Przeczytaj
Budowa aldehydów i ketonów
AldehydyAldehydy to związki zawierające grupę funkcyjną , zwaną grupą aldehydową. Grupa ta składa się z grupy karbonylowej i atomu wodoru. Ogólny wzór aldehydów to , gdzie to atom wodoru, grupa alkilowa lub arylowa.
KetonyKetony to związki zawierające jako grupę funkcyjną grupę karbonylową , związaną z dwiema dowolnymi resztami węglowodorowymi ().
Ogólny wzór ketonów:
Sposób tworzenia wiązań w grupie karbonylowej przedstawia poniższy rysunek.
Zarówno orbitale walencyjne atomu tlenu, jak i atomu węgla w grupie aldehydowej są w stanie hybrydyzacji . Pomiędzy atomem węgla a atomem tlenu powstaje wiązanie podwójne: wiązanie typu sigma, tworzone przez orbitale zhybrydyzowane atomu tlenu i atomu węgla oraz wiązanie pi, tworzone przez orbitale atomowe 2pIndeks dolny zz atomu węgla i atomu tlenu. Grupa karbonylowa jest silnie spolaryzowana ze względu na dużą różnicę elektroujemności tlenu i węgla, ponadto atom tlenu dysponuje dwiema wolnymi parami elektronowymi.
Silnie elektroujemny atom tlenu powoduje wytworzenie cząstkowego ładunku dodatniego na atomie wodoru. Dodatnio naładowany atom wodoru jest silnie przyciągany przez wolne pary elektronowe na atomach tlenu. Polaryzacja grupy karbonylowej i wolne pary elektronowe atomu tlenu umożliwiają tworzenie wiązania wodorowego z cząsteczkami wody, natomiast nie jest możliwe tworzenie wiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami aldehydów ze względu na brak atomu wodoru, związanego z silnie elektroujemnym atomem tlenu.
Podobieństwo
W tym zakresie ketony posiadają te same własciwości co aldehydy.
Szereg homologiczny
W szeregu homologicznym nasyconych aldehydów łańcuchowych systematycznie rosną temperatury wrzenia i topnienia oraz gęstość. Dzieje się tak, ponieważ dłuższy łańcuch węglowy oznacza występowanie większej ilości oddziaływań pomiędzy cząsteczkami, co oznacza większą ilość energii potrzebną do ich pokonania. Wraz ze wzrostem długości łańcucha węglowego o charakterze niepolarnym maleje rozpuszczalność w wodzie i innych rozpuszczalnikach polarnych na rzecz wzrostu rozpuszczalności w rozpuszczalnikach niepolarnych. Temperatury wrzenia nasyconych aldehydów są niższe niż odpowiednich alkoholi, co jest wynikiem braku asocjacji cząsteczek tych związków.
Poniższy schemat przedstawia zmiany właściwości fizycznych aldehydów w szeregu homologicznym.
Podobieństwo
Ketony nasycone, o prostych łańcuchach węglowych, są cieczami o niższych temperaturach wrzenia, niż odpowiadające im alkohole.
Podobnie jak w przypadku aldehydów, związane jest to z brakiem asocjacjiasocjacji cząsteczek tych związków. W szeregu homologicznym ketonów, wraz ze wzrostem długości łańcucha, rosną temperatury wrzenia i topnienia.
Zmiany właściwości fizycznych ketonów w szeregu homologicznym przedstawiono poniżej.
Reakcje aldehydów i ketonów z alkoholami
W reakcji aldehydów z alkoholami powstają nietrwałe związki, tzw. hemiacetale lub acetale – jako produkt kondensacji hemiacetalu z drugą cząsteczką alkoholu. Jest to reakcja odwracalna, katalizowana kwasami.
Podobieństwo
Ketony z alkoholami tworzą hemiketale lub ketale (odpowiedniki hemiacetali i acetali).
Redukcja aldehydów i ketonów do alkoholi
Aldehydy ulegają redukcji do pierwszorzędowych alkoholi w obecności katalizatorów (np. , ).
Podobieństwo
Ketony ulegają redukcji (katalitycznego uwodornienia) do drugorzędowych alkoholi.
Próba Tollensa i Trommera
Właściwości chemiczne aldehydów wynikają z obecności grupy funkcyjnej, a także charakteru reszty węglowodorowej. Aldehydy posiadają właściwości redukujące.
Przykładami reakcji, w których aldehydy pełnią rolę reduktora, są próby Tollensa i Trommera.
Próba Trommera - odczynnikiem są jony w środowisku zasadowym.
R446glKX3CQpL
W próbie Trommera powstaje m.in. ceglastoczerwony osad tlenku miedzi(I) – pozytywny wynik próby.
Próba Tollensa (zwana reakcją lustra srebrnego) – odczynnikiem jest amoniakalny roztwór tlenku srebra(I) .
Uproszczony zapis reakcji:
RN4ABEDvVywj5
W próbie Tollensa powstaje m.in. srebrzysty nalot, osadzający się na ściankach probówki – pozytywny wynik próby.
Różnica
Ketony nie posiadają równie silnych właściwości redukujących. Dają negatywny wynik próby i Tollensa, i Trommera.
Reakcje polimeryzacji i polikondensacji
Aldehydy ulegają reakcji polimeryzacji i polikondensacji. Obecność nienasyconego wiązania w grupie karbonylowej powoduje, że cząsteczki aldehydów mogą się łatwo ze sobą łączyć. Wiążą się również z cząsteczkami innych związków chemicznych – zachodzi wtedy reakcja polikondensacji.
W obecności śladowych ilości kwasów, aldehydy tworzą polimery cykliczne i łańcuchowe. Reakcje polimeryzacji są charakterystyczne dla niższych członów szeregu homologicznego aldehydów.
Aldehydy ulegają także reakcjom polikondensacji z alkoholami i fenolami.
W wyniku tej reakcji powstaje tzw. żywica fenolowo‑formaldehydowa, bardzo odporny mechanicznie i termicznie materiał, stosowany m.in. do wyrobu części samochodowych i zabawek.
Różnica
Ketony nie ulegają reakcji polimeryzacji.
Reakcja Cannizzaro
Aldehydy, niezawierające atomu wodoru alfa w cząsteczce, ulegają reakcji Cannizzaro. Zachodzi ona w cząsteczkach, w których grupa aldehydowa związana jest z atomem węgla bez atomu wodoru. Reakcja Cannizzara zachodzi w środowisku silnie zasadowym, gdzie dysproporcjonowaniu, czyli jednoczesnemu utlenieniu i redukcji, ulega grupa aldehydowa do alkoholi i kwasów karboksylowych.
Różnica
Ketony nie ulegają reakcji Cannizzaro.
Podsumowanie
Aldehydy | Ketony | |
---|---|---|
Budowa (wzór ogólny) | ||
Temperatura wrzenia i temperatura topnienia | rośnie wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego | rośnie wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego |
Gęstość | rośnie wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego | rośnie wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego |
Rozpuszczalność w wodzie | maleje wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego | maleje wraz z wydłużaniem łańcucha węglowego |
Otrzymywanie | utlenianie alkoholi pierwszorzędowych | utlenianie alkoholi drugorzędowych |
Próba Tollensa | wynik pozytywny | wynik negatywny |
Próba Trommera | wynik pozytywny | wynik negatywny |
Reakcja Cannizzaro | ulegają | nie ulegają |
Reakcja polimeryzacji | ulegają | nie ulegają |
Produkt reakcji z alkoholami | acetale lub hemiacetale | ketale lub hemiketale |
Produkt reakcji uwodornienia w odpowiednich warunkach | alkohol pierwszorzędowy | alkohol drugorzędowy |
Słownik
(łac. al(coholum) dehyd(rogenatum) „alkohol odwodorniony”) związki org. o cząsteczkach zawierających grupę aldehydową oraz wzorze ogólnym ( — alkil lub aryl)
związki organiczne o cząsteczkach, w których grupa karbonylowa jest połączona z dwoma atomami węgla, tzn. z jednakowymi lub różnymi grupami organicznymi (alifatycznymi lub aromatycznymi)
(łac. associatio „połączenie”, „związek”) chem. odwracalne łączenie się indywiduów chemicznych (cząsteczek, jonów, atomów) w większe układy tzw. asocjaty, złożone z dwu lub większej liczby cząstek
reakcja chemiczna pozwalająca na wykrycie aldehydów. W przypadku pozytywnej próby obserwuje się powstanie metalicznego srebra, które osadza się na ściankach naczynia, gdzie zachodzi reakcja. Ketony wykazują negatywny wynik próby. Zjawisko to jest znane także pod nazwą próby lustra srebrowego.
reakcja chemiczna służąca do jakościowego oznaczania aldehydów. Zachodzi pod wpływem reakcji redoks wodorotlenku miedzi(II) znanym jako odczynnik Trommera. Podczas procesu aldehydy ulegają utlenieniu do kwasów karboksylowych a miedź z II stopnia utleniania ulega redukcji do I stopnia utlenienia. Powstaje ceglastoczerwony osad. Ketony wykazują negatywny wynik próby.
reakcja chemiczna, w której aldehydy ulegają dysproporcjonowaniu do alkoholi i kwasów karboksylowych. Reakcja ta przebiega w środowisku silnie zasadowym.
Bibliografia
Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia. Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa – Bielsko‑Biała 2010.