http://www.ise.polsl.pl/strony/czasowe/powtorka_z_chemii/aldehydy%20i%20ketony.doc

P 5. Aldehydy i ketony

Aldehydy i ketony, to związki chemiczne, które powstają w wyniku utlenienia alkoholi. O ile jednak aldehydy są etapem pośrednim do kwasów karboksylowych, o tyle ketony stanowią niejako tor boczny produktów utlenienia alkoholi, gdyż utlenienie ketonów prowadzi do destrukcji cząsteczki, bez jednoznacznego, przewidywalnego produktu. Związki te posiadają grupy funkcyjne, w których znajduje się węgiel, tak więc węglowodorem wyjściowym dla ich otrzymania jest taki, w którym ilość atomów węgla jest równa sumie atomów węgla w rodniku plus jeden (ten z grupy funkcyjnej).

Aldehydy to związki organiczne, których cząsteczki składają się z rodnika węglowodorowego i charakterystycznej grupy aldehydowej -CHO, stosuje się właśnie taką kolejność zapisu atomów występujących w grupie, gdyż odwrotny, mógłby spowodować błędne skojarzenie z grupą hydroksylową. Wzór ogólny aldehydów R-CHO, w cząsteczce takich związków występuje fragment płaski cząsteczki, którym jest właśnie grupa aldehydowa. Tworzący ją atom węgla ma trzy wiązania sigma a więc wykazuje hybrydyzację sp², którą cechuje uporządkowanie atomów w jednej płaszczyźnie zaś kąt między wiązaniami wynosi około 120⁰. Aldehydy, pochodne alkanów określa się ogólną nazwą alkanale, gdyż ich nazwy cechuje charakterystyczna końcówka -al., dodana do nazwy odpowiedniego węglowodoru (alkanu).

Otrzymywanie Zasadniczo wymienia się dwa sposoby otrzymywania aldehydów

1. Przez utlenianie alkoholi I-szo rzędowych za pomocą czarnego tlenku miedzi otrzymanego w wyniku prażenia siatki miedziowej. CH₃OH + CuO → HCHO + Cu + H₂O

2. Hydratację 1 - alkinów w obecności katalizatora rtęciowego (HgSO₄), najbardziej znana jest tzw. synteza Kuczerowa, polegająca na katalitycznym uwodnieniu acetylenu: C₂H₂ + H₂O
   
   CH₃CHO

Właściwości fizyczne - alkanale tworzą szereg homologiczny, w którym pierwszy metanal zwany również zwyczajowo aldehydem mrówkowym jest gazem, następne są już cieczami. Grupa tych połączeń jest omawiana właśnie na przykładzie metanalu. Jak już wspomniano jest gazem rozpuszczalnym w wodzie i dlatego powszechnie stosuje się właśnie jego roztwór wodny (około 40%) zwany formaliną. Ze względu na swe właściwości bakteriobójcze (powoduje denaturację białka) jest znany głównie z tego, że stosuje się go do konserwacji preparatów organicznych. Metanal posiada charakterystyczny zapach, jest toksyczny dlatego powszechnie ogranicza się jego stosowanie w różnego rodzaju wyrobach takich jak np. bardzo szeroko stosowane kiedyś do produkcji mebli żywice syntetyczne na bazie fenolu i metanalu.

Właściwości chemiczne Podkreśla się zasadniczo dwie cechy aldehydów, mianowicie to że mają właściwości redukujące oraz wykazują zdolność do polimeryzacji

1. Właściwości redukujące wykazywane są w dwóch, charakterystycznych dla grup aldehydowych, próbach tzw. Trommera i Tollensa

• Próba Trommera polega na redukcji, w środowiska zasadowym, tlenku miedzi(II) otrzymanego w wyniku rozkładu termicznego wodorotlenku miedzi(II), do tlenku miedzi(I) o charakterystycznej barwie czerwonej. Aldehydy utleniają się wówczas do kwasów karboksylowych: HCHO + 2CuO →HCOOH + Cu₂O

• Próba Tollensa - zwana również próbą lustra srebrowego, polega na redukcji tlenku srebra, w roztworze amoniakalnym, do srebra metalicznego tworzącego na ściankach probówki lustro. Na roztwór azotanu(V) srebra działa się wodorotlenkiem amonu, w tych warunkach powstaje trwały osad tlenku srebra, który w wyniku łagodnego ogrzewania redukuje się do monomolekularnej, szczelnie przylegającej do ścianek probówki, warstewki metalicznego srebra.

HCHO + Ag₂O → HCOOH + 2Ag

Uwaga Jak już wspomniano wcześniej obydwie próby pozwalają identyfikować związki złożone, np. cukry, które w swych cząsteczkach zawierają grupę aldehydową.

Aldehydy można również poddać hydrogenizacji i wówczas w wyniku redukcji aldehydów powstają alkohole: CH₃CHO + H₂ → CH₃CH₂OH

Aldehydy ulegają trimeryzacji, zjawisko to zachodzi nawet samorzutnie w butelce z formaliną, pod wpływem ogrzewania proces ten ulega cofnięciu:

3 HCHO ↔ H₂C

/ \

O O

| |

H₂C CH₂

\ /

O

Analogiczny trimer aldehydu octowego stosowany był kiedyś jako bardzo popularne paliwko turystyczne. Aldehyd mrówkowy daje również bardzo znane kiedyś tworzywo polikondensacyjne o nazwie bakelit. Jako, że tworzywo to powstaje w wyniku polikondensacji metanalu i fenolu, dwóch niezwykle toksycznych substancji, obecnie ma jedynie znaczenie historyczne.

Ketony - są produktami utlenienia alkoholi II - rzędowych tlenkiem miedzi(II) otrzymanym w wyniku prażenia siatki miedzianej. Tlenek miedzi redukuje się do miedzi metalicznej: CH₃CH(OH)CH₃ + CuO → (CH₃)₂CO + H₂O + Cu

Nazwy ketonów tworzy się dodając do nazwy węglowodoru o identycznej ilości atomów węgla końcówki -on. Można również utworzyć nazwę podając grupy połączone z grupą karbonylową =CO. Tak więc otrzymany powyżej keton to propanon lub dimetyloketon, znany jednak bardziej pod nazwą zwyczajową aceton Zasadniczo w kursie chemii liceum mówi się zasadniczo tylko o tym ketonie. Świadczy to również o tym, że ketony traktuje się jako swego rodzaju ślepy tor w sposobie realizacji tematyki chemii organicznej w kolejności: alkany - alkanole - alkanale - kwasy karboksylowe. Ketony nie wykazują wyników dodatnich reakcji Trommera i Tollensa. Podaje się jednak niezwykły sposób otrzymania acetonu, mianowicie przez rozkład termiczny octanu wapnia:

(CH₃COO)₂Ca
(CH₃)₂CO + CaCO₃

Aceton znany jest głównie ze swego zastosowania jako rozpuszczalnik organiczny wielu wyrobów lakierowych. Poniżej podano przykłady zadań, których w testach jest niewiele i zasadniczo występują niejako przy okazji, oto kilka przykładów wyjętych z testów maturalnych.

Zadania z testów maturalnych

1. Poniżej podano schemat prowadzonych przemian. Podaj nazwy i wzory ukrytych pod symbolami literowymi związków oraz hybrydyzację atomów węgla w związku C CaC₂
   

2. Metameria to rodzaj izomerii spowodowany obecnością różnych grup funkcyjnych. Przykładem takiej izomerii są propanal i propanon, podaj wory strukturalne tych związków, zaznacz i nazwij ich grupy funkcyjne. Za pomocą jakich reakcji można rozróżnić te związki.

3. Poniżej przedstawiono ciąg przemian:
   

Podaj wzory i nazwy związków A - E wiedząc, że w wyjściowym związku A, którego gęstość wynosi 1,339 g/dm³, stosunek masowy C:H=4:1.

4. Podaj równania reakcji zachodzących przy otrzymywaniu poszczególnych produktów: koks → karbid → acetylen → aldehyd octowy → kwas octowy

5. Zaproponuj ciąg przemian prowadzących do powstania etanalu przyjmując Jako substraty wyjściowe wapno palone, koks i inne dowolne odczynniki.

6. Posługując się wzorami półstrukturalnymi substancji ułóż równania reakcji przebiegających według schematu;

A/ etanol → eten B/ etan→ eten C/eten→dichloroetan D/dichloroetan → etanodiol E/ etanodiol

7) Podaj nazwy związków ze schematu oraz określ do jakich grup związków należą:

Zad.1

Równania kolejnych równań:

1) CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂ (A) acetylen

2) C₂H₂ + H₂O
CH₃CHO (B) synteza Kuczerowa - etanal

3) CH₃CHO + Ag₂O → CH₃COOH (C)+ 2Ag kwas octowy

4) CH₃COOH + [H] → CH₃CHO + H₂O (D)

Zad.2

Propanon CH₃ - C - CH₃ grupa karbonylowa czyli ketonowa

||

O

Propanal CH₃-CH₂- C = O grupa aldehydowa

|

H

Takie związki dają pozytywny wynik próby Trommera i Tollensa

Zad. 3

Ustalamy wzór wyjściowego węglowodoru:

Masa molowa z gęstości i objętości molowej: M = d•22,4 = 1,337 g/dm³•22,4 dm³ = 30 g, uwzględniając stosunek wagowy węgla do wodoru równy 4:1 i zwielokrotniając go do masy molowej otrzymujemy C : H = 24 : 6, czyli stosunek molowy odpowiada: C₂H₆

C₂H₆ + Cl₂→ C₂H₅Cl + HCl

C₂H₅Cl + KOH
C₂H₅OH + KCl

C₂H₅OH + CuO → CH₃CHO + H₂O + Cu

CH₃CHO + 2CuO → CH₃COOH + Cu₂O

Zad. 4

Koks → karbid 3C + CaO → CaC₂ + CO

Karbid → acetylen CaC₂ + 2H₂O → Ca(OH)₂ + C₂H₂

Acetylen → aldehyd octowy C₂H₂ + H₂O
CH₃CHO

Aldehyd octowy → kwas octowy CH₃CHO + 2CuO → CH₃COOH + Cu₂O

Zad.5

Ciąg przemian identyczny z tym, który podano w zadaniu 4.

Zad.6

Etanol → eten CH₃CH₂OH
CH₂=CH₂ + H₂O

Etan → eten CH₃-CH₃ + 2Cl₂ → CH₂Cl-CH₂Cl

CH₂Cl - CH₂Cl + Zn → ZnCl₂ + CH₂=CH₂

Eten → dichloroetan CH₂=CH₂ + Cl₂→ CH₂Cl-CH₂Cl

Dichloroetan → etanodiol CH₂Cl-CH₂Cl + 2NaOH → CH₂(OH)-CH₂(OH) + 2NaCl

Etanodiol
CH₂(OH)-CH₂(OH) +4[O] → (COOH)₂ + 2H₂O kwas szczawiowy

Zad.7

Związek A to acetylen należący do alkinów

Związek B - katalizator i substrat woda wskazują, że przeprowadzono syntezę Kuczerowa w wyniku której powstał aldehyd - etanal

Związek C - substrat - tlenek srebra wskazuje na przeprowadzenie próby Tollensa więc ostatecznym produktem jest kwas etanowy znany również pod nazwą zwyczajową kwas octowy.

2

---