§ 18. Альдегіди

Для гомологічного ряду насичених альдегідів загальна молекулярна формула C_nH_2n+1CHO (n ≥ 0). Також для них можна вивести загальну емпіричну формулу C_nH_2nO (n ≥ 1).

Порівняйте загальні емпіричні формули альдегідів (C_nH_2nO) та одноатомних спиртів (C_nH_2n+2O), вони відрізняються на два атоми Гідрогену. Звідси й пішла назва класу сполук, яку 1835 року дав Ю. Лібіх, альдегіди — скорочення від латинських слів alkohol dehydrogenatus, тобто дегідрогенізований спирт.

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

Номенклатура насичених альдегідів

Назви альдегідів складають подібно до назв вуглеводнів та спиртів:

Але існують певні особливості:

• за родоначальну структуру в альдегідів обирають таку, що містить альдегідну групу;
• альдегідна група може утворюватися тільки кінцевим атомом Карбону, тому її положення вказувати не має сенсу;
• альдегідна група є старшою за гідроксильну, тому карбоновий ланцюг нумерують з атома Карбону альдегідної групи, навіть якщо в ланцюзі є група -OH, подвійний чи потрійний зв’язок;
• у назвах альдегідів наявність групи -CHO позначають суфіксом -аль-.

Крім того, багато альдегідів мають традиційні назви.

Гомологічний ряд насичених альдегідів

Якщо застосовувати загальну формулу альдегідів C_nH_2n+1CHO, то в найпростішого альдегіду n дорівнюватиме 0, тобто альдегідна група сполучається лише з атомом Гідрогену. Отже, перший член гомологічного ряду альдегідів має формулу HCHO.

У наступного члена гомологічного ряду n дорівнюватиме 1, і з альдегідною групою сполучається метильна група -CH₃, і так далі:

За легендою, відома модельєрка Коко Шанель замовила парфумеру Ернесту Бо створити аромат «що має запах Жінки». Месьє Бо полюбляв експериментувати з ароматами й одним із перших почав використовувати альдегіди для створення нових парфумів. 1921 року він презентував «Шанель № 5», що став всесвітньо відомим парфумом і символом жіночості. До того ж «Шанель № 5» став головним альдегідним ароматом усіх часів.

Ізомерія насичених альдегідів

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:

Для альдегідів характерна ізомерія карбонового ланцюга. Положення замісників указують, як в алканів. Наприклад, для альдегіду:

Йоганес Юстус фон Лібіх (1803-1873)

Зробив вагомий внесок у розвиток хімії, увів у науку термін «альдегіди».

Фізичні властивості альдегідів

Альдегіди — безбарвні речовини з характерним запахом. Перший член гомологічного ряду альдегідів — метаналь — за звичайних умов газуватий. Інші альдегіди — рідини, а вищі альдегіди — тверді речовини. Нижчі альдегіди досить добре розчиняються у воді, зі збільшенням вуглеводневого ланцюга розчинність у воді зменшується (табл. 9).

Таблиця 9. Фізичні властивості альдегідів

Розчинність у воді

Нижчі альдегіди мають різкий запах. Наприклад, запах етаналю подібний до запаху оцтової кислоти. Вищі альдегіди мають приємний запах, завдяки чому їх використовують у парфумерії (мал. 18.1).

Мал. 18.1. Коричний альдегід зумовлює запах кориці

Такі фізичні властивості альдегідів зумовлені можливістю утворення водневого зв’язку:

• атоми Гідрогену в молекулах альдегідів не утворюють водневих зв’язків, тому між молекулами альдегідів водневий зв’язок не утворюється, що зумовлює нижчі температури кипіння та плавлення порівняно з аналогічними спиртами;

• однак за рахунок атомів Оксигену молекули альдегідів утворюють водневі зв’язки з молекулами води, що зумовлює добру (хоча й меншу порівняно зі спиртами) розчинність у воді (табл. 9).

Хімія навколо нас

Формальдегід

У біологічних та медичних дослідженнях широко використовують мурашиний альдегід — формальдегід. Розчин формальдегіду у воді з масовою часткою 40 % випускають під назвою «Формалін», препарати «Формідрон» та «Формагель» також містять формальдегід. Формальдегід спричиняє денатурацію білків, тому в його присутності гинуть усі бактерії. Завдяки цьому його використовують у різних антисептичних препаратах у медицині та стоматології. У розчині формальдегіду можна тривалий час зберігати рослинні й тваринні тканини та органи.

Ключова ідея

Альдегіди — похідні вуглеводнів, молекули яких містять характеристичну групу -CHO. Вона зумовлює наявність спільного та відмінного в альдегідів із вуглеводнями та спиртами, а в назвах позначається суфіксом -аль-.

Контрольні запитання

• 271. Наведіть загальні молекулярну та структурну формули альдегідів. Напишіть структурні формули метаналю, етаналю, пропаналю та бутаналю.
• 272. Які види ізомерії характерні для альдегідів? Відповідь проілюструйте прикладами.
• 273. У чому полягає особливість складання назв альдегідів у порівнянні з алканами та спиртами?
• 274. Схарактеризуйте фізичні властивості альдегідів. Поясніть, чому в альдегідів температури кипіння нижчі за спирти з таким самим числом атомів Карбону в молекулі.

Завдання для засвоєння матеріалу

• 275 Визначте, до яких класів можуть належати речовини з формулами: C₂H₄O, C₂H₆O, CH₂O, C₂H₄, C₂H₆O₂.
• 276. Серед наведених речовин визначте ті, що належать до альдегідів:

• 277. Ванілін виділяють із бобів ванілі плосколистої і часто використовують у кондитерській справі. За структурною формулою ваніліну визначте, до яких відомих вам класів органічних сполук можна його віднести.

• 278. Складіть усі можливі структурні формули альдегідів складу: а) C₄H₈O; б) C₄H₇OCl.
• 279. Складіть назви альдегідів за систематичною номенклатурою:

Комплексні завдання

• 281. Визначте молекулярну формулу альдегіду з молярною масою 44 г/моль.
• 282. Визначте молекулярну формулу альдегіду, в якому масові частки:

а) Карбону — 40 %, Оксигену — 53,3 %, Гідрогену — 6,66 %;

б) Карбону — 54,54 %, Гідрогену — 9,09 %.

• 283. Визначте молекулярну формулу органічної речовини, якщо густина її випарів за воднем дорівнює 29, а масові частки Карбону — 62,1 %, Оксигену — 27,58 %. Складіть її назву за систематичною номенклатурою.

Завдання з розвитку критичного мислення

• 284. Вуглеводневий залишок (гідрофобна частина) в етаналю більший, ніж у метаналю. Як ви вважаєте, чому при цьому етаналь у воді розчиняється краще за метаналь?
• 285. Порівняйте температури кипіння й плавлення та розчинність у воді спиртів і альдегідів за таблицями 8 (с. 85) та 9 (с. 113). Виявіть закономірності та поясніть їх.
• 286. Як ви вважаєте, чому альдегідна група може утворюватися тільки кінцевим атомом Карбону головного ланцюга і не може розташовуватися всередині головного карбонового ланцюга?

Альдегіди

Альдегідами називаються продукти заміщення у вуглеводнях атома водню альдегідної групою – С (ОН).
Кетонами називаються речовини, що містять карбонільну групу – С (О) -, пов’язану з двома залишками вуглеводнів.
Таким чином, для обох груп сполук характерна наявність карбонільної групи – С (О) -, але в альдегідах вона пов’язана з одним радикалом і одним атомом водню, тоді як у кетонах карбонильная група пов’язана з двома радикалами.

Загальна формула альдегідів і кетонів, вироблених від граничних вуглеводнів, СпН2ПО, причому альдегіди і кетони з однаковим числом атомів вуглецю ІЗОМЕРНІ один одному. Так, наприклад, формулу C3Н60 мають альдегід Н3С-СН2-С (ОН) і кетон Н3 С-С (О) – СН3.
Будова альдегідів виражається загальною формулою R-С (О) – Н.

Електронна будова подвійного зв’язку карбонільної групи альдегідів = С = О характеризується наявністю однієї s-зв’язку і однієї p-зв’язку, причому, електронне хмара p-зв’язку розташоване в площині, перпендикулярній тій площині, в якій розташовані s-зв’язку даного атома вуглецю.

Однак подвійний зв’язок карбонільної групи істотно відрізняється від подвійного зв’язку етиленових вуглеводнів. Головна відмінність полягає в тому, що подвійний зв’язок карбонільної групи з’єднує атом вуглецю з електронегативним атомом кисню, сильно притягає електрони, тому ця зв’язок сильно поляризована.

Наявність в карбонільних групах альдегідів і кетонів сильно поляризованої подвійного зв’язку – причина високої реакційної здатності цих сполук і, зокрема, причина численних реакцій приєднання.

Назва «альдегіди» відбулося від загального способу отримання цих сполук: альдегід можна вважати продуктом дегідрірованія спирту, тобто відібрання від нього водню. З’єднання двох скорочених латинських слів Alcohol dehydrogenatus (дегідрірованний спирт) і дало назву альдегід.
Залежно від характеру радикала розрізняють граничні або ненасичені альдегіди, ароматичні альдегіди і т. д.

Альдегіди найбільш часто називають по тим кислотам, в які вони перетворюються при окисленні. Так, перший представник альдегідів Н-С (О) – Н називається мурашиним альдегидом (або формальдегідом), так як при окисленні перетворюється в мурашину кислоту (AСldum formicum); наступний гомолог СН3-С (О) – Н називається оцтовим альдегідом (або ацетальдегідом), так як при окисленні він дає оцтову кислоту (AСldum aceticum) і т. д.

Найпростіший ароматичний альдегід С6Н5-С (О) – Н називається бензойної альдегидом або бензальдегі-дом, так як при окисленні дає бензойну кислоту (AСldum benzoicum).

За міжнародною номенклатурою назви альдегідів виробляють від назв відповідних вуглеводнів, додаючи до них закінчення – ал. Так, наприклад, мурашиний альдегід називається ме-Тана, оцтовий альдегід – етану, бензойний альдегід – фенілметанал.
Ізомерія альдегідів зумовлена ??ізомерією ланцюга радикала.

17. Альдегіди

• з’ясувати властивості альдегідів, способи їх добування і сфери застосування.

Альдегіди — похідні вуглеводнів, у молекулах яких атом Гідрогену заміщений на альдегідну групу 1 .

1 У молекулі найпростішого альдегіду ця група атомів сполучена з атомом Гідрогену.

Назва «альдегід» складається із частин (їх підкреслено) іншомовних слів alcohol (спирт) і dehydrogenatum (позбавлений Гідрогену). Справді, молекула будь-якого альдегіду (наприклад, СН₃СНО) містить на два атоми Гідрогену менше, ніж молекула відповідного спирту (СН₃СН₂ОН).

Назви. Систематична назва альдегіду складається з назви відповідного вуглеводню (при цьому враховують усі атоми головного карбонового ланцюга в молекулі альдегіду) і суфікса -аль. Нумерацію в ланцюзі починають з атома Карбону альдегідної групи. Приклади формул і назв альдегідів:

Моделі молекул метаналю та етаналю подано на малюнку 43.

Мал. 43. Моделі молекул: а — метаналю; б — етаналю

Зобразіть структурну формулу молекули 2,2-диметилбутаналю.

Тривіальні назви альдегідів походять від назв відповідних карбонових кислот (c. 112). Найпростіший альдегід НСНО називають мурашиним, альдегід СН₃СНО — оцтовим 1 .

1 Інші назви цих сполук — формальдегід, ацетальдегід.

із трьома атомами ковалентним зв’язком, який утворився при перекриванні змінених за формою орбіталей. Ці чотири атоми перебувають в одній площині, а кути між прямими, що з’єднують їхні центри, становлять 120°. р-Орбіталі атома Карбону і атома Оксигену перекриваються над і під цією площиною (мал. 44). Електронна густина подвійного зв’язку зміщена в бік атома найбільш електронегативного елемента Оксигену:

Мал. 44. Перекривання р-орбіталей атомів Карбону і Оксигену в молекулі метаналю

Фізичні властивості. Найпростіший альдегід — метаналь — за звичайних умов є газом, що має різкий запах і добре розчиняється у воді. Етаналь та інші альдегіди з невеликими молекулярними масами — рідини з неприємним, іноді задушливим запахом, розчинні у воді. Решта альдегідів — тверді речовини, які не розчиняються у воді.

Чим зумовлена розчинність деяких альдегідів у воді?

Температури кипіння альдегідів нижчі, ніж відповідних спиртів. Це пояснюється відсутністю водневих зв’язків між молекулами альдегіду.

Хімічні властивості. Через наявність у карбонільній групі подвійного зв’язку альдегіди можуть вступати в реакції приєднання. Для сполук цього класу також характерні реакції окиснення.

Реакції приєднання. Оцтовий та інші альдегіди взаємодіють із воднем за наявності каталізатора й перетворюються на первинні спирти:

У таких реакціях альдегіди відновлюються. Суть відновлення органічної сполуки може полягати у збільшенні кількості атомів Гідрогену в її молекулі або зменшенні кількості атомів Оксигену.

Реакції окиснення. Альдегіди легко окиснюються (киснем повітря, розчином калій перманганату, іншими речовинами) з утворенням відповідних карбонових кислот:

Цікаво знати

Оксид Ag₂O реагує з розчином амоніаку; продукт взаємодії — розчинна сполука Аргентуму.

Окиснення альдегіду також відбувається під час його взаємодії з амоніачним розчином аргентум(І) оксиду при нагріванні. На внутрішніх стінках пробірки, в якій проводять дослід, утворюється блискучий шар срібла (мал. 45). Реакцію називають реакцією «срібного дзеркала»; вона є якісною на альдегідну групу в молекулі органічної сполуки:

Мал. 45. Пробірка зі «срібним дзеркалом»

Продукт окиснення альдегіду — сіль, утворена аніонами карбонової кислоти і катіонами амонію NH + ₄.

В іншій якісній реакції на альдегідну групу використовують свіжоосаджений купрум(ІІ) гідроксид. Блакитний колір осаду сполуки Купруму під час нагрівання з альдегідом змінюється на жовтий унаслідок утворення купрум(І) гідроксиду, а потім — на оранжево-червоний, який має купрум(І) оксид (мал. 46):

Мал. 46. Реакція альдегіду з купрум(ІІ) гідроксидом

Альдегіди — горючі речовини.

Напишіть рівняння реакції горіння етаналю.

Добування. У промисловості альдегіди добувають окисненням первинних спиртів і алкенів, іншими реакціями.

Промислові методи добування оцтового альдегіду (етаналю) ґрунтуються на реакціях окиснення етену

1 Етаналь також добувають дегідруванням етанолу:

Раніше етаналь добували в промисловості гідратацією етину. Ця реакція відбувається при нагріванні за наявності сульфатної кислоти і каталізатора — солі Меркурію:

Нині етаналь у такий спосіб не добувають через токсичність сполук Меркурію.

Застосування. Метаналь, або формальдегід, є вихідною речовиною у виробництві фенолоформальдегідних смол (c. 190). Водний розчин формальдегіду з масовою часткою сполуки 40 % називають формаліном. Цей розчин використовують як дезінфекційний засіб і консервант біологічних препаратів. Із оцтового альдегіду отримують оцтову кислоту, етиловий спирт, низку інших органічних сполук. Деякі альдегіди, що мають приємний запах, використовують у парфумерії.

Фізіологічна дія. Багато альдегідів негативно впливають на нервову систему, подразнюють шкіру, спричиняють алергію. Метаналь і етаналь — канцерогенні речовини. Вони містяться в тютюновому димі, газових викидах двигунів внутрішнього згоряння. Метаналь може потрапляти в повітря з деяких видів деревостружкових плит.

Альдегіди — похідні вуглеводнів, у молекулах яких атом Гідрогену заміщений на альдегідну групу —СНО. Загальна формула альдегідів — R-СНО.

Систематична назва альдегіду складається з назви відповідного вуглеводню і суфікса -аль.

Метаналь за звичайних умов є газом, інші альдегіди — рідкі або тверді речовини. Сполуки з невеликими відносними молекулярними масами розчиняються у воді.

Для альдегідів характерні реакції приєднання й окиснення. Альдегіди — горючі речовини.

Етаналь добувають з етену або етанолу.

Серед альдегідів найбільшого використання набули метаналь і етаналь. Це — токсичні речовини.

120. Чи можна за будовою молекули етаналю передбачити хімічні властивості сполуки? Відповідь обґрунтуйте.

121. Дайте систематичні назви сполукам із такими формулами:

122. Зобразіть структурні формули молекул 2-метилпентаналю і 3-етилгексаналю.

123. Назвіть сполуки, які утворюються при відновленні:

124. Складіть рівняння реакцій окиснення спиртів з утворенням:

125. Запишіть у загальному вигляді рівняння реакції окиснення насиченого одноатомного спирту до альдегіду.

126. Визначте формулу альдегіду, який має відносну молекулярну масу 86 і четвертинний атом Карбону в молекулі.

127. Під час реакції між 100 г розчину етаналю з масовою часткою сполуки 40 % та амоніачним розчином аргентум(І) оксиду виділилося 21,6 г срібла. Чи весь альдегід прореагував? Дайте відповідь на підставі розрахунків.

ДЛЯ ДОПИТЛИВИХ

Ацетон СН₃СОСН₃ — один із найпоширеніших органічних розчинників (мал. 47). Його використовують у побуті для розбавляння фарб, виведення плям, очищення різних поверхонь від органічних забруднень.

Мал. 47. Ємність з ацетоном

Мал. 48. Модель молекули ацетону

Ацетон — безбарвна легкозаймиста рідина зі специфічним запахом, яка необмежено розчиняється у воді й кипить за температури +56,5 °С. На відміну від альдегідів ацетон не реагує з амоніачним розчином аргентум(I) оксиду, а також із купрум(ІІ) гідроксидом у лужному середовищі.

Хімічна промисловість споживає значні кількості ацетону. Він слугує розчинником фарб, лаків, синтетичних смол, використовується у виробництві ацетатного шовку, органічного скла, фото- і кіноплівки.