Химические свойства альдегидов и кетонов определяются тем, что в состав их молекул входит карбонильная группа с полярной двойной связью >C=O.
1. Высокая полярность связи С=О вызывает на карбонильном атоме углерода значительный дефицит электронной плотности (Cδ+), и по этому атому углерода возможна нуклеофильная атака. При этом, взаимодействие с нуклеофилами приводит к разрыву π-связи и образованию более прочной σ-связи.
2. Высокая полярность связи С=О вызывает на атоме углерода, соседнем с карбонильной группой (α-углеродном атоме), повышенную полярность связи С-Н α-углеродного атома. Это характеризует данные соединения как СН-кислоты.
Для альдегидов и кетонов наиболее характерны реакции, протекающие по механизму нуклеофильного присоединения (AN).
Реакционная в таких реакциях уменьшается от альдегидов к кетонам:
Самый активный из альдегидов – формальдегид Н2СО.
Сравнение реакционной альдегидов и кетонов
При сравнении реакционной альдегидов и кетонов необходимо учесть 2 фактора: электронный и пространственный.
Альдегиды более реакционно чем кетоны. Кетоны реагируют обычно в более жестких условиях, чем альдегиды, а в некоторые реакции даже и не вступают.
Электронный фактор связан с величиной положительного заряда на карбонильном атоме углерода и влиянием на него электронодонорных эффектов заместителей R и R'.
В молекулах кетонов на карбонильный атом углерода действуют индуктивные эффекты двух углеводородных радикалов R и R', а в молекулах альдегидов одного радикала R, поэтому в случае кетонов величина положительного заряда на этом атоме меньше.
Следовательно, взаимодействие кетонов с нуклеофилами протекает труднее.
Пространственный фактор связан с доступностью реакционного центра (Cδ+) для нуклеофильной атаки, а это зависит от размеров заместителей R и R'.
В молекулах альдегидов (содержат один радикал R) карбонильный атом углерода оказывается более доступен по сравнению с кетонами, поэтому нуклеофильные реакции для альдегидов протекают легче, чем для кетонов.
Реакционная карбонильных соединений определяется величиной частичного положительного заряда δ+ на атоме углерода в карбонильной группе. Чем этот заряд больше, тем выше химическая активность карбонильного соединения.
Углеводородные радикалы у группы С=О увеличивают пространственные препятствия присоединению к карбонильному атому углерода новых атомов или атомных групп.
Углеводородные радикалы за счет +I-эффекта уменьшают положительный заряд на атоме углерода карбонильной группы, что затрудняет присоединение нуклеофильного реагента.
Для карбонильных соединений характерны реакции:
присоединение по карбонильной группе;
реакции замещения у α-углеродного атома;
полимеризация;
поликонденсация;
окисление.
Химические свойства альдегидов (таблица)
Химические свойства альдегидов и кетонов (таблица)
Химические свойства альдегидов на примере ацетальдегида
Реакции присоединения
Присоединение большинства реагентов по двойной связи С=О происходит как ионная реакция по механизму нуклеофильного присоединения AN.
1. Гидрирование (восстановление)
Реакцию восстановления альдегидов и кетонов широко используют для получения спиртов. Присоединение водорода по кратной связи С=О происходит при нагревании в присутствии катализаторов (Ni, Pt, Pd).
В результате образуются спирты соответствующего строения. Гидрирование альдегидов приводит к образованию первичных спиртов, гидрирование кетонов – ко вторичным.
Так, при гидрировании уксусного альдегида на никелевом катализаторе образуется этиловый спирт, а при гидрировании ацетона – пропанол-2:
В лабораторных условиях для восстановления альдегидов и кетонов используется алюмогидрид лития (тетрагидроалюминат лития) LiAlH4:
2. Присоединение циановодородной (синильной) кислоты НСN
Альдегиды и кетоны, взаимодействуя с синильной кислотой, образуют циангидрины – органические соединения, молекулы которых содержат две функциональные группы: циано-группу и гидроксильную –ОН.
Присоединение идет в соответствии с распределением электронной плотности в молекулах:
Образовавшееся соединение содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид или кетон, поэтому подобные реакции используют для удлинения углеродной цепи. А также для получения α-гидроксикислот R-CH (COOH) OH:
Циангидрин CH3— CH(CN) — OH — яд! Он содержится в ядрах косточек вишен, слив, персика.
Циангидрины используют как промежуточные соединения в синтезах окси- и аминокислот. Некоторые циангидрины встречаются в растениях. Употребление таких растений в пищу может привести к тяжелым отравлениям вследствие высвобождения синильной кислоты в организме.
Объяснение:
КВг⁻¹ + КВг⁺⁵О₃ + Н₂SO₄ → Вг₂⁰ + К₂SO₄ + Н₂O
2Вг⁻¹ -2×e⁻→ Вг₂⁰ 2 5
10
2Вг⁺⁵+2×5e⁻ → Вг₂⁰ 10 1
Вг⁻¹ восстановитель, процесс окисления
Вг⁺⁵ окислитель, процесс восстановления
5КВг + КВгО₃ + 3Н₂SO₄ = 3Вг₂ + 3К₂SO₄ + 3Н₂O
Р⁰ + НI⁺⁵О₃ + Н₂О → Н₃Р⁺⁵О₄ + НI⁻¹
Р⁰ -5e⁻ → Р⁺⁵ 5 6
30
I⁺⁵+6e⁻ → I⁻¹ 6 5
Р⁰восстановитель, процесс окисления
I⁺⁵окислитель, процесс восстановления
6Р + 5НIО₃ + 9Н₂О = 6Н₃РО₄ + 5НI
Н₂S⁻² + Сl₂⁰ +Н₂O → Н₂S⁺⁶O₄ + НСl ⁻¹
S⁻² -8e⁻ → S⁺⁶ 8 1
8
2Сl⁰ +2×e⁻ → 2Сl ⁻¹ 2 4
S⁻² восстановитель, процесс окисления
Сl⁰ окислитель, процесс восстановления
Н₂S + 4Сl₂ +4Н₂O = Н₂SO₄ + 8НСl