Карбонильные соединения

1. Карбонильные соединения

Альдегиды и кетоны
Лектор: Стутко
Оксана Валериевна
старший преподаватель кафедры Химии

2. План

• Определение
• Классификации
• Номенклатура
• Нахождение в природе
Насыщенные карбонильные соединения
• Изомерия
• Способы получения
• Физические свойства
• Химические свойства
2

3.

Карбонильными называют соединения в
состав молекул которых входит карбонил
C
O
3

4. Классификации

По типу размещения группы
соединения, содержащие
карбонильную группу,
связанную с
органическим радикалом
и атомом водорода –
альдегиды
соединения, содержащие
карбонильную группу,
связанную с двумя
органическими
радикалами – кетоны
R'
H
C
C
O
O
R
R
4

5. Классификации

По количеству карбонильных групп
5

6. Классификации

По типу радикалов
Предельные
Непредельные
Карбоциклические
Ароматические
Гетероциклические
Смешанные
CH3
C
CH3
O
CH3
C
H
O
O
O
CH3
CH
C
C
C
H
H
CH3
O
C
H
O
CH3
C
CH2
CH3
6

7. Номенклатура

Альдегидную группу по систематической
номенклатуре обозначают суффиксами –аль и –
карбальдегид или приставками оксо- и формил-.
Многие альдегиды имеют тривиальные названия,
произведенные из названий кислот, получаемых при
их окислении и слова «альдегид».
Кетонную группу по систематической
номенклатуре обозначают суффиксами –он и –
кетон или приставками оксо- и кето-. Некоторые
кетоны имеют тривиальные названия.
7

8. Номенклатура. Типичные представители

O
H
C
H
H3C
C
O
H
O
H3C
CH2
C
Метаналь
Формальдегид
Этаналь
Уксусный альдегид
Пропаналь
Пропионовый альдегид
Бутаналь
Масляный альдегид
H
O
H3C
CH2
CH2
C
H
8

9. Номенклатура. Типичные представители

H3C
O
CH
C
Метипропаналь
H
Изомасляный альдегид
CH3
H3C
CH2
CH2
H3C
C
CH2
O
C
O
H
Пентаналь
Пропанон
Ацетон
Диметилкетон
Бутанон
метилэтилкетон
CH3
H3C
C
O
CH2
CH3
9

10. Номенклатура. Типичные представители

H3C
C
O
CH2
H3C
H3C
H3C
CH2
CH2
CH
CH2
CH2 C
C
метилпропилкетон
Пентанон-3
диэтилкетон
гексанон -3
пропилэтилкетон
2-метилпентанон-3
изопропилэтилкетон
CH3
O
CH2 C
Пентанон-2
CH3
O
CH2
CH3
O
CH2
CH3
CH3
10

11. Номенклатура. Типичные представители

O
циклогексанон
H2C
CH
O
C
H
H2C
H2C
H2C
C
C
C
O
O
пропеналь
акролеин
кетен
O
дикетен
11

12. Номенклатура. Типичные представители

Циклогександион-1,3
O
O
O
Индандион-1,3
O
O
C
O
H
H
C
CH
пара-фенилендиаль
Терефталевый
альдегид
1,3-дифенилпропенон
Халкон
O
CH C
12

13. Номенклатура. Типичные представители

O
C
2-гидроксибензальдегид
орто-гидроксибензальдегид
H
OH
Салициловый
альдегид
O
C
4-гидрокси-3-
H
метоксибензальдегид
HO
O
CH3
C
C
H3C
O
Ванилин
O
H
O
H
2-нафталинкарбольдегид
параметоксибензальдегид
Анисовый
альдегид
13

14. Номенклатура. Типичные представители

O
C
H3C
CH2
H3C
H3C
CH2
O
C
CH3
CH3
O
Гександион-2,5
ацетонилацетон
1,7,7триметилбицикло[2,2,1]ге
птанон-2
камфора
H 3C
Наналь
Пеларгоновый
альдегид
H
O
14

15. Номенклатура. Типичные представители

3,7-диметилоктадиен-2,6-аль
O
Цитраль
H
Фенилкарбольдегид
Бензойный альдегид
3-фенилпропеналь
β-фенилакролеин
Бензальдегид
циннамаль
Коричный
альдегид
15

16. Номенклатура. Типичные представители

H 3C
H 3C
CH
C
O
H
3,5-диметокси-4гидроксибензальдегид
Сиреневый
альдегид
Дифенилкетон
Бензофенон
Параизопропилбензальдегид
Куминовый
альдегид
16

17.

Нахождение в природе

18.

• Пеларгоновый
альдегид
С8H17 COH содержится в
эфирных маслах
цитрусовых растений,
обладает запахом
апельсина, его
используют как
пищевой
ароматизатор.
H 3C
H
O
18

19.

Цитраль содержится в
эфирном масле
лимонов в
эвкалиптовом и
некоторых других
эфирных маслах.
19

20.

Бензальдегид,
запах горького миндаля
O
H
20

21.

Коричный
альдегид
21

22.

Сиреневый и коричный
альдегиды
H
O
H
O
MeO
OMe
OH
22

23.

Масло камфорного
лавра
содержит камфору
H 3C
O
CH 3
CH 3
23

24.

Бензофенон, запах герани
O
24

25.

Ванилин, запах ванили
O
H
OMe
OH
25

26.

Куминовый альдегид
содержится в масле
тмина
жасминальдегид
анисовый альдегид
26

27.

Многие насекомые при нападении врагов используют
средства химической защиты
CH 3
H 3C
O
H
O
H 3C
H
CH 3
Цитраль,
содержится в организме муравьев
COH
CH2
Долиходиал,
содержится в организме палочников
Подобные соединения обладают сильным, летучим запахом,
который оказывает раздражающее действие,
а капли попавшие на покровы хищника могут вызывать
раздражение и зуд.
27

28. Насыщенные монокарбонильные соединения

29. Физические свойства

• Низшие представители гомологического
ряда предельных альдегидов и кетонов –
легкие жидкости, растворимы в воде,
имеют резкий запах.
• С3-С6 запах неприятный
• Высшие в воде не растворимы,
температуры кипения высокие, запах
приятный, применяются в парфюмерии.
29

30. Физические свойства

Название
Формула
Температура
кипения, °C
Плотность,
г/см³
(при 20 °C)
Формальдегид
Ацетальдегид
Пропаналь
HCHO
CH3CHO
CH3CH2CHO
−21
21
49
0,82
0,778
0,797
Бутаналь
Акролеин
Кротоновый
альдегид
CH3CH2CH2CHO
CH2=CH–CHO
CH3-CH=CH–CHO
76
53
104
0,803
0,841
0,852
Бензальдегид
C6H5CHO
179
1,05
Салициловый
альдегид
о-HO–C6H4CHO
197
1,16
30

31. Физические свойства

Название
Формула
Температура
кипения, °C
Плотность,
г/см³
(при 20 °C)
Aцетон
CH3COCH3
56,1
0,781
Глиоксаль
OHC-CHO
50,4
1,140
Бензофенон
C6H5COС6Н5
306
Метилфенилкето CH3COС6H5
н
202
1,028
31

32. Изомерия

Структурная изомерия углеводородных
радикалов характерная для всех
карбонильных соединений
Изомерия положения функциональной
группы характерна для кетонов
32

33. Способы получения

Окисление и дегидрирование спиртов (см.
химические свойства спиртов)
Окисление алкенов (см. химические свойства
алкенов)
Гидратация алкинов (см. химические свойства
алкинов)
Пинаколиновая перегруппировка (см. химические
свойства спиртов)
Прямое карбонилироание (оксосинтез)
несимметричных алкенов (см. химические
свойства алкенов)
33

34. Способы получения монокарбонильных соединений

Гидролиз геминальных дигалогеналканов
R
R'
X
C
H2O OH-
X
R
R'
OH
R
C
R'
OH
C
O + H2O
(X = F, Cl, Br, I)
H3C
CH
Cl
Cl
+ 2 H2O
- 2HCl
1,1-дихлорэтан
H3C
H3C
C
H3C
H3C
H2O
OH
CH
этандиол-1,1
Cl
Cl
2,2-дихлорпропан
+ 2 H2O
H3C
- 2HCl
H3C
O
OH
C
H
этаналь
OH
H3C
OH
- H2O H C
3
пропандиол-2,2
C
C
O
ацетон
34

35. Химические свойства

Альдегиды и кетоны принадлежат к
наиболее реакционным органическим
соединениям, причём альдегиды химически
активнее кетонов.
Атомные орбитали атома углерода
карбонильной группы sp2-гибридизованы.
Следовательно в этой части молекула
карбонильного соединения плоская, и можно
говорить о двойной химической связи между
атомами углерода и кислорода.
35

36.

Атомы кислорода и углерода сильно
различаются по электроотрицательности и
химическая связь между ними сильно
поляризована
.O..
.
σ-
σ+
C
36

37.

Влияние атома кислорода
распространяется на соседний (α) атом
углерода, делая атомы водорода при нем
более подвижными.
H
σ+
σ+
C
C
.O..
.
σ-
Hσ+
37

38. Химические свойства монокарбонильных соединений

Все химические свойства карбонильных
соединений можно разделить на следующие
группы:
Присоединение по двойной связи C
O
Реакции замещения
Реакции связанные с подвижностью атомов
водорода в α-положении
Окисление
38

39. Химические свойства монокарбонильных соединений

Присоединение по двойной связи
• Восстановление
C
O
протекает в присутствии катализаторов
восстановления – металлических никеля, платины и т.д.
O
H3C
C
этаналь
H
+ H2
O
H3C
C
пропанон
+ H2
CH3
kat
H3C
CH2
OH
этанол
kat
H3C
CH
прпанол-2
OH
CH3
39

40. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи

• Взаимодействие с гидросульфитом натрия
из кетонов в эту реакцию вступают только метилкетоны
O
R
ONa
O
H3C
C
H
+ .. S
этаналь
OH
H3C
C
S
H
O
ONa
H 3C
CH2
бутанон
C
.
+ S
CH3
CH3
OH ONa
O
O
C
O
O
натриевая соль
1-гидроксиэтилсульфокислоты
OH ONa
OH
H 3C
CH2
C
S
O
нариевая соль CH3 O
2-гидрокси-2-метилбутансульфокислоты
40

41. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи

– Взаимодействие с синильной кислотой
..C
N + H2O
C N + OH-
H
O
O
H3C
.
.
+ C N
C
H
H3C
этаналь
-
OH
+ H2O
C
C N
- OH -
C
C N
нитрил H
2-гидроксипрпановой
кислоты
H
O
H3C
-
O
H3C
CH2
+ ..C N
CH3
C
бутанон
CH2
CH2
C
C N
CH3
O
H3C
H3C
-
C
CH3
OH
C N + H2O
H3C
CH2
C
CH3
C N + OHнитрил
2-гидрокси-2-метилбутановой
кислоты
41

42. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи

• Взаимодействие со спиртами
Реакция идет только с очень активными или активированными
кислотным катализом карбонильными соединениями
OH
O
H3C
C
+ HO
H
CH3
H3C
H
OH
H3C
C
H
C
O
CH3 + HO
CH3
H3C
O
CH3
O
CH3
C
O
CH3
H
В этих реакциях образуются полуацетали, а при избытке
спирта образуются ацетали
42

43. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи

• Взаимодействие с аммиаком
Эта реакция характерна только для альдегидов.
O
O
H3C
C
H
+ .. NH3
+
H3C
C
NH3
H
OH H
H3C
C
N
H - H O H3C
2
CH
NH
NH
H ацетальдимин
CH CH3
HN
NH
H
3 H3C
C
H3C
HC
CH
CH3
NH
43

44. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Взаимодействие с аммиаком

Особым образом эта реакция протекает в случае
формальдегида.
N
6
H
H
H2CCH
2
C
O + 4 NH3
N
H2C
N
CH2
N
CH2
CH2
Гексаметилентетрамин
(уротропин)
Уротропин в пищевой промышленности
зарегистрирован как консервант (код E239). Часто
применяется в сыроделии, а также для консервации икры.
44

45. Химические свойства монокарбонильных соединений. Реакции замещения

Реакции замещения
• Взаимодействие с гидроксиламином
H3C
H3C
O
C
C
H
O
+ H2N
+ H2N
CH3
OH
H3C
C
N
H
OH
H3C
C
OH
+ H2O
N
CH3
OH
+ H2O
45

46. Химические свойства монокарбонильных соединений. Реакции замещения

• Взаимодействие с гидразином и его
производными
O
H3C
C
H
+ H2N
NH2
гидразин
- H2O
H3C
C
NH2
H
гидразон
O
H3C
C
H
- H2O
H3C
H3C
N
C
N
H
C
C
H
CH3
альдозин
O
+ H2N
CH3
NH2 -
H2O
H3C
C
гидразон
H3C
N
C
- H2O
N
NH2
CH3
O
CH 3
H3C
C
кетозин
N
N
C
CH3H3C
CH3
46

47.

47

48. Химические свойства монокарбонильных соединений Реакции замещения

• Взаимодействие с PCl5 и PBr5
H3C
O
C
H
+ PCl5
H3C
CHCl2 + POCl3
Cl
H3C
C
O
+ PCl5
CH3
H3C
C
CH3 +POCl3
Cl
48

49.

Реакции, связанные с подвижностью
атомов водорода в α-положении
Взаимодействие с галогенами в присутствии
щелочей
H
CH3
C
H
H
O
C
пропаналь
H
+ Cl Cl
CH3
C
O
C
H
+ H Cl
Cl
2-хлорпропаналь
49

50. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи

• Конденсация (уплотнение)
Альдольная конденсация
Реакция характерна только для альдегидов
H
H
O
C
C
+
H
CH3
H
H
C
CH3
O
C
O
.. CH
OH-
C
+ .. CH
H
CH3
O
O
C
H
H2C
C
CH3 H
C
CH3 H
CH3
O
H2C
H
+ H2O
O
CH
C
H
CH3
OH
O
CH
CH3
C
H
+ H2O
H2C
C
CH3 H
CH
C
O
+ OH
H
CH3
50

51. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Конденсация (уплотнение)

Кротоновая конденсация
Продукты альдольного присоединения в
присутствии кислотного катализатора легко
отщепляют воду.
OH
O
H2C
C
CH3 H
CH
CH3
C
H+
H2C CH
H
O
H 2
CH3
C
C
O
H
CH3
51

52. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Конденсация (уплотнение)

Кротоновая конденсация
Своё название эта реакция получила по
названию пераого соединения, полученного
по этой реакции.
O
H3C
C
H
+ H3C
C
O
H+
H - H2O
O
H3C
CH
CH
C
H
кротоновый альдегид
52

53. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Конденсация (уплотнение)

Кротоновая конденсация
Кротоновой конденсации подвергаются
и некоторые низкомолекулярные кетоны.
OH
O
H3C
C
+ H3C
CH3
H3C
C
CH
C
O
- OH -
H3C
O
C
CH3
CH3
C
CH2
C
-H2O
CH3
O
CH3
CH3
окись мезитила
53

54. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Конденсация (уплотнение)

Взаимодействие с фенолами.
В основном данный процесс применяют для
производства фенолформальдегидных смол.
OH
OH
CH2
O
+H
C
OH
C
O
H
H
OH
OH
CH2
CH2
H
OH
OH
H
C
O
HO
CH2
CH2 OH
H
CH2 OH
54

55. Химические свойства монокарбонильных соединений. Присоединение по двойной связи. Конденсация (уплотнение) Взаимодействие с

фенолами.
При нагревании фенолспирты конденсируются с
образованием различных продуктов.
OH
OH
OH
CH2
OH
+
CH2
CH2
H
C
O
H
- H2O
OH
OH
OH
OH
CH2
OH
CH2
n
55

56.

• Если у α-углеродных атомов нет атомов
водорода, то альдегиды вступают в другие
реакции:
H3C C CH3 + O CH2
O
-H2 O
H3C C HC CH2
O
O
C
O
H
H
O
+ H3C C
H
-H2 O
коричный
альдегид
56

57. Химические свойства монокарбонильных соединений

Окисление
• Реакция Канницаро
В щелочных растворах при нагревании
альдегиды диспропорционируют
O
O
H3C C
+ H3C C
+ KOH
H
H
H3C
ацетат калия
C
O
+ H3C
OK
CH2
OH
57

58. Химические свойства монокарбонильных соединений. Окисление

• Реакция Тищенко
В присутствии алкоголятов алюминия
альдегиды диспропорционируют
H3C
O
C
H3C
H
+ H3C
C
C
O
( H3CCH2O) 3 Al
H
- H2O
O
O
CH2
CH3
Этиловый эфир уксусной кислоты
этилацетат
58

59. Химические свойства монокарбонильных соединений. Окисление

• Взаимодействия с окислителями
В альдегиды окисляются даже слабыми
окислителями
Реакция серебряного зеркала
AgNO 3 + 2NH4OH
H3C
O
C
H
+
[Ag ( NH3)2 ]NO3+ H2O
OH
[ Ag ( NH3)2 ] NO3 - HNO
3
H3C
O
C
+ Ag + 2NH3
OH
59

60. Химические свойства монокарбонильных соединений. Окисление

• Взаимодействия с окислителями
В альдегиды окисляются даже слабыми
окислителями
Реакция с реактивом Фелинга
CuSO4 + 2 KOH
O
C
ONa
HC OH
+ Cu(OH)2
HC OH
OK
C
O
Cu(OH)2 + K2SO4
C
HC
HC
C
O
O
ONa KO
OH HO
Cu
OH HO
OK Na O
O
O
C
HC
2+
2 OH-
HC
C
60

61. Химические свойства монокарбонильных соединений. Окисление. Взаимодействия с окислителями

Реакция с реактивом Фелинга
C
H3C
HC
O
C
H
+
HC
C
H3C
C
O
O
O
ONa KO
OH HO
Cu
OH HO
OK Na O
O
O
C
HC
2+
2 OH-
HC
C
O
C
ONa
HC OH
+ Cu2O +
OH
HC
C
+ H2O
OH
OK
O
61

62. Химические свойства монокарбонильных соединений. Окисление. Взаимодействия с окислителями

Кетоны окисляются только сильными
окислителями, например кислым раствором
перманганата калия или дихромата калия,
при нагревании.
O
H3C
CH2
H3C
+ H3C
[O]
C
CH2
C
CH2
O
+ H3C
OH
C
O
OH
CH2
CH2
CH2
CH3
CH2
CH2
C
O
+
OH
O
+ H3C
CH2
CH2
C
OH
62

63.

Отдельные представители

64.

Формальдегид. Метаналь.
• ( formīca «муравей») — бесцветный газ с резким
запахом, хорошо растворимый в воде, спиртах и
полярных растворителях. Иритант, токсичен.
• Иррита́нты — группа веществ (слезоточивого
или раздражающего действия), вызывающих
раздражительные реакции при попадании на
слизистые и кожу, и воздействии на дыхательные
пути (респираторный эффект).
64

65.

• Метаналь применяют для производства
фенолоформальдегидных пластмасс и
многих лекарственных препаратов,
например уротропина. Иногда
спрессованный в виде брикетов уротропин
применяют в качестве горючего (сухой
спирт).
65

66.

• Раствор формальдегида в воде называют
формалином, его используют для хранения
биопрепаратов, протравливания семян перед
посевом, дубления кож.
66

67.

Уксусный альдегид
• (этаналь, ацетальдегид)
• Бесцветная жидкость с резким запахом, хорошо растворяется в
воде, спирте, эфире. Из-за очень низкой температуры кипения
(20,2 °C) хранят и перевозят ацетальдегид в виде тримера —
паральдегида
• Ацетальдегид токсичен при действии на кожу, ирритант и,
возможно, канцероген.
• Он является загрязнителем воздуха при горении, курении, в
автомобильных выхлопах. Образуется при термической обработке
полимеров и пластиков.
67

68.

O
Акролеин
CH2
CH
C
H
• Вследствие своей высокой реакционной
способности акролеин является токсичным, сильно
раздражающим слизистые оболочки глаз и
дыхательных путей соединением. Относится к I
классу опасности (чрезвычайно опасные вещества).
• Акролеин является одним из продуктов
термического разложения глицерина и жировглицеридов, чем объясняется раздражающие
слизистые оболочки свойства дыма горелых жиров.
68

69.

Ацетон
• Ацето́н — простейший
представитель кетонов. Бесцветная легкоподвижная
летучая жидкость с характерным запахом. Полностью
смешивается с водой и большинством органических
растворителей.
• Ацетон хорошо растворяет многие органические
вещества ( ацетилцеллюлозу, воск, резину и др.), а
также ряд солей(хлорид кальция, иодид калия)
69

70.

• В качестве растворителя ацетон используется в
производстве красок, лаков и олифы, резины,
пластмасс, красителей, взрывчатых веществ, а
также в фотографии.
• Он также применяется в производстве смазочных
масел и изготовлении искусственного шелка и
синтетической кожи.
• В химической промышленности ацетон является
промежуточным химическим соединением при
производстве многих химикатов, таких как кетен,
уксусный ангидрид, метиловый метакрилат,
изофорон, хлороформ, йодоформ и витамин С.
70

71.

Опасность для здоровья!!!
• Кетоны - легковоспламеняющиеся вещества, а наиболее
летучие представители этого класса химических соединений
способны при обычной комнатной температуре выделять
пары в количествах достаточных, чтобы образовать с
воздухом взрывчатую смесь.
• Обычно кетоны быстро выводятся из организма, главным
образом, вместе с выдыхаемым воздухом. Их метаболизм
включает процесс окислительной гидроксилизации, а затем
восстановления до вторичного спирта.
• Высокие концентрации кетонов при ингаляции обладают
наркотическим воздействием. В более низких концентрациях
они способны вызвать тошноту, рвоту и раздражение глаз и
респираторной системы.
71

72.

Применение.
• Основное количество получаемого в
промышленности ацетальдегида используют
для производства уксусной кислоты, а также
различных пластмасс и ацетатного волокна.
72

73. Ненасыщенные карбонильные соединения

74. Карбонильные соединения аренов

75. Дикарбонильные соединения