO₃ ↔ C₂H₅-CH(OH)-SO₃Na;

— аминов с образованием N-замещенных иминов (основания Шиффа)

C₆H₅CH = O + H₂NC₆H₅ ↔ C₆H₅CH = NC₆H₅ + H₂O;

— гидразинов с образованием гидразонов

CH₃-CH = O +₂HN-NH₂ ↔ CH₃-CH = N-NH₂ + H₂O;

— циановодородной кислоты с образованием нитрилов

CH₃-CH = O + HCN ↔ CH₃-CH(N)-OH;

— восстановление. При взаимодействии альдегидов с водородом получаются первичные спирты:

R-CH = O + H₂ → R—CH₂-OH;

2. Окисление

— реакция «серебряного зеркала» — окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра

R-CH = O + Ag₂O → R-CO-OH + 2Ag↓;

— окисление альдегидов гидроксидом меди (II), в результате которого выпадает осадок оксида меди (I) красного цвета

CH₃-CH = O + 2Cu(OH)₂ → CH₃-COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O;

Эти реакции являются качественными реакциями на альдегиды.

Физические свойства альдегидов

Первый представитель гомологического ряда альдегидов – формальдегид (муравьиный альдегид) – газообразное вещество (н.у.), альдегиды неразветвленного строения и состава С₂-С₁₂ – жидкости, С₁₃ и длиннее – твердые вещества. Чем больше атомов углерода входит в состав неразветвленного альдегида, тем выше его температура кипения. С увеличением молекулярной массы альдегидов увеличиваются значения величин их вязкости, плотности и показателя преломления. Формальдегид и ацетальдегид способны смешиваться с водой в неограниченных количествах, однако, с ростом углеводородной цепи эта способность альдегидов снижается. Низшие альдегиды обладают резким запахом.

Получение альдегидов

Основные способы получения альдегидов:

— гидроформилирование алкенов. Эта реакция заключается в присоединении СО и водорода к алкену в присутствии карбонилов некоторых металлов VIII группы, например, октакарбонилдикобальта (Cо₂(СО)₈) Реакция проводится при нагревании до 130С и давлении 300 атм

СН₃-СН = СН₂ + СО +Н₂ →СН₃-СН₂-СН₂-СН = О + (СН₃)₂СНСН = О;

— гидратация алкинов. Взаимодействие алкинов с водой происходит в присутствии солей ртути (II) и в кислой среде:

НС≡СН + Н₂О → СН₃-СН = О;

— окисление первичных спиртов (реакция протекает при нагревании)

СН₃-СН₂-ОН + CuO → CH₃-CH = O + Cu + H₂O.

Применение альдегидов

Альдегиды нашли широкое применение в качестве сырья для синтеза различных продуктов. Так, из формальдегида (крупнотоннажное производство) получают различные смолы (фенол-формальдегидные и т.д.), лекарственные препараты (уротропин); ацетальдегид — сырье для синтеза уксусной кислоты, этанола, различных производных пиридина и т.д. Многие альдегиды (масляный, коричный и др.) используют в качестве ингредиентов в парфюмерии.