Ацетальдегид формула получение. Альдегиды и кетоны — номенклатура, получение, химические свойства
Уксусный альдегид относится к органическим соединениям и входит в класс альдегидов. Какими свойствами обладает это вещество, и как выглядит формула уксусного альдегида?
Общая характеристика
Уксусный альдегид имеет несколько названий: ацетальдегид, этаналь, метилформальдегид. Это соединение является альдегидом уксусной кислоты и этанола. Его структурная формула выглядит следующим образом: CH 3 -CHO.
Рис. 1. Химическая формула уксусного альдегида.
Особенностью этого альдегида является то, что он встречается как в природе, так и производится искусственным путем. В промышленности объем производства этого вещества может составлять до 1 миллиона тонн в год.
Этаналь встречается в пищевых продуктах, таких как кофе, хлеб, а также это вещество синтезируют растения в процессе метаболизма.
Уксусный альдегид представляет собой жидкость без цвета, но отличающуюся резким запахом. Растворим в воде, спирте и эфире. Является ядовитым.
Рис. 2. Уксусный альдегид.
Жидкость закипает при достаточно низкой температуре – 20,2 градуса по Цельсию. Из-за этого возникают проблемы с ее хранением и транспортировкой. Поэтому хранят вещество в виде паральдегида, а ацетальдегид из него получают в случае необходимости путем нагревания с серной кислотой (либо с любой другой минеральной кислотой). Паральдегид – это циклический тример уксусной кислоты.
Способы получения
Получить уксусный альдегид можно несколькими способами. Самый распространенный вариант – окисление этилена или, как еще называют этот способ, процесс Вакера:
2CH 2 =CH 2 +O 2 —2CH 3 CHO
Окислителем в данной реакции выступает хлорид палладия.
Также уксусный альдегид можно получить пр взаимодействии ацетилена с солями ртути. Данная реакция носит имя русского ученого и называется реакцией Кучерова. В результате химического процесса образуется енол, который изомеризуется в альдегид
C 2 H 2 +H 2 O=CH 3 CHO
Рис. 3. М. Г. Кучеров портрет.
Введение
На сегодняшний день известны миллионы химических соединений. И большинство из них относится к органическим. Эти вещества делят на несколько больших групп, название одной из них - альдегиды. Сегодня мы рассмотрим представителя этого класса - уксусный альдегид.
Определение
Уксусный альдегид является органическим соединением класса альдегидов. Его могут называть и по-другому: ацетальдегидом, этаналем или метилформальдегидом. Формула уксусного альдегида - CH 3 -CHO.
Свойства
Получение
В основном уксусный альдегид получают с помощью окисления этилена (процесс Вакера). В роли окислителя выступает хлорид палладия. Еще данное вещество можно получить во время гидратации ацетилена, в которой присутствуют соли ртути. Продуктом реакции является енол, который изомеризуется в искомое вещество. Еще один способ получения уксусного альдегида, который был наиболее популярным задолго до того, как стал известен процесс Вакера, - окисление или дегидратация этанола в присутствии медного или серебряного катализаторов. При дегидратации, помимо искомого вещества, образуется водород, а во время окисления - вода.
Применение
С помощью обсуждаемого соединения получают бутадиен, альдегидные полимеры и некоторые органические вещества, в том числе и одноименную кислоту. Она образуется при его окислении. Реакция выглядит так: "кислород + уксусный альдегид = уксусная кислота". Этаналь - важный прекурсор ко многим производным, и это свойство широко применяется в синтезе
многих веществ. В организмах человека, животных и растений ацетальдегид является участником некоторых сложных реакций. Также он входит в состав сигаретного дыма.
Заключение
Ацетальдегид может приносить как пользу, так и вред. Он плохо воздействует на кожу, является ирритантом и, возможно, канцерогеном. Поэтому его присутствие в организме нежелательно. Но некоторые люди сами провоцируют появление ацетальдегида, куря сигареты и употребляя алкоголь. Подумайте над этим!
АЦЕТАЛЬДЕГИД , уксусный альдегид , этаналь , СН 3 ·СНО, находится в винном спирте-сырце (образуется при окислении этилового алкоголя), а также в первых погонах, получающихся при ректификации древесного спирта. Прежде ацетальдегид получали окислением этилового спирта бихроматом, но теперь перешли к контактному способу: смесь паров этилового спирта и воздуха пропускается через нагретые металлы (катализаторы). Ацетальдегид, получающийся при разгонке древесного спирта, содержит около 4-5% различных примесей. Некоторое техническое значение имеет способ добывания ацетальдегида разложением молочной кислоты нагреванием ее. Все эти способы получения ацетальдегида постепенно теряют свое значение в связи с разработкой новых, каталитических методов получения ацетальдегида из ацетилена. В странах с развитой химической промышленностью (Германия) они получили преобладающее значение и дали возможность использования ацетальдегида в качестве исходного материала для получения других органических соединений: уксусной кислоты, альдоля и др. Основанием каталитического способа является реакция, открытая Кучеровым: ацетилен в присутствии солей окиси ртути присоединяет одну частицу воды и превращается в ацетальдегид - СН: СН + Н 2 О = СН 3 · СНО. Для получения ацетальдегида по немецкому патенту (химическая фабрика Грисгейм-Электрон в Франкфурте-на- Майне) в раствор окиси ртути в крепкой (45%) серной кислоте, нагретой не выше 50°, при сильном помешивании пропускается ацетилен; образующиеся при этом ацетальдегид и паральдегид периодически сливаются сифоном или отгоняются в вакууме. Наилучшим, однако, является способ, заявленный французским патентом 455370, по которому работает завод Консорциума электрической промышленности в Нюрнберге.
Там ацетилен пропускается в горячий слабый раствор (не выше 6%) серной кислоты, содержащий окись ртути; образующийся при этом ацетальдегид в течение хода процесса непрерывно перегоняется и сгущается в определенных приемниках. По способу Грисгейм-Электрон некоторая часть ртути, образующаяся в результате частичного восстановления окиси, теряется, т. к. находится в эмульгированном состоянии и не может быть регенерирована. Способ Консорциума в этом отношении представляет большое преимущество, т. к. здесь ртуть легко отделяется от раствора и затем электрохимическим путем превращается в окись. Выход почти количественный, и полученный ацетальдегид очень чист. Ацетальдегид - летучая, бесцветная жидкость, температура кипения 21°, удельный вес 0,7951. С водой смешивается в любом соотношении, из водных растворов выделяется после прибавления хлористого кальция. Из химических свойств ацетальдегида следующие имеют техническое значение:
1) Прибавление капли концентрированной серной кислоты вызывает полимеризацию с образованием паральдегида:
Реакция протекает с большим выделением тепла. Паральдегид - жидкость, кипящая при 124°, не обнаруживающая типичных альдегидных реакций. При нагревании с кислотами наступает деполимеризация, и получается обратно ацетальдегид. Кроме паральдегида, существует еще кристаллический полимер ацетальдегида - так называемый метальдегид, являющийся, вероятно, стереоизомером паральдегида.
2) В присутствии некоторых катализаторов (соляная кислота, хлористый цинк и особенно слабые щелочи) ацетальдегид превращается в альдоль . При действии крепких едких щелочей наступает образование альдегидной смолы.
3) При действии алкоголята алюминия ацетальдегид переходит в уксусноэтиловый эфир (реакция Тищенко): 2СН 3 ·СНО = СН 3 ·СОО·С 2 Н 5 . Этим процессом пользуются для получения этилацетата из ацетилена.
4) Особенно большое значение имеют реакции присоединения: а) ацетальдегид присоединяет атом кислорода, превращаясь при этом в уксусную кислоту: 2СН 3 ·СНО + О 2 = 2СН 3 ·СООН; окисление ускоряется, если к ацетальдегиду заранее прибавлено некоторое количество уксусной кислоты (Грисгейм-Электрон); наибольшее значение имеют каталитические способы окисления; катализаторами служат: окись-закись железа, пятиокись ванадия, окись урана и в особенности соединения марганца; б) присоединяя два атома водорода, ацетальдегид превращается в этиловый алкоголь: СН 3 ·СНО + Н 2 = СН 3 ·СН 2 ОН; реакция ведется в парообразном состоянии в присутствии катализатора (никель); в некоторых условиях синтетический этиловый спирт успешно конкурирует со спиртом, получаемым брожением; в) синильная кислота присоединяется к ацетальдегиду, образуя нитрил молочной кислоты: СН 3 ·СНО + HCN =СН 3 ·СН(ОН)CN, из которого омылением получается молочная кислота.
Эти многообразные превращения делают ацетальдегид одним из важных продуктов химической промышленности. Дешевое его получение из ацетилена в последнее время позволило осуществить целый ряд новых синтетических производств, из которых способ производства уксусной кислоты является сильным конкурентом старому способу ее добывания путем сухой перегонки дерева. Кроме того, ацетальдегид находит применение как восстановитель в производстве зеркал и идет для приготовления хинальдина - вещества, применяемого для получения красок: хинолиновой желтой и красной и др.; кроме того, он служит для приготовления паральдегида, применяющегося в медицине в качестве снотворного средства.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ
Этаналь (ацетальдегид, уксусный альдегид) - подвижная, бесцветная, легко испаряющаяся жидкость с характерным запахом (строение молекулы представлено на рис. 1).
Он хорошо растворим в воде, спирте и эфире.
Рис. 1. Строение молекулы этаналя.
Таблица 1. Физические свойства этаналя.
Получение этаналя
Наиболее популярным способом получения этаналя является окисление этанола:
CH 3 -CH 2 -OH + [O] →CH 3 -C(O)H.
Кроме этого используются и другие реакции:
- гидролиз 1,1-дигалогеналканов
CH 3 -CHCl 2 + 2NaOH aq →CH 3 -C(O)-H + 2NaCl + H 2 O (t o).
- пиролиз кальциевый (бариевых) солей карбоновых кислот:
H-C(O)-O-Ca-O-C(O)-CH 3 → CH 3 -C(O)-H + CaCO 3 (t o).
- гидратация ацетилена и его гомологов (реакция Кучерова)
- каталитическое окисление ацетилена
2CH 2 =CH 2 + [O] → 2CH 3 -C(O)-H (kat = CuCl 2 , PdCl 2).
Химические свойства этаналя
Типичные реакции, характерные для этаналя - реакции нуклеофильного присоединения. Все они протекают преимущественно с расщеплением:
- p-связи в карбонильной группе
— гидрирование
CH 3 -C(O)-H + H 2 → CH 3 -CH 2 -OH (kat = Ni).
— присоединение спиртов
CH 3 -C(O)-H + C 2 H 5 OH↔ CH 3 -CH 2 -C(OH)H-O-C 2 H 5 (H +).
— присоединение синильной кислоты
CH 3 -C(O)-H + H-C≡N→CH 3 -C(CN)H-OH (OH —).
— присоединение гидросульфита натрия
CH 3 -C(O)-H + NaHSO 3 →CH 3 -C(OH)H-SO 3 Na↓.
- связи С-Н в карбонильной группе
— окисление аммиачным раствором оксида серебра (реакция «серебряного зеркала») - качественная реакция
CH 3 -(O)H + 2OH → CH 3 -C(O)-ONH 4 + 2Ag↓ + 3NH 3 + H 2 O
или упрощенно
CH 3 -(O)H + Ag 2 O → CH 3 -COOH + 2Ag↓ (NH 3 (aq)).
— окисление гидроксидом меди (II)
CH 3 -(O)H + 2Cu(OH) 2 → CH 3 -COOH + Cu 2 O↓ + 2H 2 O (OH — , t o).
- связи С α -Н
— галогенирование
CH 3 -(O)H + Cl 2 → CH 2 Cl-C(O)-H + HCl.
Применение этаналя
Этаналь используется в основном для производства уксусной кислоты и в качестве исходного сырья для синтеза многих органических соединений. Кроме этого этаналь и его производные идут на изготовление некоторых лекарств.
Примеры решения задач
ПРИМЕР 1
| Задание | Эквимолекулярная смесь ацетилена и этаналя полностью реагирует с 69,6 г Ag 2 O, растворенного в аммиаке. Определите состав исходной смеси. |
| Решение | Запишем уравнения реакций, указанных в условии задачи:
HC≡CH + Ag 2 O → AgC≡Cag + H 2 O (1); H 3 С-C(O)H + Ag 2 O →CH 3 COOH + 2Ag (2). Рассчитаем количество вещества оксида серебра (I): n(Ag 2 O) = m(Ag 2 O) / M(Ag 2 O); M(Ag 2 O) = 232 г/моль; n(Ag 2 O) = 69,6 / 232 = 2,6 моль. По уравнению (2) количество вещества этаналя будет равно 0,15 моль. По условию задачи смесь эквимолекулярна, следовательно, ацетилена тоже будет 0,15 моль. Найдем массы веществ, составляющих смесь: M(HC≡CH) = 26 г/моль; M(H 3 С-C(O)H) = 44 г/моль; m(HC≡CH) = 0,15× 26 = 3,9 г; m(H 3 С-C(O)H) = 0,15×44 = 6,6 г. |
| Ответ | Масса ацетилена равна 3,9 г, этаналя - 6,6 г. |
Химические свойства ацетальдегида
1. Гидрирование. Присоединение водорода к происходит в присутствии катализаторов гидрирования (Ni, Со, Си, Pt, Pd и др.). При этом он переходит в этиловый спирт:
CH3CHO + H2C2H5OH
При восстановлении альдегидов или кетонов водородом в момент выделения (с помощью щелочных металлов или амальгамированного магния) образуются наряду с соответствующими спиртами в незначительных количествах образуются также гликоли:
2 CH3CHO + 2НCH3 - CH - CH - CH3
2. Реакции нуклеофильного присоединения
2.1 Присоединение магнийгалогеналкилов
СН3 - СН2 - MgBr + CH3CHO BrMg - O - CH - C2H5
2.2 Присоединение синильной кислоты приводит к образованию нитрила б-гидроксипропионовой кислоты:
CH3CHO + HCN CH3 - CH - CN
2.3 Присоединение гидросульфита натрия дает кристаллические вещество - производное ацетальдегида:
CH3CHO + HSO3NaCH3 - C - SO3Na
2.4 Взаимодействие с аммиаком приводит к образованию ацетальдимина :
CH3CHO + NH3CH3-CH=NH
2.5 С гидроксиламином ацетальдегид, выделяя воду, образует ацетальдоксимоксим:
CH3CHO + H2NOH H2O + CH3-CH =NOH
2.6 Особый интерес представляют реакции ацетальдегида с гидразином и его замещенными :
CH3CHO + H2N - NH2 + OCHCH3 CH3-CH=N-N=CH-CH3 + 2H2O
Альдазин
2.7 Ацетальдегид способен присоединять по карбонильной группе воду с образованием гидрата - геминального гликоля. При 20?С ацетальдегид в водном растворе на 58% существует в виде гидрата -C- + HOH HO-C-OH
2.8 При действии на ацетальдегид спиртов образуются полуацетали:
CH3CHO + HOR CH3-CH
В присутствии следов минеральной кислоты образуются ацетали
CH3 - CH + ROH CH3 - CH + H2O
2.9 Ацетальдегид при взаимодействии с РС15 обменивает атом кислорода на два атома хлора, что используется для получения геминального дихлорэтана:
CH3CHO + РС15 CH3CHСl2 + POCl3
3. Реакции окисления
Ацетальдегид окисляются кислородом воздуха до уксусной кислоты. Промежуточным продуктом являются надуксусная кислота:
CH3CHO + O2 CH3CO-OOH
CH3CO-OOH + CH3CHOCH3-C-O-O-CH-CH3
Аммиачный раствор гидроксида серебра при легком нагревании с альдегидами окисляет их в кислоты с образованием свободного металлического серебра. Если пробирка, в которой идет реакция, была предварительно обезжирена изнутри, то серебро ложится тонким слоем на ее внутренней поверхности - образуется серебряное зеркало :
CH3 CHO + 2OHCH3COONH4 + 3NH3 + H2O + 2Ag
4. Реакции полимеризации
При действии на ацетальдегид кислот происходит его тримеризация, образуется паральдегид:
3CH3CHO СH3 - CH CH - CH3
5. Галогенирование
Ацетальдегид реагирует с бромом и иодом с одинаковой скоростью независимо от концентрации галогена. Реакции ускоряются как кислотами, так и основаниями.
CH3CHO + Br2 CH2BrCHO + HBr
При нагревании с трис(трифенилфосфин)родийхлоридом претерпевают декарбонилирование с образованием метана:
CH3CHO + [(C6H5)P]3RhClCH4 + [(C6H5)3P]3RhCOCl
7. Конденсация
7.1 Альдольная конденсация
В слабоосновной среде (в присутствии ацетата, карбоната или сульфита калия) ацетальдегид подвергаются альдольной конденсации по А. П. Бородину с образованием альдегидоспирта (3-гидроксибутаналя), сокращенно называемого альдолем. Альдоль образуется в результате присоединения альдегида к карбонильной группе другой молекулы альдегида с разрывом связи С -- Н в б-положеиии к карбонилу:
CH3CHO + CH3CHO CH3-CHOH-CH2-CHO
Альдоль при нагревании (без водоотнимающих веществ) отщепляет воду с образованием непредельного кротонового альдегида (2-бутеналя) :
CH3-CHOH-CH2-CHO CH3-CН=CH-CHO + Н2О
Поэтому переход от предельного альдегида к непредельному через альдоль называется кротоновой конденсацией. Дегидратация происходит благодаря очень большой подвижности водородных атомов в б-положении по отношению к карбонильной группе (сверхсопряжение), причем разрывается, как и во многих других случаях, р-связь по отношению к карбонильной группе.
7.2 Сложноэфирная конденсация
Проходит с образованием уксусноэтилового эфира при действии на ацетальдегид алкоголятов алюминия в неводной среде (по В. Е. Тищенко):
2CH3CHOCH3-CH2-O-C-CH3
7.3 Конденсация Клайзена-- Шмидта.
Эта ценная синтетическая реакция состоит в катализируемой основаниями конденсации ароматического или иного альдегида, не имеющего водородных атомов, с алифатическим альдегидом или кетоном. Например, коричный альдегид может быть получен встряхиванием смеси бензальдегида и ацетальдегида примерно с 10 частями разбавленной щелочи и выдерживанием смеси в течение 8--10 суток. В этих условиях обратимые реакции приводят к двум альдолям, но один из них, в котором 3-гидроксил активирован фенильной группой, необратимо теряет воду, превращаясь в коричный альдегид:
C6H5--CHO + CH3CHO C6H5-CHOH-CH2-CHO C6H5-CH=CH-CHO
Химические свойства кислорода
Кислород обладает высокой химической активностью, особенно при нагревании и в присутствии катализатора. С большинством простых веществ он взаимодействует непосредственно, образуя оксиды. Лишь по отношению к фтору кислород проявляет восстановительные свойства.
Подобно фтору кислород образует соединения почти со всеми элементами (кроме гелия, неона и аргона). С галогенами, криптоном, ксеноном, золотом и платиновыми металлами он непосредственно не реагирует, и их соединения получают косвенным путем. Со всеми остальными элементами кислород соединяется непосредственно. Эти процессы обычно сопровождаются выделением теплоты.
Поскольку по электроотрицательности кислород уступает только фтору, степень окисления кислорода в подавляющем большинстве соединений принимается равной -2. Кроме того, кислороду приписывают степени окисления +2 и + 4, а также +1(F2O2) и -1(Н2О2) .
Наиболее активно окисляются щелочные и щелочноземельные металлы, причем в зависимости от условий образуются оксиды и пероксиды:
О2 + 2Са = 2СаО
О2 + Ва = ВаО2
Некоторые металлы в обычных условиях окисляются лишь с поверхности (например, хром или алюминий). Образующаяся пленка оксида препятствует дальнейшему взаимодействию. Повышение температуры и уменьшение размеров частиц металла всегда ускоряют окисление. Так, железо в нормальных условиях окисляется медленно. При температуре же красного каления (400 °С) железная проволока горит в кислороде:
3Fe + 2О2 = Fe3 O4
Тонкодисперсный железный порошок (пирофорное железо) самовоспламеняется на воздухе уже при обычной температуре.
С водородом кислород образует воду:
При нагревании сера, углерод и фосфор горят в кислороде. Взаимодействие кислорода с азотом начинается лишь при 1200 °С или в электрическом разряде:
Водородные соединения горят в кислороде, например:
2H2S + ЗО2 = 2SO2 + 2Н2О (при избытке О2)
2Н2S + О2 = 2S + 2Н2О (при недостатке О2)
