Альдегидами называют органические вещества, относящиеся к карбонильным соединениям, содержащим функциональную группу -СОН, которая именуется карбонильной группой.
В зависимости от характера углеводородного скелета молекулы альдегиды бывают предельными, непредельными и ароматическими. Их молекулы могут также включать атомы галогенов или дополнительные функциональные группы. Общая формула насыщенных альдегидов имеет вид C n H 2 n O. В соответствии с номенклатурой ИЮПАК названия их оканчиваются суффиксом -аль.
Окисление альдегидов имеет важное значение в промышленности, поскольку они довольно легко превращаются в карбоновые кислоты. Окислителями в этом случае могут послужить гидроксид меди, оксид серебра или даже кислород воздуха.
Строение карбонильной группы
Электронное строение двойной связи в группе С=О характеризуется образованием одной σ-связи и еще одной π-связи. Атом С находится в состоянии sp 2 -гибридизации, молекула плоского строения с валентными углами между связями около 120 0 . Отличие двойной связи в этой функциональной группе заключено в том, что она расположена между атомом углерода и весьма электроотрицательным атомом кислорода. В результате электроны притянуты к атому О, а значит, эта связь очень сильно поляризована.
Какое вещество не вступает в реакцию серебряного зеркала
Содержание в альдегидной группе такой поляризованной двойной связи можно назвать главной причиной высокой реакционноспособности альдегидов. Для альдегидов наиболее характерны реакции присоединения атомов или их групп по С=О связи. И легче всего протекают реакции нуклеофильного присоединения.
Также для альдегидов типичны реакции с участием атомов Н из функциональной группы альдегидов. Из-за электроноакцепторного влияния группы С=О происходит повышение полярности связи. Это в свою очередь является причиной относительно легкого окисления альдегидов.
Отдельные представители альдегидов
Формальдегид (муравьиный альдегид или метаналь) СН 2 О является газообразным веществом с весьма острым запахом, который получают обычно пропусканием смеси паров метанола с воздухом через раскаленную сетку из медной или серебряной сетки. Его 40%-й водный раствор называется формалином. Формальдегид легко вступает в реакции, многие из которых лежат в основе промышленного синтеза целого ряда важных веществ. Его используют и для получения пентаэритрита, многих лекарственных веществ, различных красителей, для дубления кожи, в качестве дезинфицирующего и дезодорирующего средства. Формальдегид довольно токсичен, его ПДК в воздухе составляет 0,001 мг/л.
Ацетальдегид (уксусный альдегид, этаналь) СН 3 СОН является бесцветной жидкостью с удушающим запахом, который при разбавлении его водой приобретает фруктовый аромат. Ацетальдегид обладает всеми основными свойствами альдегидов. Окислением уксусного альдегида производят огромные объемы уксусной кислоты и уксусного ангидрида, разнообразных фармацевтических препаратов.
Акролеин (пропеналь) CH 2 =CH-СОН, простейший ненасыщенный альдегид является бесцветной легколетучей жидкостью. Его пары сильно раздражают слизистые глаз и верхних дыхательных путей. Очень ядовит, ПДК его содержания в воздухе составляет 0,7 мг/м 3 . Пропеналь — промежуточный продукт синтеза некоторых полимеров, необходим в производстве отдельных лекарственных препаратов.
Качественные реакции на глюкозу
Бензальдегид (бензойный альдегид) С 6 Н 5 СОН является бесцветной желтеющей при хранении жидкостью с ароматом Он довольно быстро окисляется воздухом до бензойной кислоты. Содержится в эфирных маслах растений (нероли, пачулей), а в виде глюкозида — в ядрах косточек горького миндаля, вишни, абрикоса и персика. Как душистое вещество его применяют в парфюмерии, в виде компонента пищевых эссенций, как сырье для синтеза других душистых веществ (коричного альдегида, жасминальдегида).
Реакция серебряного зеркала
Окисление альдегидов оксидом серебра является самой показательной качественной реакцией на соответствующую форму функциональной группы. Свое название эта реакция получила благодаря тонкому серебряному налету на стенках пробирки, образующемуся в ходе этой реакции.
Суть ее заключается во взаимодействии альдегида R-СОН с аммиачным раствором оксида серебра(I), который представляет собой растворимое комплексное соединение OH и носит название реактив Толленса. Реакцию осуществляют при температурах, близких к температуре кипения воды (80-100 °С). При этом происходит окисление альдегидов до соответствующих им карбоновых кислот, а окислитель восстанавливается до металлического серебра, выпадающего в осадок.
Приготовление реактивов
Для качественного определения группы -СОН в альдегидах сначала готовят комплексное соединение серебра. Для этого в пробирку наливают немного раствора аммиака (гидроксида аммония) в воде и следом небольшое количество нитрата серебра. При этом образующийся осадок оксида серебра тут же исчезает:
2AgNO 3 + 2NH 3 + Н 2 О -> Ag 2 O↓ + 2NH 4 NO 3
Ag 2 O + 4NΗ 3 + Η 2 О -> 2ОΗ
Более надежные результаты дает реактив Толленса, приготовленный с добавлением щелочи. Для этого 1 г AgNO 3 растворяют в 10 г дистиллированной воды и добавляют равный объем концентрированного гидроксида натрия. В результате выпадает осадок Ag 2 O, который исчезает при добавлении концентрированного раствора гидроксида аммония. Использовать для проведения реакции нужно только свежеприготовленный реактив.
Механизм реакции
2OΗ + НСОΗ -> 2Ag↓ + ΗCOONΗ 4 + 3NΗ 3 + Н 2 О
Стоит отметить, что для альдегидов такое взаимодействие изучено недостаточно. Механизм данной реакции неизвестен, но предполагается радикальный или же ионный вариант окисления. По гидроксиду диамминсеребра вероятнее всего реализуется присоединение с образованием серебряной соли диола, от которого затем отщепляется серебро с образованием карбоновой кислоты.
Для успешного проведения опыта чрезвычайно важна чистота используемой посуды. Связано это с тем, что образующиеся в ходе опыта коллоидные частицы серебра должны прицепиться к поверхности стекла, создав зеркальную поверхность. В присутствии малейших загрязнений оно будет выпадать в виде серого хлопьевидного осадка.
Для очистки емкости следует использовать растворы щелочей. Так, для этих целей можно взять раствор NaOH, который нужно смыть большим объемом дистиллированной водой. На поверхности стекла не должно присутствовать жировых следов и механических частиц.
Окисление гидроксидом меди
Реакция окисления альдегидов гидроксидом меди (II) также довольно эффектна и эффективна в определении типа функциональной группы. Протекает она при температуре соответствующей кипячению реакционной смеси. При этом альдегиды восстанавливают двухвалентную медь в составе реактива Фелинга (свежеприготовленный аммиачный раствор Cu(OH) 2) до одновалентной. Сами же они окисляются по причине внедрения атома кислорода по связи С-Η (степень окисления С изменяется с +1 на +3).
Визуально за ходом реакции можно проследить по изменению окраски смеси растворов. Голубоватый осадок гидроксида меди постепенно превращается желтый, соответствующий гидроксиду меди одновалентной и дальнейшее появление яркого красного осадка Cu 2 O.
Этому процессу соответствует уравнение реакции:
R-СОН + Cu 2+ + NaOH + Н 2 О -> R-COONa + Cu 2 O + 4Н +
Действие реактивом Джонса
Стоит отметить, что на альдегиды такой реактив действует наилучшим образом. В этом случае окисление не требует нагревания и проводится при температуре 0-20 °С в течение довольно короткого отрезка времени, а выход продуктов составляет больше 80%. Главным недостатком реагента Джонса состоит в отсутствии высокой избирательности в отношении других функциональных групп, да к тому же кислая среда порой приводит к изомеризации или деструкции.
Реагент Джонса представляет собой раствор оксида хрома (VI) в разбавленной и ацетоне. Его также можно получить из дихромата натрия. При окислении альдегидов образуются под действием этого реактива карбоновые кислоты.
Промышленное окисление кислородом
Окисление ацетальдегида в промышленности осуществляют воздействием кислорода в присутствии катализаторов — ионов кобальта или марганца. Сначала образуется надуксусная кислота:
СН 3 -СОН + О 2 -> СН 3 -СОООН
Она в свою очередь взаимодействует со второй молекулой уксусного альдегида и через перекисное соединение дает две молекулы уксусной кислоты:
СН 3 -СОООН + СН 3 -СОН -> 2СН 3 -СООН
Окисление ведется при температуре 60-70 °С и давлении 2·10 5 Па.
Взаимодействие с раствором йода
Для окисления альдегидных групп иногда применяется раствор йода в присутствии щелочи. Особое значение этот реактив имеет в процессе окисления углеводов, поскольку действует очень избирательно. Так под его влиянием D-глюкоза превращается в D-глюконовую кислоту.
Йод в присутствии щелочей образует гипойодид (весьма сильный окислитель): I 2 + 2NaOΗ -> NaIO + NaI + Н 2 О.
Под действием гипойодида формальдегид превращается в метановую кислоту: ΗСОΗ + NaIO + NaOΗ -> ΗCOONa + NaI + Н 2 О.
Окисление альдегидов йодом используют в аналитической химии для определения количественного их содержания в растворах.
Окисление диоксидом селена
В отличие от предыдущих реактивов, под действием диоксида селена альдегиды превращаются в дикарбонильные соединения, а из формальдегида образуется глиоксаль. Если рядом с карбонилом расположены метиленовые или метильные группы, то они могут превращаться в карбонильные. Как растворитель для SeO2 обычно используют диоксан, этанол или ксилол.
По одной из методик реакцию проводят в трехгорлой колбе, соединенной с мешалкой, термометром и обратным холодильником. К исходному веществу, взятому в количестве 0,25 моль, каплями прибавляют раствор 0,25 моль диоксида селена в 180 мл диоксана, а также 12 мл Н 2 О. Температура не должна превышать 20 °C (при необходимости колбу охлаждают).
После этого при постоянном перемешивании раствор кипятят в течении 6 часов. Далее горячий раствор фильтруют для отделения селена и промывают осадок диоксаном. После вакуумной отгонки растворителя остаток фракционируют. Основную фракцию отбирают в широком температурном интервале (20-30 °C) и повторно ректифицируют.
Аутоокисление альдегидов
Под действием кислорода воздуха при комнатной температуре окисление альдегидов происходит очень медленно. Главными продуктами этих реакций являются соответствующие карбоновые кислоты. Механизм аутоокисления родственен промышленному окислению этаналя до уксусной кислоты. Одним из промежуточных продуктов является надкислота, которая взаимодействует с еще одной молекулой альдегида.
Благодаря тому, что этот тип реакций ускоряется под действием света, перекисей, и следов тяжелых металлов, можно сделать вывод о ее радикальном механизме. Формальдегид в водных растворах значительно хуже своих собратьев окисляется воздухом, из-за того, что существует в них в виде гидратированного метиленгликоля.
Окисление альдегидов перманганатом калия
Наиболее успешно эта реакция происходит в Визуально оценить ее прохождение можно по потере интенсивности и полному обесцвечиванию розовой окраски раствора марганцовки. Реакция проходит при комнатной температуре и нормальном давлении, поэтому она не требует особых условий. Достаточно в пробирку налить 2 мл формальдегида и 1 мл подкисленного серной кислотой Пробирку с раствором нужно осторожно встряхнуть для перемешивания реагентов:
5СН 3 -СОН + 2KMnO 4 + 3H 2 SO 4 = 5СН 3 -СООН + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3Н 2 О
Если ту же реакцию вести при повышенных температурах, то метаналь легко окисляется до углекислого газа:
5СН 3 -СОН + 4KMnO 4 + 6H 2 SO 4 = 5СО 2 + 4MnSO 4 + 2K 2 SO 4 + 11Н 2 О
Источник: anopartner.ru
Химические свойства моносахаридов
б) Реакция моносахаридов с гидроксидом меди при нагревании так же приводит к альдоновым кислотам.
| D- галактоза | + 2Cu(OH)2 | D- галактоновая кислота | + Cu2O + 2H2O |
в) Более сильные окислители окисляют в карбоксильную группу не только альдегидную, но и первичную спиртовую группы, приводя к двухосновным сахарным кислотам. Обычно для такого окисления используют концентрированную азотную кислоту.
| D- глюкоза | HNO3(конц.) ––––––– | сахарная (D- глюкаровая) кислота |
2.Восстановление.
Восстановление сахаров приводит к многоатомным спиртам. В качестве восстановителя используют водород в присутствии никеля, алюмогидрид лития и др.
| D- глюкоза | LiAlH4 –––– | D- сорбит |
3. Несмотря на схожесть химических свойств моносахаридов с альдегидами, глюкоза не вступает в реакцию с гидросульфитом натрия (NaHSO3).
1.Алкилирование (образование простых эфиров).
При действии метилового спирта в присутствии газообразного хлористого водорода атом водорода гликозидного гидроксила замещается на метильную группу.
| , D- глюкопираноза | + СH3ОН | HCl(газ) –––– | метил- , D- глюкопиранозид | + H2О |
При использовании более сильных алкилирующих средств, каковыми являются, например, йодистый метил или диметилсульфат, подобное превращение затрагивает все гидроксильные группы моносахарида.
| СH3I –––– NaOH | пентаметил- , D- глюкопираноза |
2. Ацилирование (образование сложных эфиров).
При действии на глюкозу уксусного ангидрида образуется сложный эфир – пентаацетилглюкоза.
| –––––––– | пентаацетил- α,D- глюкопираноза |
3. Как и все многоатомные спирты, глюкоза с гидроксидом меди (II) дает интенсивное синее окрашивание (качественная реакция).
a) спиртовоеброжение
б) молочнокислое брожение
в) маслянокислое брожение
г)лимоннокислое брожение
д) ацетон-бутанольное брожение
Источник: megaobuchalka.ru
Почему глюкоза вступает в реакцию серебряного зеркала
Ответы к параграфу 35
1.Какие вещества относят к углеводам и почему было дано такое название?
Название класса соединений происходит от слов «гидраты углерода», оно было впервые предложено К. Шмидтом в 1844 году потому, что первые из известных науке углеводов описывались брутто-формулой Cm(H2O)n.
2. Как классифицируют углеводы и почему?
Углеводы классифицируют:
— по количеству атомов углерода: треозы, тетрозы, пентозы, гексозы и т.д.;
— по функциональной группе в составе: альдозы, кетозы;
— по строению: моносахариды, дисахариды, олигосахариды, полисахариды;
3. Как опытным путем можно доказать, что в молекуле глюкозы пять гидроксильных групп и одна альдегидная группа?
За счёт наличия альдегидной группы, глюкоза вступает в реакцию серебряного зеркала. С раствором гидроксида меди (II) глюкоза реагирует без нагревания с появлением ярко-синего окрашивания – качественная реакция на многоатомные спирты.
4. Изобразите структурную формулу фруктозы.
5. Даны растворы глюкозы и фруктозы. Как можно определить каждый из растворов? Составьте уравнения соответствующих реакций.
Глюкоза, в отличие от фруктозы. Вступает в реакцию серебряного зеркала:
6. Какие химические свойства для глюкозы и глицерина являются общими и чем эти вещества отличаются друг от друга? Напишите уравнения соответствующих реакций.
Общие.
Являясь многоатомными спиртами, и глицерин и глюкоза, способны вступать в реакции:
а) с карбоновыми кислотами (образуются сложные эфиры);
б) с активными металлами и их оксидами (образуются алкоголяты);
в) с раствором гидроксида меди (II) (дают ярко-синюю окраску).
Различные.
Глюкоза в отличие от глицерина проявляет свойства, характерные альдегидам (реакция серебряного зеркала).
7. Приведите уравнения реакций, в которых глюкоза проявляет: а) восстановительные свойства; б) окислительные свойства.
8. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
9. Какова роль глюкозы в живых организмах?
В живых организмах глюкоза выполняет функцию основного источника энергии.
10. Поясните сущность процессов фотосинтеза и дыхания. Напишите уравнения соответствующих реакций.
11. Перечислите известные вам процессы брожения глюкозы и укажите их практическое значение.
12. Какие пентозы вам известны? Изобразите их структурные формулы.
13. Составьте уравнения реакций, при помощи которых сахарозу можно превратить в этанол.
14. Чем отличаются друг от друга процессы получения глюкозы и сахарозы в промышленности?
Получение сахарозы – в основном физический процесс переработки сахарной свеклы или тростника. Глюкозу в промышленности получают химическими методами (гидролиз крахмала и целлюлозы).
15. Объясните сущность процесса образования молекул крахмала из глюкозы.
Процесс получения крахмала заключается в поликонденсации молекул глюкозы. Так как в реакцию могут вступать разные гидроксильные группы молекулы сахара, то конечная молекула имеет разветвленную структуру, что подтверждается данными.
16. Составьте уравнения реакций, при помощи которых можно осуществить следующие превращения:
17. Чем отличаются процессы переработки крахмала: а) в патоку; б) в глюкозу; в) в этанол? 
18. Объясните процесс образования молекул целлюлозы из молекул глюкозы. Чем отличаются по строению молекулы целлюлозы от молекул крахмала?
Молекулы целлюлозы имеют линейное строение, т. е. упорядоченную структуру. Это достигается при проведении селективной полимеризации молекул глюкозы.
19. Как образуется целлюлоза в природе? Составьте соответствующие уравнения реакций.
В природе целлюлоза получается путём поликонденсации молекул глюкозы. Данный процесс катализирует мультисубъединичный мембранный целлюлозосинтазный комплекс, расположенный на конце удлиняющихся микрофибрилл.
20. Охарактеризуйте процесс выделения целлюлозы из древесины. Какие вещества чаще всего используют для этого?
Наиболее распространенным методом получения целлюлозы является сульфитный. В присутствии гидросульфита кальция измельченную древесину нагревают в автоклавах под давлением 0,5-0,6 МПа и температуре 150 °С. Основная масса примесей в этих условиях разрушается и получается практически чистая целлюлоза.
21. В присутствии концентрированной серной кислоты целлюлоза реагирует с уксусной кислотой. Какие вещества могут при этом образоваться? Составьте уравнения реакций.
22. Из древесины можно получить как метанол, так и этанол. Чем отличаются процессы образования данных спиртов?
При гидролизе содержащейся в древесине целлюлозы получается глюкоза, спиртовое брожение которой дает этанол. При сухой перегонке древесины происходит образование метанола и других побочных продуктов.
23. Охарактеризуйте основные направления химической переработки целлюлозы. Какие основные продукты при этом получают?
Производство волокон (ацетатное, вискозное), пленок, взрывчатых веществ, пластмасс.
24. Какие волокна получают из целлюлозы и чем они отличаются друг от друга?
Ацетатное волокно – пониженная сминаемость, приятны на ощупь, мягки, обладают способностью пропускать ультрафиолетовые лучи.
Вискоза – легко окрашиваются, обладают лучшими по сравнению с синтетическими волокнами гигиеническими качествами, отличаются достаточно высокими прочностными и усталостными характеристиками, относительно дешевы.
Задача 1. В струе кислорода сожгли два образца вещества (н. у.) При сгорании 0,9 г вещества А образовалось 1,32 г оксида углерода (IV)и 0,54 г воды. При сгорании 1,71 г вещества Б выделилось 2,64 г оксида углерода (IV) и 0,99 г воды. Известно, что молярная масса вещества А 180 г/моль, а вещества Б 342 г/моль. Найдите молекулярные формулы этих веществ и назовите их.
Задача 2. Вычислите какой объем (в л) оксида углерода (IV)образуется при окислении 0,25 моль сахарозы (н. у.).
Задача 3. Из 1 т картофеля, в котором массовая доля крахмала равна 0,2, получили 100 л этанола (ρ = 0,8 г/см3). Сколько это составляет процентов по сравнению с теоретическим выходом?
Источник: superhimik.ru