Методы синтеза, особенности строения и реакционной способности альдегидов и кетонов. Исследование физических и химических свойств ацетона, формальдегида и бензальдегида.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ государственное БЮДЖЕТНОЕ

образовательное учреждение

высшего образования

«НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

___________________________________________________

Кафедра инженерных проблем экологии

КУРСОВАЯ РАБОТА

По дисциплине: Органическая химия

На тему: Методы синтеза, особенности строения и реакционной способности альдегидов и кетонов. Исследование физических и химических свойств ацетона, формальдегида и бензальдегида.

  Выполнил:                                                                   Проверил:

  Студент гр. СЭ-31

  Иванов А. А.                                                                 Панченко В.Н

  «___» ______ 2016г.                                                    «___» ______ 2016г.

  ________________                                                        ________________

         (подпись)                                                                  (подпись)

Новосибирск

2016

Содержание:

Часть 1. Теоретическая часть

ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………………………3

            Особенности строения и реакционной способности альдегидов и кетонов…3

            Номенклатура альдегидов и кетонов…………………………………………4-5

            Физические свойства альдегидов……………………………………………..5-6

            Химические свойства альдегидов…………………………………………….6-9

            Химические свойства кетонов……………………………………………….9-10

            Методы синтеза альдегидов и кетонов…………………………………….10-11

Список использованной литературы…………………………………………………..12

Часть 2. Практическая часть. Лабораторная работа.

      1. Изучение физических свойств.

      1.1. Определение плотности ацетона с помощью пикнометра…………….…....13

2.      Изучение химических свойств альдегидов.

2.1. Окисление альдегидов гидроксидом меди……………………………….......13

2.2. Окисление бензальдегида кислородом воздуха…………………….………..14

      2.3. Окисление бензальдегида ……………………………………………………..14

2.4. Реакция формальдегида с аммиаком …………………...………………….…15

ЗАКЛЮЧЕНИЕ…………………………………………………………………………16

Часть 1. Теоретическая часть.

ВВЕДЕНИЕ

Альдегиды и кетоны относятся к карбонильным органическим соединениям. 
Карбонильными соединениями называют органические вещества, в молекулах которых имеется группа >С=О (карбонил или оксогруппа).

Общая формула карбонильных соединений:

В зависимости от типа заместителя Х эти соединения подразделяют на: альдегиды ( Х = Н ); кетоны ( Х = R, R" ); карбоновые кислоты ( Х = ОН ) и их производные ( Х = ОR, NH₂, NHR, Hal и т.д.). 

Особенности строения и реакционной способности альдегидов и кетонов.

	АЛЬДЕГИДЫ
	ОБЩАЯ ФОРМУЛА: RCOH
	Предельные CnH2n+1-CН=О	Непредельные CH2=CH-CН=О акролеин	Ароматические С6H5-CН=О бензальдегид
	Суффикс - АЛЬ
	Изомерия альдегидов: 1.                    изомерия углеродного скелета, начиная с С4 2.                    межклассовая изомерия с кетонами, начиная с С3 3.                  циклическими оксидами (с С2) 4.                  непредельными спиртами и простыми эфирами (с С3)
	КЕТОНЫ
	ОБЩАЯ ФОРМУЛА: RCOR1
	Суффикс - ОН
	Изомерия кетонов: 1.                  углеродного скелета (c C5) 2.                  положения карбонильной группы (c C5) 3.                  межклассовая изомерия (аналогично альдегидам).

Номенклатура альдегидов и кетонов

Систематические названия альдегидов строят по названию соответствующего углеводорода с добавлением суффикса -аль. Нумерацию цепи начинают с карбонильного атома углерода.

Тривиальные названия производят от тривиальных названий тех кислот, в которые альдегиды превращаются при окислении.

Физические свойства альдегидов:

Метаналь (формальдегид) – газ, альдегиды С₂-C₅ и кетоны С₃-С₄ – жидкости, высшие – твердые вещества. Низшие гомологи растворимы в воде, благодаря образованию водородных связей между атомами водорода молекул воды и карбонильными атомами кислорода. С увеличением углеводородного радикала растворимость в воде падает.

Альдегиды обладают удушливым запахом, который при многократном разведении становится приятным, напоминая запах плодов. Альдегиды кипят при более низкой температуре, чем спирты с тем же числом углеродных атомов. Это cвязано с отсутствием в альдегидах водородных связей. В то же время температура кипения альдегидов выше, чем у соответствующих по молекулярной массе углеводородов, что связано с высокой полярностью альдегидов.

Физические свойства некоторых альдегидов:

Формальдегид – газ, с резким запахом, раздражает слизистые ткани и оказывает действие на центральную нервную систему. ОПАСЕН ДЛЯ ЗДОРОВЬЯ! Водный раствор формальдегида – формалин.

Ацетальдегид – жидкость , с запахом зелёной листвы. ОЧЕНЬ ТОКСИЧЕН! Подавляет дыхательные процессы в клетках.

Акролеин СН₂ = CHCH=O акриловый альдегид, пропеналь (в производстве полимеров) – образуется при пригорании жиров, жидкость с неприятным запахом, раздражает слизистые ткани.

Бензальдегид  C₆H₅CH=O (производство красителей) – жидкость с запахом горького миндаля, содержится в миндале, листьях черёмухи, косточках персиков, абрикосов. 

Физические свойства кетонов.

 Простейшие кетоны являются бесцветными жидкостями, которые растворяются в воде. Кетоны обладают приятным запахом. Высшие кетоны – твердые вещества. Газообразных кетонов не бывает, так как уже простейший из них (ацетон) – жидкость. Многие химические свойства, характерные для альдегидов, проявляюся и у кетонов.

Химические свойства альдегидов:

1. Р. Окисления.

  Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот. Окислителями могут служить гидроксид меди (II), оксид серебра, кислород воздуха:

 Ароматические альдегиды окисляются труднее алифатических. Кетоны, как было сказано выше, окисляются труднее альдегидов. Окисление кетонов проводится в жестких условиях, в присутствии сильных окислителей. Образуются в результате смеси карбоновых кислот. Как отличить альдегиды от кетонов? Различие в способности к окислению служит основой качественных реакций, позволяющих отличить альдегиды от кетонов. Многие мягкие окислители легко реагируют с альдегидами, но инертны по отношению к кетонам. а) Реактив Толленса (аммиачный раствор оксида серебра), содержащий комплексные ионы [Ag(NH3)2]+, дает с альдегидами реакцию «серебряного зеркала». При этом образуется металлическое серебро. Раствор оксида серебра готовят непосредственно перед опытом:

  

Реактив Толленса окисляет альдегиды до соответствующих карбоновых кислот, которые в присутствии аммиака образуют аммонийные соли. Сам окислитель при этой реакции восстанавливается до металлического серебра. За тонкий серебряный налет на стенках пробирки, который образуется при этой реакции, реакция альдегидов с аммиачным раствором оксида серебра получила название реакции «серебряного зеркала». СН3-СН=O)+2[Ag(NH3)2]OH->CH3COONH4+2Ag+3NH3+H2O. Альдегиды также восстанавливают свежеприготовленный аммиачный раствор гидроксида меди (II), обладающий светло-голубой окраской (реактив Фелинга), до желтого гидроксида меди (I), который при нагревании разлагается с выделением ярко-красного осадка оксида меди (I). СН3-СН=О + 2Cu(ОН)2 — СН3СООН+2CuОН+Н2О 2CuOH->Cu2O+H2O

2. Р. Присоединения

  Гидрирование - присоединение водорода.

Карбонильные соединения восстанавливаются до спиртов водородом, алюмогидридом лития, боргидридом натрия. Водород присоединяется по связи C=O. Реакция идет труднее, чем гидрирование алкенов: требуется нагревание, высокое давление и металлический катализатор (Pt, Ni):

3. Взаимодействие с водой.

4. Взаимодействие, со спиртами.

  При взаимодействии альдегидов со спиртами могут образовываться полуацетали и ацетали. Полуацетали представляют собой соединения, в которых при одном атоме углерода содержится гидроксильная и алкоксильная группа. К ацеталям относят вещества, в молекулах которых содержится атом углерода с двумя алкоксильными заместителями.

Ацетали, в отличие от альдегидов, более устойчивы к окислению. Благодаря обратимости взаимодействия со спиртами их часто используют в органическом синтезе для « защиты» альдегидной группы.

5.Присоединение гидросульфитов.

  Гидросульфит NaHSO3 тоже присоединяется по связи C=O с образованием кристаллического производного, из которого карбонильное соединение может быть регенерировано. Бисульфитные производные используются для очистки альдегидов и кетонов.

  В результате поликонденсации фенола с формальдегидом в присутствии катализаторов образуются фенолформальдегидные смолы, из которых получают пластмассы — фенопласты (бакелиты). Фенопласты — важнейшие заменители цветных и черных металлов во многих отраслях промышленности. Из них изготавливается большое количество изделий широкого потребления, электроизоляционные материалы и строительные детали. Фрагмент фенолформальдегидной смолы показан ниже:

  Исходными соединениями для получения альдегидов и кетонов могут быть углеводороды, галогенопроизводные, спирты и кислоты.

Химические свойства кетонов:

1)

2) гидрирование кетонов в присутствии катализаторов приводит к образованию вторичных спиртов.

Кетоны окисляются значительно труднее альдегидов и только сильными окислителями. При окислении кетонов происходит разрыв (деструкция) углеродной цепи, и образуется смесь продуктов. Кетоны не вступают в реакцию «серебряного зеркала».

Получение:

1) кетоны образуются при окислении или каталитическом дегидрировании вторичных спиртов в присутствии медных катализаторов, например:

2) как и альдегиды, кетоны можно получить гидролизом дигалогенпроизводных алканов. Чтобы получился кетон, оба атома галогена в исходном соединении должны находиться при одном (не крайнем) атоме углерода:

3) кетоны образуются в результате присоединения воды к гомологам ацетилена в присутствии катализаторов – солей ртути (II), например:

Методы синтеза альдегидов и кетонов.

Методы синтеза альдегидов:

1) Окисление первичных спиртов R CH2 OH R C O H PCC

2) Дегидрирование первичных спиртов R CH2 OH R C O H Cu 3000C + H2

3) Восстановление функциональных производных карбоновых кислот R C O OH LiAlH4 R C O H LiAlH4 R CH2 OH

Для получения альдегида используют пространственно затруднённые, менее активные реагенты: OC(CH3 )3 H Al OC(CH3 )3 OC(CH3 )3 Li LiAlH(O-t-Bu)3 H Al DIBAL-H Литий три-трет- бутоксиалюмогидрид диизобутилалюмогидрид R C O Cl LiAlH(O-t-Bu)

1) , -783C 2) H2O R C O H R C O OR"

 1) , -780C 2) H2O R C O H DIBAL-H + R"OH Реакция Розенмунда R C O OH SOCl2 R C O Cl H2 , Pd(S) Pd(BaSO4 ) R C O H

4) Получение из геминальных дигалогенопроизводных CH3 2 Cl2 hν CHCl2 Na2CO3 t 0 C O H

5) Особые методы получения ароматических альдегидов Реакция гаттермана-Коха 2 + CO + HCl AlCl3 C O H Реакция Реймера-Тимана + CHCl3 + 3NaOH C O H ONa ONa + NaCl +2 H2O

6) Гидроборирование алкинов

7) Реакция Кучерова (ацетилен →этаналь)

Методы синтеза кетонов:

Окисление вторичных спиртов R CH OH R" CrO3 C R O R"

2) Дегидрирование вторичных спиртов R CH OH R" C R O R" Cu 3000C + H2

3) Ацилирование по Фриделю-Крафтсу R C O Cl AlCl3 C R O

4) Пиролиз солей карбоновых кислот R C O O Ca C O O R t 0 C R O R + CaCO3

5) Взаимодействие галогеногидринов карбоновых кислот с металлорганическими соединениями (R")2 CuLi + R C O Cl C R O R" + R"Cu +LiCl

6) Взаимодействие металлорганических соединений с нитрилами R R" C NMgX R C N + R"MgX + NH4 + Mg2+ + X

7) Из алкинов с использованием солей ртути (реакция Кучерова).

Список использованной литературы:

1)      http://www.e-reading.club/chapter.php/88413/50/Titarenko_-_Shpargalka_po_organicheskoii_himii.html

2)      https://sites.google.com/site/himulacom/zvonok-na-urok/10-klass---tretij-god-obucenia/urok-no34-aldegidy-stroenie-molekuly-formaldegida-izomeria-i-nomenklatura

3)      https://sites.google.com/site/vikusakoval/home/himiceskie-svojstva-aldegidov

Часть 2. Практическая часть. Лабораторная работа. Методы синтеза, особенности строения и реакционной способности альдегидов и кетонов. Исследование физических и химических свойств ацетона, формальдегида и бензальдегида.

1. Изучение физических свойств.

1.1. Определение плотности ацетона с помощью пикнометра

ρ

 

 

 

 

 

2. Изучение химических свойств альдегидов.

2.1. Окисление альдегидов гидроксидом меди (II)

Реактивы и аппаратура

- Гидроксид натрия, 10% раствор (NaOH)

- Формальдегид, 5% раствор (HCHO)

- Бензальдегид (

- Сульфат меди, 5% раствор (CuS)

- Пробирки

- Спиртовка

Ход работы: 1)  В две пробирки поместить по 0.5 мл раствора гидроксида натрия; 2)  Добавить по 0.5 мл воды и 2-3 капли раствора сульфата меди (II); 3)  В первую пробирку прилить 2 капли раствора формальдегида, во вторую - 2 капли бензальдегида; 4)  Верхнюю часть пробирок прогреть в пламени спиртовки. Вывод: В ходе проделанного опыта, мы можем наблюдать, как в результате реакции на стенках выделяется красный осадок оксида меди.         2.2. Окисление бензальдегида кислородом воздуха. Реактивы и аппаратура - Бензальдегид ( - Предметное стекло Ход работы: 1)      На предметное стекло нанес каплю бензальдегида и оставил на воздухе. Вывод: В результате реакции окисления, примерно через 30 минут, по краям капли образовались белые кристаллы (образовалась бензойная кислота).  Окисление бензальдегида 2.3. Окисление бензальдегида. Реактивы и аппаратура - Бензальдегид - Гидросульфит натрия (NaHS - Серная кислота (конц.) ) - Пробирки - Пипетки Ход работы:  1) В пробирку налить 0.5 мл насыщенного раствора гидросульфита натрия;   2) Добавить 3 капли бензальдегида и смесь энергично встряхнуть;   3) Поместить смесь в разбавленный раствор серной кислоты в пробирку. Вывод:  В ходе взаимодействия гидросульфита натрия с бензальдегидом образуются кристаллы гидросульфитного соединения; при добавлении в пробирку с разбавленной серной кислотой, смесь мутнеет, окрашивается в оранжевый цвет. Окисление бензальдегида NaHS 2.4. Реакция формальдегида с аммиаком Реактивы и аппаратура: - Формальдегид (HCHO) - Аммиак раствор (конц.) (N) - Фарфоровая чашка - Электрическая плитка Ход работы: 1) В фарфоровую чашку поместить по 2.5 мл формалина и концентрированного раствора аммиака;  2)    Раствор выпарить на водяной бане;          Вывод: В ходе реакции наблюдается улетучивание жидкости, с характерным неприятным запахом; на дне образуются бесцветные кристаллы уротропина. Реакция формальдегида с аммиаком

Заключение:

АЛЬДЕГИДЫ И КЕТОНЫ – органические соединения, содержащие фрагмент >C=O (углерод, связанный двойной связью с кислородом, его называют карбонильным). У альдегидов карбонильный углерод соединен с атомом Н и органической группой R (общая формула RHC=O), а в кетонах – с двумя органическими группами (общая формула R2С=О).