15.3: Властивості альдегідів і кетонів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 22075

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Цілі навчання

Поясніть, чому температури кипіння альдегідів і кетонів вище, ніж у ефірів та алканів подібних молярних мас, але нижчі, ніж у порівнянних спиртів.
Порівняйте розчинності у воді альдегідів і кетонів чотирьох або менше атомів вуглецю з розчинностями порівнянних алканів і спиртів.
Назвіть типові реакції, що протікають з альдегідами і кетонами.
Опишіть деякі види використання загальних альдегідів і кетонів.

Подвійний зв'язок вуглецево-кисневий досить полярний, більш полярний, ніж одиночний зв'язок вуглець-кисень. Електронегативний атом кисню має набагато більшу привабливість для зв'язкових електронних пар, ніж атом вуглецю. Атом вуглецю має частковий позитивний заряд, а атом кисню має частковий негативний заряд:

У альдегідів і кетонів це поділ заряду призводить до дипольно-дипольних взаємодій, які досить великі, щоб значно впливати на точки кипіння. Таблиця\(\PageIndex{1}\) показує, що полярні поодинокі зв'язки в ефірах мають незначний такий ефект, тоді як водневий зв'язок між молекулами спирту ще сильніше.

Таблиця\(\PageIndex{1}\): Точки кипіння сполук, що мають схожі молярні маси, але різні типи міжмолекулярних сил
З'єднання	Сім'я	Молярна маса	Тип міжмолекулярних сил	Температура кипіння (° C)
СН ₃ СН ₂ СН ₂ СН ₃	алкан	58	лише дисперсія	—1
СН ₃ І ₂ СН ₃	ефір	60	слабкий диполь	6
СН ₃ СН ₂ ЧО	альдегід	58	сильний диполь	49
СН ₃ СН ₂ СН ₂ ОН	алкоголь	60	водневий зв'язок	97

Формальдегід - це газ кімнатної температури. Ацетальдегід закипає при 20°C; у відкритій посудині він википає в теплому приміщенні. Більшість інших поширених альдегідів - це рідини кімнатної температури.

Хоча нижні члени гомологічного ряду мають різкі запахи, багато вищі альдегіди мають приємні запахи і використовуються в парфумерії та штучних ароматизаторів. Що стосується кетонів, то ацетон має приємний запах, але більшість вищих гомологів мають досить м'які запахи.

Атом кисню карбонільної групи вступає в взаємодію водню з молекулою води.

Тому розчинність альдегідів приблизно така ж, як у спиртів і ефірів. Формальдегід, ацетальдегід і ацетон розчинні у воді. Зі збільшенням вуглецевого ланцюга в довжину розчинність у воді зменшується. Межа розчинності відбувається приблизно при чотирьох атомах вуглецю на атом кисню. Всі альдегіди і кетони розчинні в органічних розчинниках і, в цілому, менш щільні, ніж вода.

Окислення альдегідів і кетонів

Альдегіди і кетони багато схожі в багатьох з їх реакцій, завдяки наявності карбонільної функціональної групи в обох. Вони сильно відрізняються, однак, одним найважливішим видом реакції: окисленням. Альдегіди легко окислюються до карбонових кислот, тоді як кетони протистоять окисленню.

Альдегіди, по суті, є одними з найбільш легко окислюються органічних сполук. Вони окислюються киснем (O ₂) на повітрі до карбонових кислот.

\[2RCHO + O_2 \rightarrow 2RCOOH \label{14.10.1} \]

Легкість окислення допомагає хімікам виявити альдегіди. Досить м'який окислювач може відрізняти альдегіди не тільки від кетонів, але і від спиртів. Реагент Толленса, наприклад, являє собою лужний розчин іона срібла (Ag ⁺) в комплексі з аміаком (NH ₃), який утримує іон Ag ⁺ в розчині.

\[H_3N—Ag^+—NH_3 \label{14.10.2} \]

Коли реагент Толленса окислює альдегід, іон Ag ⁺ відновлюється до вільного срібла (Ag).

Альдегідна група RCHO реагує з 2 Ag (NH індексу 3) підрядковим 2 надрядковим позитивним знаком і 3 гідроксидними іонами, щоб дати COO надіндексний негативний знак на додаток до 2 срібла в твердому стані, 4 NH індексу 3 і 2 води.

Відкинувшись на чисту скляну поверхню, срібло виробляє дзеркало (рис.\(\PageIndex{1}\)). Звичайні кетони не реагують з реагентом Толленса.

Людина в рукавичках тримає купу прикрас, які вона щойно підняла з тазику, що містить розчин. — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Реакції альдегіду. Реакція, пов'язана з реакцією Толленса, часто використовується для срібних дзеркал. Ці прикраси були посріблені такою реакцією. В якості відновника використовується глюкоза, простий цукор з альдегідною функціональною групою. Джерело: Фото люб'язно надано Кребсом Глас Лауша, Commons.wikimedia.org/wiki/file:Silvering.jpg.

Хоча кетони протистоять окисленню звичайними лабораторними окислювачами, вони піддаються горінню, як і альдегіди.

Резюме

Полярний подвійний зв'язок вуглецю з киснем призводить до того, що альдегіди та кетони мають більш високі температури кипіння, ніж у ефірів та алканів подібних молярних мас, але нижчі, ніж у порівнянних спиртів, які беруть участь у міжмолекулярному водневому зв'язку. Альдегіди легко окислюються до карбонових кислот, тоді як кетони протистоять окисленню.