Органические соединения, в состав которых входит С=О группа, называют карбонильными соединениями. Они делятся на:
- альдегиды:
- кетоны:
Углеводороды могут быть насыщенными и ненасыщенными, а также ароматическими.
Радикалы в кетоне могут быть различными и одинаковой длины, в таком случае они называются нессиметричными (смешанными) или симметричными.
Общая формула: CnH2nO.
Строение карбонильных соединений.
В связи С=О связь двойная, где углерод находится в sp2-гибридизации и образует 3 сильные связи, лежащие в плоскости под углом 120º.
С-О образована π-электронами при перекрывании негибридных орбиталей. В силу большей электроотрицательности электронная плотность смещена в сторону атома кислорода:
Изомерия карбонильных соединений.
Для карбонильных соединений свойственна изомерия углеродного скелета и положением карбонильной группы:
Как называть карбонильные соединения?
По правилам ИЮПАК альдегид называют путем прибавления суффикса –аль, а кетон – он. Тот атом углерода, который связан с С=О группой является при нумерации первым.
Физические свойства карбонильных соединений.
Низшие альдегиды и кетоны – легкокипящие жидкости с резким запахом и хорошо растворимы в воде. Формальдегид является газом. Т.к. в молекуле нет водородных связей, значит температуры кипения и плавления у карбонильных соединений значительно ниже, чем у соответствующих алкенов, спиртов.
Получение карбонильных соединений.
1. Гидратация алкинов:
Способ очень дорогой и продукты реакции весьма токсичны (т.к. в реакции участвует ртуть), поэтому применяется данный метод нечасто.
2. Окисление спиртов. Окисление проводят перманганатом калия, дихроматом, а также оксидом меди (II):
3. Щелочной гидролиз дигалогеналканов, в которых содержатся 2 атома галогена при одном атоме углерода. В результате образуется двухатомный спирт, который очень неустойчив и превращается в:
4. Дегидрирование спиртов. Этот метод имеет промышленное значение. В качестве катализаторов используют металлическую медь, серебро, хром, никель, оксид цинка:
5. Окисление алкенов. Очень экономичный метод, используется в промышленных целях. Процесс проводят в присутствие хлоридов палладия (II) и меди (II):
Химические свойства карбонильных соединений.
В состав альдегидов и кетонов входит карбонильная группа с полярной связью. Поэтому карбонильные соединения вступают в реакции нуклеофильного присоединения. Активность соединений определяется величиной частично положительного заряда на атоме углерода. Электронодонорные группы понижают это значение. Самый активный – формальшегид.
Реакции присоединения карбонильных соединений.
1) гидрирование. Из альдегидов получаются первичные спирты, из кетонов – вторичные:
2) присоединение HCN (синильная кислота, циановодородная):
Эту реакцию используют для удлинения цепи.
3) Реакция со спиртами с образование ацеталей и полуацеталей:
Полуацеталь – соединение, в котором у одного атома углерода содержится гидроксильная и алкоксильная группы:
Ацеталь – соединение, в котором у атома углерода содержится 2 алкоксильные группы:
4) Реакция с гидросульфитом:
5) Реакция с реактивом Гриньяра – металлоорганическое соединение. С помощью его можно получить спирты, а также из альдегида можно получить кетон:
6) Присоединение воды – гидратация:
Реакции окисления карбонильных соединений .
Альдегиды при окислении легко образуют соответствующие карбоновые кислоты. В качестве окислителей можно использовать перманганат калия, гидроксиды серебра и меди. Кетоны более инертны по отношению к окислителям, они вступают в реакцию только с сильными окислителями, в результате которых связь С-С рвется.
Реакция серебряного зеркала – это взаимодействие с аммиачным раствором серебра или оксидом серебра или гидроксидом меди. Эти реакции являются качественными на карбонильные соединения:
В упрощенном виде:
Применение карбонильных соединений.
Формальдегид используют для получения полимерных материалов. В водном растворе формальдегида хранят анатомические препараты. Ацетон используют в качестве растворителя в лакокрасочной промышленности.