Organické drogy
Studujeme léky rozdělené do skupin podle chemické klasifikace. Výhodou této klasifikace je schopnost identifikovat a studovat obecné zákonitosti ve vývoji metod získávání léčiv tvořících skupinu, metod farmaceutické analýzy založených na fyzikálních a chemických vlastnostech látek a stanovení spojení mezi chemickou strukturou a farmakologické působení.
Všechny léky jsou rozděleny na anorganické a organické. Anorganické se zase klasifikují podle polohy prvků v PS. A organické se dělí na deriváty alifatické, alicyklické, aromatické a heterocyklické řady, z nichž každá je rozdělena do tříd: uhlovodíky, halogenderiváty uhlovodíků, alkoholy, aldehydy, ketony, kyseliny, ethery a estery atd.
ALIFATICKÉ SLOUČENINY, JAKO DROGY.
Přípravky aldehydů a jejich derivátů. Sacharidy
Do této skupiny sloučenin patří organické léčivé látky obsahující aldehydovou skupinu nebo jejich funkční deriváty.
Zavedení aldehydové skupiny do struktury organické sloučeniny jí dává narkotický a antiseptický účinek. V tomto ohledu je působení aldehydů podobné působení alkoholů. Ale na rozdíl od alkoholové skupiny zvyšuje aldehydová skupina toxicitu sloučeniny.
Faktory ovlivňující strukturu na farmakologické působení :
prodloužení alkylového radikálu zvyšuje aktivitu, ale současně se zvyšuje toxicita;
stejný účinek má zavedení nenasycených vazeb a halogenů;
tvorba hydratované formy aldehydu vede ke snížení toxicity. Ale schopnost tvořit stabilní hydrátovou formu se projevuje pouze u chlorovaných aldehydů. Formaldehyd je tedy protoplazmatický jed, používaný k dezinfekci, acetaldehyd a chloral se v medicíně nepoužívají kvůli jejich vysoké toxicitě a chloralhydrát je droga používaná jako prášek na spaní a sedativum.
Síla narkotického (farmakologického) účinku a toxicity se zvýšila z formaldehydu na acetaldehyd a chloral. Tvorba hydrátové formy (chloralhydrátu) může dramaticky snížit toxicitu při zachování farmakologického účinku.
Podle fyzické kondice mohou být aldehydy plynné (nízkomolekulární), kapalné a pevné látky. Nízkomolekulární mají ostré zápach, vysoká molekulová hmotnost – příjemná květinová.
Chemicky se jedná o vysoce reaktivní látky, což je dáno přítomností karbonylové skupiny v jejich molekule.
Vysoká reaktivita aldehydů se vysvětluje:
a) přítomnost polarizované dvojné vazby
b) karbonylový dipólový moment
c) přítomnost částečného kladného náboje na uhlíkovém atomu karbonylu
σ -
σ + H
Dvojná vazba mezi C a O je na rozdíl od dvojné vazby mezi dvěma uhlíky vysoce polarizovaná, protože kyslík má mnohem vyšší elektronegativitu než uhlík a elektronová hustota vazby π je posunuta směrem ke kyslíku. Taková vysoká polarizace určuje elektrofilní vlastnosti uhlíku karbonylové skupiny a jeho schopnost reagovat s nukleofilními sloučeninami (vstupovat do nukleofilních adičních reakcí). Kyslíková skupina má nukleofilní vlastnosti.
Charakteristické reakce jsou oxidace a nukleofilní adice
Aldehydysnadno okysličovat. Oxidace aldehydů na kyseliny dochází pod vlivem jako silnýa slabá oxidační činidla .
Mnoho kovů - stříbro, rtuť, vizmut, měď - se redukuje z roztoků jejich solí, zejména v přítomnosti alkálií. To odlišuje aldehydy od ostatních organické sloučeniny, schopné oxidace - alkoholy, nenasycené sloučeniny, jejichž oxidace vyžaduje silnější oxidační činidla. V důsledku toho lze k prokázání pravosti aldehydů použít oxidační reakce aldehydů s komplexně vázanými kationty rtuti, mědi a stříbra v alkalickém prostředí.
já 1 .Reakces amoniakovým roztokem dusičnanu stříbrného (stříbrná zrcadlová reakce) FS se doporučuje pro potvrzení pravosti látek s aldehydovou skupinou Je založena na oxidaci aldehydu na kyselinu a redukci Ag + na Ag↓.
AgN03 + 2NH4OH -> NO3 +2H20
NSSON+ 2NO 3 + H20 → HCOONH 4 + 2Ag↓+ 2NH4NO3 + NH3
Formaldehyd, oxidující na amonnou sůl kyseliny mravenčí, redukuje kovové stříbro, které se vysrážína stěnách zkumavky ve formě lesklý povlak „zrcadlový“ nebo šedý sediment.
já 2. Reakces Fehlingovým činidlem (komplexní sloučenina mědi (II) s draselno-sodnou solí kyseliny vinné). Aldehydy redukují sloučeninu mědi (II) na oxid měďnatý (I), Vytvoří se cihlově červená sraženina. Připravte před použitím).
Fellingovo činidlo 1 - roztok CuSO 4
Fellingovo činidlo 2 – alkalický roztok draselno-sodné soli kyseliny vinné
Při míchání 1:1 Fellingova činidla 1 a 2 vzniká modrá komplexní sloučenina mědi (II) s draselno-sodnou kyselinou vinnou:
modré zbarvení
Po přidání a zahřátí aldehydu zmizí modrá barva činidla a vznikne meziprodukt - žlutá sraženina hydroxidu měďného, která se okamžitě rozloží na červenou sraženinu oxidu měďného a vody.
2KNa+ R- COH+2NaOH+ 2KOH→ R- COONa+4KNaC4H406+ 2 CuOH ↓ +H2O
2 CuOH ↓ →Cu 2 Ó ↓ +H2O
Žlutý sediment cihlově červený sediment
Učebnice mají jiné obecné reakční schéma
já 3. Reakces Nesslerovým činidlem (alkalický roztok tetrajodmerkurátu draselného (II). Formaldehyd redukuje rtuťový iont na kovovou rtuť – tmavě šedou sraženinu.
R-COH + K2 + 3KOH → R-COOK + 4KI + Hg↓ + 2H20
Alkoholy (neboli alkanoly) jsou organické látky, jejichž molekuly obsahují jednu nebo více hydroxylových skupin ($—OH$ skupin) spojených s uhlovodíkovým radikálem.
Podle počtu hydroxylových skupin (atomicity) se alkoholy dělí na:
- jednoatomové, například:
$(CH_3-OH)↙(methanol(methylalkohol)$ $(CH_3-CH_2-OH)↙(ethanol( ethanol)}$
— dvojsytný (glykoly), Například:
$(OH-CH_2-CH_2-OH)↙(ethandiol-1,2(ethylenglykol))$
$(HO-CH_2-CH_2-CH_2-OH)↙(propandiol-1,3)$
— tříatomový, Například:
Podle povahy uhlovodíkového radikálu se rozlišují následující alkoholy:
— omezit obsahující v molekule pouze nasycené uhlovodíkové radikály, například:
— neomezený obsahující více (dvojné a trojné) vazby mezi atomy uhlíku v molekule, například:
$(CH_2=CH-CH_2-OH)↙(propen-2-ol-1 (allylový alkohol))$
— aromatický, tj. alkoholy obsahující v molekule benzenový kruh a hydroxylovou skupinu, které jsou navzájem spojeny nikoli přímo, ale prostřednictvím atomů uhlíku, například:
Organické látky obsahující v molekule hydroxylové skupiny, napojené přímo na atom uhlíku benzenového kruhu, se chemickými vlastnostmi výrazně liší od alkoholů, a proto jsou řazeny do samostatné třídy organických sloučenin - fenolů. Například:
Existují také vícesytné (vícemocné) alkoholy obsahující více než tři hydroxylové skupiny v molekule. Například nejjednodušší hexahydrický alkohol hexaol (sorbitol):
Při vytváření názvů alkoholů se k názvu uhlovodíku odpovídajícímu alkoholu přidá generická přípona -ol.Čísla za příponou označují polohu hydroxylové skupiny v hlavním řetězci a předpony di-, tri-, tetra- atd. - jejich počet:
Při číslování atomů uhlíku v hlavním řetězci má poloha hydroxylové skupiny přednost před polohou vícenásobných vazeb:
Počínaje třetím členem homologní řady vykazují alkoholy izomerii polohy funkční skupiny (propanol-1 a propanol-2) a od čtvrté izomerii uhlíkového skeletu (butanol-1, 2-methylpropanol-1 ). Vyznačují se také mezitřídní izomerií - alkoholy jsou izomerní k etherům:
$(CH_3-CH_2-OH)↙(ethanol)$ $(CH_3-O-CH_3)↙(dimethylether)$
Fyzikální vlastnosti.
Alkoholy mohou vytvářet vodíkové vazby jak mezi molekulami alkoholu, tak mezi molekulami alkoholu a vody.
K vodíkovým vazbám dochází, když částečně kladně nabitý atom vodíku jedné molekuly alkoholu interaguje s částečně záporně nabitým atomem kyslíku jiné molekuly. Právě díky vodíkovým můstkům mezi molekulami mají alkoholy body varu abnormálně vysoké vzhledem k jejich molekulové hmotnosti. Propan s relativní molekulovou hmotností 44 $ je tedy za normálních podmínek plyn a nejjednodušší z alkoholů, methanol, s relativní molekulovou hmotností 32 $, je za normálních podmínek kapalina.
Nižší a střední členy řady nasycených jednosytných alkoholů, obsahujících od $1$ do $11$ atomů uhlíku, jsou kapaliny. Vyšší alkoholy (počínaje $C_(12)H_(25)OH$) at pokojová teplota — pevné látky. Nižší alkoholy mají charakteristický alkoholový zápach a štiplavou chuť, jsou vysoce rozpustné ve vodě. S přibývajícím uhlovodíkovým radikálem klesá rozpustnost alkoholů ve vodě a oktanol se již nemísí s vodou.
Chemické vlastnosti.
Vlastnosti organických látek jsou dány jejich složením a strukturou. Alkohol potvrzuje obecné pravidlo. Jejich molekuly tedy zahrnují uhlovodíkové a hydroxylové radikály chemické vlastnosti alkoholy jsou určeny vzájemným působením a vlivem těchto skupin na sebe. Vlastnosti charakteristické pro tuto třídu sloučenin jsou způsobeny přítomností hydroxylové skupiny.
1. Interakce alkoholů s alkalickými kovy a kovy alkalických zemin. Pro identifikaci vlivu uhlovodíkového radikálu na hydroxylovou skupinu je nutné porovnat vlastnosti látky obsahující hydroxylovou skupinu a uhlovodíkový radikál na jedné straně a látky obsahující hydroxylovou skupinu a neobsahující uhlovodíkový radikál. , na druhé straně. Takovými látkami mohou být například ethanol (nebo jiný alkohol) a voda. Vodík hydroxylové skupiny molekul alkoholu a molekul vody může být redukován alkalickými kovy a kovy alkalických zemin (jsou jimi nahrazeny):
$2Na+2H_2O=2NaOH+H_2$,
$2Na+2C_2H_5OH=2C_2H_5ONa+H_2$,
$2Na+2ROH=2RONa+H_2$.
2. Interakce alkoholů s halogenovodíky. Substituce hydroxylové skupiny halogenem vede ke vzniku halogenalkanů. Například:
$C_2H_5OH+HBr⇄C_2H_5Br+H_2O$.
Tato reakce je reverzibilní.
3. Intermolekulární dehydratace alkoholů— odštěpení molekuly vody ze dvou molekul alkoholu při zahřívání v přítomnosti látek odstraňujících vodu:
V důsledku intermolekulární dehydratace alkoholů, ethery. Když se tedy ethylalkohol zahřeje s kyselinou sírovou na teplotu od $ 100 $ do $ 140 ° C $, vytvoří se diethyl (sírový) ether:
4. Interakce alkoholů s organickými a anorganické kyseliny s tvorbou esterů ( esterifikační reakce):
Esterifikační reakce je katalyzována silnými anorganickými kyselinami.
Například, když ethylalkohol interaguje s octová kyselina vzniká ethylacetylether - ethylacetát:
5. Intramolekulární dehydratace alkoholů nastává, když se alkoholy zahřívají v přítomnosti činidel odstraňujících vodu na vyšší teplotu, než je teplota mezimolekulární dehydratace. V důsledku toho se tvoří alkeny. Tato reakce je způsobena přítomností atomu vodíku a hydroxylové skupiny na sousedních atomech uhlíku. Příkladem je reakce výroby ethenu (ethylenu) zahříváním ethanolu nad 140 °C v přítomnosti koncentrované kyseliny sírové:
6. Oxidace alkoholů obvykle se provádí pomocí silných oxidačních činidel, například dichromanu draselného nebo manganistanu draselného v kyselém prostředí. V tomto případě je působení oxidačního činidla zaměřeno na atom uhlíku, který je již navázán na hydroxylovou skupinu. V závislosti na povaze alkoholu a reakčních podmínkách mohou vznikat různé produkty. Primární alkoholy se tedy oxidují nejprve na aldehydy a pak dovnitř karboxylové kyseliny:
Oxidací sekundárních alkoholů vznikají ketony:
Terciární alkoholy jsou poměrně odolné vůči oxidaci. Nicméně za drsných podmínek (silné oxidační činidlo, vysoká teplota) je možná oxidace terciárních alkoholů, ke které dochází při přetržení vazeb uhlík-uhlík nejblíže hydroxylové skupině.
7. Dehydrogenace alkoholů. Když alkoholová pára prochází při 200-300 °C přes kovový katalyzátor, jako je měď, stříbro nebo platina, primární alkoholy se přeměňují na aldehydy a sekundární alkoholy na ketony:
Přítomnost několika hydroxylových skupin v molekule alkoholu současně je způsobena specifické vlastnosti vícesytné alkoholy které jsou schopny tvořit ve vodě rozpustné jasně modré komplexní sloučeniny při interakci s čerstvě připravenou sraženinou hydroxidu měďnatého (II). Pro etylenglykol můžeme napsat:
Jednosytné alkoholy nejsou schopny vstoupit do této reakce. Jedná se tedy o kvalitativní reakci na vícesytné alkoholy.
Struktura fenolů
Hydroxylová skupina v molekulách organických sloučenin může být spojena s aromatickým kruhem přímo, nebo od něj může být oddělena jedním nebo více atomy uhlíku. Dá se očekávat, že v závislosti na této vlastnosti se budou látky vzájemně výrazně lišit vzájemným vlivem skupin atomů. Organické sloučeniny obsahující aromatický radikál fenyl $C_6H_5$—, přímo vázaný na hydroxylovou skupinu, totiž vykazují speciální vlastnosti, odlišné od vlastností alkoholů. Takové sloučeniny se nazývají fenoly.
Fenoly jsou organické látky, jejichž molekuly obsahují fenylový radikál spojený s jednou nebo více hydroxoskupinami.
Stejně jako alkoholy jsou fenoly klasifikovány podle jejich atomicity, tzn. počtem hydroxylových skupin.
Monohydrické fenoly obsahují jednu hydroxylovou skupinu v molekule:
Vícesytné fenoly obsahují více než jednu hydroxylovou skupinu v molekulách:
Existují další vícemocné fenoly obsahující tři nebo více hydroxylových skupin na benzenovém kruhu.
Podívejme se blíže na strukturu a vlastnosti nejjednoduššího zástupce této třídy – fenolu $C_6H_5OH$. Název této látky tvořil základ pro název celé třídy – fenoly.
Fyzikální a chemické vlastnosti.
Fyzikální vlastnosti.
Fenol - pevný, bezbarvý, krystalická látka, $t°_(pl.)=43°С, t°_(vroucí)=181°С$, s ostrým charakteristickým zápachem. Jedovatý. Fenol je při pokojové teplotě mírně rozpustný ve vodě. Vodný roztok fenolu se nazývá kyselina karbolová. Pokud se dostane do kontaktu s pokožkou, způsobuje popáleniny, proto je třeba s fenolem zacházet opatrně!
Chemické vlastnosti.
Kyselé vlastnosti. Jak již bylo zmíněno, atom vodíku hydroxylové skupiny je kyselé povahy. Kyselé vlastnosti fenolu jsou výraznější než vlastnosti vody a alkoholů. Na rozdíl od alkoholů a vody reaguje fenol za vzniku nejen s alkalickými kovy, ale také s alkáliemi fenoláty:
Kyselé vlastnosti fenolů jsou však méně výrazné než vlastnosti anorganických a karboxylových kyselin. Například kyselé vlastnosti fenolu jsou přibližně 3000 $ krát slabší než vlastnosti kyseliny uhličité. Proto průchod fenolátu sodného přes vodný roztok oxid uhličitý lze izolovat volný fenol:
Přidání kyseliny chlorovodíkové nebo sírové do vodného roztoku fenolátu sodného také vede k tvorbě fenolu:
Kvalitativní reakce na fenol.
Fenol reaguje s chloridem železitým za vzniku intenzivně zbarveného fialová složité spojení.
Tato reakce umožňuje jeho detekci i ve velmi omezeném množství. Jiné fenoly obsahující jednu nebo více hydroxylových skupin na benzenovém kruhu také vytvářejí jasně modrofialové barvy, když reagují s chloridem železitým.
Reakce benzenového kruhu.
Přítomnost hydroxylového substituentu značně usnadňuje výskyt elektrofilních substitučních reakcí v benzenovém kruhu.
1. Bromace fenolu. Na rozdíl od benzenu bromace fenolu nevyžaduje přidání katalyzátoru (bromid železitý).
Kromě toho k interakci s fenolem dochází selektivně: atomy bromu jsou směrovány orto- a para pozice, nahrazující atomy vodíku tam umístěné. Selektivita substituce je vysvětlena výše diskutovanými vlastnostmi elektronové struktury molekuly fenolu.
Když tedy fenol reaguje s bromovou vodou, vytvoří se bílá sraženina 2,4,6-tribromfenol:
Tato reakce, stejně jako reakce s chloridem železitým, slouží ke kvalitativní detekci fenolu.
2. Nitrace fenolu se také vyskytuje snadněji než nitrace benzenu. Reakce se zředěnou kyselinou dusičnou probíhá při teplotě místnosti. V důsledku toho se vytvoří směs orto- A pár- izomery nitrofenolu:
Při použití koncentrované kyselina dusičná vzniká výbušná látka - 2,4,6-trinitrofenol(kyselina pikrová):
3. Hydrogenace aromatického jádra fenolu v přítomnosti katalyzátoru se snadno vyskytuje:
4.Polykondenzace fenolu s aldehydy, zejména u formaldehydu, dochází při tvorbě reakčních produktů - fenolformaldehydových pryskyřic a pevných polymerů.
Interakce fenolu s formaldehydem může být popsána následujícím schématem:
Pravděpodobně jste si všimli, že v molekule dimeru jsou zachovány „mobilní“ atomy vodíku, což znamená, že další pokračování reakce je možné s dostatečným počtem činidel:
Reakce polykondenzace, těch. reakce produkce polymeru, ke které dochází za uvolnění nízkomolekulárního vedlejšího produktu (vody), může pokračovat dále (do úplného spotřebování jednoho z činidel) za vzniku obrovských makromolekul. Proces lze popsat souhrnnou rovnicí:
K tvorbě lineárních molekul dochází za běžných teplot. Provedení této reakce při zahřívání vede k tomu, že výsledný produkt má rozvětvenou strukturu, je pevný a nerozpustný ve vodě. V důsledku zahřívání lineární fenolformaldehydové pryskyřice s přebytkem aldehydu se získávají tvrdé plastické hmoty s jedinečnými vlastnostmi. Polymery na bázi fenolformaldehydových pryskyřic se používají k výrobě laků a barev, plastových výrobků, které jsou odolné vůči zahřívání, chlazení, vodě, zásadám a kyselinám a mají vysoké dielektrické vlastnosti. Nejzodpovědnější a důležité detaily elektrické spotřebiče, skříně pohonných jednotek a části strojů, polymerová báze desky plošných spojů pro rádiová zařízení. Lepidla na bázi fenolformaldehydových pryskyřic jsou schopna spolehlivě spojovat díly většiny různé povahy, zachování nejvyšší pevnosti spoje ve velmi široký rozsah teploty Toto lepidlo se používá k připevnění kovové základny svítidel ke skleněné baňce. Nyní chápete, proč jsou fenol a výrobky na něm založené široce používány.
Aldehydy a ketony
Aldehydy jsou organické látky, jejichž molekuly obsahují karbonylovou skupinu 
, připojený k atomu vodíku a uhlovodíkovému radikálu.
Obecný vzorec aldehydů je:
V nejjednodušším aldehydu, formaldehydu, hraje roli uhlovodíkového radikálu druhý atom vodíku:
Karbonylová skupina vázaná na atom vodíku se nazývá aldehydové:
Organické látky, v jejichž molekulách je karbonylová skupina navázána na dva uhlovodíkové radikály, se nazývají ketony.
Je zřejmé, že obecný vzorec pro ketony je:
Karbonylová skupina ketonů se nazývá keto skupina.
V nejjednodušším ketonu, acetonu, je karbonylová skupina spojena se dvěma methylovými radikály:
V závislosti na struktuře uhlovodíkového radikálu spojeného s aldehydovou skupinou se rozlišují nasycené, nenasycené, aromatické, heterocyklické a další aldehydy:
V souladu s nomenklaturou IUPAC jsou názvy nasycených aldehydů tvořeny z názvu alkanu se stejným počtem atomů uhlíku v molekule pomocí přípony -al. Například:
Číslování atomů uhlíku hlavního řetězce začíná atomem uhlíku aldehydové skupiny. Proto je aldehydová skupina vždy umístěna na prvním atomu uhlíku a není třeba uvádět její polohu.
Spolu se systematickým názvoslovím se používají i triviální názvy široce používaných aldehydů. Tyto názvy jsou obvykle odvozeny od názvů karboxylových kyselin odpovídajících aldehydům.
Pro pojmenování ketonů podle systematické nomenklatury je ketoskupina označena příponou -On a číslo, které udává číslo atomu uhlíku karbonylové skupiny (číslování by mělo začínat od konce řetězce nejblíže keto skupině). Například:
Aldehydy se vyznačují pouze jedním typem strukturní izomerie - izomerií uhlíkového skeletu, což je možné u butanalu, a pro ketony také izomerií polohy karbonylové skupiny. Navíc se vyznačují mezitřídní izomerií (propanal a propanon).
Triviální názvy a teploty varu některých aldehydů.
Fyzikální vlastnosti.
V molekule aldehydu nebo ketonu je díky větší elektronegativitě atomu kyslíku ve srovnání s atomem uhlíku vazba $C=O$ vysoce polarizovaná v důsledku posunu elektronové hustoty vazby $π$ směrem ke kyslíku:
Aldehydy a ketony jsou polární látky s nadměrnou elektronovou hustotou na atomu kyslíku. Nižší členové řady aldehydů a ketonů (formaldehyd, acetaldehyd, aceton) jsou neomezeně rozpustné ve vodě. Jejich teploty varu jsou nižší než u odpovídajících alkoholů. To je způsobeno tím, že v molekulách aldehydů a ketonů na rozdíl od alkoholů nejsou žádné pohyblivé atomy vodíku a netvoří asociáty díky vodíkovým můstkům. Nižší aldehydy mají štiplavý zápach; Aldehydy obsahující čtyři až šest atomů uhlíku v řetězci mají nepříjemný zápach; Vyšší aldehydy a ketony mají květinovou vůni a používají se v parfumerii.
Určuje přítomnost aldehydové skupiny v molekule charakteristické vlastnosti aldehydy.
Reakce na zotavení.
Přidání vodíku k molekulám aldehydu dochází přes dvojnou vazbu v karbonylové skupině:
Produktem hydrogenace aldehydů jsou primární alkoholy a ketony jsou sekundární alkoholy.
Při hydrogenaci acetaldehydu na niklovém katalyzátoru se tedy vytvoří ethylalkohol a při hydrogenaci acetonu se vytvoří propanol-2:
Hydrogenace aldehydů - zotavovací reakce při kterém se snižuje oxidační stav atomu uhlíku zahrnutého v karbonylové skupině.
Oxidační reakce.
Aldehydy lze nejen redukovat, ale také okysličovat. Při oxidaci tvoří aldehydy karboxylové kyseliny. Tento proces lze schematicky znázornit takto:
Z propionaldehydu (propanalu) vzniká například kyselina propionová:
Aldehydy jsou oxidovány i vzdušným kyslíkem a tak slabými oxidačními činidly, jako je amoniakový roztok oxidu stříbrného. Ve zjednodušené formě lze tento proces vyjádřit reakční rovnicí:
Například:
Tento proces přesněji odráží rovnice:
Pokud byl povrch nádoby, ve které se reakce provádí, předem odmaštěn, stříbro vzniklé během reakce jej pokryje rovnoměrným tenkým filmem. Proto se tato reakce nazývá reakce "stříbrné zrcadlo". Je široce používán pro výrobu zrcadel, stříbření ozdob a ozdob na vánoční stromky.
Čerstvě vysrážený hydroxid měďnatý (II) může také působit jako oxidační činidlo pro aldehydy. Oxidací aldehydu se $Cu^(2+)$ redukuje na $Cu^+$. Hydroxid měďný $CuOH$ vzniklý během reakce se okamžitě rozkládá na červený oxid měďnatý a vodu:
Tato reakce, stejně jako reakce „stříbrného zrcadla“, se používá k detekci aldehydů.
Ketony se neoxidují ani vzdušným kyslíkem, ani tak slabým oxidačním činidlem, jako je čpavkový roztok oxidu stříbrného.
formaldehyd(methan, formaldehyd$HCHO$ ) - bezbarvý plyn štiplavého zápachu s bodem varu $-21C°$, vysoce rozpustný ve vodě. Formaldehyd je jedovatý! Roztok formaldehydu ve vodě (40 % $) se nazývá formaldehyd a používá se k dezinfekci. V zemědělství Formalín se používá k ošetření semen a v kožedělném průmyslu k ošetření kůže. Formaldehyd se používá k výrobě methenaminu, léčivé látky. Někdy se jako palivo (suchý líh) používá methenamin lisovaný ve formě briket. Velké množství formaldehyd se spotřebovává při výrobě fenolformaldehydových pryskyřic a některých dalších látek.
acetaldehyd(ethanal, acetaldehyd$CH_3CHO$ ) - kapalina s ostrým nepříjemným zápachem a bodem varu $21°C$, vysoce rozpustná ve vodě. Z acetaldehydu se v průmyslovém měřítku vyrábí kyselina octová a řada dalších látek, používá se k výrobě různých plastů a acetátových vláken. Acetaldehyd je jedovatý!
Látky obsahující jednu nebo více karboxylových skupin v molekule se nazývají karboxylové kyseliny.
Skupina atomů 
volal karboxylová skupina nebo karboxyl.
Organické kyseliny obsahující jednu karboxylovou skupinu v molekule jsou jednosložkový.
Obecný vzorec těchto kyselin je $RCOOH$, například:
Karboxylové kyseliny obsahující dvě karboxylové skupiny se nazývají dibazický. Patří mezi ně například kyselina šťavelová a jantarová:
Existují také polybasic karboxylové kyseliny obsahující více než dvě karboxylové skupiny. Patří mezi ně například trojsytná kyselina citrónová:
Podle povahy uhlovodíkového radikálu se dělí karboxylové kyseliny na nasycené, nenasycené, aromatické.
Nasycené nebo nasycené karboxylové kyseliny jsou například kyselina propanová (propionová):
nebo již známá kyselina jantarová.
Je zřejmé, že nasycené karboxylové kyseliny neobsahují v uhlovodíkovém radikálu vazby $π$. V molekulách nenasycených karboxylových kyselin je karboxylová skupina spojena s nenasyceným, nenasyceným uhlovodíkovým radikálem, například v molekulách akrylové (propenové) $CH_2=CH—COOH$ nebo olejové $CH_3—(CH_2)_7—CH=CH —(CH_2)_7—COOH $ a další kyseliny.
Jak je vidět ze vzorce kyseliny benzoové, je aromatická, protože obsahuje aromatický (benzenový) kruh v molekule:
Obecné principy tvorby názvů karboxylových kyselin, ale i jiných organických sloučenin již byly diskutovány. Zastavme se podrobněji u nomenklatury mono- a dibazických karboxylových kyselin. Název karboxylové kyseliny je odvozen od názvu odpovídajícího alkanu (alkan se stejným počtem atomů uhlíku v molekule) s přidáním přípony -ov-, koncovky -th a slova kyselina. Číslování atomů uhlíku začíná karboxylovou skupinou. Například:
Počet karboxylových skupin je v názvu označen předponami di-, tri-, tetra-:
Mnoho kyselin má také historicky zavedená nebo triviální jména.
Názvy karboxylových kyselin.
| Chemický vzorec | Systematický název kyseliny | Triviální název pro kyselinu |
| $H—COOH$ | Metan | Mravenec |
| $CH_3—COOH$ | Ethanová | Ocet |
| $CH_3—CH_2—COOH$ | Propan | propionové |
| $CH_3—CH_2—CH_2—COOH$ | Butan | Olejový |
| $CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—COOH$ | Pentanic | Kozlík lékařský |
| $CH_3—(CH_2)_4—COOH$ | Hexan | Nylon |
| $CH_3—(CH_2)_5—COOH$ | Heptan | Enanthic |
| $NOOC—COOH$ | Ethanedium | Šťovík |
| $NOOC—CH_2—COOH$ | Propanedium | Malonovaya |
| $NOOC—CH_2—CH_2—COOH$ | Butanediovye | Jantar |
Po seznámení s rozmanitými a zajímavý svět organické kyseliny, uvažujme podrobněji nasycené jednosytné karboxylové kyseliny.
Je zřejmé, že složení těchto kyselin je vyjádřeno obecným vzorcem $C_nH_(2n)O_2$, nebo $C_nH_(2n+1)COOH$, nebo $RCOOH$.
Fyzikální vlastnosti.
Nižší kyseliny, tzn. kyseliny s relativně malou molekulovou hmotností, obsahující až čtyři atomy uhlíku na molekulu, jsou kapaliny s charakteristickým štiplavým zápachem (vzpomeňte si na zápach kyseliny octové). Kyseliny obsahující od 4 $ do 9 $ atomů uhlíku jsou viskózní olejové kapaliny s nepříjemným zápachem; obsahující více než 9$ atomů uhlíku na molekulu – pevné látky, které se nerozpouštějí ve vodě. Teploty varu nasycených jednosytných karboxylových kyselin se zvyšují se zvyšujícím se počtem atomů uhlíku v molekule a následně se zvyšující se relativní molekulovou hmotností. Například bod varu kyseliny mravenčí je $100,8°C$, kyseliny octové $118°C$ a kyseliny propionové $141°C$.
Nejjednodušší karboxylová kyselina je mravenčí $HCOOH$, mající malou relativní molekulovou hmotnost $(M_r(HCOOH)=46)$, za normálních podmínek je to kapalina s bodem varu $100,8°C$. Zároveň je butan $(M_r(C_4H_(10))=58)$ za stejných podmínek plynný a má bod varu $-0,5°C$. Jedná se o rozpor mezi teplotou varu a relativní molekulové hmotnosti se vysvětluje tvorbou dimerů karboxylových kyselin, ve kterých jsou dvě molekuly kyseliny spojeny dvěma vodíkovými vazbami:
Výskyt vodíkových vazeb je zřejmý při zvažování struktury molekul karboxylové kyseliny.
Molekuly nasycených jednosytných karboxylových kyselin obsahují polární skupinu atomů - karboxyl 
a prakticky nepolární uhlovodíkový radikál. Karboxylová skupina je přitahována k molekulám vody a tvoří s nimi vodíkové vazby:
Kyselina mravenčí a octová jsou neomezeně rozpustné ve vodě. Je zřejmé, že s nárůstem počtu atomů v uhlovodíkovém radikálu klesá rozpustnost karboxylových kyselin.
Chemické vlastnosti.
Obecné vlastnosti charakteristické pro třídu kyselin (organických i anorganických) jsou způsobeny přítomností hydroxylové skupiny obsahující v molekulách silnou polární vazbu mezi atomy vodíku a kyslíku. Uvažujme tyto vlastnosti na příkladu organických kyselin rozpustných ve vodě.
1. Disociace s tvorbou vodíkových kationtů a aniontů kyselého zbytku:
$CH_3-COOH⇄CH_3-COO^(-)+H^+$
Přesněji je tento proces popsán rovnicí, která bere v úvahu účast molekul vody v něm:
$CH_3-COOH+H_2O⇄CH_3COO^(-)+H_3O^+$
Disociační rovnováha karboxylových kyselin je posunuta doleva; naprostá většina z nich jsou slabé elektrolyty. Kyselou chuť například kyseliny octové a mravenčí však způsobuje disociace na vodíkové kationty a anionty kyselých zbytků.
Je zřejmé, že přítomnost „kyselého“ vodíku v molekulách karboxylových kyselin, tzn. vodíku karboxylové skupiny v důsledku jiných charakteristických vlastností.
2. Interakce s kovy, stojící v elektrochemické napěťové řadě až po vodík: $nR-COOH+M→(RCOO)_(n)M+(n)/(2)H_2$
Železo tedy redukuje vodík z kyseliny octové:
$2CH_3-COOH+Fe→(CH_3COO)_(2)Fe+H_2$
3. Interakce s bazickými oxidy s tvorbou soli a vody:
$2R-COOH+CaO→(R-COO)_(2)Ca+H_2O$
4. Interakce s hydroxidy kovů s tvorbou soli a vody (neutralizační reakce):
$R—COOH+NaOH→R—COONa+H_2O$,
$2R—COOH+Ca(OH)_2→(R—COO)_(2)Ca+2H_2O$.
5. Interakce se solemi slabších kyselin se vznikem toho druhého. Kyselina octová tedy vytěsňuje kyselinu stearovou ze stearátu sodného a kyselinu uhličitou z uhličitanu draselného:
$CH_3COOH+C_(17)H_(35)COONa→CH_3COONa+C_(17)H_(35)COOH↓$,
$2CH_3COOH+K_2CO_3→2CH_3COOK+H_2O+CO_2$.
6. Interakce karboxylových kyselin s alkoholy se vznikem esterů - esterifikační reakce (jedna z nejdůležitějších reakcí charakteristických pro karboxylové kyseliny):
Interakce karboxylových kyselin s alkoholy je katalyzována vodíkovými kationty.
Esterifikační reakce je reverzibilní. Rovnováha se posouvá směrem k tvorbě esteru v přítomnosti odvodňovacích činidel a když je ester odstraněn z reakční směsi.
Při reverzní reakci esterifikace, zvané hydrolýza esteru (reakce esteru s vodou), vzniká kyselina a alkohol:
Je zřejmé, že reakce s karboxylovými kyselinami, tzn. Vícesytné alkoholy, například glycerol, mohou také vstoupit do esterifikační reakce:
Všechny karboxylové kyseliny (kromě kyseliny mravenčí) spolu s karboxylovou skupinou obsahují ve svých molekulách uhlovodíkový zbytek. To samozřejmě nemůže ovlivnit vlastnosti kyselin, které jsou dány povahou uhlovodíkového zbytku.
7. Adiční reakce na násobných vazbách- obsahují nenasycené karboxylové kyseliny. Například adiční reakce vodíku je hydrogenace. Pro kyselinu obsahující v radikálu jednu vazbu $π$ lze rovnici napsat v obecném tvaru:
$C_(n)H_(2n-1)COOH+H_2(→)↖(katalyzátor)C_(n)H_(2n+1)COOH.$
Při hydrogenaci kyseliny olejové se tedy tvoří nasycená kyselina stearová:
$(C_(17)H_(33)COOH+H_2)↙(\text"kyselina olejová"))(→)↖(katalyzátor)(C_(17)H_(35)COOH)↙(\text"kyselina stearová" ) $
Nenasycené karboxylové kyseliny, stejně jako jiné nenasycené sloučeniny, přidávají halogeny přes dvojnou vazbu. Například kyselina akrylová odbarvuje bromovou vodu:
$(CH_2=CH—COOH+Br_2)↙(\text"kyselina akrylová (propenová)")→(CH_2Br—CHBr—COOH)↙(\text"kyselina 2,3-dibrompropanová").$
8. Substituční reakce (s halogeny)- do nich mohou vstupovat nasycené karboxylové kyseliny. Například reakcí kyseliny octové s chlórem lze získat různé chlorované kyseliny:
$CH_3COOH+Cl_2(→)↖(P(červená))(CH_2Cl-COOH+HCl)↙(\text"kyselina chloroctová")$,
$CH_2Cl-COOH+Cl_2(→)↖(P(červená))(CHCl_2-COOH+HCl)↙(\text"kyselina dichloroctová")$,
$CHCl_2-COOH+Cl_2(→)↖(P(červená))(CCl_3-COOH+HCl)↙(\text"kyselina trichloroctová")$
Mravenec(metan) kyselina HTSOOKH- kapalina se štiplavým zápachem a bodem varu 100,8°C$, vysoce rozpustná ve vodě. Kyselina mravenčí jedovatý Při styku s kůží způsobuje poleptání! Bodavá tekutina vylučovaná mravenci obsahuje tuto kyselinu. Kyselina mravenčí má dezinfekční vlastnosti a proto nachází své využití v potravinářství, kůži a farmaceutický průmysl, lék. Používá se při barvení tkanin a papíru.
Ocet (etan)kyselina $CH_3COOH$ je bezbarvá kapalina s charakteristickým štiplavým zápachem, mísitelná s vodou v jakémkoli poměru. Vodné roztoky kyseliny octové se prodávají pod názvem ocet (3-5% roztok) a octová esence (70-80% roztok) a jsou široce používány v potravinářský průmysl. kyselina octová - dobré rozpouštědlo mnoho organických látek, a proto se používá při barvení, výrobě kůže a průmyslu barev a laků. Kyselina octová je navíc surovinou pro výrobu mnoha technicky důležitých organických sloučenin: získávají se z ní například látky používané k hubení plevelů - herbicidy.
Hlavní složkou je kyselina octová vinný ocet, jehož charakteristická vůně je způsobena právě tím. Je produktem oxidace ethanolu a vzniká z něj při skladování vína na vzduchu.
Nejvýznamnějšími zástupci vyšších nasycených jednosytných kyselin jsou palmitový$C_(15)H_(31)COOH$ a stearic$C_(17)H_(35)COOH$ kys. Na rozdíl od nižších kyselin jsou tyto látky pevné a špatně rozpustné ve vodě.
Jejich soli – stearáty a palmitáty – jsou však vysoce rozpustné a mají detergentní účinek, proto se jim také říká mýdla. Je zřejmé, že tyto látky se vyrábějí ve velkém. Z nenasycených vyšších karboxylových kyselin nejvyšší hodnotu má kyselina olejová$C_(17)H_(33)COOH$ nebo $CH_3 - (CH_2)_7 - CH=CH -(CH_2)_7COOH$. Je to olejovitá kapalina bez chuti a zápachu. Jeho soli jsou široce používány v technologii.
Nejjednodušším zástupcem dvojsytných karboxylových kyselin je kyselina šťavelová (ethandiová).$HOOC—COOH$, jehož soli se nacházejí v mnoha rostlinách, jako je šťovík a šťovík. Kyselina šťavelová je bezbarvá krystalická látka, která je vysoce rozpustná ve vodě. Používá se k leštění kovů, v dřevozpracujícím a kožedělném průmyslu.
Když karboxylové kyseliny reagují s alkoholy (esterifikační reakce), tvoří se estery:
Tato reakce je reverzibilní. Reakční produkty mohou vzájemně interagovat za vzniku výchozích látek - alkoholu a kyseliny. Reakce esterů s vodou – hydrolýza esterů – je tedy opakem esterifikační reakce. Chemická rovnováha ustavená, když jsou rychlosti dopředné (esterifikace) a reverzní (hydrolyzační) reakce stejné, může být posunuta směrem k tvorbě esteru přítomností činidel odstraňujících vodu.
Tuky- deriváty sloučenin, které jsou estery glycerolu a vyšších karboxylových kyselin.
Všechny tuky, stejně jako ostatní estery, podléhají hydrolýze:
Když se hydrolýza tuku provádí v alkalickém prostředí $(NaOH)$ a v přítomnosti soda$Na_2CO_3$ probíhá nevratně a vede k tvorbě nikoli karboxylových kyselin, ale jejich solí, tzv. mýdla. Proto se nazývá hydrolýza tuků v alkalickém prostředí zmýdelnění.
Zpět Vpřed
Pozor! Náhledy snímků mají pouze informativní charakter a nemusí představovat všechny funkce prezentace. Pokud vás tato práce zaujala, stáhněte si prosím plnou verzi.
Cíl lekce: charakterizovat složení, strukturu, klasifikaci, fyzikální a chemické vlastnosti, přípravu a použití aldehydů. Stanovte vztah mezi studovanými třídami organických sloučenin. Znát kvalitativní reakce na aldehydy.
Všude se v životě setkáváme s organickou chemií: jíme produkty chemického průmyslu, oblékáme se přímo do jejích výsledků: acetátové hedvábí, umělá vlna, koženkové výrobky a mnoho dalšího, díky chemii můžeme provádět složité operace (anestezie), léčit opruzeniny hrdla a jen dávat injekce, kde jako antiseptikum volíme etylalkohol.
Dnes vám představíme třídu organických látek – aldehydy. Dnes v lekci dokážeme, že život bez aldehydů je nemožný. Pojďme zjistit, jak se k tomuto tématu dobře vztahovat známé látky: vanilin, detergenty, formaldehyd, plast, zrcadlo, kyselina octová
Aldehydy jsou tedy organické sloučeniny obsahující ve svých molekulách polární karbonylovou skupinu. V závislosti na substituentech spojených s oxoskupinou se tyto látky dělí na aldehydy a ketony. V aldehydech je karbonylová skupina navázána na uhlovodíkový radikál a atom vodíku, zatímco v ketonech je karbonylový uhlík navázán na dva uhlovodíkové radikály.
Obecný vzorec nasycených karbonylových sloučenin C n H 2 n O
Názvy aldehydů podle triviální nomenklatury jsou často odvozeny od názvů odpovídajících monokarboxylových kyselin. Podle racionální nomenklatury jsou aldehydy s rozvětveným uhlovodíkovým řetězcem považovány za deriváty acetaldehydu. Podle systematického názvosloví jsou názvy příslušných sloučenin odvozeny od odpovídajících alkanů s přidáním přípony - al.
Způsoby získávání aldehydů. Hlavní způsoby výroby aldehydů jsou katalytická dehydrogenace alkoholů, hydratace alkynů a oxidace alkoholů.
Fyzikální vlastnosti.
První člen homologní řady nasycených aldehydů НСО je bezbarvý plyn a několik následujících aldehydů jsou kapaliny. Vyšší aldehydy jsou pevné látky. Karbonylová skupina způsobuje vysokou reaktivitu aldehydů. Teplota varu aldehydů se zvyšuje s rostoucí molekulovou hmotností. Vrou při nižší teplotě než odpovídající alkoholy, například propionaldehyd při 48,8 °C a propylalkohol při 97,8 °C.
Hustota aldehydů je menší než jedna. mravenčí a acetaldehydy jsou vysoce rozpustné ve vodě, zatímco následující jsou méně rozpustné. Nižší aldehydy mají ostrý, nepříjemný zápach, zatímco některé vyšší aldehydy mají příjemnou vůni.
Reaktivita aldehydů je způsobena přítomností aktivní karbonylové skupiny. Vysoká elektronegativita atomu kyslíku podporuje silnou polarizaci dvojné vazby v karbonylové skupině a vytěsnění mobilních α-elektronů směrem k atomu kyslíku.
Chemické vlastnosti aldehydů:
1. Adiční reakce:
A) hydrogenační reakce
B) adiční reakce NaHS03
2. Oxidační reakce:
A) reakce stříbrného zrcadla
B) reakce semaforu
3. Polykondenzační reakce
4. Polymerační reakce
Kvalitativní reakce na karboxylovou skupinu - oxidační reakce aldehydů s hydroxidem měďnatým (II) - semafor.
НСО + 2Cu(OH)2 = HCOOH +Cu20 +2H20
„Reakce stříbrného zrcadla“
Dokážete si představit život bez zrcadla? Probudit se ráno a nevidět svůj odraz? Vypadá to jako nesmysl, maličkost. Ale jaká psychická nepohoda! Ne nadarmo byly pohádkové postavy za trest zbaveny svého odrazu. co je zrcadlo? Jaká je jeho síla? odkud se to vzalo? Jak se vyrábí?
Jak již víme, prvními skutečnými zrcadly byly kovové destičky z mědi, zlata a stříbra, vyleštěné do lesku. Taková zrcadla však měla velkou nevýhodu - ve vzduchu rychle ztmavla a ztmavla. Jaké východisko z této situace jste našli? Četné experimenty ukázaly, že na sklo lze nanést i lesklou kovovou vrstvu. Tedy v 1. stol. INZERÁT začala vyrábět skleněná zrcadla - skleněné desky spojené s olověnými nebo cínovými deskami. Dělalo se to takto: sklo umyli lihem, vyčistili mastkem a pak těsně přitlačili na povrch cínovou fólii. Navrch se nalila rtuť a po usazení se přebytek slil. Výsledná amalgámová vrstva byla utěsněna nebo přetřena. Taková zrcadla se ukázala být mnohem odolnější než kovová, a tak řemeslnické dílny přešly na výrobu skleněných zrcadel, jejichž odraznou plochu tvořil cínový amalgám (roztok cínu Sn ve rtuti Hg). Ale protože rtuťové páry jsou velmi jedovaté, výroba rtuťových zrcadel byla velmi škodlivá a samotná zrcadla obsahovala rtuť. Bylo nebezpečné držet rtuťová zrcadla v obytných prostorách.
Vědci proto dál hledali náhradu za rtuť. Objevili ji francouzský chemik François Ptizhan a velký německý vědec Justus Liebig. Liebig navrhl vyrobit skleněná zrcadla se stříbrným povlakem. Metoda, kterou vyvinul, spočívala v další operace. Nejprve byl k vodnému roztoku dusičnanu stříbrného AgNO 3 přidán vodný roztok hydroxidu draselného KOH, což vedlo k vysrážení černohnědé sraženiny oxidu stříbrného Ag 2 O.
2AgNO3 + 2KOH = Ag2O + 2KNO3 + H2O.
Sraženina byla odfiltrována a smíchána s vodným roztokem amoniaku NH3.
Ag20 + 4NH3 + H20 = 2 (OH).)
Oxid stříbrný byl rozpuštěn v čpavkové vodě za vzniku komplexní sloučeniny (oxid amonný nebo amin) - diamin hydroxid stříbrný (I). Poté byla do výsledného průhledného roztoku ponořena tabule skla, jejíž jeden povrch byl důkladně odmaštěn, a byl přidán formaldehyd HCHO.
2(OH) + HCHO = 2Ag + HCOONH4 + 3NH3 + H2O.)
Formaldehyd redukoval stříbro, které se usazovalo na vyčištěném povrchu skla, a pokrýval jej lesklým, zrcadlovým povlakem.
Aplikace aldehydů a ketonů.
formaldehyd. Prvním členem homologní řady nasycených aldehydů je formaldehyd HCOH. Říkám tomu také metan a formaldehyd. Je to bezbarvý plyn s charakteristickým štiplavým zápachem. Široce se používá vodný roztok obsahující 0,4 nebo 40 % metanu v hmotnostních frakcích. Říká se tomu formaldehyd. Formaldehyd (formalín), čirá, bezbarvá kapalina se zvláštním štiplavým zápachem. Používá se jako dezinfekční a dezodorační prostředek k mytí rukou, mytí pokožky při nadměrném pocení (0,5–1 %), k dezinfekci nástrojů (0,5 %), ke sprchování (1:2000–1:3000). Část lysoformy.
Jeho použití je také založeno na jeho schopnosti skládat proteiny. Například při výrobě usní se vydělávací účinek formalínu vysvětluje koagulací bílkovin, v důsledku čehož kůže tvrdne a nehnije. Použití formalínu pro konzervaci je založeno na stejné vlastnosti. biologické léky. Formaldehyd se někdy používá k dezinfekci a ošetření semen. Metan se používá při výrobě některých léčivých látek a barviv. Velké množství metanalu se používá k výrobě fenolformaldehydové pryskyřice, která se získává reakcí methanalu s fenolem. Tato pryskyřice je nezbytná pro výrobu různých plastů.
Plasty vyrobené z fenolformaldehydové pryskyřice kombinované s různými plnivy se nazývají fenoly. Rozpouštěním fenolformaldehydové pryskyřice v acetonu nebo alkoholu se získávají různé laky.
Když metan reaguje s močovinou CO(NH) 2, získá se močovinová pryskyřice a z ní se vyrábějí aminoplasty. Z těchto plastů se vyrábí mikroporézní materiály pro elektrotechniku (vypínače, zásuvky), materiály pro nábytek a interiérové dekorace, dřevotřískové desky a umělý mramor. Tepelně a zvukově izolační porézní materiály.
Acetaldehyd CH 3 - SON je bezbarvá kapalina s pronikavým dusivým zápachem. Používá se při výrobě acetátů celulózy, kyseliny octové a peroxyoctové, anhydridu kyseliny octové, ethylacetátu, glyoxalu, alkylaminů, butanolu, chloralu. Stejně jako formaldehyd vstupuje do polykondenzačních reakcí s aminy, fenolem a dalšími látkami a tvoří syntetické pryskyřice široce používané v průmyslu.
Benzaldehyd C 6 H 5 C (H) = O s vůní hořkých mandlí se nachází v mandlový olej a v eukalyptovém esenciálním oleji. Syntetický benzaldehyd se používá v potravinářských aromatických esencích a parfémových prostředcích.
Alifatický aldehyd CH 3 (CH 2) 7 C (H) = O (triviální název - pelargonaldehyd) se nachází v éterické oleje citrusové rostliny, má vůni pomeranče, používá se jako dochucovadlo potravin.
Aromatický aldehyd vanilin nacházející se v plodech tropické vanilky, nyní se častěji používá syntetický vanilin - široce známá aromatická přísada v cukrářských výrobcích.
Citral C 10 H 15 O (3,7-dimethyl - 2,6-oktadienal) s vůní citronu se používá v domácí chemii.
krotonaldehyd. Silný slzotvorný prostředek, používaný k výrobě butanolu, kyseliny sorbové a máselné. Obsaženo v sójovém oleji. Využití aldehydů v lékařství.
Cinnamaldehyd se nachází ve skořicovém oleji a získává se destilací kůry skořicového stromu. Používá se při vaření ve formě tyčinek nebo prášku
Hexatropin (CH 2) 6 N 4 (hexamethylentetramin), bezbarvé krystaly bez zápachu, snadno rozpustné ve vodě. Vodné roztoky mají alkalickou reakci. Působí antisepticky. Používá se především při infekčních procesech močových cest (cystitida, pyelitida). Působení je založeno na schopnosti léčiva rozkládat se v kyselém prostředí za vzniku formaldehydu. Lék je předepsán na prázdný žaludek. Indikace pro jeho použití jsou cholecystitida, cholangitida, alergická onemocnění kůže a očí (keratitida, iridocyklitida atd.). Lék může způsobit podráždění ledvinového parenchymu, pokud se tyto příznaky objeví, lék by měl být vysazen.
akrolein. Používá se k výrobě plastů, které jsou velmi tvrdé. Akrolein a jeho sodné soli jsou emulgátory, které strukturují nečistoty, jeho laktonové deriváty zlepšují vlastnosti papíru a textilií.
Zobecnění a systematizace znalostí. Shrnutí lekce.
Schopnost aldehydů a ketonů účastnit se různých přeměn tedy předurčila jejich hlavní použití jako výchozích sloučenin pro syntézu různých organických látek: alkoholů, karboxylových kyselin a jejich anhydridů, léky(urotropin), polymerní produkty (fenolformaldehydové pryskyřice, polyformaldehyd), při výrobě všech druhů vonných látek (na bázi benzaldehydu) a barviv.
Domácí úkol.
Aldehydy jsou organické látky, které patří ke karbonylovým sloučeninám obsahujícím funkční skupinu -SON, která se nazývá karbonylová skupina.
V závislosti na povaze uhlovodíkové kostry jsou molekuly aldehydu nasycené, nenasycené a aromatické. Jejich molekuly mohou také obsahovat atomy halogenu nebo další funkční skupiny. Obecný vzorec nasycené aldehydy má tvar C n H 2 n O. V souladu s nomenklaturou IUPAC jejich názvy končí příponou -al.
Oxidace aldehydů je v průmyslu důležitá, protože se celkem snadno přeměňují na karboxylové kyseliny. V tomto případě může jako oxidační činidlo sloužit hydroxid měďnatý, oxid stříbrný nebo dokonce vzdušný kyslík.
Elektronická struktura dvojná vazba ve skupině C=O je charakterizována tvorbou jedné σ-vazby a další π-vazby. Atom C je ve stavu hybridizace sp2, molekula má plochou strukturu s vazebnými úhly mezi vazbami asi 120°. Rozdíl mezi dvojnou vazbou v této funkční skupině je v tom, že se nachází mezi atomem uhlíku a velmi elektronegativním atomem kyslíku. V důsledku toho jsou elektrony přitahovány k atomu O, což znamená, že tato vazba je velmi vysoce polarizovaná.
Obsah takto polarizované dvojné vazby v aldehydové skupině lze nazvat hlavním důvodem vysoká reaktivita aldehydů. Pro aldehydy jsou nejtypičtější reakce adice atomů nebo jejich skupin na vazbu C=O. A nejsnadnější reakce jsou nukleofilní adice. Pro aldehydy jsou také typické reakce zahrnující H atomy z funkční skupiny aldehydů. V důsledku účinku skupiny C=O přitahujícím elektrony se polarita vazby zvyšuje. To je zase důvodem relativně snadné oxidace aldehydů.
Formaldehyd (formaldehyd nebo methanal) CH 2 O je plynná látka s velmi štiplavým zápachem, který se obvykle získává průchodem směsi methanolových par a vzduchu přes rozpálenou měděnou nebo stříbrnou síťovinu. Jeho 40% vodný roztok se nazývá formalín. Formaldehyd snadno reaguje, mnohé z nich jsou základem průmyslová syntézařadu důležitých látek. Používá se také k výrobě pentaerythritolu, mnoha léčivých látek, různých barviv, k činění kůže a jako dezinfekční a dezodorační prostředek. Formaldehyd je dosti toxický, jeho maximální přípustná koncentrace ve vzduchu je 0,001 mg/l.
Acetaldehyd (acetaldehyd, ethanal) CH 3 COH je bezbarvá kapalina s dusivým zápachem, která po zředění vodou získává ovocné aroma. Acetaldehyd má všechny základní vlastnosti aldehydů. Oxidace acetaldehydu produkuje obrovské objemy kyseliny octové a acetanhydridu, různých léčiv.
Akrolein (propenal) CH 2 =CH-SON, nejjednodušší nenasycený aldehyd je bezbarvá, vysoce těkavá kapalina. Jeho páry silně dráždí sliznice očí a horních cest dýchacích. Je velmi toxický, maximální přípustná koncentrace pro jeho obsah v ovzduší je 0,7 mg/m 3 . Propenal je meziprodukt při syntéze některých polymerů a je nezbytný při výrobě některých léků.
Benzaldehyd (benzoaldehyd) C 6 H 5 COH je bezbarvá kapalina s vůní, která během skladování žloutne, rychle se oxiduje na vzduchu na kyselinu benzoovou. Obsaženo v esenciálních olejích rostlin (neroli, pačuli) a ve formě glukosidu - v jádrech hořkých mandlí, třešní, meruněk a broskví. Jako aromatická látka se používá v parfumerii, jako složka potravinářských esencí a jako surovina pro syntézu dalších aromatických látek (cinnamaldehyd, jasminaldehyd).
Oxidace aldehydů oxidem stříbrným je nejindikativnější kvalitativní reakcí na odpovídající formu funkční skupiny. Tato reakce získala svůj název díky tenkému stříbrnému povlaku na stěnách zkumavky, který se při této reakci tvoří.
Jeho podstata spočívá v interakci aldehydu R-СОН s amoniakovým roztokem oxidu stříbrného (I), což je rozpustná OH komplexní sloučenina a nazývá se Tollensovo činidlo. Reakce se provádí při teplotách blízkých bodu varu vody (80-100 °C). V tomto případě se aldehydy oxidují na jejich odpovídající karboxylové kyseliny a oxidační činidlo se redukuje na kovové stříbro, které se vysráží.
Pro kvalitativní stanovení -SON skupiny v aldehydech se nejprve připraví komplexní sloučenina stříbra. K tomu nalijte do zkumavky trochu roztoku čpavku (hydroxidu amonného) ve vodě a poté malé množství dusičnanu stříbrného. V tomto případě výsledná sraženina oxidu stříbrného okamžitě zmizí:
2AgNO 3 + 2NH 3 + H 2 O -> Ag 2 O↓ + 2NH 4 NO 3
Ag 2 O + 4NΗ 3 + Η 2 O -> 2ОΗ
Spolehlivější výsledky poskytuje Tollensovo činidlo připravené s přídavkem alkálie. K tomu se 1 g AgN03 rozpustí v 10 g destilované vody a přidá se stejný objem koncentrovaného hydroxidu sodného. V důsledku toho se vytvoří sraženina Ag 2 O, která po přidání koncentrovaného roztoku hydroxidu amonného zmizí. Pro reakci by mělo být použito pouze čerstvě připravené činidlo.
Reakce stříbrného zrcadla odpovídá rovnici:
2OΗ + HCOΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + H 2 O
Stojí za zmínku, že u aldehydů tato interakce nebyla dostatečně prozkoumána. Mechanismus této reakce není znám, ale předpokládá se radikální nebo iontová verze oxidace. U diaminhydroxidu stříbrného dochází s největší pravděpodobností k adici za vzniku soli stříbrného diolu, ze které se pak stříbro odštěpí za vzniku karboxylové kyseliny.
Pro úspěšné provedení zkušenosti, čistota používaného nádobí je nesmírně důležitá. To je způsobeno tím, že částice koloidního stříbra vytvořené během experimentu musí přilnout k povrchu skla, vytvoření zrcadlového povrchu. V přítomnosti sebemenších nečistot vypadne ve formě šedého vločkovitého sedimentu.
K čištění nádoby by měly být použity alkalické roztoky. Pro tyto účely si tedy můžete vzít roztok NaOH, který je třeba smýt velkým objemem destilované vody. Na povrchu skla by neměla být mastnota ani mechanické částice.
Oxidační reakce aldehydů s hydroxidem měďnatým je také docela spektakulární a účinná při určování typu funkční skupiny. Probíhá při teplotě odpovídající varu reakční směsi. V tomto případě aldehydy redukují dvojmocnou měď ve složení Fehlingova činidla (čerstvě připravený roztok amoniaku Cu(OH) 2) na jednomocnou měď. Samy jsou oxidovány v důsledku zavedení atomu kyslíku do vazby C-H (oxidační stav C se mění z +1 na +3).
Postup reakce lze vizuálně sledovat změnou barvy směsi roztoku. Modravá sraženina hydroxidu měďnatého postupně žloutne, což odpovídá hydroxidu měďnému a další vzhled jasně červená sraženina Cu 2 O.
Tento proces odpovídá reakční rovnici:
R-SON + Cu 2+ + NaOH + H 2 O -> R-COONa + Cu 2 O + 4H +
Stojí za zmínku, že toto činidlo funguje nejlépe na aldehydy. V tomto případě oxidace nevyžaduje zahřívání a provádí se při teplotě 0-20 ° C po poměrně krátkou dobu a výtěžek produktů je více než 80%. Hlavní nevýhodou Jonesova činidla je nedostatek vysoké selektivity pro jiné funkční skupiny a kromě toho kyselé prostředí někdy vede k izomerizaci nebo destrukci.
Jonesovo činidlo je roztok oxidu chromitého ve zředěném acetonu. Lze jej také získat z dichromanu sodného. Při oxidaci aldehydů se působením tohoto činidla tvoří karboxylové kyseliny.
Oxidace acetaldehydu v průmyslu se provádí vystavením kyslíku v přítomnosti katalyzátorů - iontů kobaltu nebo manganu. Nejprve se vytvoří kyselina peroctová:
CH 3 -SON + O 2 -> CH 3 -COOON
Ta zase interaguje s druhou molekulou acetaldehydu a prostřednictvím peroxidové sloučeniny vytváří dvě molekuly kyseliny octové:
CH 3 -COOON + CH 3 -SON -> 2CH 3 -COOH
Oxidace se provádí při teplotě 60-70 °C a tlaku 2,105 Pa.
K oxidaci aldehydových skupin se někdy používá roztok jódu v přítomnosti alkálie. Toto činidlo má zvláštní význam v procesu oxidace sacharidů, protože působí velmi selektivně. Takže pod jeho vlivem se D-glukóza přeměňuje na kyselinu D-glukonovou.
Jód v přítomnosti alkálií tvoří hypojodid (velmi silné oxidační činidlo): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + H 2 O.
Vlivem hypojodidu se formaldehyd přeměňuje na kyselinu methanovou: ΗCOΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + H 2 O.
Využívá se oxidace aldehydů jódem analytická chemie stanovit jejich kvantitativní obsah v roztocích.
Na rozdíl od předchozích činidel dochází vlivem oxidu seleničitého k přeměně aldehydů na dikarbonylové sloučeniny a z formaldehydu vzniká glyoxal. Pokud jsou methylenové nebo methylové skupiny umístěny vedle karbonylu, mohou být převedeny na karbonylové skupiny. Jako rozpouštědlo pro SeO2 se obvykle používá dioxan, ethanol nebo xylen.
Podle jednoho způsobu se reakce provádí v tříhrdlé baňce spojené s míchadlem, teploměrem a zpětným chladičem. K výchozí látce, odebrané v množství 0,25 mol, se po kapkách přidá roztok 0,25 mol oxidu seleničitého ve 180 ml dioxanu a také 12 ml H2O. Teplota by neměla překročit 20 °C (. v případě potřeby baňku ochlaďte). Poté se roztok za stálého míchání vaří 6 hodin. Dále se horký roztok filtruje, aby se oddělil selen, a sraženina se promyje dioxanem. Po vakuové destilaci rozpouštědla se zbytek frakcionuje. Hlavní frakce se vybírá v širokém teplotním rozsahu (20-30 °C) a znovu se rektifikuje.
Vlivem vzdušného kyslíku při pokojové teplotě dochází k oxidaci aldehydů velmi pomalu. Hlavními produkty těchto reakcí jsou odpovídající karboxylové kyseliny. Mechanismus autooxidace je podobný průmyslové oxidaci ethanalu na kyselinu octovou. Jedním z meziproduktů je perkyselina, která reaguje s jinou molekulou aldehydu.
Vzhledem k tomu, že tento typ reakce je urychlován světlem, peroxidy a stopami těžkých kovů, lze usuzovat, že má radikální mechanismus. Formaldehyd ve vodných roztocích je mnohem horší než jeho protějšky v oxidaci vzduchem, protože v nich existuje ve formě hydratovaného methylenglykolu.
Tato reakce probíhá nejúspěšněji v roce Vizuálně lze její průběh posoudit ztrátou intenzity a úplným odbarvením růžového zbarvení roztoku manganistanu draselného. Reakce probíhá při teplotě místnosti a normálním tlaku, takže nevyžaduje zvláštní podmínky. Do zkumavky stačí nalít 2 ml formaldehydu a 1 ml okyseleného kyselinou sírovou Zkumavku s roztokem je třeba opatrně protřepat, aby se reagencie promíchaly:
5CH3-SON + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5CH3-COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H20
Pokud se stejná reakce provádí při zvýšených teplotách, pak se metan snadno oxiduje na oxid uhličitý:
5CH 3 -SON + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5CO 2 + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11H 2 O
Aldehydy a ketony jsou karbonyl organické sloučeniny. Karbonylové sloučeniny jsou organické látky, jejichž molekuly obsahují skupinu >C=O (karbonylovou nebo oxoskupinu).
Obecný vzorec karbonylových sloučenin:
Funkční skupina –CH=O se nazývá aldehyd. Ketony- organické látky, jejichž molekuly obsahují karbonylovou skupinu připojenou ke dvěma uhlovodíkovým radikálům. Obecné vzorce: R 2 C=O, R–CO–R" nebo
|
|
|
Modely nejjednodušších karbonylových sloučenin |
||
|
Jméno | ||
|
formaldehyd (methan) |
H 2 C=O | |
|
Acetaldehyd (ethanal) |
CH 3 -CH=O | |
|
Aceton (propanon) |
(CH 3 ) 2 C=O |
|
Názvosloví aldehydů a ketonů.
Systematické názvy aldehydy vytvořené názvem odpovídajícího uhlovodíku a přidáním přípony -al. Číslování řetězců začíná karbonylovým atomem uhlíku. Triviální názvy jsou odvozeny od triviálních názvů těch kyselin, na které se při oxidaci přeměňují aldehydy.
|
Vzorec |
Jméno |
|
|
systematický |
triviální |
|
|
H 2 C=O |
metan al |
mravenčí aldehyd (formaldehyd) |
|
CH 3 CH=O |
etan al |
acetaldehyd (acetaldehyd) |
|
(CH 3 ) 2 CHCH=O |
2-methylpropan al |
isobutyraldehyd |
|
CH 3 CH=CHCH=O |
buten-2- al |
krotonaldehyd |
Systematické názvy ketony jednoduchá struktura je odvozena od názvů radikálů (v rostoucím pořadí) s přidáním slova keton. Například: CH 3 –CO–CH 3 - dimethyl keton(aceton); CH 3 CH 2 CH 2 –CO–CH 3 - methylpropyl keton. Obecněji je název ketonu založen na názvu odpovídajícího uhlovodíku a přípony -On; Číslování řetězců začíná od konce řetězce nejblíže karbonylové skupině (IUPAC substituční nomenklatura). Příklady: CH 3 –CO–CH 3 - propan On(aceton); CH 3 CH 2 CH 2 –CO–CH 3 - pentan On- 2; CH 2 =CH–CH 2 –CO–CH 3 - penten-4 -On- 2.
Izomerie aldehydů a ketonů.
Aldehydy a ketony se vyznačují strukturní izomerie.
izomerismus aldehydy:
|
izomerie uhlíkového skeletu, počínaje C4 |
|
|
mezitřídní izomerie s ketony, počínaje C 3 |
|
|
cyklické oxidy (s C2) |
|
|
nenasycené alkoholy a ethery (s C3) |
|
|
izomerismus ketony: uhlíková kostra (c C 5) |
|
|
poloha karbonylové skupiny (c C 5) |
|
mezitřídní izomerie (podobně jako aldehydy).
Struktura karbonylové skupiny C=O.
Vlastnosti aldehydů a ketonů jsou dány strukturou karbonylové skupiny >C=O.
Vazba C=O je vysoce polární. Jeho dipólový moment (2,6-2,8D) je výrazně vyšší než u vazby C–O v alkoholech (0,70D). Elektrony násobné vazby C=O, zejména pohyblivější -elektrony, jsou posunuty směrem k elektronegativnímu atomu kyslíku, což vede ke vzniku částečného záporného náboje na něm. Karbonylový uhlík získá částečný kladný náboj.
Proto je uhlík napadán nukleofilními činidly a kyslík je atakován elektrofilními činidly, včetně H +.
V molekulách aldehydů a ketonů chybí atomy vodíku schopné tvořit vodíkové vazby. Proto jsou jejich teploty varu nižší než u odpovídajících alkoholů. Methanal (formaldehyd) je plyn, aldehydy C 2 -C 5 a ketony C 3 -C 4 jsou kapaliny, vyšší látky jsou pevné látky. Nižší homology jsou rozpustné ve vodě díky tvorbě vodíkových vazeb mezi atomy vodíku molekul vody a karbonylovými atomy kyslíku. S rostoucím uhlovodíkovým radikálem klesá rozpustnost ve vodě.
Reakční centra aldehydů a ketonů
sp 2 -Hybridizovaný atom uhlíku karbonylové skupiny tvoří tři vazby σ ležící ve stejné rovině a vazbu π s atomem kyslíku díky nehybridizovanému orbitalu p. V důsledku rozdílu v elektronegativitě atomů uhlíku a kyslíku je mezi nimi vazba π vysoce polarizovaná (obr. 5.1). V důsledku toho se na atomu uhlíku karbonylové skupiny objeví částečný kladný náboj δ+ a na atomu kyslíku se objeví částečný záporný náboj δ-. Protože atom uhlíku postrádá elektrony, poskytuje místo pro nukleofilní útok.
Distribuce elektronové hustoty v molekulách aldehydů a ketonů s přihlédnutím k přenosu elektronového vlivu
Rýže. 5.1. Elektronová struktura karbonylové skupiny
deficitní atom uhlíku karbonylové skupiny podél a-vazeb je uveden ve schématu 5.1.
Schéma 5.1. Reakční centra v molekule aldehydů a ketonů
V molekulách aldehydů a ketonů je několik reakčních center:
Elektrofilní centrum – atom uhlíku karbonylové skupiny – určuje možnost nukleofilního ataku;
Hlavní centrum - atom kyslíku - umožňuje útok protonem;
Kyselinové centrum CH, jehož atom vodíku má slabou pohyblivost protonů a může být atakován zejména silnou bází.
Obecně jsou aldehydy a ketony vysoce reaktivní.
