SVYAT | BIOCHEM

Органика: Альдегиды и Кетоны • Базовый конспект

Карбонильные соединения содержат функциональный фрагмент с двойной связью между атомами углерода и кислорода (C=O). У атома кислорода электроотрицательность больше, чем у углерода, за счет чего связь становится полярной (Cδ+=Oδ-).
SVYAT | BIOCHEM
1
Классификация и строение
Общая молекулярная формула:
CnH2nO
Альдегиды
Карбонильная группа находится на конце цепи (связана минимум с одним атомом водорода). Суффикс -аль.
R— C O H
Кетоны
Карбонильная группа находится внутри цепи (связана с двумя радикалами). Суффикс -он.
R— O C —R'
Тривиальные названия для ЕГЭ:
H— C O H
Метаналь
Формальдегид
Муравьиный альдегид
CH3— C O H
Этаналь
Ацетальдегид
Уксусный альдегид
CH3— O C —CH3
Пропанон
Ацетон
Диметилкетон
C O H
Бензальдегид
Бензойный альдегид
2
Номенклатура
Правила для альдегидов
К названию алкана добавляется суффикс -аль.
Важно: Нумерация главной цепи всегда начинается с атома углерода карбонильной группы (он всегда №1).
CH3— CH CH3 —CH2— C O H
3-метилбутаналь
Правила для кетонов
К названию алкана добавляется суффикс -он.
Важно: Нумерация идет с того конца, к которому ближе карбонильная группа. Её положение указывается цифрой.
CH3— O C —CH2—CH3
Бутанон-2 (метилэтилкетон)
3
Изомерия
1. Углеродного скелета (для альдегидов с C₄)
CH₃— CH CH3 — C O H
2-метилпропаналь
↑
C4H8O
↓
CH₃—CH₂—CH₂— C O H
Бутаналь
2. Межклассовая (альдегиды и кетоны изомерны друг другу)
CH3— O C —CH2—CH3
Бутанон
↑
C4H8O
↓
CH3—CH2—CH2— C O H
Бутаналь
3. Положения карбонильной группы (для кетонов с C₅)
CH3— O C —CH2—CH2—CH3
Пентанон-2
↑
C5H10O
↓
CH3—CH2— O C —CH2—CH3
Пентанон-3
4
Применение (для заданий №25)
Формальдегид
Производство фенолформальдегидных смол, пластмасс. Водный 40% раствор — формалин (применяется в медицине и анатомии для консервации).
Ацетальдегид
Важнейшее сырье для промышленного синтеза уксусной кислоты. Производство зеркал (реакция серебряного зеркала).
Ацетон
Широко применяемый органический растворитель (для лаков, красок, смол), производство органического стекла.
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
1
Дегидрирование спиртов
Первичные спирты дают альдегиды. Вторичные спирты дают кетоны. Третичные спирты НЕ ВСТУПАЮТ В РЕАКЦИЮ!!!
Дегидрирование (катализаторы: Cu, Ag):
CH3—CH2—OH t°, Cu→ CH3— C O H + H2
2
Мягкое окисление спиртов (CuO)
Окисление оксидом меди(II) (на примере вторичного спирта):
CH3— CH OH —CH3 + CuO t°→ CH3— O C —CH3 + Cu↓ + H2O
3
Жесткое окисление спиртов (KMnO₄, K₂Cr₂O₇)
Сильные окислители в кислой среде окисляют спирты. Первичные спирты окисляются до альдегидов, а затем до карбоновых кислот. Вторичные спирты — до кетонов.
Получение альдегидов (с отгонкой продукта):
Чтобы реакция не пошла дальше до кислоты, альдегид немедленно отгоняют (он кипит при меньшей температуре). Обычно используют дихромат калия.
3 CH3—CH2—OH + K2Cr2O7 + 4 H2SO4 →
3 CH3— C O H + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 7 H2O
Получение кетонов (из вторичных спиртов):
Кетоны более устойчивы к жесткому окислению, поэтому реакция останавливается на этой стадии.
5 CH3— CH OH —CH3 + 2 KMnO4 + 3 H2SO4 →
5 CH3— O C —CH3 + 2 MnSO4 + K2SO4 + 8 H2O
4
Реакция Кучерова (гидратация алкинов)
Важно: Только из ацетилена можно получить альдегид. Из остальных алкинов получаются кетоны (по правилу Марковникова).
Получение альдегида (из ацетилена):
HC≡CH + H2O Hg²⁺, H⁺→ CH3— C O H
Получение кетона (из пропина):
HC≡C—CH3 + H2O Hg²⁺, H⁺→ CH3— O C —CH3
Получение ароматического кетона (из фенилацетилена):
C≡CH + H2O Hg²⁺, H⁺→ O C —CH3
Ацетофенон (метилфенилкетон)
5
Щелочной гидролиз дигалогеналканов
Если два галогена при одном (крайнем) атоме C — альдегид. Если при внутреннем — кетон. Строго водный раствор щелочи!
🚨 Ловушка: Неустойчивый промежуточный продукт! Две OH-группы у одного атома углерода не могут существовать (правило Эльтекова-Эрленмейера). Такой диол моментально отщепляет молекулу воды и превращается в карбонильное соединение. Если напишешь его в бланке — потеряешь балл!
[ CH3— CH OH OH ]
- H₂O→
CH3— C O H
Получение альдегида (из 1,1-дихлорэтана):
CH3— CH Cl Cl + 2 NaOH(водн) → CH3— C O H + 2 NaCl + H2O
Получение кетона (из 2,2-дихлорпропана):
CH3— C Cl Cl —CH3 + 2 NaOH(водн) → CH3— O C —CH3 + 2 NaCl + H2O
6
Пиролиз солей карбоновых кислот бария и кальция
Термическое разложение солей кальция или бария приводит к образованию карбонильных соединений и карбоната металла. В основном применяется для синтеза симметричных кетонов.
Получение ацетона (из ацетата кальция):
H₃C— C O O Ca H₃C— C O O t°→ CH3— O C —CH3 + CaCO3
В сокращенном молекулярном:
(CH3COO)2Ca t°→ CH3— O C —CH3 + CaCO3
7
Вакер-процесс
Прямое каталитическое окисление алкенов кислородом. Это важнейший современный и экологичный промышленный способ получения ацетальдегида в одну стадию.
Получение ацетальдегида (из этилена):
2 CH2═CH2 + O2 PdCl₂, CuCl₂→ 2 CH3— C O H
8
Кумольный синтез
Окисление кумола (изопропилбензола) кислородом воздуха в присутствии серной кислоты. Один из главных промышленных методов, так как безотходно дает сразу два ценных продукта.
Синтез фенола и ацетона:
CH CH3 CH3 + O₂ H₂SO₄→ OH +
CH₃— O C —CH₃
9
Окисление метана
Прямое каталитическое окисление метана кислородом. Важнейший промышленный способ получения самого простого альдегида — формальдегида.
Получение формальдегида (метаналя):
CH4 + O2 t°, кат.→ H— C O H + H2O
SVYAT | BIOCHEM
SVYAT | BIOCHEM
А. Реакции присоединения (Восстановление)
Гидрирование по двойной связи C=O
Из альдегидов получаются первич спирты, из кетонов — вторичные.
CH3— C O H + H2 t°, Ni→ CH3—CH2—OH
Б. Реакции замещения кислорода
Взаимодействие с галогенидами фосфора (PCl₅)
Кислород замещается на ДВА атома галогена. Образуются дигалогеналканы с атомами галогенов при одном атоме углерода.
CH3— C O H + PCl5 → CH3— CH Cl Cl + POCl3
В. Реакции окисления (ТОЛЬКО АЛЬДЕГИДЫ)
1. Реакция «Серебряного зеркала» (Качественная)
Альдегид окисляется аммиачным раствором оксида серебра. Серебро выпадает в осадок в виде зеркального налета.
CH3— C O H + 2[Ag(NH3)2]OH t°→ CH3— C O ONH₄ + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O
КРИТИЧЕСКАЯ ЛОВУШКА ЕГЭ! В результате реакции образуется строго СОЛЬ АММОНИЯ (ацетат аммония), а НЕ кислота! Аммиак, выделяющийся в ходе реакции, мгновенно нейтрализует образующуюся кислоту. Напишешь кислоту во второй части — потеряешь баллы!
Исключение: Окисление формальдегида
Формальдегид окисляется глубже — до карбоната аммония (соль угольной кислоты)!
H— C O H + 4[Ag(NH3)2]OH t°→ (NH4)2CO3 + 4Ag↓ + 6NH3 + 2H2O
2. Окисление гидроксидом меди(II) (Качественная)
Альдегид окисляется до кислоты, а медь восстанавливается до оксида меди(I) осадка кирпично-красного цвета.
CH3— C O H + 2Cu(OH)2 t°→ CH3— C O OH + Cu2O↓ + 2H2O
Голубой осадок
→
Кирпично-красный осадок
Только при нагревании! Эта реакция идет строго при нагревании. Если добавить свежеосажденный Cu(OH)₂ без нагревания — реакция не пойдет (растворение осадка без нагревания — это качественная реакция на многоатомные спирты).
3. Окисление перманганатом и дихроматом
В кислой среде (до кислот):
5 CH3— C O H + 2KMnO4 + 3H2SO4 →
5 CH3— C O OH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
3 CH3— C O H + K2Cr2O7 + 4H2SO4 →
3 CH3— C O OH + Cr2(SO4)3 + K2SO4 + 4H2O
В щелочной среде (окисление до солей):
CH3— C O H + 2KMnO4 + 3KOH →
CH3— C O OK + 2K2MnO4 + 2H2O
🎯 Спецраздел: Реакции для ознакомления
В этом блоке собраны специфические свойства, которые не требуют написания самих уравнений во второй части экзамена, но могут попасться в виде схемы или теории.
1. Присоединение спиртов к альдегидам (Полуацетали)
Взаимодействие идет в кислой среде (H⁺).
R— C O H + C2H5OH H⁺⇄
R— C OH H OC₂H₅ полуацеталь
2. Поликонденсация (Получение фенолформальдегидной смолы)
Отличается от полимеризации тем, что помимо полимера образуется низкомолекулярное соединение (вода).
n OH +
n H— C O —H
H⁺, t°→ [ OH CH2 ] n + n H₂O
Фрагмент фенолформальдегидной смолы
Г. ВАЖНО: С чем альдегиды и кетоны точно НЕ реагируют
Составители ЕГЭ любят ловить на отличиях карбонильных соединений от спиртов и кислот. Запомните эти 3 ловушки:
❌ С активными щелочными металлами (Na, K) и щелочами KOH, NaOH
НЕ реагируют! В отличие от спиртов и карбоновых кислот, у альдегидов и кетонов нет «подвижного» атома водорода у кислорода. Водород из углеводородного радикала металлами не вытесняется.
❌ С солями слабых кислот (сода Na₂CO₃, NaHCO₃)
НЕ реагируют! Карбонильные соединения не проявляют кислотных свойств в обычных реакциях обмена, поэтому они не способны вытеснять углекислый газ из карбонатов.
❌ КЕТОНЫ не окисляются слабыми окислителями
В отличие от альдегидов, кетоны НЕ вступают в реакцию «серебряного зеркала» и НЕ реагируют с Cu(OH)₂ при нагревании. Это главный способ отличить альдегид от кетона!
SVYAT | BIOCHEM
СВЯТОСЛАВ | SVYAT-BIOCHEM.RU | ЛИЧНАЯ СВЯЗЬ В TG: @TELLARUSG