Биологически важные карбонильные соединения: альдегиды и кето- ны

Цель занятия: изучение электронного, пространственного строения и хими- ческих свойств биологически важных альдегидов и кетонов.

 Студент должен знать:

- строение, классификацию альдегидов и кетонов, их номенклатуру;

- химические свойства альдегидов и кетонов.

 Студент должен уметь :

- различать альдегиды и кетоны по их химическим свойствам;

- делать качественные реакции на эти соединения.

 Перечень вопросов для подготовки по теме: “Биологически важные кар-

 бонильные соединения: альдегиды и кетоны”

1. Классификация карбонильных соединений.

2. Электронное строение карбонильной группы.

3. Номенклатура альдегидов и кетонов. Формальдегид (формалин), ацетальде- гид, хлораль (хлоральгидрат), акролеин, бензальдегид, ацетон.

4. Влияние строения на реакционную способность альдегидов и кетонов.

5. Реакции восстановления альдегидов и кетонов.

6. Реакции с кислородсодержащими нуклеофилами: образование полуацеталей и ацеталей.

7. Реакции с серусодержащими нуклеофилами: присоединение гидросульфита натрия.

8. Реакции с азотсодержащими нуклеофилами: образование иминов (оснований Шиффа), оксимов, гидразонов; использование их для идентификации аль- дегидов и кетонов.

9. Взаимодействие формальдегида с аммиаком (гексаметилентетрамин).

10. Реакции с углеродсодержащими нуклеофилами: присоединение циановодо- рода.

11. Реакции конденсации (альдольного и кротонового типа).

12. Галоформное расщепление: иодоформная проба.

13. Полимеризация альдегидов, параформ, паральдегид.

14. Окисление и восстановление альдегидов и кетонов.

 

 

Органические соединения, в молекулах которых имеется карбонильная группа, называюся карбонильными или оксосоединениями.

Такие соединения делятся, на альдегиды и кетоны. В альдегидах карбо- нильная группа связана только с одним углеводородным радикалами атомам водорода, в кетонах – с двумя.

 

R C H R C R

O                O

альдегиды          кетоны

 

Реакции альдегидов и кетонов весьма схожи, что позволяет рассматри- вать их вместе.

Классификация

Альдегиды и кетоны классифицируются по строению углеводородного радика- ла. Различают:

 

предельные                 (али- фатические)

O CH3 CH2 C пропаналь      H пропионовый альдегид

H3C CH2 C CH3   бутанон-2  O метилэтилкетон

непредельные	O H2C  CH C пропеналь   H акролеин	H2C CH C CH2 CH3 пентен-1-он-3 O этилвинилкетон
ароматические	O C H   бензальдегид	C   CH3 O   метилфенилкетон ацетофенон

 

Номенклатура

Название альдегидов по номенклатуре ИЮПАК образуется от названия соответствующего углеводорода с прибавлением окончания «-аль». Положение кратных связей, боковых цепей указывают цифрами, причем нумерация угле- родной цепи начинается с атома углерода карбонильной группы. Тривиальная номенклатура использует название кислот, образующихся при окислении соот- ветствующего альдегида с добавлением слова «альдегид».

 

1 O

H C         метаналь

H

муравьиный альдегид формальдегид

2  1 O

CH3 C

H

этаналь

уксусный альдегид ацетальдегид

4     3    2   1 O

H3C  HC    CH C

H

бутен-2-аль кротоновый альдегид

Название кетонов по номенклатуре ИЮПАК образуется от названия соответ- ствующего углеводорода с прибавлением окончания «-он». Цифрой указывает- ся номер атома углерода карбонильной группы, причем нумерация цепи выби-

рается таким образом, что бы этот номер был наименьшим. Для кетонов рас- пространены названия по рациональной номенклатуре – по очереди называют углеводородные радикалы, соединенные с карбонильной группой и добавляют слово «кетон».

 

CH3

 

4 3

C  CH3      пропанон

ацетон

O

2   1

H3C

CH2 C O

CH3

 

 

O

бутанон-2 метилэтилкетон

 

циклогексанон

 

Изомерия

Для альдегидов и кетонов характерна структурная изомерия.

Альдегиды и кетоны с одинаковым числом атомов углерода являются межклассовыми изомерами. Общая формула гомологического ряда алифатических альдегидов и кетонов C_nH_2nO (для альдегидов n≥1, для кетонов n≥3).

O

CH₃ CH₂ C         

C₃H₆O

 

CH₃

 

C  CH₃

пропаналь      H

пропанон O

пропионовый альдегид                            ацетон

 

 

Для альдегидов и кетонов характерна изомерия углеродного скелета.

O

5    4  3 2  1

CH₃         O

4  3   2  1

H₃C

CH₂

CH₂ CH₂ C

H

H₃C

CH  CH₂ C

H

пентаналь

3- метилбутаналь

CH₃

1  2 3  4   5

1  2 3     4

H₃C C CH₂ CH₂ CH₃

H₃C C CH CH₃

 

O пентанон-2

O 3-метилбутанон-2

 

 

Для кетонов возможно существование изомеров положения функцио- нальной группы:

 

1  2 3  4    5                    1  2   3  4    5

H₃C

C CH₂ CH₂

CH₃

H3C

CH2

C CH2

CH₃

 

O пентанон-3              пентанон-3 O

 

 

Физические свойства

Только формальдегид является газообразным веществом, остальные низ- шие альдегиды и кетоны это жидкости. Температуры кипения выше, чем у угле- водородов с соответствующей длиной углеводородного радикала, но ниже чему спиртов, так как отсутствуют межмолекулярные водородные связи. Низшие аль- дегиды имеют резкий запах, растворимы в воде, высшие альдегиды имеют при- ятный запах (используются в парфюмерии), не растворимы в воде, но раствори- мы в органических растворителях.