Альдегіди

       Альдегідами називають органічні речовини, молекули яких містять
 функціональну групу атомів, сполучену з вуглеводневим радикалом.

   Слово «альдегід» буквально означає «спирт, позбавлений водню» (від лат. alcohol dehydrogenatus), тобто окислений спирт.

     Ми знаємо, що спирти легко окиснюються. При їх повному окисненні (горінні) утворюються оксид вуглецю (IV) і вода. Під впливом різних окисників спирти здатні окиснюватися до більш цінних органічних речовин, зокрема альдегідів.

   Карбонільні сполуки містять в молекулі карбонільну групу. Карбонільні сполуки діляться на альдегіди й кетони.

  У альдегідах карбонільна група сполучена з атомом Гідрогену та вуглеводневою групою, а в кетонах – з двома вуглеводневими групами.

   Систематичні назви альдегідів утворюють від назв алканів із відповідним числом атомів Карбону додаванням суфікса –аль, назви кетонів – додаванням суфікса –он. Положення карбонільної групи в кетонах позначають цифрою перед суфіксом, пронумерувавши карбоновий ланцюг від кінця, до якого ближче розміщена ця група.

   1.1. Фізичні властивості альдегідів.

 Перший член гомологічного ряду деяких альдегідів НСОН - безбарвний газ, декілька наступних альдегідів - рідини. Вищі альдегіди - тверді речовини. Карбонільна група обслуговує високу реакційну здатність альдегідів. Температура кипіння альдегідів підвищується зі збільшенням молекулярної маси. Кип’ять вони при більш низькій температурі, ніж відповідні спирти, наприклад пропіоновий альдегід при 48,8⁰ С, а пропіловий спирт - при 97,4⁰ С. Густина альдегідів меньша за одиницю. Мурашиний та оцтовий альдегіди добре розчинюються у воді, послідуючі - гірше. Нижчі альдегіди мають різкий, неприємний запах, деякі вищі - приємний запах.

Нижчі альдегіди і кетони, в яких переважає полярна частина над неполярною, добре розчинні у воді, інші –розчиняються в органічних розчинниках. Між молекулами альдегідів і води утворюються водневі зв’язки.

1.2. Хімічні властивості альдегідів.

Присутність карбонільної групи визначає велику реакційну здатність альдегідів.

Альдегіди більш полярні , ніж кетони, оскільки вуглеводневі групи кетонів зменшують частковий позитивний заряд на атомі Карбону карбонільної групи. Унаслідок цього альдегіди є хімічно активнішими сполуками порівняно з кетонами. Окиснення альдегідів оксидом срібла в аміачному розчині (реакція «срібного дзеркала»). При нагріванні оксид срібла окислює альдегід і сам відновлюється до чистого срібла: HCOH + Ag₂O → HCOOH + 2 Ag↓ На стінках посудини осідає металічне срібло.

 Окиснення альдегідів гідроксидом міді (II). До свіжоприготовленого розчину Cu(OH)₂ блакитного кольору добавити етаналю і нагріти спостерігаємо утворення жовтого осаду купрум(І)гідроксиду, що відразу розкладається на купрум(І) оксид червоно-коричневого кольору.

   CH₃COH + 2Cu(OH)₂ → CH₃COOH + 2CuOH + H₂O

    2CuOH → Cu₂O + H₂O

Альдегіди здатні до реакцій полімеризації і поліконденсації. Якщо сполучаються три молекули етаналю, то утворюється тример, так званий метальдегід, що використовується як сухе паливо під назвою «сухий спирт».

На відміну від полімеризації внаслідок реакції поліконденсації не лише утворюється полімер, а й виділяється низькомолекулярна речовина, наприклад вода. Значний практичний інтерес становить реакція поліконденсації формальдегіду і фенолу, в результаті якої утворюється цінний полімер – феноло-формальдегідна смола.

1.3. Добування альдегідів.

Загальний метод добування альдегідів і кетонів – окиснення спиртів: первинних – до альдегідів, вторинних – до кетонів. Етаналь добувають також гідратацією етину за наявності каталізатора – суміші сульфатної кислоти й меркурій (ІІ) сульфату. Цю реакцію відкрив М. Г. Кучеров у 1881 році.

  Оскільки сполуки Меркурію токсичні було розроблено інший спосід добування етаналю – окисненням етену, що є доступнішою сировиною:

 2 H₂C ═ CH₂ + O₂ → 2 CH₃COH

1.4. Застосування альдегідів.

Метаналь ( мурашиний альдегід, формальдегід)

Першим членом гомологічного ряду насичених альдегідів є формальдегід НСОН. Його називають також метаналь або мурашиний альдегід. Він представляє собою безбарвний газ с характерним різким запахом. Добре розчинюється у воді. Водний розчин з масовою часткою формальдегіда 36-40 % називається формаліном і застосовують як засіб для дезінфекції і консервант анатомічних препаратів. Застосовують у виробництві термореактивних пластмас, феноло-формальдегідних та сечовино-формальдегідних смол.

Формальдегід є біологічно активною речовиною: під його впливом відбувається згортання (денатурація) білка. Формалін використовують у сільському господарстві для протруювання насіння з метою знищення личинок шкідників, його застосовують також для дезинфекції приміщень, хірургічних інструментів. Взаємодією формальдегіду з аміаком добувають відому лікарську речовину уротропін.

  Етаналь (оцтовий альдегід).

Найважливіші застосування оцтового альдегіду ґрунтуються на використанні його реакцій окиснення та відновлення. За допомогою першої з них добувають оцтову кислоту, за допомогою другої у деяких країнах — етиловий спирт.

   У невеликих кількостях він утворюється під час обміну речовин у організмі людини, зокрема в результаті метаболізму алкоголю. Надлишок ацетальдегіду дуже шкідливий і викликає неприємні відчуття, це використовується для лікування від алкоголізму. Основне застосування оцтового альдегіду — добування оцтової кислоти.

   Інші альдегіди в промисловості застосовують не так часто. Деякі альдегіди, які мають приємний запах, використовують у парфумерії та косметиці.

ІІ. КЕТОНИ

   Залежно від виду вуглеводневих радикалів розрізняють аліфатичні (насичені та ненасичені) і ароматичні кетони. Деякі кетони є продуктами метаболізму. Ацетон міститься в сечі хворих на діабет.

Загальна формула кетонів R – CО– R.

   Альдегіди є продуктами окиснення первинних, а кетони — вторинних спиртів.     Найпростішим важливим представником кетонів є ацетон Н₃С—СО—СН₃, безбарвна рідина з характерним запахом.

  Як розчинник він використовується у побуті, а також при виробництві лаків, каучуків, бездимного пороху. Є вихідною сировиною для добування багатьох лікарських препаратів.

В відповідності з міжнародною номенклатурою назва кетонів ґрунтується на назві відповідного вуглеводню з доданням закінчення – он. Назва кетонів по раціональній номенклатурі, які також використовуються, призводять від назв радикалів, зв’язаних з карбонільною групою, з додаванням слова «кетон».

Для деяких кетонів розповсюджені тривіальні назви, наприклад ацетон.

2.1. Фізичні та хімічні  властивості.

    Найпростіші кетони являються безбарвними рідинами, які розчинюються у воді. Кетони мають приємний запах. Вищі кетони - тверді речовини. Газоподібних кетонів не буває, так як вже найпростіший з них (ацетон) рідина.

   Кетони окисляються значно важче ніж альдегіди і тільки сильними окисниками. При окисленні кетонів відбувається розрив (деструкція) водневого ланцюга, і утворюється суміш продуктів. Кетони являють собою речовини менш реакційноздатними, ніж альдегіди. Як згадувалося раніше, багато реакції приєднання до альдегідів протікають внаслідок сильної поляризації карбонільної групи по іонному механізму.

   Існує й інша – стереохімічна – причина меншої реакційної здатності кетонів в порівнянні з альдегідами. Позитивно заряджений вуглецевий атом карбонільної групи альдегідів пов’язаний з одним радикалом і атомом водню, мають малий об’єм. У кетонів такий атом вуглецю пов’язаний з двома радикалами. Таким чином, нуклеофільність частинка (ОН, OR та ін), вже наближаючись до карбонільної групи кетонів. Далі, в результаті приєднання нуклеофільної частинки до Карбону та відповідних атомів або груп атомів до кисню карбоніла відбувається зміна гібридизації електронів цього Карбону: sp² – sp³. У той же час у разі кетона всі 4 групи, що розташовуються навколо Карбонового атома, будуть досить об’ємними.

   Кетони не дають «реакції срібного дзеркала», не окислюються купрум (ІІ) гідроксидом та фелінговим розчином. На відміну від альдегідів кетони не взаємодіють зі спиртами, не вступають в реакції поліконденсації і полімеризації.

   Однак такими сильними окислювачами, як КМпО₄ або хромова суміш, кетони можна окислити. При цьому вуглецевий ланцюг кетони розривається у карбонільної групи з утворенням кислот з меншим числом атомів вуглецю в порівнянні з вихідним кетоном. Це також відрізняє кетони від альдегідів.

2.2. Застосування та добування ацетону

   Як розчинник ацетон застосовується в багатьох галузях промисловості (виробництво штучного шовку, бездимного пороху, кіноплівки, лаків, ліків тощо). Він  є вихідною речовиною для синтезу різноманітних органічних сполук.

 В лабораторній практиці його застосовують як полярний апротонний розчинник, для приготування охолоджувальних сумішей разом із сухим льодом і аміаком, ацетон є дуже корисним для миття хімічного посуду.

    Ацетон добувають у великих кількостях різними методами: сухою перегонкою деревини, розкладом ацетату кальцію, «кумольним» методом, окисненням ізопропілового спирту, гідратацією ацетилену водяною парою. За останнім методом реакція відбувається при 400—460 °С з каталізатором, що містить оксиди феруму і мангану:

       2СН ≡ 2СН + ЗН₂О → СН₃—СО—СН₃ + 2Н₂ + СО₂.

Останні два способи синтезу найбільш економічно вигідні.