Этаналь как получить

— Пропаналь

Этаналь как получить

— Бутаналь

Этаналь как получить

Спирты в результате присоединения к альдегидам и кетонам образуют с одной молекулой спирта неустойчивые полуацетали и полукетали, с двумя — устойчивые ацетали и кетали. Реакции образования полуацеталей катализируются кислотами и основаниями. Эта реакция обратима — ацетали гидролизуются под действием кислот.

Механизм реакции обратен механизму гидролиза ацеталей.

Этаналь как получить

Ацетали образуются при действии избытка спирта только в кислой среде. Обратная реакция гидролиза ацеталей тоже катализируется кислотами.

Этаналь как получить

При щелочном гидролизе уходящая группа (RO) является очень плохой, и реакция невозможна. Это свойство — устойчивость ацеталей в щелочной среде — используется, когда необходимо защитить карбонильную группу.

5.Напишите схемы реакций взаимодействия:

— бензальдегида с метиламином

— бутаналя с метантиолом в мольном отношении 1:2

— бутаналя с этиламином

— пропаналя с гидроксиламином

Опишите механизм реакций. Способны ли гидролизоваться полученные соединения? Напишите схемы реакций гидролиза.

Решение

Этаналь как получить

Этаналь как получитьЭтаналь как получитьЭтаналь как получить

Имины, оксимы по реакциям, обратным их образованию могут подвергаться гидролизу водными кислотами. Гидролиз можно рассматривать как катализируемое кислотами присоединение воды к гетероаналогу карбонильного соединения.

Тиоацетали, также могут быть подвергнуты гидролизу.

Этаналь как получитьЭтаналь как получить

Этаналь как получитьЭтаналь как получить

Карбонильная группа содержит двойную углерод-кислородную связь; поскольку подвижные π-электроны сильно оттянуты к кислороду, углерод карбонильной группы является электрон-дефицитным центром, а кислород карбонильной группы — электроноизбыточным.

Поскольку важнейшая стадия в этих реакциях — образование связи с электронодефецитным (кислым) карбонильным углеродом, то карбонильная группа более всего склонна к взаимодействию с электроноизбыточными нуклеофильными реагентами, т. е. с основаниями. Типичными реакциями альдегидов и кетонов будут реакции нуклеофильного присоединения.

Этаналь как получить

В переходном состоянии кислород начинает приобретать электроны и отрицательный заряд, который он будет иметь в конечном продукте. Именно тенденция кислорода приобретать электроны, точнее его способность нести отрицательный заряд, и является действительной причиной реакционной способности карбонильной группы по отношению к нуклеофилам.

Этаналь как получить

Оксимы и тиоацетали образуются по этому механизму.

6.Напишите схемы реакций альдольной конденсации

— этаналя

— 2-метилпропаналя

— бутаналя

— пентаналя

Опишите механизмы реакций, объясните причину появления CH- кислотного центра.

Решение

На присоединении сопряженного карбаниона генерированного из альдегида или кетона, к карбонильной группе основывается важная реакция — альдольная конденсация (правильнее было бы называть эту реакцию альдольным присоединением):

Этаналь как получить

В некоторых случаях альдольное присоединение происходит в присутствии кислого катализатора. При этом нейтральный и слабый С-нуклеофил — енол — присоединяется к активированной карбонильной группе.

Для проведения реакций используют слабощелочную среду.

Этаналь как получить

Этаналь как получить

Этаналь как получить

Этаналь как получить

Ионизация α-водородного атома

Этаналь как получить

приводит к карбаниону I, представляющему собой резонансный гибрид двух структур (II и III), резонанс которых возможен лишь при участии карбонильной группы

Этаналь как получить

Резонанс подобного типа невозможен для карбанионов, образующихся при ионизации β- и γ-водородных атомов и т. д. в насыщенных карбонильных соединениях.

Таким образом, карбонильная группа влияет на кислотность α-водородных атомов точно так же, как она влияет на кислотность карбоновых кислот: группа С=О участвует в делокализации отрицательного заряда аниона

Этаналь как получить

Альдегидная группа обладает также отрицательным индуктивным эффектом (I), что также влияет на усиление кислотных свойств α-водородных атомов.

α-Водородные атомы карбонильных соединений все же слабо кислые, хотя и обладают кислотностью достаточной для того, чтобы они отрывались при действии основных реагентов. Поэтому образующиеся карбанионы будут сильными основаниями и исключительно реакционноспособными частицами. В реакциях они ведут себя, как и следовало ожидать, как нуклеофилы.

7.Напишите схемы внутримолекулярных превращений, которым подвергаются в кислой среде:

— 4-гидрокси — 3-метилпентаналя

— 5-гидроксигексаналя

Опишите механизм реакций. В чём причина этого внутримолекулярного взаимодействия? Способны ли гидролизоваться полученные соединения?

Решение

γ- и δ-Гидроксикарбонильные соединения легко образуют продукты внутримолекулярного взаимодействия гидроксильной группы с карбонильной — циклические полуацетали. Эти соединения могут существовать в форме с открытой цепью и в циклической полуацетальной форме. Такое явление называется кольчато-цепнойизомерией. В отдельных случаях наблюдается равновесие между циклическими и открытыми формами.

γ-Гидроксикарбонильные соединения образуют производные тетрагидрофурана.

δ-Гидроксикарбонильные соединения образуют цикл тетрагидропирана, точнее производные 2-гидрокситетрагидропирана, в которых появляется асимметрический атом углерода.

Этаналь как получить

Это реакции внутримолекулярного нуклеофильного присоединения с кислотным катализом.

Этаналь как получить

Гидролиз этих соединений протекать не может, так как в процессе реакции не образовывалось воды (вода не отщеплялась).

8.Напишите схемы реакций получения:

— полного этилового эфира бутандиовой кислоты из бутандиовой кислоты

— полного амида бутандиовой кислоты из полного метилового эфира той же кислоты

— метилацетата из соответствующей карбоновой кислоты и ангидрида

— ацетамида из соответствующих функциональных производных: сложного эфира и ангидрида

— метилацетата по реакции этерификации

— сложного эфира из бутановой кислоты и этилового спирта

— пропанамида из различных ацилирующих агентов: кислоты, ангидрида, сложного эфира

— ангидридов бутановой и бутандиовой кислот из соответствующих кислот

Опишите механизмы реакций. Объясните необходимость катализатора в реакции этерификации.

Решение

studfiles.net

Уксусный альдегид (другие названия: ацетальдегид, метилформальдегид, этаналь) — это органическое соединение, принадлежащее к классу альдегидов. Это вещество имеет важное значение для человека, оно встречается в кофе, хлебе, спелых фруктах и овощах. Синтезируется растениями. Встречается в природе и производится в больших количествах человеком. Формула уксусного альдегида: CH3-CHO.

Физические свойства

1. Уксусный альдегид – это жидкость без цвета, имеющая резкий неприятный запах.
2. Хорошо растворяется в эфире, спирте и воде.
3. Молярная масса составляет 44,05 грамм/моль.
4. Плотность равна 0,7 грамм/сантиметр³.

Термические свойства

1. Температура плавления равна -123 градусам.
2. Температура кипения составляет 20 градусов.
3. Температура воспламенения равна -39 градусам.
4. Температура самовоспламенения составляет 185 градусов.

Получение уксусного альдегида

1. Основной способ получения этого вещества заключается в окислении этилена (так называемый процесс Вакера). Так выглядит эта реакция:
2CH2 = C2H4 (этилен) + O2 (кислород) = 2CH3CHO (метилформальдегид)

2. Также уксусный альдегид можно получить посредством гидратации ацетилена в присутствии ртутных солей (так называемая реакция Кучерова). При этом получается фенол, который затем изомеризуется в альдегид.

3. Следующий метод был популярным до появления вышеописанного процесса. Выполнялся путем окисления или дегидрирования этилового спирта на серебряном или медном катализаторе.

Применение уксусного альдегида

— Для получения каких веществ нужен уксусный альдегид? Уксусная кислота, бутадиен, альдегидные полимеры и некоторые другие органические вещества.
— Используется в качестве прекурсора (вещество, которое участвует в реакции, приводящей к созданию целевого вещества) к уксусной кислоте. Однако так применять рассматриваемое нами вещество вскоре перестали. Это произошло по той причине, что уксусную кислоту проще и дешевле производить из металона при помощи процессов Катива и Монсанто.
— Метилформальдегид – важный прекурсор к пентаэритролу, пиридиновым производным и кротоналдегиду.
— Получение смол в результате того, что мочевина и уксусный альдегид имеют способность конденсироваться.
— Получение этилидендиацетата, из которого в дальнейшем производят мономер поливинилацетат (винилацетат).

Табачная зависимость и уксусный альдегид

Данное вещество – это значительная часть табачного дыма. Недавно была проведена демонстрация, на которой было показано, что синергическая связь уксусной кислоты с никотином увеличивает проявление зависимости (особенно у лиц до тридцати лет).

Болезнь Альцгеймера и уксусный альдегид

Те люди, у которых нет генетического фактора конверсии метилформальдегида в уксусную кислоту, имеют высокий риск предрасположенности к такому заболеванию, как сенильная деменция (или болезнь Альцгеймера), которая обычно возникает в старческом возрасте.

Алкоголь и метилформальдегид

Предположительно рассматриваемое нами вещество является канцерогеном для человека, так как на сегодняшний день существуют доказательства канцерогенности уксусного альдегида в различных экспериментах на животных. Кроме этого, метилформальдегид повреждает ДНК, вызывая тем самым несоразмерное с массой тела развитие мышечной системы, которое связано с нарушением обмена белка в организме. Было проведено исследование 800 алкоголиков, в результате которого ученые пришли к выводу, что у людей, подвергшихся воздействию уксусного альдегида, есть дефект в гене одного фермента – алкогольдегидрогеназы. По этой причине такие пациенты больше подвержены риску развития онкологического заболевания почек и верхней части печени.

Безопасность

Данное вещество токсично. Является загрязнителем атмосферы при курении или от выхлопов в автомобильных пробках.

fb.ru

Строение

В этаналя, как и у любого другого альдегида, три атома соединены с центральным тригонально атомом (а именно: атом кислорода, атом водорода и атом углерода). Все они лежат в одной плоскости с этим тригонально атомом. Все углы связей тригонального атома с этими атомами близки к 120 °.

В карбонильной группе есть очень большая разница в электроотрицательности между атомами углерода и кислорода. Это отражается в большом дипольном моменте уксусного альдегида. Электроны связи распределены неравномерно, поэтому молекула этаналя сильно полярная. Для качественного описания природы связи в карбонильной группе обычно используют представление о двойной связь, содержащая σ- и π-компоненты с двумя парами несвязанных (n) электронов у атома кислорода. Принято, что тригонально атом углерода находится в состоянии sp 2 гибридизация и образует σ-связь с водородом и другим атомом углерода.

Физические свойства

Этаналь, как и все альдегиды, не способен образовывать водородных связей, поэтому его температура кипения составляет лишь 20,16 ° C. При обычных условиях — это бесцветная жидкость с резким удушливым запахом, при разбавлении водой приобретает фруктового запаха. Хорошо растворяется в воде, спирте, эфире.

Получение

Процесс Вакера

Главным промышленным способом получения уксусного альдегида является процесс Вакера. Он заключается в окислении этилена, который получают при крекинга углеводородов. Этот способ имеет гораздо большее значение, чем окисления, каталитическая дегидрогенизация этанола или гидратация ацетилена. В процессе Вакера этилен окисляют в водном растворе, хлорид меди (II) и хлорид палладия (II). В одностадийном варианте катализатор регенерируют кислородом в условиях непрерывного синтеза, в двухстадийном варианте катализатор регенерируют воздухом в отдельном реакторе. Реакция катализируется палладием.

С дигалогенопохидних

В результате гидролиза дигалогенопохидних с двумя атомами галогена при одном атоме углерода образуются двухатомные спирты, содержащие две гидроксильные группы также при одном атоме углерода. Такие диолы крайне неустойчивы и легко отщепляют молекулу воды. Таким образом с 1,1-дихлорэтана можно получить этаналь.

С этанола

При окислении этанола кислородом воздуха при температуре 300-500 ° С при наличии катализаторов, а также такими окислителями, как хромовая смесь, оксид хрома (VI), марганца (IV) оксид и др., Образуется уксусный альдегид.

Данный процесс довольно сложно остановить на стадии образования альдегида и он может длиться до получения уксусной кислоты.

С этанола этаналь можно получить и дегидрогенизации. Для этого испарения спирта необходимо пропустить над катализаторами (цинк, медь) при высоких температурах.

С ацетилена

Этаналь можно получить гидратацией ацетилена. В качестве катализаторов в процессе применяются соли ртути.

Химические свойства

Нуклеофильное присоединение

Взаимодействие с цианидами металлов

При взаимодействии этаналя с солями цианидной кислоты образуются гидроксинитрилы. Сама синильная кислота малодиссоциированных. Поэтому реакцию проводят в щелочной среде, где образуется цианид-ион, который является активной нуклеофильного частью.

Реакция является весьма важной в органической химии. Во-первых, она позволяет продлить карбоновый цепь исходного соединения на один атом углерода. Во-вторых, продукт реакции — 2-гидроксипропанонитрил служит исходным продуктом для синтеза соответствующей гидроксикарбоновои кислоты.

Взаимодействие с водой

Уксусный альдегид вступает в обратимую реакцию гидратации, образуя соответствующий гидрат.

Этаналь в водном растворе гидратированный на 51%.

Взаимодействие со спиртами

Спирты, как и вода, обратимо присоединяются к этаналя с образованием пивацеталей. В спиртовых растворах пивацетали находятся в равновесии с уксусным альдегидом. Так, в этанольная растворе этаналя содержится около 30% пивацеталю (1-етоксиетанолу) (в расчете на альдегид).

При взаимодействий со второй молекулой спирта в условиях кислотного катализа пивацетали превращаются в ацетали.

Взаимодействие с аминами

На первой стадии реакции происходит нуклеофильное присоединение амина по двойной связи карбонильной группы. Первичным продуктом присоединения является биполярный ион, который стабилизируется в результате внутримолекулярного переноса протона от атома азота к атому кислорода, превращаясь в аминоспирт. Однако реакция не останавливается на этой стадии, ведь соединения, содержащие две электроноакцепторные группы при одном атоме углерода, неустойчивы и стремятся к стабилизации путем отщепления одной из групп в виде нейтральной термодинамически стабильной молекулы. В данном случае происходит отщепление молекулы воды от молекулы аминоспирта и образуется имин (основа Шиффа).

Подобно взаимодействия с первичными аминами проходят реакции этаналя с такими производными аммиака, как гидроксиламин, гидразин, фенилгидразин C 6 H 5 NHNH 2 и др. Образующиеся производные уксусного альдегида — оксимы, гидразоны, фенилгидразоны — обычно устойчивы кристаллическими веществами с четкими температурами плавления.

Восстановление

Этаналь восстанавливается до этанола. Одним из эффективных восстановителей является алюмогидрида лития LiAlH 4. Он играет роль поставщика гидрид-ионов H -, которые являются нуклеофильными частицами и присоединяются по двойной связи. Для преобразования образованного сначала алкоксид-иона в спирт после окончания восстановления в реакционную среду добавляют воду.

В промышленности этаналь превращают в этанол в результате каталитической гидрогенизации. Реакцию проводят, пропуская пары альдегида в смеси с водородом над никелевым или палладиевого катализатора.

Альдольно-кротоновая конденсация

В результате взаимодействия в щелочной среде двух молекул этаналя образуется 3-гидроксибутаналь.

Поскольку продукт реакции содержит в молекуле гидроксильную и альдегидную группы, его назвали альдоль (от слов альдегид и алкоголь), а сама реакция конденсации оксосоединений в щелочной среде получила название альдольной конденсации. Эта реакция имеет большое значение в органическом синтезе, поскольку позволяет синтезировать различные гидроксикарбонильни соединения. Альдольно конденсацию можно проводить в смешанном варианте, с использованием различных карбонильных соединений.

Часто альдольная конденсация сопровождается отщеплением воды и образованием α, β-ненасыщенного карбонильной соединения. В таком случае реакция называется кротонов конденсацией. Такое происходит часто, когда реакцию проводят при повышенной температуре.

Реакции окисления

Реакция «серебряного зеркала»

Одной из качественных реакций для определения альдегидной группы реакция «серебряного зеркала» — окисление альдегида аргентум (I) оксидом. Оксид серебра всегда готовят непосредственно перед опытом, добавляя к раствору аргентум (I) нитрата раствор гидроксида щелочного металла. В растворе аммиака аргентум (I) оксид образует комплексное соединение под названием гидроксид диаминсрибла или реактив Толленса. При действии этого соединения на этаналь происходит окислительно-восстановительная реакция. Уксусный альдегид окисляется до уксусной кислоты, а катион Аргентума восстанавливается в металлическое серебро, которое дает блестящий налет на стенках пробирки — «серебряное зеркало».

Окисления гидроксидом меди

Еще одна качественная реакция на альдегиды заключается в их окислении гидроксида меди (II). При окислении альдегида меди (II) гидроксид, что имеет светло-голубой цвет, восстанавливается до гидроксид меди (I) желтого цвета. Этот процесс проходит при комнатной температуре. Если подогреть исследовательский раствор, то меди (I) гидроксид желтого цвета превращается в оксид меди (I) красного цвета.

Галогенирования

Наличие в молекуле этаналя електроноакцепторний оксогруппы является причиной повышенной реакционной способности атомов водорода, находящихся у атомов углерода в α-положении. Они способны замещаться на атомы галогена.

Полимеризация

Уксусный альдегид подобно формальдегида способен полимеризоваться при наличии следов кислоты. При полимеризации трех молекул этаналя образуется паральдегид — жидкость с температурой кипения 124,5 ° С. При нагревании при наличии кислот он деполимеризуется с образованием исходного уксусного альдегида.

Взаимодействие с аммиаком

Уксусный альдегид реагирует с безводным аммиаком в эфире, давая тригидрат гексагидротриазину, который после дегидратации над серной кислотой образует 2,4,6-триметилгексагидро-1,3,5-триазин, азотный аналог «паральдегида».

В промышленности этаналь окисляют до уксусной кислоты и пероцтовои кислоты воздухом. Для получения уксусной кислоты окисления обычно проводят в испарениях и при повышенной температуре. Для получения пероцтовои кислоты реакцию проводят при 0 ° С или при более низкой температуре в растворителе. Как промежуточный продукт образуется 1-гидроксиетилперацетат, который разлагается с образованием пероцтовои кислоты и уксусного альдегида. Последний возвращают в цикл.

Применение

Этаналь применяют в промышленности для производства ацетатов целлюлозы, уксусной и пероцтовои кислот, уксусного ангидрида, этилацетата, глиоксаля, 2-етилгексанолу, алкиламинов, бутанола, пентаэритрита, алкилпиридинив, 1,3-бутиленгликоль, хлорала. Также используется как восстановитель в производстве зеркал.

Мировое производство в 1982 году составило 2 млн т / год (без СССР).

Физиологическое действие

Животные

Для белых мышей при 2-часовой экспозиции ЛК 50 = 21,8 мг / л, при введении в желудок ЛД 50 = 1232 мг / кг. Основные симптомы отравления — расстройство дыхания, раздражение слизистых оболочек. Вдыхание этаналя концентрацией 0,5 мг / л в течение семи часов вызывает заметное раздражение слизистых оболочек у кошек. При 2 мг / л — сильное раздражение, а 20 мг / л через 1-2 часа вызывает смерть. Вскрытие показывает отек и воспаление легких. Крысы и морские свинки переносили введение дозы 100 мг / кг в течение 6 месяцев. При этом отмечалось нарушение условнорефлекторной деятельности, повышение артериального давления. Те же изменения вызвала доза 10 мг / кг через 2-3 месяца.

Человек

Порог восприятия запаха составляет 0,0001 мг / л, а уже при 0,004 мг / л ощущается резкий запах. Кроме легкого раздражения слизистых оболочек от 0,1-0,4 мг / л при хроническом воздействии этаналя других патологических изменений не отмечалось. При больших концентрациях наблюдается учащение пульса, ночное потоотделение. При очень больших — удушье, резкий кашель, головные боли, бронхит, воспаление легких. Возможно привыкание к небольших концентраций.

Попадание в организм и преобразования

Задерживается в дыхательных путях кролика в среднем на 60%, около 25% абсорбируется в верхних дыхательных путях. В организме окисляется до уксусной кислоты, которая вступает в нормальный обмен и сгорает в и. Скорость метаболизма большая и кроликов составляет 7-10 мг / мин .. Промежуточным продуктом окисления является ацетон.

info-farm.ru

chem21.info

Читальный зал

Гроссе Э., Вайсмантель X.

Химия для любознательных. Основы химии и занимательные опыты.

Глава 4. Продолжение

НЕКОТОРЫЕ ИЗ 800000 СОЕДИНЕНИЙ

Молодой немецкий химик, профессор Фридрих Вёлер в 1828 г. впервые получил органическое соединение — мочевину — путем синтеза из неорганических исходных веществ. В середине прошлого века шведский химик Якоб Берцелиус синтезировал уже более 100 различных органических соединений.
(Нельзя не упомянуть здесь и других основоположников органического синтеза. В 1842 г. русский химик Н. Н. Зинин впервые синтезировал анилин, который раньше получали только из растительного сырья. В 1845 г. немецкий химик Кольбе синтезировал уксусную кислоту, в 1854 г. француз Бертло- жиры, в 1861 г. А. М. Бутлеров — сахаристое вещество. Интересные сведения о жизни и деятельности этих ученых содержатся, в частности, в книге К. Манолова «Великие химики». Т. 1 и 2. Пер. с болг. (М., Изд. «Мир», 1976), — Прим. перев.)
С тех пор тысячи химиков во всех странах в результате настойчивого и тяжелого труда создали или выделили из природных источников множество новых органических веществ. Они исследовали их свойства и опубликовали результаты своих работ в научных журналах.
К началу XX в. было исследовано уже около 50 000 различных органических соединений, большей частью полученных путем синтеза. К 1930 г. число их выросло до 300000, а в настоящее время число полученных в чистом виде и не следованных органических соединений, по-видимому, намного превышает 800 000. Тем не менее возможности еще далеко не исчерпаны. Каждый день во всем мире находят и исследуют все новые и новые вещества.
Большинство органических соединений не нашло практического применения. Многие из них знакомы по личному опыту лишь очень узкому кругу химиков. Несмотря на это, затраченный труд был отнюдь не напрасным, так как некоторые вещества оказались ценными красителями, лекарствами или материалами нового типа. Нередко бывает, что вещество, которое известно уже несколько десятков лет и давно описано в научной литературе, неожиданно приобретает большое практическое значение.
Например, недавно открыта активность некоторых сложных соединений по отношению к насекомым-вредителям. Вполне вероятно, что и другие соединения, которые до сих пор упоминаются только в старых, покрытых пылью научных журналах, в ближайшее же время найдут применение как красители, лекарственные средства или в какой-либо другой области. Не исключено даже, что они приобретут исключительное значение в народном хозяйстве. Теперь самостоятельно получим и исследуем несколько веществ, особенно важных в промышленности.

www.alhimik.ru

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.