ibrain.kz
RUKZ
Предыдущая тема|Следующая: Карбоновые кислоты: взаимное влияние атомов в карбоксильной группе, кислотные свойства, реакция этерификации
Химия · 11 класс1 четвертьТема 1Лабораторная работаГОСО РК 2026Базовый

Альдегиды и кетоны: электронное строение карбонильной группы, нуклеофильное присоединение, качественные реакции

Изучение карбонильных соединений, поляризации C=O связи, механизма нуклеофильного присоединения, окисления альдегидов реактивами Толленса и Фелинга.

Время изучения~75 минтеория + практика
Разделы темы5 разд.пошаговый разбор
Тест темы3 вопр.с мгновенным ответом
СОР / СОЧ1 четвертьдескрипторы ГОСО
Раздел 1 из 5
1

Строение карбонильной группы и изомерия

Карбонильными соединениями называют органические вещества, содержащие группу C=O. В альдегидах карбонильная группа связана с одним углеводородным радикалом и атомом водорода (у формальдегида — с двумя H). В кетонах карбонильная группа связана с двумя радикалами. Атом углерода находится в sp2-гибридизации, связь C=O сильно поляризована вследствие высокой электроотрицательности кислорода (δ+ на углероде, δ- на кислороде).

Схема: Карбонильные соединения (альдегиды и кетоны)

Векторная схема
СПИРТЫ (-OH)R — OHГидроксильная группаАЛЬДЕГИДЫ (-CHO)R — CH=OКарбонильная группаКАРБОНОВЫЕ КИСЛОТЫR — COOHКарбоксильная группаСЛОЖНЫЕ ЭФИРЫR — COO — R'ЭтерификацияАМИНЫ (-NH₂)R — NH₂Органические основанияАМИНОКИСЛОТЫH₂N-CH(R)-COOHПептидная связь: -CO-NH-
Поляризация карбонильной группы C=O (δ+ на углероде, δ- на кислороде); нуклеофильное присоединение AN; реакции «серебряного зеркала» и медного зеркала.
Понятие

Карбонильная группа

Функциональная группа >C=O с полярной двойной связью, обуславливающей склонность к реакциям нуклеофильного присоединения (AN).
Понятие

Межклассовая изомерия

Альдегиды и кетоны с одинаковым числом атомов углерода являются межклассовыми изомерами общей формулы Cn H_{2n} O (например, пропаналь и пропанон).

Температуры кипения

Карбонильные соединения не образуют межмолекулярных водородных связей между собой, поэтому их температуры кипения значительно ниже, чем у соответствующих спиртов, но выше, чем у алканов из-за диполь-дипольного взаимодействия.

Шаг 1
Действие 1
Определить главную углеродную цепь, включающую карбонильный углерод.
Шаг 2
Действие 2
Пронумеровать цепь, начиная с альдегидного углерода (для альдегидов суффикс -аль, для кетонов суффикс -он с указанием положения).
Шаг 3
Действие 3
Перечислить заместители с локантами и составить систематическое название по номенклатуре ИЮПАК.
Общая формула и полярность карбонила
CnH2nO,Cδ+=Oδ−C_n H_{2n} O, \quad \overset{\delta+}{\text{C}}=\overset{\delta-}{\text{O}}
Электронная плотность смещена к атому кислорода, что делает углерод центром атаки нуклеофилов.
Раздел 2 из 5
2

Реакции нуклеофильного присоединения (AN)

Благодаря частичному положительному заряду на карбонильном углероде, альдегиды и кетоны легко взаимодействуют с нуклеофильными реагентами: гидридами, синильной кислотой HCN, гидросульфитом натрия NaHSO3, спиртами (с образованием полуацеталей и ацеталей), а также магнийорганическими соединениями (реактивами Гриньяра). Альдегиды более реакционноспособны, чем кетоны, из-за меньшего стерического экранирования и меньшего +I-эффекта радикалов.

Понятие

Нуклеофильное присоединение

Атака нуклеофила Nu- по электрофильному карбонильному углероду с последующим присоединением протона к атому кислорода.
Понятие

Полуацетали

Продукты присоединения одной молекулы спирта к карбонильному соединению R-CH(OH)(OR'), важные для циклической структуры углеводов.

Токсичность метаналя

Формальдегид (метаналь) — бесцветный газ с резким запахом, протоплазматический яд и канцероген. Его 40% водный раствор называется формалином и используется для фиксации биопрепаратов.

Шаг 1
Действие 1
Идентифицировать нуклеофильную частицу Nu: (или Nu-) и электрофильный центр >C=O.
Шаг 2
Действие 2
Присоединить Nu к атому углерода, разорвав π-связь C=O.
Шаг 3
Действие 3
Перенести протон H+ на атом кислорода с образованием гидроксильной группы.
Присоединение спиртов и синильной кислоты
R−CHO+R′OH⇌R−CH(OH)(OR’)R-\text{CHO} + R'\text{OH} \rightleftharpoons R-\text{CH(OH)(OR')}
Образование полуацеталей — ключевая стадия в циклизации сахаров.
Раздел 3 из 5
3

Окисление и качественные реакции альдегидов

Альдегиды в отличие от кетонов легко окисляются даже слабыми окислителями до карбоновых кислот, поскольку у карбонильного атома углерода есть атом водорода. Качественными реакциями на альдегидную группу служат реакция "серебряного зеркала" (взаимодействие с аммиачным раствором оксида серебра [Ag(NH3)2]OH) и реакция со свежеосажденным гидроксидом меди(II) Cu(OH)2 при нагревании (реактив Фелинга), в результате которой выпадает кирпично-красный осадок оксида меди(I) Cu2O.

Понятие

Реакция Толленса

Окисление альдегидов аммиачным комплексом серебра с образованием тончайшей металлической пленки серебра на стекле.
Понятие

Реакция Фелинга

Восстановление комплекса меди(II) альдегидом при нагревании до желтого гидрата CuOH, переходящего в красный Cu2O.

Различие альдегидов и кетонов

Кетоны окисляются только сильными окислителями (KMnO4 в H2SO4) при высокой температуре с разрывом C-C связей цепи, поэтому они дают отрицательный результат в пробах Толленса и Фелинга.

Шаг 1
Действие 1
Составить схему полуреакции окисления альдегида: R-CHO + 3OH- -> R-COO- + 2H2O + 2e-.
Шаг 2
Действие 2
Составить полуреакцию восстановления серебра: [Ag(NH3)2]+ + e- -> Ag + 2NH3.
Шаг 3
Действие 3
Свести электронный баланс и уравнять реагенты с учетом аммиачной среды.
Уравнение реакции серебряного зеркала
R-CHO+2[Ag(NH3)2]OH→ΔR-COONH4+2Ag↓+3NH3+H2OR\text{-CHO} + 2[\text{Ag(NH}_3)_2]\text{OH} \xrightarrow{\Delta} R\text{-COONH}_4 + 2\text{Ag}\downarrow + 3\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O}
Восстановление катиона Ag+ до Ag0 на стенках сосуда.
Раздел 4 из 5
4

Алгоритм проведения качественных реакций на альдегидную группу (-CHO)

Дифференциация альдегидов и кетонов в аналитической химии:

Шаг 1
1. Реакция «серебряного зеркала» (реактив Толленса)
К аммиачному раствору оксида серебра [Ag(NH₃)₂]OH прилить раствор альдегида и нагреть на водяной бане: на стенках пробирки мгновенно оседает зеркальный слой металлического серебра: R-CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH —(t)→ R-COONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O.
Шаг 2
2. Реакция с гидроксидом меди(II) при нагревании (реактив Фелинга)
К свежеосажденному голубому Cu(OH)₂ прилить альдегид и нагреть: цвет меняется с голубого на желтый CuOH↓, а затем выпадает кирпично-красный осадок оксида меди(I): R-CHO + 2Cu(OH)₂ —(t)→ R-COOH + Cu₂O↓(красный) + 2H₂O.
Шаг 3
Проверка кетонов
Кетоны (ацетон CH₃COCH₃) в эти реакции окисления НЕ вступают и зеркала не дают!
Раздел 5 из 5
5

Ловушки ЕНТ: Муравьиная кислота HCOOH — и кислота, и альдегид!

Уникальное вещество в органической химии на ЕНТ:

Муравьиная (метановая) кислота HCOOH!

Разбор строения:

Формула муравьиной кислоты: H-C(=O)-OH.

Она содержит одновременно:

• Карбоксильную группу -COOH (дает кислую реакцию, лакмус красный);

• Альдегидную группу H-C=O (связанную с атомом H)!

Следствие для ЕНТ:

Муравьиная кислота HCOOH — ЕДИНСТВЕННАЯ карбоновая кислота, которая дает реакцию «серебряного зеркала» и обесцвечивает раствор перманганата калия KMnO₄:

HCOOH + 2[Ag(NH₃)₂]OH —(t)→ (NH₄)₂CO₃ + 2Ag↓ + 2NH₃ + H₂O!

Все остальные карбоновые кислоты серебряного зеркала НЕ дают!

Двойственная природа муравьиной кислоты

Муравьиная кислота HCOOH дает реакцию «серебряного зеркала», окисляясь до углекислого газа и воды, благодаря наличию альдегидной группы!

Ваш прогресс по теме25%
Оглавление урока
Шпаргалка формул11 класс
Степень полимеризации:
n=Mполимера/Mзвенаn = M_{полимера} / M_{звена}
Правило Чаргаффа для двухцепочечной ДНК:
A=T,G=C,(A+G)/(T+C)=1.0A = T, \quad G = C, \quad (A + G) / (T + C) = 1.0
ЭДС гальванического элемента:
Ecell0=Eкатода0−Eанода0E^0_{cell} = E^0_{катода} - E^0_{анода}[В]
Уравнение Нернста:
E=E0−RTzFln⁡Q=E0−0.0592zlg⁡Q (при 298 К)E = E^0 - \frac{RT}{zF} \ln Q = E^0 - \frac{0.0592}{z} \lg Q \text{ (при 298 К)}[В]
Следующая тема

Карбоновые кислоты: взаимное влияние атомов в карбоксильной группе, кислотные свойства, реакция этерификации

Перейти к теме →