Методы получения альдегидов и кетонов

⇐ ПредыдущаяСтр 14 из 16Следующая ⇒

В карбонильной группе электроны s- и p-связей смещены к электроотрицательному атому кислорода, поэтому альдегиды и кетоны – сильно полярные соединения (для уксусного альдегида m = 2, 7 D). Вследствие поляризации карбонильной группы альдегиды и кетоны являются реакционно-способными соединениями. Основными реакциями являются реакции нуклеофильного присоединения. Атака нуклеофила всегда направлена на атом углерода карбонильной группы. Для альдегидов и кетонов характерны следующие группы реакций:

1. Реакции нуклеофильного присоединения:

2. Реакции присоединения-отщепления:

3. Реакции окисления.

Альдегиды окисляются очень легко мягкими окислителями – аммиачным раствором оксида серебра (реактив Толленса – [Ag(NH₃)₂]OH) и гидроксидом меди (II) (реактив Фелинга). Эти превращения являются качественными реакциями на альдегидную группу.

Кетоны окисляются только сильными окислителями (KMnO₄/H₂SO₄, K₂Cr₂O₇/H₂SO₄) при нагревании. При этом происходит расщепление углеродного скелета молекулы по наиболее полярной связи. В результате образуется 4 молекулы кислоты.

4. Реакции по a-метиленовой группе – галоидирование и реакции конденсации.

Задачи для самостоятельного решения

1. Написать и назвать по номенклатуре IUPAC структурные формулы изомерных альдегидов и кетонов состава С₄Н₈О.

2. Какие, из четырёх изомерных спиртов С₄Н₉ОН можно получить восстановлением соответствующих альдегидов и кетонов, какой спирт таким образом получить нельзя?

3. Превратите толуол в бензальдегид.

4. Напишите цепочку превращений и назовите продукты реакций. Для реакций отмеченных * - необходимо написать механизм.

5. Напишите уравнения взаимодействия ацетона с PCl₅, гидразином, метанолом (Н⁺), PBr₃, 1 молем Br₂, аммиаком.

6. На примере взаимодействия двух молекул пропионового альдегида приведите схему протекания альдольной и кротоновой конденсации. Какие продукты образуются в условиях кротоновой конденсации из смеси ацетона и 2, 2-диметилпропаналя?

7. Определите строение соединения состава С₃Н₆O если известно, что при каталитическом гидрировании оно присоединяет водород, а при нагревании его с гидроксидом меди (II) образуется осадок кирпично-красного цвета.

8. Получите любым способом изопропиламин. Напишите схемы его взаимодействия с: а) HCl; б) HNO₂; в) CH₃C(O)Cl.

9. Ацетон, обнаруженный в моче больных сахарным диабетом, – простейший кетон, первый член гомологического ряда. Напишите для него реакцию присоединения синильной кислоты и реакции восстановления и окисления.

12. Осуществите цепочку превращений:

Тестовые задания

Выберите один правильный ответ

1. Метаналь и формальдегид являются

1) гомологами

2) структурными изомерами

3) геометрическими изомерами

4) одним и тем же веществом

2. При окислении метанола образуется

1) метан 2) метаналь

3) уксусная кислота 4) хлорметан

3. Изомерами являются

1) 2-метилпропаналь и пентаналь

2) 2, 2 –диметилпропаналь и пентаналь

3) бензальдегид и бензол

4) ацетон и пропанон

4. В цепи превращений

C₂H₅OH → X → CH₃COOH

веществом Х является

1) этан 2) этанол 3) этаналь 4) этиленгликоль

5. При окислении пропанола-1 образуется

1) пропилен 2) пропанон 3) пропаналь 4) пропан

6. Гомологами являются

1) 2-метилпропаналь и пентаналь

2) 2, 2 –диметилпропаналь и пентаналь

3) бензальдегид и бензол

4) ацетон и бутанон-2

7. В схеме превращений

CaC₂ → C₂H₂ → Х → С₂Н₅ОН → С₂Н₅Cl

веществом Х является

1) СН₃СООН 2) С₂Н₂Cl₂ 3) CH₃CHO4) C₂H₆

8. С уксусным альдегидом реагируют: а) водород; б) этанол; в) аммиачный раствор оксида серебра; г) оксид меди (II); д) натрий

1) а, б, в 2) а, б, г 3) б, в, г 4) в, г, д

9. Для осуществления превращений по схеме

С₂Н₂→ С₂Н₄ → С₂Н₅ОН → СН₃СНО

необходимо последовательно провести реакции

1) гидратации, окисления, гидрирования

2) окисления, гидратации, гидрирования

3) гидрирования, гидратации, окисления

4) гидрирования, окисления, гидратации

10. Определите вещество Х₂ в следующей схеме превращений:

СН₃– СН₂ – СН₂ – ОН Х₁ Х₂

1) пропанол-1 2) пропанол-2

3) пропаналь 4) пропановая кислота

УГЛЕВОДЫ

Углеводы – это соединения общей формулы C_n(H₂O)_m. Они делятся на простые углеводы, или монозы, которые являются полиоксиальдегидами (альдозами) и полиоксикетонами (кетозами), и сложные (дисахариды и полисахариды).

Моносахариды в твердом состоянии находятся в циклической форме, а в растворе – в виде трех таутомерных форм, за счет существования цикло-цепной таутомерии.

На долю линейной формы в случае глюкозы приходится менее 0, 002%.

Глюкоза дает все типичные реакции альдегидов и спиртов.

Химические свойства моноз

В зависимости от типа реагента монозы вступают в реакции в линейной или циклической форме.

В состав сложных углеводов монозы входят только в циклической форме.

В зависимости от того, за счет каких гидроксилов происходит соединение двух моноз при образовании дисахаридов, различают восстанавливающие и невосстанавливающие сахара.

У восстанавливающего дисахарида в одной из циклических форм сохраняется гликозидный гидроксил, вследствие чего при растворении его в воде в результате цикло-цепной таутомерии появляется альдегидная группа, которая и дает реакцию серебряного зеркала.

У невосстанавливающего сахарида соединение двух моноз происходит за счет конденсации гликозидных гидроксилов. При растворении в воде таких дисахаридов цикло-цепная таутомерия отсутствует, поэтому такой дисахарид не может давать реакции по альдегидной группе. При гидролизе этих дисахаридов в кислых условиях происходит разрыв ацетальной связи. В образующихся монозах в результате цикло-цепной таутомерии появляется альдегидная группа, которую можно обнаружить с помощью реакции серебряного зеркала. Смесь глюкозы и фруктозы, которая образуется при гидролизе невосстанавливающего сахара – сахарозы, называется инвертированным сахаром, а сам процесс – инверсией сахарозы.

Пример решения задачи

Пример 1.

Напишите структурную формулу дисахарида, образованного двумя остатками α -глюкозы, которые связаны между собой 1, 4-гликозидной связью. Напишите структурную формулу продукта взаимодействия этого дисахарида с метиловым спиртом в присутствии хлороводорода. Могут ли эти соединения вступать в peaкцию «серебряного зеркала»? Напишите уравнения необходимых реакций.

Решение:

Молекулы α -глюкозы могут образовывать между собой связи с участием 1-го и 4-го углеродных атомов:

Выделением обозначен гликозидный гидроксил, который может замещаться на группу –ОСН₃ при реакции с метанолом.

Благодаря наличию гликозидного гидроксила дисахарид α -глюкозы (мальтоза) может в водном растворе превращаться в линейную форму с альдегидной группой (подобно глюкозе), поэтому он дает реакцию серебряного зеркала (уравнение приведено в упрощенном виде):

NH₃

С₁₂Н₂₂О₁₁ + Аg₂О → С₁₂Н₂₂О₁₂ + 2Ag↓

Монометиловый эфир дисахарида α -глюкозы не содержит гликозидного гидроксила, поэтому он не может существовать в линейной форме и не вступает в реакцию серебряного зеркала.

Задачи для самостоятельного решения

1. Проведите классификацию следующих моносахаридов по числу атомов углерода и по типу группы C=O. По возможности назовите их.

2. Напишите структурную формулу дисахарида, образованного двумя остатками β -D-галактозы, которые связаны между собой 1, 4-гликозидной связью. Напишите структурную формулу продукта взаимодействия этого дисахарида с метиловым спиртом в присутствии хлороводорода. Могут ли эти соединения вступать в peaкцию «серебряного зеркала»? Напишите уравнения необходимых реакций.

3. С помощью каких реакций можно отличить сахарозу от мальтозы? Приведите необходимые уравнения реакций.

4. Напишите реакции D-фруктозы с: а) уксусным ангидридом; б) гидроксиламином; в) метанолом (в присутствии HCl); г) аммиачным раствором оксида серебра.

5. В чём заключается явление цикло-цепной таутомерии? Напишите формулы Хеуорса для фуранозных и пиранозных форм D-талозы:

6. Укажите во всех формулах полуацетальный (гликозидный) гидроксил. Чем различаются a- и b-аномеры моноз?

7. Какие гексозы изображены ниже? Назовите каждую структуру и постройте для неё формулу Фишера.

9. Напишите схему образования дисахарида: a-D-глюкопиранозил-b-D-фруктофуранозид (сахароза). Назовите исходные моносахариды. К какому типу дисахаридов относится сахароза?

10. В чём смысл явления мутаротации? Возможно, ли наблюдать это явление на примере сахарозы, мальтозы? В чём сходство и различие между этими дисахаридами в следующих химических реакциях: гидролиз, окисление реактивом Фелинга, образование метилглкозидов (реакция с метанолом в присутствии HCl)?

11. Осуществите приведённые ниже цепочки превращений и назовите все соединения:

Тестовые задания

⇐ Предыдущая 7 8 9 10 11 12 131415 16 Следующая ⇒