Альдегиды и кетоны

Альдегиды и кетоны – кислородсодержащие карбонильные соединения. Ключевая особенность данного класса соединений это наличие полярной карбонильной группы C=O с двойной связью между углеродом и кислородом:

Эту группу можно рассматривать как электрический диполь: с избытком электронов (отрицательным зарядом) на кислороде и недостатком электронов на углероде (положительным зарядом). Стоить обратить внимание:

• Углерод, связанный с кислородом напрямую, sp²-гибридизован, что обеспечивает, например, плоское строение простейшего альдегида формальдегида CH₂O (это задание было на ЕГЭ 2023 года по химии);
• В виду полярности группы C=O для карбонильных соединений характерны реакции присоединения;
• Для карбонильных соединений характерна изомерия углеродного скелета, изомерия положения C=O фрагмента и межклассовая изомерия между альдегидами и кетонами.

Некоторые представители альдегидов и кетонов представлены в таблице.

Карбонильное соединение	Название
CH2O	Формальдегид (метаналь)
CH3CHO	Ацетальдегид (этаналь)
(CH3)2CO	Ацетон (пропанон)

Химические свойства

• Реакции присоединения

Их все можно описать общей схемой реакции:

В данном случае X несёт избыток электроном и идёт к положительному концу диполя: углероду, а H с недостатком электроном идёт к кислороду – отрицательному концу диполя. Характерные HX и продукты присоединения HX к карбонильным соединениям представлены в таблице.

Альдегид/кетон	HX	Продукт
Бензальдегид	H2 (гидрирование)
Формальдегид CH2O	H2O (гидратация)	Гидрат формальдегида
Ацетальдегид CH3CHO	CH3OH	Полуацеталь
Циклопентанон	HCN (синильная кислота)	Циангидрин
Пропаналь CH3CH2CHO	NaHSO3	Качественная реакция на альдегидную группу – выпадает осадок

• Реакции окисления карбонильной группы

Карбонильную группу в альдегидах можно окислить до карбоксильной группы COOH. Кетоны, в свою очередь, окисляются неселективно, то есть образуется смесь продуктов. Основные способы окисления альдегидов представлены в таблице:

Способ окисления	Пример реакции	Комментарий
Реакция серебряного зеркала	CH3CHO + 2[Ag(NH3)2]OH = CH3COONH4 + 2Ag + 3NH3 + H2O С формальдегидом в виду его повышенных восстановительных способностей реакция идёт по-другому: CH2O + 4[Ag(NH3)2]OH = (NH4)2CO3 + 4Ag + 6NH3 + 2H2O	Качественная реакция на альдегиды – выпадает осадок серебра
Окисление свежеосаждённым Cu(OH)2	CH3CHO + 2Cu(OH)2 = CH3COOH + Cu2O + 2H2O	Качественная реакция на альдегиды – выпадает кирпичный осадок Cu2O
Жёсткое окисление KMnO4 или K2Cr2O7	5CH3CHO + 2KMnO4 + 3H2SO4 = 5CH3COOH + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O	Продукты восстановления перманганата и дихромата определяются средой
Окисление бромной и хлорной водой	CH3CHO + Br2 + H2O = CH3COOH + 2HBr	Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция на альдегиды

Основные способы получения карбонильных соединений проиллюстрированы следующей схемой:

Резюме

• Альдегиды и кетоны – класс кислород содержащих карбонильных соединений, несущих в своём составе карбонильную группу C=O;
• Карбонильная группа полярная и ведёт себя как диполь с положительным центром на углероде, а отрицательным на кислороде, что обеспечивает реакции присоединения по карбонильной группе;
• Реакция серебряного зеркала – качественная реакция, позволяющая идентифицировать альдегидную группу;
• Для карбонильных соединений характерны реакции присоединения и реакции окисления.

---

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №11 (первая тестовая часть)

Из предложенного перечня выберите два вещества, молекулы которых плоские:

1. формальдегид
2. н-гексан
3. бензол
4. циклогексан
5. изобутан

Ответ

13

Задание 2. Задача № 13 (первая тестовая часть)

Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагирует как ацетальдегид, так и пропаналь.

1. [Ag(NH₃)₂]OH
2. Br₂ (водный)
3. NaCl
4. диэтиловый эфир
5. Na

Ответ

12

Задание 3. Задача № 32 (вторая открытая часть)

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

CH₂=CHBr → X₁ → X₂ → C₂H₇NO₂ → X₃ → метан

Ответ

1. CH₂=CHBr + HBr → CH₃-CHBr₂
2. CH₃-CHBr₂ + 2KOH → CH₃CHO + 2KBr + H₂O
3. CH₃CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → CH₃COONH₄ + 2Ag + 3NH₃ + H₂O
4. CH₃COONH₄ + NaOH → CH₃COONa + NH₃ + H₂O
5. CH₃COONa + NaOH → Na₂CO₃ + CH₄

Определения:

Термины

1. Карбонильные соединения – класс кислородсодержащих органических соединений, имеющих в своём составе группу C=O (карбонильную группу).
2. sp²-гибридизованный углерод – углерод, который образует две одинарных связи и одну двойную связь.
3. Изомерия углеродного скелете ярко проявляется, например, в парах CH₃CH₂CH₂-CHO и (CH₃)₂CH-CHO.
4. Изомерия положения карбонильной группы определятся тем, у какого атома углерода находится карбонильная группа, примеры: пентанон-2 CH₃COCH₂CH₂CH₃ и пентанон-3 CH₃CH₂COCH₂CH₃.
5. Межклассовая изомерия: например, ацетон (CH₃)₂CO изомерен пропаналю CH₃CH₂CHO.
6. Напомним правила насчёт восстановления перманганата калия и дихромата калия в разных средах (кислой, нейтральной и щёлочной):
   • KMnO₄: в кислой среде восстановление идёт до соли марганца со степенью окисления +2, цвет раствора при этом меняется с фиолетового (KMnO₄) на бесцветный (соль марганца).
   • KMnO₄: в сильнощёлочной среде восстановление идёт до манганата калия K₂MnO₄, где у марганца степень окисления +6. Раствор меняет окраску с фиолетового (KMnO₄) на зелёный (K₂MnO₄).
   • KMnO₄: в нейтральной среде восстановление идёт до пиролюзита (диоксида марганца) MnO₂ (марганец +4). Пиролюзит – бурый (чёрный) осадок.
   • дихроматы имеют оранжевую окраску раствору и устойчивы в кислой среде, хроматы имеют жёлтую окраску и устойчивы в щёлочной среде.
   • K₂Cr₂O₇: в кислой среде восстановление идёт до солей хрома в степени окисления +3. Окраска меняется на зелёную (соли хрома).
   • K₂Cr₂O₇: в щёлочной среде образуется комплексная соль K₃[Cr(OH)₆] зелёного цвета (степень окисления хрома +3).
   • K₂Cr₂O₇: в нейтральной среде образуется зелёный осадок гидроксида хрома (степень окисления хрома +3).

---