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:

формальдегид
н-гексан
бензол
циклогексан
изобутан

Ответ

Задание 2. Задача № 13 (первая тестовая часть)

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

[Ag(NH₃)₂]OH
Br₂ (водный)
NaCl
диэтиловый эфир
Na

Ответ

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

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

Определения:

Термины

Карбонильные соединения – класс кислородсодержащих органических соединений, имеющих в своём составе группу C=O (карбонильную группу).
sp²-гибридизованный углерод – углерод, который образует две одинарных связи и одну двойную связь.
Изомерия углеродного скелете ярко проявляется, например, в парах CH₃CH₂CH₂-CHO и (CH₃)₂CH-CHO.
Изомерия положения карбонильной группы определятся тем, у какого атома углерода находится карбонильная группа, примеры: пентанон-2 CH₃COCH₂CH₂CH₃ и пентанон-3 CH₃CH₂COCH₂CH₃.
Межклассовая изомерия: например, ацетон (CH₃)₂CO изомерен пропаналю CH₃CH₂CHO.
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).