Альдегиддер жана кетондор өздөрүнүн курамында >C=O карбонил функционалдык тобуна ээ жана карбонил бирикмелеринин классына кирет. Алар оксо бирикмелер деп да аталат. Бул заттар бир класска таандык болгонуна карабастан, структуралык өзгөчөлүктөрүнөн улам алар дагы эле эки чоң топко бөлүнүшөт.
Кетондордо >C=O тобундагы көмүртек атому эки окшош же ар башка углеводород радикалдарына туташтырылган, адатта алар төмөнкүдөй көрүнөт: R-CO-R'. Карбонил тобунун бул формасы кето тобу же оксо тобу деп да аталат. Альдегиддерде карбонил көмүртек бир гана углеводород радикалына кошулуп, калган валенттүүлүгүн суутек атому ээлейт: R-CH. Мындай топ альдегид тобу деп аталат. Түзүлүшүндөгү мындай айырмачылыктардан улам альдегиддер менен кетондор бир эле заттар менен өз ара аракеттенгенде өзүн бир аз башкачараак аткарышат.
Карбонил тобу
Бул топтогу
C жана O атомдору sp2-гибриддешкен абалда. sp2-гибриддик орбиталдардан улам көмүртектин бир тегиздикте болжол менен 120 градус бурчта жайгашкан 3 σ-байланыштары бар.
Кычкылтек атому көмүртек атомуна караганда алда канча жогору электр терс касиетке ээ, ошондуктан >C=O тобундагы π-байланыштын кыймылдуу электрондорун өзүнө тартат. Демек, ашыкча электрон тыгыздыгы О атомунда δ- пайда болот, ал эми С атомунда, тескерисинче, δ+ азаят. Бул альдегиддердин жана кетондордун касиеттерин түшүндүрөт.
C=O кош байланышы C=Cге караганда күчтүүрөөк, бирок ошол эле учурда көмүртек жана кычкылтек атомдорунун электр терстигинин чоң айырмачылыгына байланыштуу реактивдүүраак.
Номенклатура
Органикалык кошулмалардын бардык башка класстары сыяктуу эле альдегиддерди жана кетондорду атоодо ар кандай ыкмалар бар. IUPAC номенклатурасынын жоболоруна ылайык, карбонил тобунун альдегиддик формасынын болушу -al, ал эми кетон -бир суффикси менен белгиленет. Эгерде карбонил тобу эң улуусу болсо, анда ал негизги чынжырдагы С атомдорунун номерлөө тартибин аныктайт. Альдегидде карбонил көмүртек атому биринчи, ал эми кетондордо С атомдору >C=O тобу жакыныраак болгон чынжырдын учунан баштап номерленет. Ушуга байланыштуу кетондордогу карбонил тобунун ордун белгилөө зарылчылыгы келип чыгат. Алар муну -on суффиксинен кийин тиешелүү санды жазуу менен жасашат.
| N-SLEEP | метал | CH3-CO-CH3 | пропанон |
| CH3-УЙКУ | этанал | CH3-CO-CΗ2-CΗ3 | бутанон |
| CH3-CH2-COΗ | пропанал | CH3-CO-CΗ2-CH2-CΗ 3 | пентанон-2 |
| СΗ3-СΗ2-СΗ2-СΗ | бутанал | CH3-CH2-CO-CH2-CH 3 | пентанон-3 |
| CΗ3-(CΗ2)3-COΗ | пентанал | CH3-CO-CΗ2-CH2-CΗ 2-SN3 | гексанон-2 |
| CΗ3-(CΗ2)4-УЙКУ | гексанал | СΗ3-СΗ2-CO-CH2-СΗ 2-SN3 | гексанон-3 |
Эгер карбонил тобу улук эмес болсо, анда IUPAC эрежелерине ылайык, анын болушу альдегиддер үчүн -оксо жана кетондор үчүн -оксо (-кето) префикси менен көрсөтүлөт.
Альдегиддер үчүн «кислота» деген сөздү «альдегид» менен алмаштыруу менен кычкылдануу учурунда айланышы мүмкүн болгон кислоталардын атынан келип чыккан тривиалдык аталыштар кеңири колдонулат:
- СΗ3-SON ацетальдегид;
- СΗ3-CH2-SON пропионалдегид;
- CΗ3-CH2-CH2-CH-OH бутирик альдегид.
Кетондор үчүн радикалдуу функционалдуу аталыштар кеңири таралган, алар сол жанакарбонил көмүртек атому жана "кетон" сөзү менен байланышкан оң радикалдар:
- CΗ3-CO-CH3 диметил кетон;
- CH3-CH2-CO-CH2-CH 2-CH3 этил пропил кетон;
- C6Η5-CO-CΗ2-CΗ2-СΗ3 пропилфенил кетон.
Классификация
Углеводород радикалдарынын табиятына жараша альдегиддердин жана кетондордун классы төмөнкүлөргө бөлүнөт:
- ultimate - C атомдору бири-бири менен жалгыз байланыштар аркылуу гана туташат (пропанал, пентанон);
- каныкпаган - С атомдорунун ортосунда кош жана үч байланыштар бар (пропеналдык, пентен-1-бир-3);
- ароматикалык - алардын молекуласында бензол шакеги (бензальдегид, ацетофенон) бар.
Карбонилдин саны жана башка функционалдык топтордун болушу менен айырмаланат:
- монокарбонил бирикмелери - бир гана карбонил тобун камтыйт (гексанал, пропанон);
- дикарбонил бирикмелери - альдегид жана/же кетон түрүндөгү эки карбонил тобун камтыйт (глиоксал, диацетил);
- башка функционалдык топторду камтыган карбонил бирикмелери, алар өз кезегинде галокарбонил, гидроксикарбонил, аминокарбонил ж.б. болуп бөлүнөт.
Изомеризм
Альдегиддердин жана кетондордун эң өзгөчөлүгү структуралык изомерия. Көмүр суутек радикалында асимметриялык атом, ошондой эле ар кандай алмаштыруучулар менен кош байланыш болгондо мейкиндик мүмкүн.
- Көмүртек скелетинин изомериясы. Ал каралып жаткан карбонилдик бирикмелердин эки түрүндө тең байкалат, бирок альдегиддерде бутаналдан, кетондордо пентанон-2ден башталат. Ошентип, бутанал CH3-СΗ2-СΗ2-CH бир изомери бар 2-метилпропанал СН 3-СΗ(СΗ3)-УЙКУ. Жана пентанон-2 СΗ3-CO-СΗ2-СΗ2-СΗ 3 изомердик 3-метилбутанон-2 СΗ3-СО-СΗ(СΗ3)-СΗ 3.
- Кластар аралык изомерия. Составы бирдей оксо бирикмелери бири-бири менен изомердик. Мисалы, С3Η6О курамы пропаналдык CH3-СΗ туура келет 2 -SON жана пропанон СΗ3-CO-СΗ3. Ал эми альдегиддердин жана кетондордун молекулалык формуласы C4H8O бутаналдык CH3-СΗ2-СΗ2-SON жана бутанон CH3-CO-СΗ2-СΗ3.
Ошондой эле карбоксил бирикмелери үчүн класстар аралык изомерлери циклдик оксиддер болуп саналат. Мисалы, этанал жана этилен оксиди, пропанон жана пропилен оксиди. Мындан тышкары, тойбогон спирттер жана эфирлер жалпы составга жана оксо бирикмелерге ээ болушу мүмкүн. Ошентип, C3H6O молекулалык формуласы:
- СΗ3-СΗ2-Уйку - пропанал;
- СΗ2=СΗ-СΗ2-OH - аллил спирти;
- СΗ2=СΗ-O-CH3 - метил винил эфир.
Физикалык касиеттери
Карбонил молекулалары полярдуу болгонуна карабастан,спирттерден айырмаланып, альдегиддер жана кетондор кыймылдуу суутекке ээ эмес, ошондуктан ассоциация түзбөйт. Демек, алардын эрүү жана кайноо чекиттери тиешелүү спирттеринен бир аз төмөн.
Бир эле составдагы альдегиддер менен кетондорду салыштыра турган болсок, анда акыркылары бир аз жогору tkip. Молекулярдык салмактын өсүшү менен оксо бирикмелеринин tpl жана tbp саны табигый түрдө көбөйөт.
Төмөнкү карбонилдик бирикмелер (ацетон, формальдегид, ацетальдегид) сууда жакшы эрийт, ал эми жогорку альдегиддер жана кетондор органикалык заттарда (спирттер, эфирлер ж.б.) эрийт.
Оксо кошулмалары такыр башкача жыттанат. Алардын төмөнкү өкүлдөрү курч жыттарга ээ. Үчтөн алтыга чейин С атомдорун камтыган альдегиддер өтө жагымсыз жыттуу, бирок алардын жогорку гомологдору гүл жыпар жыттуу жана ал тургай парфюмерияда колдонулат.
Кошумча реакциялар
Альдегиддердин жана кетондордун химиялык касиеттери карбонил тобунун структуралык өзгөчөлүктөрүнө байланыштуу. C=O кош байланышы күчтүү поляризациялангандыктан, полярдык агенттердин таасири астында жөнөкөй бир байланышка оңой айланат.
1. Сиан кислотасы менен өз ара аракеттенүүсү. щелочтордун издери болгон учурда HCN кошулуусу цианогидриндердин пайда болушу менен болот. CN-:
иондорунун концентрациясын жогорулатуу үчүн щелоч кошулат.
R-SON + NCN ―> R-CH(OH)-CN
2. суутек кошуу. Карбонил бирикмелери кош байланышка суутек кошуу менен оңой эле спирттерге чейин кыскартылат. Ошол эле учурда альдегиддерденбиринчилик спирттер, ал эми кетондордон экинчилик спирттер алынат. Никель менен катализделген реакциялар:
N3S-SLEEP + N2 ―> N3S-SΗ 2-ОΗ
Η3C-CO-CΗ3 + Η2 ―> H 3C-CΗ(OH)-CΗ3
3. гидроксиламиндерди кошуу. Альдегиддердин жана кетондордун бул реакциялары кислоталар менен катализделет:
H3S-SON + NH2OH ―> Η3S- СΗ=N-OH + H2O
4. Гидратация. Оксо бирикмелерге суу молекулаларынын кошулушу асыл таш диолдорунун пайда болушуна алып келет, б.а. бир көмүртек атомуна эки гидроксил тобу кошулган эки атомдуу спирттер. Бирок, мындай реакциялар кайра болот, пайда болгон заттар баштапкы заттардын пайда болушу менен дароо ажырайт. Бул учурда электрон тартып алган топтор реакциялардын тең салмактуулугун продуктыларга карай жылдырат:
C=O + Η2 >C(OΗ)2
5. спирттерди кошуу. Бул реакциянын жүрүшүндө түрдүү продуктуларды алууга болот. Эгерде альдегидге спирттин эки молекуласы кошулса, анда ацетал, ал эми бир эле болсо, гемиацеталл пайда болот. Реакциянын шарты аралашманы кислота же сууну кургаткыч менен ысытуу.
R-SLEEP + HO-R' ―> R-CH(HO)-O-R'
R-SLEEP + 2HO-R' ―> R-CH(O-R')2
Узун углеводород чынжырлуу альдегиддер молекулярдык конденсацияга жакын, натыйжада циклдик ацеталдар пайда болот.
Сапаттуу реакциялар
Башка карбонил тобу менен экени түшүнүктүүальдегиддер жана кетондор, алардын химиясы да ар түрдүү. Кээде пайда болгон оксо кошулмасы бул эки түрдүн кайсынысына таандык экенин түшүнүү керек. Альдегиддер күмүш оксиди же жез (II) гидроксидинин таасири астында да кетондорго караганда оңой кычкылданышат. Бул учурда карбонил тобу карбоксил тобуна айланып, карбон кислотасы пайда болот.
Күмүш күзгү реакциясы көбүнчө альдегиддердин күмүш оксидинин эритмеси менен аммиактын катышуусунда кычкылданышы деп аталат. Чынында, эритмеде альдегид тобуна таасир этүүчү комплекстүү кошулма пайда болот:
Ag2O + 4NH3 + H2O ―> 2[Ag (NΗ3)2]ОΗ
СΗ3-СОΗ + 2[Ag(NΗ3)2]ОΗ ―> CH3-COO-NH4 + 2Ag + 3NH3 +H 2O
Көбүнчө алар жүрүп жаткан реакциянын маңызын жөнөкөй схема менен жазышат:
СΗ3-SOΗ + Ag2O ―> СΗ3-СООΗ + 2Ag
Реакция учурунда кычкылдандыруучу зат металл күмүшкө чейин калыбына келип, чөктүрүлөт. Бул учурда реакция идишинин дубалдарында күзгүгө окшош жука күмүш каптоо пайда болот. Реакциянын аталышы ушундай болду.
Альдегиддер менен кетондордун түзүлүшүндөгү айырманы көрсөткөн дагы бир сапаттык реакция жаңы Cu(OΗ)2 -CH тобуна жасаган аракети. Биваленттүү жез туздарынын эритмелерине щелочторду кошуу менен даярдалат. Бул көк суспензияны түзөт, аны менен ысытылгандаальдегиддер жез (I) оксидинин пайда болушунан улам түсүн кызыл-күрөңгө өзгөртөт:
R-SON + Cu(OΗ)2 ―> R-СООΗ + Cu2O + Η 2O
кычкылдануу реакциялары
Оксо бирикмелери кычкылдуу чөйрөдө ысытылганда KMnO4 эритмеси менен кычкылданышы мүмкүн. Бирок кетондор эч кандай практикалык мааниге ээ болбогон продуктулардын аралашмасынын пайда болушу процессинде жок кылынат.
Альдегиддердин жана кетондордун бул касиетин чагылдырган химиялык реакция кызгылт реакция аралашмасынын түсүнүн өзгөрүшү менен коштолот. Ошол эле учурда альдегиддердин басымдуу бөлүгүнөн карбон кислоталары алынат:
CH3-Уйку + KMnO4 + H2SO 4 ―> CH3-Уйку + MnSO4 + K2SO 4 + H2O
Формальдегид бул реакцияда кумурска кислотасына чейин кычкылданат, ал кычкылдандыруучу заттардын таасири астында көмүр кычкыл газын пайда кылуу үчүн ажырайт:
H-SLEEP + KMnO4 + H2SO4 ―> CO 2 + MnSO4 + K2SO4 + N 2O
Альдегиддер жана кетондор күйүү реакциялары учурунда толук кычкылдануу менен мүнөздөлөт. Бул CO2 жана суу чыгарат. Формальдегиддин күйүү теңдемеси:
HSON + O2 ―> CO2 + H2O
Алуу
Продукциянын көлөмүнө жана аларды колдонуу максатына жараша альдегиддерди жана кетондорду алуу ыкмалары өндүрүштүк жана лабораториялык болуп бөлүнөт. Химиялык өндүрүштө карбонил бирикмелери алынаталкандардын жана алкендердин (нефть продуктыларынын) кычкылданышы, биринчилик спирттердин дегидрогени жана дигалоаалкандардын гидролизи.
1. Метандан формальдегидди алуу (катализатордун катышуусунда 500°С чейин ысытылганда):
CΗ4 + O2 ―> HSON + Η2O.
2. Алкендердин кычкылданышы (катализатор жана жогорку температурада):
2СΗ2=СΗ2 + O2 ―> 2CH 3-УЙКУ
2R-СΗ=СΗ2 + O2 ―> 2R-СΗ2 -COΗ
3. Алгачкы спирттерден суутекти жок кылуу (жез менен катализделген, ысытуу керек):
СΗ3-СΗ2-OH ―> CH3-SLEEP + Η 2
R-CH2-OH ―> R-SLEEP + H2
4. Дигалоалкандардын щелочтор менен гидролизи. Алдын ала шарт болуп эки галоген атомунун тең көмүртек атомуна кошулушу саналат:
СΗ3-C(Cl)2H + 2NaOH ―> СΗ3 -COΗ + 2NaCl + H2O
Лабораторияда аз өлчөмдө карбонил бирикмелери алкиндерди гидратациялоо же биринчилик спирттерди кычкылдандыруу жолу менен алынат.
5. Ацетилендерге суунун кошулушу сымап сульфидинин катышуусунда кислоталуу чөйрөдө жүрөт (Кучеров реакциясы):
ΗS≡SΗ + Η2O ―> CH3-SOΗ
R-С≡СΗ + Η2О ―> R-CO-CH3
6. Спирттердин терминалдык гидроксил тобу менен кычкылданышыметаллдык жез же күмүш, жез (II) оксиди, ошондой эле калий перманганатын же бихроматты кислоталуу чөйрөдө колдонуу менен жүргүзүлөт:
R-CΗ2-OH + O2 ―> R-SLEEP + H2 O
Альдегиддердин жана кетондордун колдонулушу
Формикалык альдегид фенол менен конденсацияланган реакцияда алынган фенол-формальдегид чайырларын алуу үчүн зарыл. Өз кезегинде, алынган полимерлер ар түрдүү пластмассаларды, бөлүкчөлөрдү, клейлерди, лактарды жана башка көптөгөн нерселерди өндүрүү үчүн зарыл. Ошондой эле дарыларды (уротропин), дезинфекциялоочу каражаттарды алуу үчүн колдонулат жана биологиялык препараттарды сактоо үчүн колдонулат.
Этаналдын негизги бөлүгү уксус кислотасынын жана башка органикалык бирикмелердин синтезине кетет. Ацетальдегиддин айрым өлчөмдөрү фармацевтикалык өндүрүштө колдонулат.
Ацетон көптөгөн органикалык кошулмаларды, анын ичинде лактарды жана боёкторду, каучуктардын кээ бир түрлөрүн, пластмассаларды, табигый чайырларды жана майларды эритүү үчүн кеңири колдонулат. Бул максаттарда таза гана эмес, ошондой эле R-648, R-647, R-5, R-4 жана башка маркадагы эриткичтердин курамындагы башка органикалык бирикмелер менен аралаштырып колдонулат. түрдүү тетиктерди жана механизмдерди жасоодо беттерди майсыздандыруу үчүн колдонулат. Фармацевтикалык жана органикалык синтез үчүн көп сандагы ацетон талап кылынат.
Көптөгөн альдегиддердин жагымдуу жыты бар, ошондуктан парфюмерия тармагында колдонулат. Ошентип, citral лимон жыты, бензалдегид барачуу бадамдын жыты, фенилссус альдегид гиацинттин жытын алып келет.
Циклогексанон көптөгөн синтетикалык булаларды өндүрүү үчүн керек. Андан адипин кислотасы алынат, ал өз кезегинде капролактам, нейлон жана нейлон үчүн чийки зат катары колдонулат. Ошондой эле майлар, табигый чайырлар, мом жана PVC үчүн эриткич катары колдонулат.
