Хімія. Рівень стандарту. 10 клас. Ярошенко

§ 15. Альдегіди

СКЛАД І БУДОВА МОЛЕКУЛ. Молекули альдегідів складаються з атомів трьох хімічних елементів — Карбону, Гідрогену, Оксигену. Отже, вони — оксигеновмісні органічні сполуки. Наприклад, кількісний склад молекули альдегіду етаналю — два атоми Карбону, чотири Гідрогену й один Оксигену, його молекулярна формула — С₂Н₄О.

На основі набутих знань про спирти та фенол ви можете передбачити, що цей клас сполук має характеристичну гідроксильну групу, адже атом Оксигену в молекулі один. Чи так це насправді? Скільки б ви не намагалися скласти структурну формулу етаналю зі збереженням гідроксильної групи та дотриманням чотиривалентного стану Карбону, двовалентного — Оксигену й одновалентного — Гідрогену, вам це не вдасться. А все тому, що в альдегідів своя, відмінна від інших класів органічних сполук, характеристична група, яка називається альдегідною.

де R — вуглеводневий залишок, тому загальну формулу насичених альдегідів можна записати ще таким чином: C_nH_2n+1CHO. Винятком є метаналь, у молекулі якого замість вуглеводневого залишку розміщений атом Гідрогену:

Приклади спиртів і відповідних їм альдегідів наведено в таблиці 7.

Таблиця 7

Закінчення таблиці 7

Як бачимо, у молекулах альдегідів обидві валентності атома Оксигену використані на сполучення з атомом Карбону.

СИСТЕМАТИЧНА НОМЕНКЛАТУРА АЛЬДЕГІДІВ. Наведені приклади ілюструють складання назв насичених альдегідів нерозгалуженої будови: до назви алкану з відповідною кількістю атомів Карбону в молекулі додається суфікс -аль. Зверніть увагу, що при цьому враховують атом Карбону альдегідної групи, і що альдегідна група не може розміщуватися в середині ланцюга. Решта правил систематичної номенклатури альдегідів, зокрема й ті, що стосуються замісників та їх локантів, збігаються з уже відомими вам правилами систематичної номенклатури.

Щоб назвати альдегід:

• обирають головний (найдовший) карбоновий ланцюг, до складу якого входить альдегідна група;
• локант 1 у головному ланцюзі присвоюють атому Карбону альдегідної групи;
• з'ясовують, які є замісники та їх локанти;
• називають сполуку за алгоритмом.

Наприклад,

Попрацюйте групами

1. Потренуйтесь у складанні формул і назв насичених альдегідів.

2. Порівняйте кількість атомів:

• а) Карбону — у молекулах пентанолу й пентаналю;
• б) Гідрогену — у молекулах пентанолу й пентаналю;
• в) Карбону — у молекулах пропанолу й пропаналю;
• г) Гідрогену — у молекулах пропанолу й пропаналю.

3. За результатами порівняння зробіть висновки щодо кількісного складу молекул альдегідів і відповідних їм спиртів, а також кількісного складу їх вуглеводневих залишків.

4. Складіть структурні формули альдегідів:

• а) 2,2-диметилпентаналь;
• б) 3-етил-2,3-диметилпентаналь.

ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ АЛЬДЕГІДІВ. У молекулах альдегідів відсутні атоми Гідрогену, здатні до утворення міжмолекулярних водневих зв'язків. Тому температури кипіння цих речовин нижчі, ніж у відповідних спиртів. Перший представник гомологічного ряду альдегідів — метаналь — отруйна (викликає подразнення очей і дихальних шляхів) газоподібна речовина з різким специфічним запахом, добре розчиняється у воді. Зі збільшенням вуглеводневого залишку розчинність у воді речовин цього класу зменшується.

ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЕТАНАЛЮ.

Відновлення етаналю воднем. За нагрівання у присутності нікелевого каталізатора альдегіди сполучаються з воднем і перетворюються на спирти.

Реакції часткового окиснення. Альдегіди легко окиснюються й перетворюються на відповідні карбонові кислоти.

Окиснювачами можуть бути кисень повітря, аргентум(І) оксид, купрум(II) гідроксид. За окиснення кількість атомів Карбону у вуглеводневому залишку не змінюється.

Якщо для окиснення альдегіду використати амоніачний розчин аргентум(І) оксиду Ag₂O і провести реакцію в скляній, чисто вимитій пробірці чи колбі за незначного нагрівання, то на внутрішніх стінках посудини з'явиться тонкий шар срібла (мал. 24).

Мал. 24. Реакція «срібного дзеркала»: а, б — проведення; в — посріблена колба

Розглянуту реакцію називають реакцією «срібного дзеркала» й використовують для якісного визначення альдегідів (альдегідної групи).

Виявляти альдегіди можна також за допомогою свіжоодержаного купрум(ІІ) гідроксиду за нагрівання.

Перетворення речовин у цій реакції супроводжується зміною забарвлення в такій послідовності: блакитний колір осаду купрум(ІІ) гідроксиду Cu(OH)₂ → жовтий колір проміжної речовини купрум(І) гідроксиду CuOH → червоно-коричневий колір купрум(І) оксиду Cu₂O (мал. 25).

Мал. 25. Ілюстрація до реакції альдегіду з купрум(ІІ) гідроксидом

Як видно з рівняння, унаслідок реакції етаналь перетворюється на етанову кислоту.

Взаємодія альдегідів з купрум(ІІ) гідроксидом — ще одна якісна реакція для виявлення альдегідів (альдегідної групи).

У реакціях приєднання водню альдегіди відновлюються до спиртів, у разі часткового окиснення — окиснюються до карбонових кислот. Взаємодія з амоніачним розчином аргентум(І) оксиду та свіжоодержаним купрум(ІІ) гідроксидом — якісні реакції на альдегідну групу.

ДОБУВАННЯ ЕТАНАЛЮ

1. Гідратація етину.

Етаналь добувають приєднанням води до етину (ацетилену) за наявності солей Меркурію(ІІ).

2. Окиснення етанолу.

Окиснення етанолу більш детально розглядалось під час вивчення хімічних властивостей спиртів (§ 12).

Стисло про основне

• Систематичні назви альдегідів утворюють від назв відповідних алканів з додаванням суфікса -аль.

• Між спиртами, альдегідами та карбоновими кислотами існує взаємний зв'язок, який відображає схема:

C_nH_2n+1OH ⇄ С_nН_2n+1СНО ⇄ C_nH_2n+1COOH.

Сторінка ерудита

Крім пропаналю, молекулярну формулу С₃Н₆О має диметилкетон, або ацетон, — відомий багатьом з вас як розчинник фарб. Це вже представник іншого класу оксигеновмісних органічних речовин — кетонів. Їхня загальна формула

Акцентуючи увагу на карбонільній групі, альдегіди можна назвати оксигеновмісними органічними сполуками, у молекулах яких карбонільна групасполучена однією валентністю з вуглеводневим залишком, а другою — з Гідрогеном. Кетони відрізняються за властивостями від альдегідів, зокрема, вони не вступають у реакцію «срібного дзеркала».

Альдегіди й кетони — це ще одне підтвердження положення теорії хімічної будови органічних сполук: властивості речовин залежать від їхньої хімічної будови.

Знаємо, розуміємо

• 1. Які сполуки належать до альдегідів? Наведіть приклади.
• 2. Схарактеризуйте склад молекул альдегідів, порівняйте його з відповідними спиртами.
• 3. Скільки атомів Карбону містить вуглеводневий залишок молекули гептаналю?
• 4. Перелічіть фізичні властивості альдегідів.
• 5. Назвіть реакції, які використовують для розпізнавання альдегідів.

Застосовуємо

1. Складіть молекулярну й структурну формули пропаналю

2. Назвіть речовини за систематичною номенклатурою.

3. Чи вистачить водню, добутого взаємодією достатньої кількості цинку з хлоридною кислотою масою 200 г з масовою часткою гідроген хлориду 7,3 %, на відновлення етаналю масою 11 г? Відповідь підтвердьте розрахунком.

4. Напишіть рівняння реакцій за схемою перетворень:

етан → етен → етанол → етаналь → етанова кислота.

5*. У воді об'ємом 340 мл розчинили метаналь об'ємом 112 л (н. у.). Обчисліть масову частку розчиненої речовини у виготовленому розчині.

Працюємо з медійними джерелами

Поцікавтесь інформацією про використання альдегідів. Для тих, хто хоче стати лікарем, електриком, аграрієм, інформація про метаналь буде професійно значущою.