Нуклеофильные реакции у карбонильного атома углерода

Соединения, содержащие полярную карбонильную группу (С=О), составляют один из важнейших классов органических веществ, называемых альдегидами и кетонами:

Из-за особенностей внутримолекулярных электронных взаимодействий альдегиды и кетоны проявляют высокую и разнообразную реакционную способность. Поскольку атом углерода электронодефицитен, то он представляет собой удобный центр для нуклеофильной атаки.

Лабораторная работа № 5

Цель:изучить и сравнить свойства карбонильных соединений – альдегидов и кетонов.

Опыт 1. Получение оксима ацетона

Многие оксимы хорошо кристаллизуются и имеют четко выраженную температуру плавления, поэтому они используются для идентификации карбонильных соединений.

В пробирку поместите по 1 лопаточке гидрохлорида гидроксиламина и сухого карбоната натрия, растворите в 10-20 каплях воды. После выделения основной массы диоксида углерода охладите пробирку и добавьте при встряхивании 15 капель ацетона.

Вопросы

1. Какие изменения наблюдаются в пробирке?

2. Напишите схему происходящей в пробирке реакции и приведите ее механизм.

Опыт 2. Получение 2,4-динитрофенилгидразона формальдегида

Поместите в пробирку 5 капель раствора 2,4-динитрофенилгидразина и 1-2 капли формалина.

Вопросы

1. Какие изменения наблюдаются в пробирке?

2. Напишите схему происходящей реакции и приведите ее механизм.

3. Будут ли вступать в эту реакцию кетоны?

Опыт 3. Цветные реакции на альдегиды и кетоны

Реакции являются очень чувствительными, широко используются в клиническом анализе (например, для обнаружения ацетона в моче).

А) В пробирку поместите 2-3 капли формалина и 2 капли раствора фуксинсернистой кислоты.

Б) Иодоформная проба (проба Либена).

В пробирку поместите 1 каплю раствора иода в иодиде калия и прибавьте почти до исчезновения окрашивания по каплям 10 %-ный раствор гидроксида натрия. К обесцвеченному раствору добавьте 1 каплю ацетона. При слабом нагревании (от тепла рук) выпадает желто-белый осадок с характерным запахом.

Вопросы

1. Напишите схему реакции образования иодоформа.

2. Какие структурные фрагменты должны содержаться в молекуле соединения, обнаруживаемого с помощью иодоформной пробы?

3. Возможно ли обнаружить этанол с помощью иодоформной пробы?

Опыт 4. Окисление карбонильных соединений

А) окисление формальдегида аммиачным раствором гидроксида серебра (реакция серебряного зеркала, качественная реакция на альдегиды)

В чистую сухую пробирку налейте 1 мл свежеприготовленного аммиачного раствора оксида серебра и 1 мл формалина (осторожно по стенке). Полученную смесь поместите в горячую водяную баню.

Б) окисление формальдегида гидроксидом меди (II)

В пробирку налейте 2 мл 5 %-ного раствора формальдегида (формалин), 2 мл 10 %-ного раствора гидроксида натрия и, при встряхивании, добавьте по каплям 2 %-ный раствор сульфата меди (II) до появления неисчезающего осадка. Содержимое пробирки нагрейте до начала кипения и наблюдайте изменение окраски реакционной смеси.

Вопросы

1. Какие изменения наблюдаются в пробирках после нагревания?

2. Напишите схему окисления формальдегида по реакции серебряного зеркала и с гидроксидом меди (II).

3. Можно ли использовать как качественную пробу реакцию серебряного зеркала для кетонов?

в) окисление ацетона

Ацетон не может быть окислен в условиях окисления альдегидов (почему?), но он может быть окислен более сильным окислителем.

В пробирку к 1 мл ацетона прилейте 1 мл воды (растворяется ли ацетон в воде?). К полученному раствору добавьте 1-2 капли концентрированной серной кислоты. Подогрейте пробирку на горячей водяной бане и внесите небольшими порциями измельчённый перманганат калия, пока не перестанет исчезать его фиолетовая окраска. При нагревании раствора можно обнаружить по запаху пары уксусной кислоты.

При окислении происходит разрыв углеродной цепи и образование двух кислот – уксусной и муравьиной.

Вопросы

1. Чем объясняется различие в способности к окислению альдегидов и кетонов?