Альдегидами называются органические соединения, содержащие карбонильную группу, в которой атом углерода связан с радикалом и одним атомом водорода, то есть общая формула альдегидов . Исключение составляет муравьиный альдегид , в котором, как видно, R=H.
Изомерия
· изомерия углеводородного радикала
· межклассовая изомерия с кетонами
Получение
1. окисление и каталитическое дегидрирование первичных спиртов. a) Окисление первичных спиртов перманганатом калия или хромовой смесью. Как видно, при дальнейшем окислении образуются кислоты. Эти реакции приводились уже при рассмотрении химических свойств спиртов.
b) Дегидрирование первичных спиртов. Реакцию проводят, пропуская пары спирта над нагретым до 200-300С катализатором, в качестве которого используются медь, никель, кобальт и др.
СН3-СН2-ОН + СuO = CH3 -COH + Cu + H2O
2. Уксусный альдегид получают гидратацией ацетилена по реакции Кучерова.
4. Альдегиды получают гидролизом дигалогенопроизводных углеводородов, однако только тех, у которых оба атома галогена расположены у одного из концевых атомов углерода.
CH3–CH2–
+ 2H2O = [CH3–CH2–
+ 2HCl
1,1- дихлорпропан
1,1-пропандиол
Простейший альдегид – муравьиный – газ с весьма резким запахом. Другие низшие альдегиды – жидкости, хорошо растворимые в воде. Альдегиды кипят при более низкой температуре, чем спирты с тем же числом углеродных атомов. Это cвязано с отсутствием в альдегидах водородных связей. В то же время температура кипения альдегидов выше, чем у соответствующих по молекулярной массе углеводородов, что связано с высокой полярностью альдегидов. Химические свойства и применение альдегидов
1) Альдегиды медленно окисляются кислородом воздуха в карбоновые кислоты:
2) Качественная реакция на альдегиды – реакция «серебряного зеркала».
3)Восстановление гидроксида меди(II) в оксид меди(I) – другая характерная реакция альдегидов. При нагревании голубого осадка Cu(OH)2 в смеси с альдегидом наблюдается исчезновение голубой окраски и образование красного осадка Cu2O:
4) Альдегиды присоединяют водород Н2 по двойной связи С=О при нагревании в присутствии катализатора (Ni, Pt, Pd). Реакция сопровождается разрывом -связи в карбонильной группе С=О и присоединением по месту ее разрыва двух атомов Н молекулы водорода Н–Н. Таким образом из альдегидов получают спирты:
6) Реакция альдегидов со спиртами. R-CHO + 2ROH R-CH(OH)-OR полуацеталь
В избытке спирта при наличии каталитических количеств кислоты происходит дальнейшее нуклеофильное замещение ОН-группы полуацеталя остатком спирта с образованием ацеталя:
R-CH(OH)-OR + ROH R-CH(OR)2 + H2O.
Применение альдегидов
1)взаимодействие с фенолом. Реакция поликонденсации. Получение фенолформальдегидной смолы
Формалин (40%-й водный раствор формальдегида) применяется в качестве антисептика(обеззараживающего средства).
Ацетальдегид СН3СНО – бесцветная жидкость (tкип = 21 °С) с резким запахом, хорошо растворимая в воде. Главное использование ацетальдегида – получение уксусной кислоты.
Карбоновые кислоты
Органические вещества, молекулы которых содержат одну или несколько карбоксильных групп.
Карбоксильная группа (сокращенно —COOH) - функциональная группа карбоновых кислот - состоит из карбонильной группы и связанной с ней гидроксильной группы.
По числу карбоксильных групп карбоновые кислоты делятся на одноосновные, двухосновные и т.д.
Общая формула одноосновных карбоновых кислот R—COOH. Пример двухосновной кислоты - щавелевая кислота HOOC—COOH.
По типу радикала карбоновые кислоты делятся на предельные (например, уксусная кислота CH3COOH), непредельные [например, акриловая кислота CH2=CH—COOH, олеиновая CH3—(CH2)7—CH=CH—(CH2)7—COOH] и ароматические (например, бензойнаяC6H5—COOH).
Изомеры и гомологи
Одноосновные предельные карбоновые кислоты R—COOH являются изомерами сложных эфиров (сокращенно R'—COOR'') с тем же числом атомов углерода. Общая формула и тех, и других CnH2nO2.
Химические свойства карбоновых кислот
Карбоновые кислоты проявляют высокую реакционную способность. Они вступают в реакции с различными веществами и образуют разнообразные соединения, среди которых большое значение имеют функциональные производные, т.е. соединения, полученные в результате реакций по карбоксильной группе.
Названия солей составляют из названий остатка RCOO– (карбоксилат-иона) и металла. Например, CH3COONa – ацетат натрия, (HCOO)2Ca – формиат кальция, C17H35COOK – стеарат калия и т.п.
I. Общие с другими кислотами
1. Диссоциация: R-COOH ↔ RCOO- + H+
-Сила кислот уменьшается в ряду:
H-COOH > CH3-COOH > CH3-CH2-COOH
Карбоновые кислоты - слабые электролиты
2. Взаимодействие с активными металлами: 2R-COOH + 2Na → 2R-COONa + H2↑
3. Взаимодействие с основными оксидами и основаниями:
2R-COOH + CaO → (R-COO)2Ca + H2O R-COOH + NaOH → R-COONa + H2O
4. Взаимодействие с солями слабых кислот:
R-COOH + NaHCO3 → R-COONa + H2O + CO2↑
В водных растворах гидролизуются:
R-COONa + H2O ↔ R-COOH + NaOH
5. Образование сложных эфиров со спиртами: реакция этерификации
II. Специфические свойства
1. Образование функциональных производных R-CO-X (свойства гидроксильной группы)
Получение хлорангидридов:
R-COOH + PCl5 → R-CO-Cl + POCl3 + HCl
2. Образование амидов
CH3COOH + NH3→CH3COONH4 t˚C→ CH3CONH2 + H2O
Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды:
Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):
Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и белков построены из a-аминокислот с участием амидных групп - пептидных связей
3. Реакции замещения с галогенами
(свойства углеводородного радикала, образуется а-хлорпроизводное карбоновой кислоты):
4. Особенности муравьиной кислоты H-COOH:
· Даёт реакцию «Серебряного зеркала»:
H-COOH + 2[Ag(NH3)2]OH → 2Ag↓ + (NH4)2CO3 + 2NH3 + H2O
· Окисление хлором:H-COOH + Cl2 → CO2 + 2HCl
· Вступает в реакцию с гидроксидом меди(II):
H-COOH + 2Cu(OH)2 t → Cu2O↓ + CO2↑ + 3H2O
· Разлагается при нагревании: HCOOH t,H2SO4→ CO↑ + H2O
5. Реакции декарбоксилирования солей карбоновых кислот (получение алканов):
R-COONa + NaOH t → Na2CO3 + R-H (алкан)
6. Окисление в атмосфере кислорода
R-COOH + O2 → CO2 + H2O
Жиры – сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Общее название таких соединений – триглицериды.
Общая формула жиров (триглицеридов)
Животные жиры содержат главным образом глицериды предельных кислот и являются твердыми веществами. Растительные жиры, часто называемые маслами, содержат глицериды непредельных карбоновых кислот. Это, например, жидкие подсолнечное, конопляное и льняное масла.
Природные жиры содержат следующие жирные кислоты
Жиры содержатся во всех растениях и животных. Они представляют собой смеси полных сложных эфиров глицерина и не имеют чётко выраженной температуры плавления.
Химические свойства жиров
1. Гидролиз, или омыление, жиров происходит под действием воды, с участием ферментов или кислотных катализаторов (обратимо), при этом образуются спирт - глицерин и смесь карбоновых кислот:
или щелочей (необратимо). При щелочном гидролизе образуются соли высших жирных кислот, называемые мылами. Мыла получаются при гидролизе жиров в присутствии щелочей:
Мыла — это калиевые и натриевые соли высших карбоновых кислот.
2.Гидрирование жиров – превращение жидких растительных масел в твердые жиры – имеет большое значение для пищевых целей. Продукт гидрогенизации масел – твердый жир (искусственное сало, саломас). Маргарин – пищевой жир, состоит из смеси гидрогенизированных масел (подсолнечного, кукурузного, хлопкого и др.), животных жиров, молока и вкусовых добавок (соли, сахара, витаминов и др.).
Так в промышленности получают маргарин:
Реакция получения жиров (этерификация)
Мыло – щелочная соль высших карбоновых кислот. Жидкое мыло образовано солями калия. а твердое мыло – солями натрия.
Углеводы
Моносахариды (простые углеводы) – углеводы, которые не гидролизуются. В зависимости от числа атомов углерода подразделяются на триозы, тетрозы, пентозы, гексозы. Для человека наиболее важны глюкоза, фруктоза, галактоза, рибоза, дезоксирибоза.
Дисахариды – углеводы, которые гидролизуются с образованием двух молекул моносахаридов. Наиболее важны для человека сахароза, мальтоза и лактоза.
Полисахариды – высокомолекулярные соединения (крахмал,целлюлоза)– углеводы, которые гидролизуются с образованием множества молекул моносахаридов. Углеводы часто называют сахаристыми веществами или сахарами.
Получение. В промышленности
Гидролиз крахмала
(C6H10O5)n + nH2O t,H+→ nC6H12O6
крахмал глюкоза
В лаборатории
· Из формальдегида (1861 г А.М. Бутлеров)
6 HCOH → C6H12O6
формальдегид
· В природе Фотосинтез:
6CO2 + 6H2O hν, хлорофилл → C6H12O6 + 6O2
· Гидролиз дисахаридов:
C12H22O11 + H2O t,H+→ 2 C6H12O6
мальтоза глюкоза
C12H22O11 + H2O t,→ C6H12O6 + C6H12O6
сахароза глюкоза фруктоза
Молекулярная формула глюкозы С6Н12О6
Глюкоза – альдегидоспирт, точнее – многоатомный альдегидоспирт. В растворе глюкозы находится альдегидная форма и молекулы циклического строения.
СH2OH(CHOH)4-COH + 2Cu(OH)2 t → СH2OH(CHOH)4-COOH + Cu2O + 2H2O
голубой красный
3. Восстановление:
СH2OH(CHOH)4-COH + H2 t,Ni → СH2OH(CHOH)4-CH2OH
сорбит – шестиатомный спирт
III. Свойства многоатомных спиртов
1. Образование простых эфиров со спиртами
α - глюкоза
+ СH3ОН
→
+ H2О
2. Качественная реакция многоатомных спиртов. Глюкоза растворяет гидроксид меди (II) и ведет себя как многоатомный спирт, образуя комплексное соединение – ярко синего цвета.
1. Нитросоединения.Азот может входить в органические соединения в виде нитрогруппы NO2.Нитросоединения получают при прямом нитровании предельных углеводородов азотной кислотой или при нитровании ароматических углеводородов азотной кислотой в присутствии серной кислоты
Амины -органические производные аммиака.
Амины могут быть первичными R – NH2, вторичными RR'NH и третичнымиRR'R" N, в зависимости от числа атомов водорода, которые замещены на радикалы R, R', R". Например, первичный амин — этиламин C2H5NH2, вторичный амин — дижетиламин(CH3)2NH, третичный амин – триэтиламин (C2H5)3N.
Основность аминов А лифатические амины – более сильные основания, чем аммиак, т.к. алкильные радикалы увеличивают электронную плотность на атоме азота за счет + I -эффекта. По этой причине электронная пара атома азота удерживается менее прочно и легче взаимодействует с протоном.
Ароматические амины являются более слабыми основаниями, чем аммиак, поскольку неподеленная электронная пара атома азота смещается в сторону бензольного кольца, вступая в сопряжение с его π-электронами.
Амины, как и аммиак, проявляют основные свойства, они в водном растворе гидратируются и диссоциируют как слабые основания:
а с кислотами образуют соли:
Третичные амины присоединяют галогенпроизводные с образованием солей четырехзамещенного аммония:
Ароматические ажины (в которых аминогруппа связана непосредственно с бензольным кольцом) являются более слабыми основаниями, чем алкиламины, из-за взаимодействия неподеленной пары электронов атома азота с?-электронами бензольного кольца. Аминогруппа облегчает замещение водорода в бензольном кольце, например на бром; из анилина образуется 2,4,6-триброманилин:
Получение: восстановление нитросоединений с помощью атомарного водорода (получают либо непосредственно в сосуде по реакции Fe + 2НCl = FeCl2 + 2Н0, либо при пропускании водорода Н2 над никелевым катализатором Н2 = 2Н0) приводит к синтезупервичных аминов:
a) реакция Зинина
Амины используются в производстве растворителей для полимеров, лекарственных препаратов, кормовых добавок, удобрений, красителей. Очень ядовиты, особенно анилин (желто-коричневая жидкость, всасывается в организм даже через кожу).
Аминокислоты. Белки
Аминокислоты – органические соединения, содержащие в своем составе две функциональные группы – кислотную СООН и аминную NH2; являются основой белковых веществ.
Примеры:
Аминокислоты проявляют свойства и кислот, и аминов. Так, они образуют соли (за счет кислотных свойств карбоксильной группы):
и сложные эфиры (подобно другим органическим кислотам):
С более сильными (неорганическими) кислотами они проявляют свойства оснований и образуют соли за счет основных свойств аминогруппы:
Поэтому глицин в реакции со щелочами переходит в глицинат-ион, а с кислотами – в катион глициния, равновесие смещается соответственно в сторону образования анионов или катионов.
Белки – органические природные соединения; представляют собой биополимеры, построенные из остатков аминокислот. В молекулах белков азот присутствует в виде амидогруппы – С(О) – NH– (так называемая пептидная связь С – N). Белки обязательно содержат С, Н, N, О, почти всегда S, часто Р.
При гидролизе белков получают смесь аминокислот, например:
По числу остатков аминокислот в молекуле белка различают дипептиды (приведенный выше глицилаланин), трипептиды и т. д. Природные белки (протеины) содержат от 100 до 1 105 остатков аминокислот.Образование макромолекул протеинов (биополимеров), т. е. связывание молекул аминокислот в длинные цепи, происходит при участии группы СООН одной молекулы и группы NH2 другой молекулы:
studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав!Последнее добавление
. Исключение составляет муравьиный альдегид 
, в котором, как видно, R=H.
-связи в карбонильной группе С=О и присоединением по месту ее разрыва двух атомов Н молекулы водорода Н–Н. Таким образом из альдегидов получают спирты:
R-CH(OH)-OR полуацеталь
(сокращенно —COOH) - функциональная группа карбоновых кислот - состоит из карбонильной группы и связанной с ней гидроксильной группы.
(сокращенно R'—COOR'') с тем же числом атомов углерода. Общая формула и тех, и других CnH2nO2.
Названия солей составляют из названий остатка RCOO– (карбоксилат-иона) и металла. Например, CH3COONa – ацетат натрия, (HCOO)2Ca – формиат кальция, C17H35COOK – стеарат калия и т.п.
I. Общие с другими кислотами
1. Диссоциация: R-COOH ↔ RCOO- + H+
-Сила кислот уменьшается в ряду:
H-COOH > CH3-COOH > CH3-CH2-COOH
Карбоновые кислоты - слабые электролиты
2. Взаимодействие с активными металлами: 2R-COOH + 2Na → 2R-COONa + H2↑
3. Взаимодействие с основными оксидами и основаниями:
2R-COOH + CaO → (R-COO)2Ca + H2O R-COOH + NaOH → R-COONa + H2O
4. Взаимодействие с солями слабых кислот:
R-COOH + NaHCO3 → R-COONa + H2O + CO2↑
В водных растворах гидролизуются:
R-COONa + H2O ↔ R-COOH + NaOH
5. Образование сложных эфиров со спиртами: реакция этерификации
II. Специфические свойства
1. Образование функциональных производных R-CO-X (свойства гидроксильной группы)
Получение хлорангидридов:
R-COOH + PCl5 → R-CO-Cl + POCl3 + HCl
2. Образование амидов
CH3COOH + NH3→CH3COONH4 t˚C→ CH3CONH2 + H2O
Вместо карбоновых кислот чаще используют их галогенангидриды: 
Амиды образуются также при взаимодействии карбоновых кислот (их галогенангидридов или ангидридов) с органическими производными аммиака (аминами):
Амиды играют важную роль в природе. Молекулы природных пептидов и белков построены из a-аминокислот с участием амидных групп - пептидных связей
3. Реакции замещения с галогенами
(свойства углеводородного радикала, образуется а-хлорпроизводное карбоновой кислоты):
4. Особенности муравьиной кислоты H-COOH:
· Даёт реакцию «Серебряного зеркала»:
H-COOH + 2[Ag(NH3)2]OH → 2Ag↓ + (NH4)2CO3 + 2NH3 + H2O
· Окисление хлором:H-COOH + Cl2 → CO2 + 2HCl
· Вступает в реакцию с гидроксидом меди(II):
H-COOH + 2Cu(OH)2 t → Cu2O↓ + CO2↑ + 3H2O
· Разлагается при нагревании: HCOOH t,H2SO4→ CO↑ + H2O
5. Реакции декарбоксилирования солей карбоновых кислот (получение алканов):
R-COONa + NaOH t → Na2CO3 + R-H (алкан)
6. Окисление в атмосфере кислорода
R-COOH + O2 → CO2 + H2O
Жиры – сложные эфиры глицерина и высших карбоновых кислот. Общее название таких соединений – триглицериды.
Общая формула жиров (триглицеридов)
Животные жиры содержат главным образом глицериды предельных кислот и являются твердыми веществами. Растительные жиры, часто называемые маслами, содержат глицериды непредельных карбоновых кислот. Это, например, жидкие подсолнечное, конопляное и льняное масла.
Природные жиры содержат следующие жирные кислоты
α - глюкоза
пептидная (амидная связь)