Альдегиды и кетоны

1. 
   Организационный момент. Объявление темы. слайд 2
   
2. 
   Проверка домашнего задания слайд 3
   

1. 
   Сформулируйте определение фенолов.
   
2. 
   Опишите физические свойства фенола. Какова растворимость фенола в холодной и горячей воде?
   

3. 
   Как по строению отличаются фенолы от ароматических спиртов?
   
4. 
   Что общего в химических свойствах спиртов и фенолов?
   
5. 
   Чем отличаются химические свойства фенола от свойств спиртов?
   
6. 
   Какие типы химических реакций характерны для фенола?
   
7. 
   Составьте уравнения реакций:
   

б) замещения атомов водорода в бензольном кольце

в) присоединения

Назовите полученные соединения.

8. 
   Какие качественные реакции на фенол вам известны?
   
9. 
   Назовите основные области применения фенола.
   

В конце XVIII в. химики интенсивно изу­чали свойства известных органических соединений. В 1782 г. К. Шееле, окисляя этиловый спирт оксидом марганца (IV) в сер­ной кислоте, заметил, что помимо основного продукта — уксус­ной кислоты — образовалось еще какое-то резко пахнущее соеди­нение, выделить которое не удалось. В последующие годы новый «кислородный эфир» упоминался в работах А. Фуркруа, Л. Воклена. В 1821 г. Иоганн Вольфганг Дёберейнер окислял этиловый спирт в присутствии платинового катализатора и полу­чил некоторое количество смеси исходного спирта с продуктами его окисления. Многие химики, в том числе и Ю. Либих, сомневались, что в этой смеси содержится неизвестное вещество.

Дёберейнер отправил полученный им образец Ю. Либиху, из которого тот в 1835 г. выделил чистое вещество, содержащее на два атома водорода меньше, чем этанол. Ученый установил его состав (С₂Н₄О) и объявил, что получил новое вещество, названное Alkohol dehydrogenatus — безводородный алкоголь или сокра­щенно альдегид. В ответ на претензии И. В. Дёберейнера на при­оритет открытия Ю. Либих в характерной ему едкой манере за­метил, что тот имеет столько же оснований претендовать на от­крытие альдегида, сколько ньютоновское яблоко — на открытие закона всемирного тяготения.

3. 
   Поскольку первый из известных альдегидов содержал два атома углерода, начались попытки получения первого пред­ставителя гомологического ряда. Они были неудачными вплоть до 1868 г., когда немецкий химик-органик Август Вильгельм Гофман, пропуская пары метилового спирта над раскаленной платиновой спиралью, получил газообразное ве­щество состава СН₂О.
   
4. 
   2. Строение альдегидов. Номенклатура и изомерия альдегидов и кетонов. слайд 5
   

«Отличительными» суффиксами в названиях альдегидов и кетонов служат соответственно –аль и –он.

Альдегидная группа может располагаться только на конце молекулы. Нумерация самой длинной цепи в альдегидах начинается с углерода альдегидной группы, а её положение (цифра 1) как само собой разумеющееся в названии не указывается.

В кетонах же карбонильная группа может находиться и в середине углеродной цепи, поэтому в названии после суффикса – он через дефис указывается её положение. Нумеруют самую длинную цепь в кетонах с того конца, к которому ближе карбонильная группа.

Если, помимо карбонильной группы, соединение содержит двойную или тройную связь, то цифру, показывающую её положение в цепи, удобно ставить до основы названия.

5. 
   б) отработка навыков номенклатуры альдегидов и кетонов по слайду.
   

6. 
   2 в) Занимательный материал и номенклатура альдегидов и кетонов.
   

Насекомые общаются между собой, выделяя ничтожные количества органических соединений, имеющих сравни­тельно небольшие молекулы. Такие вещества называются фе­ромонами. Феромоны делят на половые, возбуждающие, успо­каивающие, сбора, тревоги и другие. Чувствительность насе­комых к феромонам просто поразительна: самец ночной бабочки большой павлиний глаз чувствует половой феромон самки на расстоянии до 10 км! Синтетические феромоны ис­пользуются для борьбы с вредными насекомыми путем зама­нивания их в ловушки, дезориентации в период спаривания, отпугивания.

Муравьи для подачи сигнала тревоги выделяют два феро­мона. Формулы этих феромонов вы сейчас видите на экране. Дайте названия этим веществам.

3. 
   Гомологический ряд альдегидов и кетонов. слайд 8
   

3. 
   Физические свойства альдегидов и кетонов. слайд 9
   

Отличительной чертой многих альдегидов и кетонов явля­ется их запах. Для низших представителей гомологических рядов он резкий и часто неприятный. Высшие альдегиды и кетоны, особенно непредельные или ароматические, входят в состав эфирных масел и содержатся во многих цветах, фруктах, плодах, душистых и пряных растениях. Получается, что мы сталкиваемся с альдегидами и кетонами практически еже­дневно!

Обоняние в мире животных играет часто большую роль, чем зрение или слух. Например, муравьи по запаху могут опреде­лить не только форму предмета, но и его твердость. Для многих видов запах — это основная сигнальная система. Человек среди земных «нюхачей» занимает одно из последних мест. Мы часто в прямом и переносном смысле употребляем фразу «нюх как у собаки». Она не лишена основания: собака улавливает запахи в концентрации, недоступной не только обонянию человека, но и современным приборам. Она, например, может уловить запах масляной кислоты, если в 1 см³ воздуха содержится всего 9000 молекул этого вещества.

Рассчитайте пожалуйста, сколько это составляет по количеству вещества и чему равна масса кислоты.

7. 
   5. Химические свойства альдегидов и кетонов.
   

Общие реакции для альдегидов и кетонов — реакции присо­единения по карбонильной группе. При этом альдегиды вступа­ют в вышеназванные реакции более активно, чем кетоны.

При гидрировании из альдегидов можно получить первичные спирты, а из кетонов — вторичные.

Реакции присоединения.

1. Гидрирование. Присоединение водорода по кратной связи С = О происходит при нагревании в присутствии катализаторов гидрирования (никель, платина, палладий):

R – CHO + H₂ R – CH₂ – OH

R – CH – R₁ + H₂ R – CHOH – R₁

В результате образуются спирты соответствующего стро­ения. Это реакция, обратная получению карбонильных соеди­нений из спиртов.

CH₃

Образующийся продукт реакции относится к классу циан-гидринов (нитрил оксикислоты) и содержит на один атом уг­лерода больше, чем исходный альдегид. Такая реакция при­меняется для наращивания углеродной цепи в органических молекулах.

Наряду с общими реакциями для альдегидов и кетонов есть и принципиальные отличия в их химическом поведении:

OH

Aльдеги­ды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот. Кетоны можно окислить лишь в жестких условиях (нагревание с азотной или хромовой кислотами). При этом об­разуется смесь низкомолекулярных карбоновых кислот и реак­ция сопровождается деструкцией углеродного скелета

R – C R – C

H OH
Реакции окисления.
1. Как уже говорилось, альдегиды в отличие от кетонов легко окисляются. Эти реакции используются как в целях органи­ческого синтеза, так и для качественного обнаружения альде­гидов.

8. 
   КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА АЛЬДЕГИДЫ слайд 12
   

R – C R – C

H OH

С аммиачным раствором оксида сереб­ра {реакция серебряного зеркала).

R – C R – C

Эти реакции позволяют отли­чить альдегиды от кетонов.

При взаимодействии альдегида с гидроксидом меди (II) на­блюдается образование кирпично-красного осадка оксида меди(I), а в реакции серебряного зеркала на стенках пробирки или колбы, в которой проводится эксперимент, образуется налет металлического серебра.

Впервые эта реакция была предложена немецким химиком Ю. Либихом.

1. Для проведения реакции «серебряного зеркала» потребуется чисто вымытая пробирка. В нее наливают 2—3 мл 1 %-ного раствора нитрата серебра и небольшими порциями добавляют 10% -ный раствор аммиака до полного растворения образующегося вначале серого осадка оксида серебра. К полученному раствору комплексного соединения приливают 1—2 мл раствора альдегида (можно использовать 2% -ный раствор глюкозы) Следующий этап — самый ответственный. Для по­лучения ровного зеркального налета пробирку следует дер­жать вертикально и вращать вокруг пламени горелки, нагре­вая не дно, а стенки. Избегать закипания жидкости!

2. Второй демонстрационный эксперимент проводится так. В пробирке получают осадок гидроксида меди (II), добавляя к раствору сульфата меди (II) немного гидроксида натрия. В ту же пробирку приливают 3—4 мл раствора альдегида ( глюко­зы) и нагревают. Смесь приобретает сначала бурый оттенок, а затем отчетливо виден кирпично-красный мелкокристаллический осадок оксида меди (I).

9. 
   3. Рассказ учащегося об учёном. слайд 14
   

В 1824—52 профессор университета в Гисене.

С 1830 — иностранный член-корреспондент Петер­бургской академии наук.

С 1852 - профессор универ­ситета в Мюнхене, с 1860— президент Баварской ака­демии наук.

Либих коренным образом изменил существовавшую систему обучения химии, введя в Гисенском университете прак­тические занятии для студентов. Для этой цели он в 1825 году организовал лабораторию, которая явилась родоначальницей научно-учебных химических лабораторий Германии. В ней учились и работали многие известные химики, в том числе Гофман, Кекуле, Вюрц, из русских – Воскресенский, Зинин и другие.

Основные исследования Либиха относятся к области органической химии.

В 1823 он нашёл, что гремучекислое серебро, отличающееся по свойствам о циановокислого серебра, полученного в 1822году немецким химиком Вёлером, имеет с ним один и тот же состав. Это было первым примером изомерии.

Либих провёл исследование мочевой кислоты и её производных (совместно с Велером, 1838), изучил процесс образования серебряного зеркала при действии виноградного сахара па растворы солеи серебра впервые получил хлороформ (1831) и уксусный альдегид, выделил гиппуровую и молочную кислоты и другие соединения, усовершенствовал методику определения в органических соедивения углерода и водорода и, пользуясь этим методом, сохранившемся в основном до настоящего времени, установил точный состав органических соединений.

Изучением свойств альдегидов занимался выдающийся русский химик и композитор, автор знаменитой «Богатырской симфонии» и всемирно известной оперы «Князь Игорь» Александр Порфирьевич Бородин. В 1872 г. он обнаружил, что при действии металлического натрия на альдегиды образуются не только продукты их диспропорционирования (спирт и карбоновая кислота), но также вещества с удвоенной : по сравнению с альдегидом молекулярной массой. Детальное исследование необычного продукта привело ученого к выводу, что вещество содержит одновременно и альдегидную, и гидроксильную группы, т. е. является алъдегидоспиртом (альдолем). слайд 13

По химическому строению альдоль представлял собой продукт присоединения одной молекулы альдегида к дру­гой:

Открытая А. П. Бородиным реакция получила название альдольной конденсации. Она протекает в щелочной среде и широко используется в промышленности для получения син­кретического каучука, смол, лаков и душистых веществ.

10. 
    Рассказ учащегося о А.П. Бородине. слайд 15
    

Внебрачный сын князя Гедианова, фамилию свою получил от камердинера князя Порфирия Бородина. Высшее образование получил в Меди­ко-хирургической академии (1850—1856), которую окончил с отличием. Первые научные исследования проводил в ла­боратории Н.Н. Зинина.

После окончания академии Бородин поступил в качестве врача во 2-й Военно-сухопут­ный госпиталь. В 1858 г. он защитил диссертацию на сте­пень доктора медицины. В том же году ученый вернулся в Ме­дико-хирургическую академию на кафедру химии к Зинину. Исследовательскую работу Бо­родин начал с изучения Солигаличских минеральных вод. Спустя несколько лет по его рекомендации там была от­крыта бальнеологическая ле­чебница, существующая до сих пор. В 1859 г. Бородин начал преподавать в академии хи­мию. В том же году был ко­мандирован для усовершен­ствования образования в Гей-дельберг (Германия) в лабо­раторию к Р. Эрленмейеру. Кроме того, он посетил неко­торые лаборатории во Фран­ции.

В 1862 г., по возвращении в Россию, Бородин был из­бран адъюнкт-профессором Медико-хирургической акаде­мии и одновременно начал преподавать в Лесной акаде­мии.

В 1864 г. Бородин был из­бран ординарным профессо­ром. В период с 1872 по 1887 г. преподавал на Женских меди­цинских курсах. Одновремен­но вел большую исследова­тельскую работу, изучая кон­денсацию альдегидов. В 1877 г. за заслуги Бородин был избран академиком Медико-хирурги­ческой академии.

Основные научные достижения

1852 — Вышла в свет мо­нография "Солигаличские солено-минеральные воды".

1861 - Синтезировал пер­вое фторорганическое соеди­нение — фтористый бензоил.

1861 — Предложил способ получения алкилгалогенидов, действуя галогенами на соли жирных кислот. Реакция по­лучила название реакции Бо­родина:

1872 — Одновременно с Ш. Вюрцем и независимо от него осуществил реакцию аль-дольной концентрации. (Альдоль — это альдегидоспирт, ко­торый образуется из двух мо­лекул альдегида под влияни­ем катализатора:

1876 — Создал прибор для определения азота в продук­тах обмена человеческого ор­ганизма и с его помощью раз­работал метод определения этого элемента, которым поль­зуются до сих пор ("способ Бородина").

Одновременно с научной деятельность Бородин много сил и времени отдавал му­зыке. Первое серьезное сочи­нение — концерт для флейты с оркестром — он написал в 14 лет. Во время учебы в акаде­мии создал ряд произведений, внесших заметный вклад в русскую музыкальную культу­ру: фортепианное скерцо, ро­манс и трио для двух скрипок и виолончели. Музыкальные занятия Бородина вызывали неудовольствие у его учите­ля — Н.Н. Зинина, который считал, что не должно "гнать­ся за двумя зайцами". Но Бо­родин считал химию своим ос­новным занятием, а увлечение музыкой — отдыхом.

1862 г. он познакомился с М.А. Балакиревым и вошел в его музыкальный кружок, который позже, в 1867 г., по­лучил название "Могучая куч­ка". С этого времени Бородин начинает серьезно относиться к композиторской деятельнос­ти. К 1867 г. относится сочи­нение Бородиным Первой симфонии. К концу 1860-х гг. им был написан цикл роман­сов на собственные тексты, начата работа над Второй (Бо­гатырской) симфонией и опе­рой "Князь Игорь".

Умер Бородин в 1887 г. Опера, сочинением которой он занимался около 18 лет, не была окончена. НА. Римский-Корсаков и А. К. Глазунов за­кончили ее оркестровку и до­писали некоторые фрагменты. В 1890 г. опера "Князь Игорь" была поставлена на сцене Мариинского театра.

3. 
   Подведение итогов по рассмотренному материалу. слайд 16
   

7. 
   Отдельные представители и их применение.
   

Сообщение учащегося по заранее подготовленному материалу с использованием слайда

Чем больше поляризована эта группа, тем легче идут реакции при­соединения.

Для формальдегида такая тенденция проявляется особенно ярко, так как карбонильная группа в молекуле формальдегида поляризована в наибольшей степени по сравнению с другими членами гомологического ряда альдегидов.

Являясь альдегидом, формальдегид может восстанавливаться до соответствующего спирта (метилового) и окисляться до соот­ветствующей кислоты (муравьиной).

В таблице представлены основные направления органических синтезов на основе формальдегида: получение полимерных ма­териалов (карбамидные и фенолформальдегидные смолы); обра­зование продуктов конденсации формальдегида (триоксан, параформ); синтез взрывчатых веществ (гексоген), лекарственных препаратов (уротропин), первичных спиртов.

Мы упоминули очень интересное соединение — уротропин. Впервые оно было..получено А. М. Бутлеровым в 50-х гг. XIX в. при действии на формальдегид аммиаком. Молекулярная формула вещества (СН₂)₆N₄ определила его хи­мическое название — гексаметилентетрамин. Структура ве­щества

При нагревании в присутствии кислот уротропин вновь разлагается на аммиак и формальдегид. Это его свойство по­зволяет использовать уротропин в медицине в качестве анти­септического средства. В организме человека он медленно гидролизуется, выделяющийся формальдегид уничтожает болез­нетворные микроорганизмы. На том же свойстве основано применение препарата кальцекс, представляющего собой комплекс уротропина с хлоридом кальция.

Большое количество формальдегида используется для про­изводства фенолоформальдегидных смол. Их смешивают с различными наполнителями и изготавливают пластмассы, на­зываемые фенопластами. При растворении фенолоформаль-дегидных смол в ацетоне или спирте получают лаки/

При взаимодействии формальдегида с карбамидом {мочеви­ной) (NН₂)₂СО получают карбамидную смолу, а из нее — амино-пласты. Из этой пластмассы изготавливают электротехнические изделия (выключатели, розетки), материалы для отделки мебели и интерьеров, древесностружечные плиты, искусственный мра­мор, тепло- и звукоизоляционные пористые материалы.

Большое количество формальдегида используется в орга­ническом синтезе для производства лекарственных веществ, красителей.

Широко применяется 40%-ный водный раствор формаль­дегида — формалин. Его использование связано со способно­стью свертывать белок. Так, например, в кожевенном произ­водстве в результате дубильного действия формалина кожа твердеет и не подвергается гниению. На том же свойстве осно­вано применение формалина для хранения биологических препаратов. Формалин используется для дезинфекции и про­травливания семян.

7. 
   Закрепление. слайд 18
   

3. Функциональная группа в молекуле альдегида.

||

О O

7. С₄Н₉ - С

Н
8. СН₃ –

||

O

7. 
   Подведение итогов.
   
8. 
   Домашнее задание. § 19. самостоятельно разобрать способы получения (ОК на доске). № 2,3, 4(задача), № 11*