Альдегіди. Склад, будова молекул альдегідів. Альдегідна характеристична (функціональ-на) група. Загальна та структурні формули, систематична номенклатура і фізичні властивості альдегідів. Хімічні властивості етаналю, його одержання.

Опрацюйте теорію, перегляньте відеоурок та досліди

Альдегіди — oрганічні речовини, молекули яких складаються з вуглеводневого радикала та карбонільної групи –СОН

Карбонільна група –СОН називається функціональною групою альдегідів

або −CHO.

Склад молекул альдегідів розглядають як похідні алканів, у молекулах яких один атом Гідрогену біля першого атома Карбону заміщений на альдегідну групу. Винятком є перший представник цього класу — метаналь, у складі якого замість залишку алкану міститься атом Гідрогену.

Загальна структурна формула альдегідів:

або

Для гомологічного ряду насичених альдегідів загальна молекулярна формула

CnH2n+1CHO(n≥0). Також для них можна вивести загальну емпіричну формулу CnH2nO(n≥1). Порівняйте загальні емпіричні формули альдегідів (CnH2nO) та одноатомних спиртів (CnH2n+2O), вони відрізняються на два атоми Гідрогену. Звідси і пішла назва класу сполук, яку у 1835 році дав Ю. Лібіх, альдегіди — скорочення від латинських слів alcohol dehydrogenatus, тобто дегідрогенізований спирт.

Зверни увагу!

За рахунок того, що в молекулах альдегідів на два атоми Гідрогену менше, ніж у молекулах відповідних спиртів, у них є подвійний зв'язок.

Гомологічний ряд альдегідів:

• метаналь (мурашиний альдегід, формальдегід); молекулярна формула: H−CHO; структурна формула: .

• Етаналь (оцтовий альдегід); молекулярна формула: CH3−CHO; структурна формула: .

• Пропаналь (пропіоновий альдегід); молекулярна формула: C2H5−CHO; структурна формула: .

• Бутаналь (масляний альдегід); молекулярна формула: C3H7−CHO; структурна формула: .

• Альдегідам властива структурна ізомерія карбонового ланцюга. Нумерація атомів Карбону головного ланцюга починається з альдегідної групи. А оскільки вона розміщена тільки з краю, то ізомерів з різним положенням характеристичної групи в альдегідів не існує (тобто ізомерія положення характеристичної групи відсутня). Для альдегідів характерна ізомерія карбонового ланцюга. Положення замісників указують, як в алканів. Перед коренем назви записують бічні замісники, зазначають їхнє положення й кількість. Нумерацію карбонового ланцюга починають з атома Карбону альдегідної групи:

3-метилбутаналь

Фізичні властивості альдегідів

Метаналь — газ без кольору, має різкий запах, розчинний у воді Починаючи з етаналю, альдегіди складу C2−C12 нерозгалуженої будови — леткі рідини, які як і метаналь мають різкий запах, розчинні у воді. Від C13 і довше альдегіди — тверді речовини. Через відсутність водневих зв'язків між молекулами вони мають нижчі температури кипіння, ніж спирти. З подовженням карбогового ланцюга розчинність альдегідів у воді зменшується, альдегіди добре розчиняються в етанолі, бензені тощо. Отже, фізичні властивості альдегідів залежать від будови молекул.

Нижчі альдегіди мають різкий характерний запах. Вищим альдегідам притаманний запах, подібний до запаху погашеної свічки. Він стає приємним за розведення до 1 % й менше. Запах деканалю (C10) має відтінок цедри, запах альдегіду C12 — лілії та фіалки. Сила аромати альдегідів залежить від будови карбонового ланцюга. Так, альдегіди з розгалуженим ланцюгом пахнуть сильніше й приємніше, ніж ізомерні їм альдегіди лінійної будови.

Хімічні властивості альдегідів

Альдегіди можуть як окиснюватися, так і відновлюватися:

------------→Відбувається процес окиснення

−2[H] +[O]

Спирти⇄Альдегіди⇄Карбонові кислоти

+2[H] −[O]

←−−−−−−−−Відбувається процес відновлення

Реакції повного та часткового окиснення

Етаналь легко окиснюється. Реакції горіння відбуваються з утворенням карбон(IV) оксиду та води. Рівняння повного окиснення:

2CH₃−CHO+5O₂→4CO₂+4H₂O,ΔH<0

Дією різних окисників альдегіди легко окиснюються до карбонових кислот. Як і у випадку зі спиртами, в рівняннях реакцій простіше замість формули окисника записувати схематично атом Оксигену.

У загальному вигляді:

R−CHO+[O]−→−−−окисникR−COOH

Для етаналю:

CH₃−CHO+[O]−→−−−окисникCH₃−COOH

Як окисники застосовують калій перманганат KMnO₄, калій дихромат K2Cr2O7, селен(IV) оксид SeO₂, аргентум(I) оксид Ag₂O (амоніачний розчин), купрум(II) гідроксид Cu(OH)_2.

Реакція «срібного дзеркала» є якісною реакцією на альдегіди:

R−COH+Ag₂O→t°R−COOH+Ag⏐↓⏐⏐;

Окиснення у лужному середовищі купрум(II) гідроксидом (спочатку випадає жовтий осад купрум(I) гідроксиду, який одразу ж перетворюється на червоно-коричневий осад купрум(I) оксид й воду:

t°

R−COH+Cu(OH)₂−→−R−COOH+2CuOH⏐↓⏐⏐+H₂O;

t°

2CuOH→Cu₂O+H₂O.

Взаємодія альдегідів із свіжоодержаним купрум(II) гідроксидом теж є якісною

реакцією на альдегіди.

Реакції приєднання

Цей тип реакцій властивий альдегідам за положенням подвійного зв'язку в альдегідній групі. Якщо суміш альдегіду та водню пропустити над нагрітим каталізатором, то альдегід відновлюється до спирту:

t°,Ni

R−COH+H₂−→−−R−CH₂−OH.

Методи одержання етаналю

1. Окиснення спиртів:

t°

C₂H₅OH+CuO→CH₃CHO+Cu+H₂O

2. Гідратація етину (реакція Кучерова). За наявності солей Меркурію(II) молекула етину приєднує молекулу води й перетворюється на вініловий спирт, який одразу перетворюється на етаналь:

CH≡CH+H₂O−→−−Hg₂+[CH2=CH−OH]→CH₃CHO

Ця реакція є одним із промислових способів добування етаналю.

Застосування та вплив на довкілля альдегідів

Застосування та вплив на довкілля альдегідів зумовлені їхніми властивостями. Метаналь використовують у виробництві синтетичних смол, клеїв, полімерних матеріалів, лікарських засобів, вибухівки та як дезінфікувальний засіб і консервант біологічних препаратів. Етаналь — проміжний продукт у багатьох органічних синтезах. Деякі альдегіди, переважно ті, у карбоновому ланцюзі яких від 8 до 12 атомів Карбону, використовують як складники парфумерних композицій та ароматів.

Метаналь має специфічні токсичні властивості. Він утворюється внаслідок неповного згоряння палива, тому міститься у викидах теплоелектростанцій, автомобільних вихлопах, тютюновому димі тощо. Також потрапляє в повітря в результаті поступового розкладання формальдегідних смол, якими просочують деревноволокнисті та деревностружкові плити, які використовують для виготовлення меблів.

Допишіть гомологічний ряд альдегідів у пам'ятку

Виконайте тестування

Виконайте інтерактивні вправи