CH33. KARBONYLOVÉ SLOUČENINYMgr. Aleš Chupáč, RNDr. Yvona Pufferová

Gymnázium, Havířov-Město, Komenského 2, p.o.

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky.

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“

Soubor prezentací: CHEMIE PRO III. ROČNÍK GYMNÁZIA

ÚVOD

• sloučeniny, které ve svých molekulách obsahují karbonylovou skupinu

• ROZDĚLENÍ: (1) Aldehydy (2) Ketony

(3) Keteny (4) Chinony

R

R

OC

R CHO

H

R

OC O

R2

R1

C

ÚLOHA: Názvosloví karbonylových kyselin

Pojmenujte či uveďte vzorce sloučenin:CH2 CH2 CH2CH3 CH

O

CH3 CH2 CH2 C CH3

O

CH3 CH CH CH

O

AcetonFormaldehyd2-chlorheptanal

4.

2.

3.

1.

5.

6.

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.

• 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

C O

O-

A

H

R CA-+R

H

O

C+

ADICE ALKOHOLŮ

• vznikají ACETALY = jsou stálé v zásaditém prostředí, kyselinami se zpět rozkládají na aldehyd a alkohol

CH3

O

C

H

O

OH

CH3 C

H

CH3+

OCH3

OCH3CH3 CH+ + OH2

CH3 O-

CH3 OH

H+

+

-

O

OH

CH3 C

H

CH3 CH3 OH

1-methoxyethanolpoloacetal

acetal

ALDOLIZACE (aldolová kondenzace)

• reakce dvou molekul aldehydů za vzniku 3-hydroxyaldehydů (aldolů)

CH3

O

C

H

+CH3

O

C

H

C

OH

CH2CH3 C

H

O

H

3-hydroxybutanal

R1 CHO

R2

CHO

OH

CHR1 C

H

R2CH2 CHO+OBECNÌ :

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

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.

NaOHCHO COONa

+CH2OH

OXIDACE ALDEHYDŮ

• probíhá VELMI snadno

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+I

2O + Na+I + 2 H2O

CH3 CH OO2 / Cu

CH3 C

O

OH

OXIDACE KETONŮ

• probíhá jen za účinku silných oxidačních činidel (kyselina dusičná)

• dochází k rozštěpení molekuly ketonu

R1 CO

CH2 R2 R1 CO

C R2O

R1 C

OOH + R2C

OOH

CO

CH3CH3 CO

OHCH3 + CO2 + H2O

REDUKCE ALDEHYDŮ A KETONŮ

• adice vodíku na vazbu C=OA) komplexními hydridy, kovy (Na, Al) - redukuje se jen

karbonylová skupinaB) katalyticky vodíkem (zanikají i dvojné vazby C=C)

• REDUKCE ALDEHYDŮ vzn. primární alkoholy

• REDUKCE KETONŮ vzn. sekundární alkoholy

CH3 CH OLiAlH4 CH3 CH2

OH

CH3 C CH3

O

LiAlH4 CH3 CH CH3

OH

POLYMERACE

• Aldehydy polymerují velmi snadno, někdy samovolně (formaldehyd), jindy působením stop kyselin nebo nízké teploty (acetaldehyd).

H CH2 OHOn HCHOn

paraformaldehyd

ÚLOHA: Reakce karboxylových kyselin

Zapište chemickými rovnicemi následující děje,uveďte názvy látky.

A) Reakce propanalu v roztoku hydroxidu sodného.B) Oxidace propanalu.C) Redukce pentan-2-onu.D) Reakce ethanalu s ethanolem.

PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN

• Dehydrogenace primárních alkoholů

• Oxidace arenů

C OH

H

H

H + O2kat. Ag, Cu

C

O

H

H

- H2O

CH3

oxidace

CHO

PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN

• Hydrolýza monotopických dihalogenderivátů

• Hydratace alkynů

CH3 CH

Cl

Cl

+ PbO+ OH2 CH3 CH

OH

OH- PbCl2

CH3 C

O

H- H2O

C CH H + OH2

H2SO4C C

OHH

H H

C C

O

H

H

H H

PŘÍPRAVA KARBONYLOVÝCH SLOUČENIN

• Tepelný rozklad solí karboxylových kyselin

• Friedel-Craftsova acylace

(RCOO)2Ca CaCO3+O

CH3 C CH3

HCl++O

Cl

CH3 C

O

C CH3

ÚLOHA: Příprava aldehydů a ketonů

Doplňte chemické rovncie dějů, katalyzátory a pojmenujte všechny látky.

CH

CH

CH

CH

CH

CH+ CH3

O

Cl

CH2 C ? ? ?

CH3 CH2 C CH + H2O? ? ?

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• např. O

O

OH

henna (z rostliny Lawsonia)

Použité informační zdroje1. 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.