Альдегиды
Характеристики и физические свойства альдегидов
Рис. 1. Строение карбонильной группы.
Формальдегид – газ, ацетальдегид – летучая жидкость, последующие члены гомологического ряда (табл. 1) – жидкости, высшие гомологи – твердые вещества. Первые члены гомологического ряда хорошо растворимы в воде, поскольку они способны образовывать водородные связи с молекулами воды. Между молекулами альдегидов практически не образуются водородные связи, но имеют место диполь-дипольные взаимодействия и, как следствие, альдегиды имеют более низкие температуры кипения, чем соответствующие им спирты. Многие из альдегидов имеют резкий запах, некоторые – приятный запах.
Таблица 1. Гомологический ряд альдегидов.
Формула |
Название |
Ткип, oС |
Растворимость, г/100 г воды |
|
Молекулярная |
Структурная |
|||
CH2O |
H-C(O)H |
Муравьиный, формальдегид, метаналь |
-21,2 |
растворим |
C2H4O |
CH3-C(O)H |
Уксусный, ацетальдегид, этаналь |
+2-,2 |
растворим |
C3H6O |
C2H5-C(O)H |
Пропионовый, пропаналь |
+48,8 |
16 |
C4H8O |
C3H7-C(O)H |
Масляный, бутаналь |
+73 |
4 |
C5H10O |
C4H9-C(O)H |
Валериановый, пентаналь |
+103 |
малорастворим |
Получение альдегидов
Общим способом получения всех альдегидов является окисление спиртов:
R-CH2-OH + [O] → R-C(O)-H.
Кроме этого используются и другие реакции:
— гидролиз 1,1-дигалогеналканов
CH3-CH2-CHCl2 + 2NaOHaq→CH3-CH2-C(O)-H + 2NaCl + H2O (t0).
— пиролиз кальциевый (бариевых) солей карбоновых кислот:
H-C(O)-O-Ca-O-C(O)-CH3→ CH3-C(O)-H + CaCO3 (t0).
— гидратация ацетилена и его гомологов (реакция Кучерова)
— каталитическое окисление алкенов
2CH2=CH2 + [O] → 2CH3-C(O)-H (kat = CuCl2, PdCl2).
Химические свойства альдегидов
Типичные реакции альдегидов – реакции нуклеофильного присоединения. Все они протекают преимущественно с расщеплением:
- π-связи в карбонильной группе
— гидрирование
CH3-C(O)-H + H2→ CH3-CH2-OH (kat = Ni).
— присоединениеспиртов
CH3-C(O)-H + C2H5OH↔CH3-CH2-C(OH)H-O-C2H5 (H+).
— присоединение синильной кислоты
CH3-C(O)-H + H-C≡N→CH3-C(CN)H-OH (OH—).
— присоединение гидросульфита натрия
CH3-C(O)-H + NaHSO3→CH3-C(OH)H-SO3Na↓.
- присоединение магнийорганических соединений (реактив Гриньяра)
H2C=O + C2H5MgBr → C2H5-CH2-OH + MgOHBr.
- полимеризация
nH2C=O → -[-CH2-O-]-n.
- поликонденсация
2) II. связи С-Н в карбонильной группе
— окисление альдегидов аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала») – качественная реакция
CH3-(O)H + 2[Ag(NH3)2]OH → CH3-C(O)-ONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O
или упрощенно
CH3-(O)H + Ag2O → CH3-COOH + 2Ag↓ (NH3 (aq)).
— окисление гидроксидом меди (II)
CH3-(O)H + 2Cu(OH)2→ CH3-COOH + Cu2O↓ + 2H2O (OH—, t0).
3) III. связи Сα-Н
— галогенирование
CH3-(O)H + Cl2→ CH2Cl-C(O)-H + HCl.
Применение альдегидов
Наибольшее применение из альдегидов имеют формальдегид и ацетальдегид.
Формальдегид имеет широкое применение в быту. Водный раствор формальдегида называется формальном. Он используется для дезинфекции помещений, морских судов, складов, хирургических инструментов, для хранения анатомических препаратов. В сельском хозяйстве его применяют для протравливания семян. Формальдегид широко применяется в кожевенной промышленности как дубильное вещество, делающее кожи более твердыми.
Большое количество формальдегида используется в производстве пластмасс – фенолформальдегидных.
Ацетальдегид и его производные идут на изготовление некоторых лекарств.
Примеры решения задач
Задание | Эквимолекулярная смесь ацетилена и формальдегида полностью реагирует с 69,6 г Ag2O, растворенного в аммиаке. Определите состав исходной смеси. |
Решение | Запишем уравнения реакций, указанных в условии задачи:
HC≡CH + Ag2O →AgC≡Cag + H2O (1); H-C(O)H + 2 Ag2O → CO2 + H2O + 4Ag (2). Рассчитаем количество вещества оксида серебра (I): n = m / M; n(Ag2O) = m(Ag2O) / M(Ag2O); M(Ag2O) = 232 г/моль; n(Ag2O) = 69,6 / 232 = 2,6 моль. По уравнению (2) количество вещества формальдегида будет равно 0,1 моль. По условию задачи смесь эквимолекулярна, следовательно, ацетилена тоже будет 0,1 моль. Найдем массы веществ, составляющих смесь: M(HC≡CH) = 26 г/моль; M(H-C(O)H) = 30 г/моль; m(HC≡CH) = 0,1 × 26 = 2,6 г; m(H-C(O)H) = 0,1 × 30 = 3 г. |
Ответ | Масса ацетилена равна 2,6 г, формальдегида – 3 г. |
Задание | При каталитическом гидрировании 55 г этаналя образовалась карбоновая кислота. Рассчитайте какая масса кислоты была получена. |
Решение | Запишем уравнение реакции каталитического окисления этаналя:
CH3-C(O)H + [O] → CH3-COOH. Вычислим количество вещества этаналя (молярная масса равна 44 г/моль): n = m/ M; n(CH3-C(O)H) = m(CH3-C(O)H) / M(CH3-C(O)H); n(CH3-C(O)H) = 55 / 44 = 1,25 моль. Согласно уравнению реакции n(CH3-C(O)H) :n(CH3-COOH) = 1:1, т.е. n(CH3-COOH) = n(CH3-C(O)H) = 1,25 моль. Тогда масса уксусной кислоты будет равна (молярная масса – 60 г/моль): m = n × M; m(CH3-COOH) =1,25 × 60 = 75г. |
Ответ | Масса уксусной кислоты равна 75 г. |