Глава 10. Карбонильные соединения

Вопросы к семинару

1. Оксопроизводные углеводородов: определение, классификация, номенклатура, изомерия, спектральные характеристики.

2. Способы получения альдегидов и кетонов: окисление спиртов, пиролиз солей карбоновых кислот, гидролиз гем-дигалоген-углеводородов, реакция Кучерова, оксосинтез, ацилирование аренов.

3. Строение и реакционная способность карбонильной группы. Общее и разное в строении >C=C< и >C=O связей.

4. Химические свойства альдегидов и кетонов: реакции нуклеофильного присоединения; присоединения-отщепления; конденсации; окисления; восстановления; реакции по углеводородному радикалу.

5. Сравнение реакционной способности альдегидов и кетонов.

6. Представители, применяемые в медицине (формальдегид, хлоралгидрат, гексаметилентетрамин): способы получения, методы идентификации.

Опыты к лабораторной работе

1. Цветные реакции на альдегиды и кетоны.

2. Получение ацетона.

3. Восстанавливающие свойства альдегидов:

а) взаимодействие оксосоединений с аммиачным раствором оксида серебра и гидроксидом меди (II);

б) окисление альдегидов реактивом Фелинга;

в) окисление бензальдегида кислородом воздуха.

4. Реакции присоединения-отщепления: получение оксима ацетона.

5. Получение и гидролиз уротропина.

Задания к самостоятельной работе

ВАРИАНТ 1

1. Объясните термины и проиллюстрируйте примерами следующие понятия: а) предельный альдегид, б) непредельный альдегид, в) ароматический альдегид, г) кетон. Назовите все соединения.

2. Предложите по одному способу получения всех веществ из задания 1.

3. Для бензальдегида приведите уравнения реакций, протекающих по альдегидной группе и бензольному кольцу (по три для каждого случая).

4. Предложите метод анализа, позволяющий различить этаналь и ацетон. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 2

1. Установите строение соединения состава C₄H₈O, имеющего неразветвленную углеводородную цепь, если известно, что его раствор восстанавливает медь из гидроксида меди (II) при нагревании. Ответ обоснуйте. На основании приведенного на рисунке ИК-спектра подтвердите установленное строение.

2. Предложите способы получения вещества из задания 1 из соответствующего: а) спирта, б) дигалогенпроизводного, в) алкена.

3. Напишите реакции превращения соединения из задания 1 в соответствующие: а) кислоту, б) спирт, в) оксинитрил, г) фенилгидразон. Укажите тип реакций.

4. Объясните возникновение С-Н кислотного центра в карбонильных соединениях. Приведите схему альдольной конденсации на примере пропаналя.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают:

2-бромпропан → пропен → 3-хлорпропен → 1,2,3-трихлорпропан → глицерин → пропеналь

ВАРИАНТ 3

1. Установите структуру соединения состава C₃H₄O, если известно, что раствор этого вещества обесцвечивает бромную воду, а при действии на него фуксинсернистой кислоты окрашивается в розовый цвет. Ответ обоснуйте. Назовите соединение двумя способами и приведите уравнение реакции с бромной водой. Укажите, в какой области ИК-спектра проявляются валентные колебания карбонильной группы.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 из соответствующих: а) одноатомного спирта, б) дигалоген­производного, б) многоатомного спирта.

3. Напишите схемы взаимодействия пропеналя с:

а) гидросульфитом натрия, б) гидроксиламином, в) гидроксидом меди (II) при нагревании, г) хлороводородом. Объясните, почему в последней реакции присоединение идет против правила Марковникова.

4. Предложите метод анализа, позволяющий различить пропеналь, пропаналь, пропанон. Подтвердите уравнениями реакций, укажите аналитические эффекты.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 4

1. Установите структуру соединения общей формулы C₆H₁₂O, на основании данных его ИК-спектра (см. рис.) и если известно, что оно окисляется с трудом, образуя в основном пропановую кислоту. Ответ обоснуйте. Назовите это соединение, приведите уравнение указанной реакции.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 а) окислением спирта, б) пиролизом соли карбоновой кислоты, в) гидролизом дибромалкана.

3. Под действием каких реагентов соединение из задания 1 превратится в: а) гексанол-3, б) 2-метилгексанол-3, в) гидразон. Напишите уравнения реакций.

4. Сравнив строение связей >C=C< и >C=O, объясните, почему для алкенов характерны реакции электрофильного присоединения, а для карбонильных соединений - реакции нуклеофильного присоединения. Ответ подтвердите примерами (по два для каждого соединения).

5. Из этена с помощью последовательных реакций получите 2-гидроксипропаннитрил.

ВАРИАНТ 5

1. Установите структуру соединения состава C₃H₆O, если известно, что вещество не дает положительной реакции «серебряного зеркала», а при гидролизе продукта взаимодействия с метилмагнийиодидом получается 2‑метилпропанол-2. Назовите это соединение, приведите уравнения указанных реакций. Установление структуры аргументируйте.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 из соответствующих: а) спирта, б) гем-дигалогенпроизводного, в) кальциевой соли карбоновой кислоты, г) алкина.

3. Объясните, почему для карбонильных соединений возможны реакции Ad_N. Приведите четыре примера реакции Ad_N на примере этаналя.

4. Сформулируйте правило Попова. Ответ подтверидите уравнением реакции окисления пентанона-3.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают:

Ацетат натрия → метан → дихлорметан → формальдегид → параформ.

ВАРИАНТ 6

1. Установите структуру соединения состава С₈H₈O, если известно, что оно образует оксим, но не окисляется гидроксидом меди. Соотнесите строение вещества с его ИК-спектром. Назовите соединение.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 (не менее трех реакций).

3. Объясните взаимное влияние карбонильной группы и бензольного кольца на реакционную способность ароматических кетонов в реакциях S_E и Ad_N (на примере соединения из задания 1). Ответ подтвердите примерами (по три для каждого типа).

4. Установите строение соединений и запишите уравнениями реакций следующие превращения:

алкан → моногалогеналкан → спирт → альдегид → 1-пропоксиэтанол

5. Предложите метод анализа, позволяющий различить галогеналкан, спирт и альдегид из задания 4. Приведите уравнения реакций, укажите аналитические эффекты.

ВАРИАНТ 7

1. Установите структуру соединения общей формулы C₉H₁₀O, если известно, что: 1) в ИК-спектре данного соединения наблюдаются полосы поглощения в области 1500-1600 см^-1 и интенсивные полосы в области 1680 см^-1; 2) данное вещество способно образовывать оксим, не окисляется оксидом серебра, а при окислении перманганатом калия в кислой среде при нагревании получается п‑бензолдикарбоновая кислота. Напишите уравнения всех реакции, назовите соединение.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1, используя реакции: а) ацилирования, б) гидролиза гем-дигалоген­производных, в) окисления спирта.

3. Сравните химические свойства бензальдегида и уксусного альдегида. Укажите причину общих и разных свойств, подтвердите уравнениями реакций.

4. Объясните, какие из следующих соединений будут вступать в реакцию галоформного расщепления: метаналь, этаналь, пропаналь, пропанон. Приведите уравнения реакций.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 8

1. Поясните термины: непредельный альдегид, диальдегид, ароматический альдегид, кетон. Приведите примеры. Назовите вещества.

2. Предложите по одному способу получения каждого вещества из задания 1, используя реакции разных типов. Назовите исходные соединения.

3. Сравните химические свойства метаналя и этаналя, укажите причину общих и разных свойств, подтвердите уравнениями реакций.

4. Расположите в ряд по уменьшению реакционной способности в реакциях Ad_N следующие соединения: уксусный альдегид, бензальдегид, ацетофенон. Дайте объяснение полученной последовательности.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 9

1. Цитраль, применяющийся для лечения глазных заболеваний, имеет формулу:

Дайте название по международной номенклатуре этому соединению. Какие виды изомерии характерны для него? Ответ подтвердите примерами. Объясните, как с помощью ИК-спектроскопии можно доказать наличие карбонильной группы.

2. Выберите, с какими из предложенных реагентов пойдет взаимодействие цитраля по двойной связи >C=C<; и по карбонильной группе: а) гидросульфит натрия, б) метилмагний бромид, с последующим гидролизом, в) анилин, г) хлороводород, д) вода в присутствии кислоты. Напишите соответствующие уравнения реакций.

3. Сравнив электронное строение связей >C=O и >C=C<, объясните причину различия в механизмах реакций присоединения для карбонильных соединений и алкенов. Приведите по одному примеру соответствующих реакций.

4. Реакцией окисления получите пропанон и пропаналь. Предложите метод анализа, позволяющий различить эти соединения, укажите аналитические эффекты.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 10

1. Установите структурные формулы соединений состава C₄H₈O (два изомера), если известно, что эти вещества окрашиваются в розовый цвет при добавлении фуксинсернистой кислоты. Назовите оба соединения. Соотнесите приведенный ИК-спектр (см. рис.) со строением вещества и укажите, колебания каких связей проявляются в области 600 см^-1; 1700 см^-1; 3000-2840 см^-1.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 (любого из изомеров) из соответствующих: а) спирта, б) алкена, в) дигалогеналкана.

3. Расположите в ряд по увеличению реакционной активности в реакциях Ad_N следующие вещества: бутаналь, хлораль и бутанон. Ответ поясните.

4. Опишите химические свойства бутаналя (не менее восьми реакций). Назовите продукты.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают:

ацетат калия → метан → хлорметан → метанол → метаналь → гексаметилентетраамин.

Какое значение имеет последнее превращение?

ВАРИАНТ 11

1. Установите строение и назовите соединение состава C₅H₁₀O, если известно, что в его структуре содержится четвертичный атом углерода и оно взаимодействует с циановодородной кислотой. Подтвердите уравнением реакции. Какие характеристические полосы поглощения будут наблюдаться в ИК-спектра этого вещества?

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 (не менее трех способов).

3. Какими реагентами нужно действовать на вещество из задания 1, чтобы получить: а) фенилгидразон, б) семикарбазон, в) бисульфитное производное, г) оксинитрил, д) спирт, е) карбоновую кислоту. Приведите уравнения реакций и укажите их тип.

4. Укажите факторы, влияющие на реакционную способность альдегидов и кетонов в реакциях Ad_N. Расположите в ряд по возрастанию реакционной способности следующие вещества: соединение из задания 1, метаналь, пентанон-2.

5. Под каким названием и для каких целей используют в медицине 40% водный раствор формальдегида? Объясните, в результате какого процесса в склянках с этим веществом выпадает белый осадок и как этот осадок можно вновь превратить в исходное соединение. Подтвердите уравнениями реакций.

ВАРИАНТ 12

1. Какое строение может иметь соединение состава С₅H₁₀O, если известно, что оно трудноокисляемо, а продукты окисления - карбоновые кислоты отличаются на один атом углерода. Объясните, колебания каких связей и в какой области ИК-спектра наблюдается для этого вещества. Назовите соединение, постройте формулы четырех его изомеров.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1 (не менее трех реакций).

3. Рассмотрите механизм реакции Ad_N на примере взаимодействия формальдегида и ацетальдегида с циановодородной кислотой. Объясните, в каком случае стереохимическим результатом реакции является рацемизация.

4. Сравните химические свойства бензальдегида и ацетофенона. Укажите причину общих и разных свойств, подтвердите уравнениями реакций.

5. Установите строение веществ, назовите их, приведите уравнения реакций:

альдегид → гем-дихлоралкан → алкин → кетон → 2-этоксипропанол-2.

ВАРИАНТ 13

1. Напишите формулы следующих соединений, выберите среди них изомеры, определите какими именно изомерами относительно друг друга они являются: 1) пропаналь, 2) 2,2-диметилпропаналь, 3) 3‑метилбутаналь, 4) пентанон-3, 5) 3-метилбутанон-2. Укажите для какого из этих соединений возможно существование оптических изомеров; постройте формулы Фишера, соответствующие R и S-конфигурациям.

2. Предложите четыре способа получения вещества «3» из задания 1. Назовите исходные соединения.

3. Напишите уравнения реакций, позволяющих превратить пропаналь в: а) пропанол-1, б) 1-цианопропанол-1, в) 1-этокси­пропанол‑1, г) 3-гидрокси-2-метилпентаналь, д) 2-метилпентен-2-аль, е) 1,1‑ди­бромпропан. Укажите, как с помощью ИК-спектроскопии можно различить пропаналь и пропанол-1.

4. Объясните механизм реакции нуклеофильного присоединения на примере взаимодействия бутаналя с этанолом. Объясните, почему в результате реакции образуется рацемическая смесь продуктов.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, укажите, под действием каких реагентов они протекают:

ВАРИАНТ 14

1. Установите структурные формулы соединений состава C₆H₁₂O, если известно, что они содержат два вторичных атома углерода и восстанавливаются до первичных спиртов. Напишите уравнения реакций восстановления и назовите исходные соединения. Объясните, как с помощью ИК-спектроскопии можно доказать наличие в этих соединениях карбонильной группы.

2. Предложите способы получения соединения из задания 1(одного изомера): а) реакцией окисления, б) гидролизом дигалогеналкана, в) оксосинтезом. В каких из этих реакций могут образовываться изомеры?

3. Опишите химические свойства кетонов на примере бутанона (не менее 6 реакций).

4. Объясните причину появления CH-кислотного центра в альдегидах и приведите уравнения двух реакций с участием этого центра (на примере этаналя).

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

ВАРИАНТ 15

1. Установите строение соединения состава C₄H₈O, если известно, что это вещество взаимодействует с аммиачным раствором оксида серебра и содержит третичный атом углерода. Поясните, колебания каких связей наблюдаются в его ИК-спектре. Назовите соединение, приведите структурную формулу его изомера, не дающего реакцию «серебряного зеркала».

2. Предложите способы получения соединения (задания 1) из: а) алкена, б) спирта, в) дигалогеналакана. Можно ли получить это вещество по реакции Кучерова? Почему?

3. Выберите, с какими из следующих соединений будет реагировать соединение из задания 1: а) циановодород, б) фенилгидразин, в) этилмагнийбромид с последующим гидролизом, г) Cu(OH)₂ при нагревании, д) соляная кислота, е) бромид фосфора(V). Приведите уравнения соответствующих реакций.

4. Сравните химические свойства этаналя и бензальдегида. Укажите причину общих и разных свойств. Приведите по три уравнения реакций, характерных для одного из них, но невозможных для другого.

5. Предложите схему синтеза гексаметилентетрамина, исходя из метана (путем последовательных реакций). Укажите, для чего он используется в медицине.

Вариант 16

1. Поясните термины: а) предельный альдегид, б) жирно-ароматический кетон, в) полуацеталь, г) альдоль, д) фенилгидразон. Приведите по одному примеру, назовите вещества. Объясните, как с помощью ИК-спектоскопии можно отличить вещества «а, г, д».

2. Предложите по одному способу получения всех веществ из задания 1. Назовите исходные соединения.

3. Метаналь, пропаналь, пропанон ввели в реакцию с металмагний бромидом с последующим гидролизом. Напишите уравнения реакций и поясните, в каком (каких) случаях продукты реакции представляют собой рацемическую смесь.

4. Объясните, почему трихлоруксусный альдегид в отличие от уксусного дает устойчивую гидратную форму. Приведите уравнения, назовите продукты, укажите применение в фармации. Для этого вещества напишите уравнение фармакопейной реакции на подлинность, укажите аналитический эффект.

5. Запишите уравнениями реакций следующие превращения, назовите все соединения:

Вопросы для самоконтроля

Для каждого незаконченного утверждения в заданиях 1-9 напишите букву, соответствующую правильному ответу, учитывая, что ответ может быть использован один раз, несколько раз и не использован совсем.