Альдегиды
Альдегиды — кислородсодержащие органические вещества, в молекулах которых карбонильная группа связана с атомом водорода и углеводородным радикалом. В теме важно научиться распознавать альдегидную группу, называть вещества, составлять уравнения окисления и восстановления и отличать альдегиды от кетонов.
Строение и общая формула
Функциональная группа альдегидов — альдегидная группа \(-\mathrm{CHO}\), или \(-\mathrm{C(=O)H}\). Она состоит из карбонильной группы \(\mathrm{C=O}\) и атома водорода, соединённого с тем же атомом углерода. Подробное обозначение и особенности этой группы разобраны на странице альдегидная группа.
В общей формуле \(\mathrm{R-CHO}\) символ \(\mathrm{R}\) обозначает углеводородный радикал. Для предельных одноатомных альдегидов общая молекулярная формула: \(\mathrm{C_nH_{2n}O}\), где \(n\ge 1\). У карбонильного атома углерода есть двойная связь с кислородом, поэтому он имеет валентность IV и соединён ещё с водородом и радикалом.
Альдегиды — органические вещества, содержащие альдегидную группу \(-\mathrm{CHO}\), расположенную на конце углеродной цепи.
В отличие от альдегидов, в кетонах карбонильный атом углерода связан с двумя углеводородными радикалами: \(\mathrm{R-CO-R'}\). Поэтому альдегидную группу нельзя располагать внутри углеродной цепи.
Номенклатура и изомерия
Названия альдегидов по систематической номенклатуре образуют от названия соответствующего алкана добавлением суффикса -аль. Углерод альдегидной группы всегда получает номер 1, поэтому его номер обычно не указывают.
| Формула | Название | Тривиальное название |
|---|---|---|
| \(\mathrm{HCHO}\) | метаналь | формальдегид |
| \(\mathrm{CH_3CHO}\) | этаналь | ацетальдегид |
| \(\mathrm{CH_3CH_2CHO}\) | пропаналь | — |
| \(\mathrm{CH_3CH_2CH_2CHO}\) | бутаналь | — |
Метаналь — простейший альдегид. В его молекуле радикал \(\mathrm{R}\) фактически представлен атомом водорода: \(\mathrm{H-CHO}\). Для разветвлённых альдегидов главную цепь выбирают так, чтобы она обязательно включала альдегидный углерод и была самой длинной.
Для альдегидов возможны изомерия углеродного скелета и межклассовая изомерия с кетонами. Например, формуле \(\mathrm{C_3H_6O}\) соответствуют пропаналь \(\mathrm{CH_3CH_2CHO}\) и пропанон \(\mathrm{CH_3COCH_3}\).
Альдегидный углерод входит в главную цепь и всегда имеет номер 1. Нумерацию начинают с конца цепи, где находится группа \(-\mathrm{CHO}\).
Получение и окисление альдегидов
Основной школьный способ получения альдегидов — мягкое окисление первичных спиртов. При этом первичный спирт теряет два атома водорода и превращается в альдегид.
Альдегиды легко окисляются дальше, превращаясь в соответствующие карбоновые кислоты. Для углеродного скелета реакция не меняется: группа \(-\mathrm{CHO}\) превращается в \(-\mathrm{COOH}\).
Эта реакция лежит в основе качественных реакций на альдегиды: реакции серебряного зеркала и окисления гидроксидом меди(II). В первой реакции восстанавливаются ионы серебра до металлического серебра, а во второй образуется красный оксид меди(I).
Альдегид окисляется до карбоновой кислоты. Положительные реакции серебряного зеркала и с гидроксидом меди(II) являются признаками альдегидной группы.
Какое вещество даст реакцию серебряного зеркала?
Восстановление карбонильной группы
При восстановлении альдегидов карбонильная группа превращается в гидроксильную. Присоединяются два атома водорода: один к кислороду, другой к карбонильному углероду. Поэтому альдегид превращается в первичный спирт.
Например, этаналь восстанавливается до этанола. В школьных уравнениях восстановитель часто обозначают символом \(\mathrm{[H]}\). В реальных реакциях используют водород в присутствии катализатора или гидридные восстановители.
Таким образом, превращения первичного спирта, альдегида и карбоновой кислоты образуют фрагмент генетической связи органических веществ: первичный спирт окисляется до альдегида, альдегид — до кислоты, а альдегид восстанавливается обратно до спирта.
Разобранный пример
Пропан-1-ол окислили, а полученное вещество затем подвергли дальнейшему окислению. Определите оба продукта и составьте уравнения реакций.
1. Не превращайте альдегид сразу в спирт при окислении: продукт окисления — кислота. 2. Не забывайте воду при окислении первичного спирта. 3. В реакции серебряного зеркала серебро выделяется как \(\mathrm{Ag}\), а не как оксид. 4. У альдегида группа \(-\mathrm{CHO}\) находится на конце цепи. 5. При восстановлении альдегида образуется первичный, а не вторичный спирт.
Сначала определите функциональную группу, затем сохраните углеродный скелет и измените только её: \(-\mathrm{CH_2OH} \rightarrow -\mathrm{CHO} \rightarrow -\mathrm{COOH}\) при окислении; \(-\mathrm{CHO} \rightarrow -\mathrm{CH_2OH}\) при восстановлении.
Проверь себя
Главное
- Альдегиды содержат группу \(-\mathrm{CHO}\) и имеют общую формулу \(\mathrm{R-CHO}\).
- Названия предельных альдегидов заканчиваются суффиксом -аль, а альдегидный углерод всегда имеет номер 1.
- Первичные спирты окисляются до альдегидов, альдегиды — до карбоновых кислот.
- Альдегиды дают реакции серебряного зеркала и с гидроксидом меди(II).
- Восстановление альдегидов приводит к первичным спиртам: \(\mathrm{R-CHO + 2[H] \rightarrow R-CH_2OH}\).