Transcript Karbonylové sloučeniny - podpora chemického a fyzikálního

Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA
CH33. KARBONYLOVÉ SLOUČENINY
Mgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová
Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační číslo:
CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A FYZIKÁLNÍHO
VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.
ÚVOD
• sloučeniny, které ve svých molekulách obsahují
R
karbonylovou skupinu
C
• ROZDĚLENÍ:
(1) Aldehydy
O
R
(2) Ketony
R1
H
C
O
R
(3) Keteny
R
C
CHO
O
R2
(4) Chinony
ÚLOHA:
Názvosloví karbonylových kyselin
Pojmenujte či uveďte vzorce sloučenin:
1.
CH3
2.
CH3 CH
CH2
CH2 CH2
CH
CH
CH
O
O
3.
4.
5.
6.
CH3
CH2 CH2 C
O
Aceton
Formaldehyd
2-chlorheptanal
CH3
FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI
• SKUPENSTVÍ: formaldehyd je plyn, ostatní aldehydy jsou
kapaliny pronikavého zápachu; vyšší aldehydy jsou
pevné látky příjemné vůně. KETONY jsou krystalické
látky příjemné vůně.
• ROZPUSTNOST VE VODĚ: nižší aldehydy jsou dobře
rozpustné ve vodě, se stoupající molekulovou
hmotností jejich rozpustnost klesá. Nižší ketony jsou
dobře rozpustné ve vodě.
• TEPLOTA VARU: teploty varu aldehydů jsou vyšší než
teploty varu etherů a nižší než alkoholů o přibližně
stejné molekulové hmotnosti
CHEMICKÉ VLASTNOSTI
REAKTIVITA
• Aldehydy a ketony jsou velmi reaktivní.

C

O
• Vazba C=O je polárnější než vazba C=C, elektrony
jsou posunuty k elektronegativnějšímu atomu O, kde
se vytvoří parciální záporný náboj a na karbonylovém
uhlíku parciální kladný náboj
ADICE NUKLEOFILNÍ

O
O

R
-
+
+
C
H
A
-
R
C
H
A
ADICE ALKOHOLŮ
• vznikají ACETALY = jsou stálé v zásaditém prostředí,
kyselinami se zpět rozkládají na aldehyd a alkohol


H 3C
+
-
H
O
+
C
H
+
OH
H 3C
H 3C O H
H 3C O
C
O
CH3
H
-
1-m ethox yethanol
poloacetal
OH
H 3C
C
H
OCH
O
CH3
+
H 3C
OH
H 3C
CH
acetal
3
OCH
3
+
H 2O
ALDOLIZACE (aldolová kondenzace)
• reakce dvou molekul aldehydů za vzniku 3-hydroxyaldehydů
(aldolů)
vodíky, které se nachází na uhlíku vedle karbonylové skupiny,
jsou mírně kyselé a působením zásad se mohou odštěpit vzniklý nukleofil se může adovat na karbonylovou skupinu
další molekuly
O
H 3C
+
C
OH
O
H 3C
H 3C
C
H
C
O
CH2
C
H
H
H
3 -h y d ro x y b u ta n a l
OBECNÌ :
R 1 CHO
+
R2 CH2
CHO
R1
OH
R2
C
CH
H
CHO
CANIZZAROVA REAKCE
Nemají-li aldehydy na α- uhlíku vodíkový atom, pak
proběhne v silně alkalickém prostředí tzv. Cannizzarova
reakce. Jde o disproporcionaci, kdy jedna molekula
aldehydu se oxiduje na kyselinu (která dá v zásaditém
prostředí sůl) a druhá molekula aldehydu se redukuje na
primární alkohol.
CH O
C O ONa
CH2OH
N aO H
+
OXIDACE ALDEHYDŮ
• probíhá VELMI snadno
H 3C
CH
O
O
O2 / Cu
H 3C
C
OH
VYUŽITÍ – důkazové reakce (odlišení aldehydů od ketonů):
• Tollensova zkouška
HCHO + 2 [Ag(NH3)2]NO3 + 2 NH4OH
HCOOH + 2 Ag + 2 NH4NO3+ 4 NH3+ H2O
• Fehlingova zkouška
HCHO + Cu+II + 4 NaOH
HCOOH + Cu+I2O + Na+I + 2 H2O
OXIDACE KETONŮ
• probíhá jen za účinku silných oxidačních činidel
(kyselina dusičná)
• dochází k rozštěpení molekuly ketonu
O
R1
C
R1
CH2 R2
O
O
C
C
C
R1
R2
C
OH
+
HO
C
O
O
H 3C
O
O
CH3
H 3C
C
OH
+
CO2
+
H 2O
R2
REDUKCE ALDEHYDŮ A KETONŮ
• adice vodíku na vazbu C=O
A) komplexními hydridy, kovy (Na, Al) - redukuje se jen
karbonylová skupina
B) katalyticky vodíkem (zanikají i dvojné vazby C=C)
• REDUKCE ALDEHYDŮ
H 3C
CH O
vzn. primární alkoholy
LiA lH 4
H 3C
CH2
OH
• REDUKCE KETONŮ
H 3C
C
O
CH3
vzn. sekundární alkoholy
L iA lH 4
H 3C
CH
OH
CH3
POLYMERACE
• Aldehydy polymerují velmi snadno, někdy
samovolně (formaldehyd), jindy působením stop
kyselin nebo nízké teploty (acetaldehyd).
n HCHO
H
O
CH2
OH
n
p a ra fo rm a ld e h y d
ÚLOHA:
Reakce karboxylových kyselin
Zapište chemickými rovnicemi následující děje,
uveďte názvy látky.
A)
B)
C)
D)
Reakce propanalu v roztoku hydroxidu sodného.
Oxidace propanalu.
Redukce pentan-2-onu.
Reakce ethanalu s ethanolem.
PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN
• Dehydrogenace primárních alkoholů
H
H
C
H
OH
+
kat. Ag, Cu
O2
H
C
- H 2O
O
H
• Oxidace arenů
CHO
CH3
oxidace
PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN
• Hydrolýza monotopických dihalogenderivátů
H 3C
HC
O
OH
Cl
+
PbO
+
H 2O
- PbCl
H 3C
HC
H 3C
- H 2O
2
C
H
OH
Cl
• Hydratace alkynů
H
H
C
C
H
+
H
H
H
H 2 SO 4
C
H 2O
H
C
H
OH
C
H
C
O
PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN
• Tepelný rozklad solí karboxylových kyselin
(RCOO)
H 3C
2 Ca
C
CH3
+
CaCO
3
O
• Friedel-Craftsova acylace
O
+
H 3C
C
C
Cl
O
CH3
+
HCl
ÚLOHA:
Příprava aldehydů a ketonů
Doplňte chemické rovncie dějů, katalyzátory a
pojmenujte všechny látky.
CH
HC
O
CH
HC
CH
+
H 3C
CH2 C
Cl
CH
H 3C
? ? ?
CH2 C
CH
+
H 2O
? ? ?
Významné karbonylové sloučeniny
METHANAL (formaldehyd)
• plynná látka štiplavého zápachu, dobře rozpustná ve
vodě
• vyrábí se oxidací methanolu
• nejčastěji se používá ve formě 40%ního vodného
roztoku – formalín
• snadno podléhá polymeračním reakcím; používá se
jako dezinfekční a konzervační látka a k výrobě plastů
(fenolformaldehydové pryskyřice)
Významné karbonylové sloučeniny
ETHANAL (acetaldehyd)
• těkavá bezbarvá kapalina pronikavého zápachu
• vyrábí se oxidací ethanolu nebo častěji adicí vody na
acetylen
• snadno polymeruje (trimer se používá jako
sedativum, směs tetrameru, pentameru a
hexameru jako tzv. „tuhý líh“ do vařičů)
• používá se k výrobě kyseliny octové, léčiv, voňavek aj.
Významné karbonylové sloučeniny
BENZALDEHYD
• kapalina vonící po hořkých mandlích, špatně
rozpustná ve vodě
• vyrábí se oxidací toluenu
• snadno se oxiduje na kyselinu
benzoovou
• používá se při výrobě barviv a léčiv
Obr. 1 Elektronová struktura benzaldehydu
Významné karbonylové sloučeniny
ACETON
• čirá hořlavá kapalina (teplota varu 56 °C)
• dobře rozpustný ve vodě
• je toxický
• páry smíšené se vzduchem jsou výbušné
• používá se jako výborné rozpouštědlo,
při výrobě plastů, bromacetonu (slzný plyn)
a ve farmaceutickém průmyslu
Obr. 2 Odlakovač
CHINONY
•
•
•
•
CYKLICKÉ DIKETONY s konjugovanými vazbami
barevné sloučeniny (od světle žluté po červenou)
PŘÍPRAVA - oxidací fenolů nebo arenů
O
např.
OH
O
henna (z rostliny Lawsonia)
Použité informační zdroje
1. Struktury látek (chemické rovnice) byly kresleny s využitím
programu ACD/ChemSketch 10.0.
2. Janeczková, A., Klouda P. Organická chemie. Ostrava: Nakl.
KLOUDA Pavel, 2004.
3. McMURRY, J. Organická chemie. Praha: VŠCHT, 2007.
4. Obr. 1- struktura kreslená v programu ACD/ChemSketch 10.0.
5. Obr. 2 – autor Aleš Chupáč
Tato prezentace vznikla na základě řešení projektu OPVK, registrační
číslo: CZ.1.07/1.1.24/01.0114 s názvem „PODPORA CHEMICKÉHO A
FYZIKÁLNÍHO VZDĚLÁVÁNÍ NA GYMNÁZIU KOMENSKÉHO
V HAVÍŘOVĚ“
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a
státním rozpočtem České republiky.