§ 30. Хімічныя ўласцівасці, атрыманне і прымяненне альдэгідаў

Хімічныя ўласцівасці альдэгідаў

Хімічныя ўласцівасці альдэгідаў перш за ўсё абумоўлены наяўнасцю ў іх малекулах альдэгіднай групы. Па месцы двайной сувязі альдэгіднай групы могуць працякать рэакцыі далучэння.

1. Гідрыраванне. Далучэнне вадароду

Малекула альдэгіду можа далучыць па двайной сувязі малекулу вадароду. Такая рэакцыя суправаджаецца разрывам π-сувязі ў малекуле альдэгіду, бо яна менш трывалая, чым σ-сувязь:

Умовы працякання дадзенай рэакцыі падобныя да рэакцый гідрыравання алкенаў: сумесь вадароду з парай альдэгіду прапускаюць над нагрэтым нікелевым каталізатарам.

Прадуктам далучэння вадароду да альдэгідаў з’яўляецца першасны спірт.

У выніку далучэння вадароду малекула альдэгіду аднаўляецца, таму рэакцыю з вадародам таксама называюць реакцыяй аднаўлення альдэгідаў.

2. Акісленне

Альдэгідная група лёгка акісляецца. У якасці акісляльнікаў могуць выступаць іоны металаў, якія размяшчаюцца ў радзе актыўнасці правей вадароду — іоны серабра (Ag⁺) і медзі (Cu²⁺).

Акісленне альдэгідаў аміячным растворам аксіду серабра

Калі да разбаўленага раствору нітрату серабра прыліць раствор аміяку, то выпадзе белы асадак аксіду серабра:

Гэты асадак адразу ж раствараецца ў лішку аміяку. Празрысты раствор, які ўтвараецца, называецца аміячным растворам аксіду серабра. Калі да гэтага раствору дабавіць раствор воцатнага альдэгіду і сумесь асцярожна нагрэць, то неўзабаве на сценках прабіркі ўтворыцца бліскучы люстраны налёт серабра, дзякуючы чаму гэта рэакцыя называецца рэакцыяй «сярэбнага люстра».

У рэакцыі, якая працякае, воцатны альдэгід акісляецца да воцатнай кіслаты, а аксід серабра аднаўляецца з утварэннем металічнага серабра:

Рэакцыя «сярэбранага люстра» з’яўляецца якаснай рэакцыяй на альдэгіды.

Акісленне альдэгідаў гідраксідам медзі(II)

У якасці акісляльніка альдэгідаў да адпаведных кіслот можа быць выкарыстаны таксама гідраксід медзі(II). Для правядзення такой рэакцыі ў прабірку змяшчаюць раствор сульфату медзі(II), потым дабаўляюць раствор шчолачы. Пры гэтым выпадае блакітны асадак гідраксіду медзі(II):

Потым у прабірку з асадкам дабаўляюць водны раствор альдэгіду і сумесь награваюць. У працэсе награвання першапачаткова блакітны асадак становіцца жоўтым, а пры далейшым награванні — чырвоным. Ураўненне рэакцыі, якая працякае:

Як відаць з прыведзенага ўраўнення рэакцыі, у выніку аднаўлення гідраксіду медзі(II) утвараецца жоўты асадак гідраксіду медзі(I), які пры награванні раскладаецца з утварэннем чырвонага аксіду медзі(I).

Як і ў выпадку рэакцыі «сярэбранага люстра», прадуктам акіслення альдэгіду з’яўляецца карбонавая кіслата.

Рэакцыя акіслення альдэгідаў гідраксідам медзі(II), таксама як і рэакцыя «сярэбранага люстра», з’яўляецца якаснай рэакцыяй на альдэгіды.

Здольнасць альдэгідаў акісляцца да карбонавых кіслот і аднаўляцца да спіртоў асабліва наглядна дэманструе ўзаемасувязь паміж класамі арганічных злучэнняў, дзякуючы якой рэчывы аднаго класа могуць быць атрыманы з прадстаўнікоў іншых класаў.

Атрыманне альдэгідаў

1. Няпоўнае акісленне спіртоў

Як вы ўжо ведаеце, альдэгіды могуць быць атрыманы пры няпоўным акісленні першасных спіртоў аксідам медзі(II) (§ 24). Так, пры акісленні этылавага спірту ўтвараецца воцатны альдэгід:

Для правядзення рэакцыі медны дрот награваюць у полымі спіртоўкі, у выніку паверхня дроту пакрываецца чорным аксідам медзі(II). Потым дрот апускаюць у этылавы спірт, пры гэтым аксід медзі(II) акісляе спірт да воцатнага альдэгіду і ўтвараецца медзь, таму дрот зноў становіцца бліскучым (відэа 24.1, с. 141).

2. Гідратацыя ацэтылену

Воцатны альдэгід можна атрымаць па рэакцыі далучэння вады да ацэтылену ў прысутнасці солей ртуці і сернай кіслаты:

Гэта рэакцыя носіць імя рускага хіміка Міхаіла Рыгоравіча Кучарава.

Разгледзім падрабязней, як працякае дадзеная рэакцыя. Спачатку малекула вады далучаецца па адной π-сувязі малекулы ацэтылену. Пры гэтым утвараецца няўстойлівы вінілавы спірт:

Нагадаем, што радыкал СH₂ CH мае трывіяльную назву вініл. Спірты, у якіх гідраксільная група знаходзіцца пры двайной сувязі C C, няўстойлівыя, таму вінілавы спірт адразу ж ператвараецца ў воцатны альдэгід:

З прамысловым метадам атрымання воцатнага альдэгіду вы можаце пазнаёміцца, перайшоўшы па спасылцы ў QR-кодзе.

Прымяненне

Найбольшае прымяненне маюць мурашыны і воцатны альдэгіды.

Некаторыя галіны выкарыстання мурашынага альдэгіду заснаваны на яго ўласцівасці згусаць бялкі. Ён выкарыстоўваецца ў медыцыне ў якасці кансерванта біялагічных прэпаратаў. Фармальдэгід шырока прымяняецца ў гарбарнай вытворчасці, так як, аказваючы ўплыў на бялкі скуры, ён робіць апошнюю больш цвёрдай і ўстойлівай да гніення.

У выніку ўзаемадзеяння фармальдэгіду з аміякам атрымліваюць лекавы сродак — уратрапін.

Акрамя таго, фармальдэгід выкарыстоўваецца ў вытворчасці фенолфармальдэгідных пластмас. Аснову такіх пластмас складаюць высокамалекулярныя злучэнні — фенолфармальдэгідная смала. Яна ўтвараецца пры награванні фенолу з фармальдэгідам у прысутнасці каталізатара. Механізм утварэння фенолфармальдэгіднай смалы вельмі складаны і прадстаўлены схематычна:

Як відаць з прыведзенай схемы, у выніку рэакцыі ўтвараецца лінейны палімер, у якім малекулы фенолу злучаны групамі CH₂ праз становішчы 2 і 6 бензольнага кольца. Акрамя таго, некаторыя астаткі фенолу змяшчаюць у становішчы 4 бензольнага кольца групы CH₂OH. За кошт груп CH₂OH пры награванні да 130–150 °С такі палімер «сшываецца», утвараючы вельмі цвёрдую і трывалую фенолфармальдэгідную смалу з «сеткаватай» структурай:

Матэрыялы на аснове фенолфармальдэгідных смол звычайна вырабляюць, змешваючы расплаўлены палімер лінейнай будовы з напаўняльнікам (драўняная мука, стружкі, азбест і інш.). Далей атрыманы матэрыял прэсуюць пры награванні. Пры гэтым расплаўлены палімер добра запаўняе форму, а потым зацвердзявае, утвараючы «сеткаватую» структуру. У выніку атрымліваецца маналітны цвёрды выраб. Некаторыя матэрыялы, у якіх фенолфармальдэгідная смала выступае ў якасці сувязнога звяна, вам добра знаёмыя. Напрыклад, некаторыя віды ДСП (драўнянастружачных пліт) уяўляюць сабой сумесь драўняных стружак, змацаваных паміж сабой фенолфармальдэгідным палімерам.

У працэсе ўтварэння фенолфармальдэгіднай смалы з нізкамалекулярных рэчываў — фенолу і фармальдэгіду — у выніку адшчаплення вады ўтвараецца высокамалекулярнае рэчыва. Такі працэс называецца полікандэнсацыяй. Неабходна адрозніваць працэсы полікандэнсацыі і полімерызацыі. У працэсе полікандэнсацыі, акрамя высокамалекульнага злучэння, утвараецца пабочны нізкамалекулярны прадукт. У разгледжанай рэакцыі полікандэнсацыі фенолу з фармальдэгідам гэтым прадуктам з’яўляецца вада.

У працэсе полімерызацыі высокамалекулярнае рэчыва (палімер) утвараецца ў выніку рэакцыі далучэння, якая мнагакратна паўтараецца. Таму, у адрозненне ад полікандэнсацыі, працэс полімерызацыі не суправаджаецца ўтварэннем пабочных нізкамалекулярных прадуктаў.

Воцатны альдэгід у вялікіх колькасцях выкарыстоўваецца для вытворчасці воцатнай кіслаты, а таксама іншых арганічных рэчываў.

*Атрыманне воцатнага альдэгіду

У цяперашні час воцатны альдэгід атрымліваюць у выніку так званага Вакерпрацэсу. Для гэтага газападобную сумесь этылену з кіслародам прапускаюць праз водны раствор, які змяшчае хларыды паладыю(II) і медзі(II). Працэсы, якія адбываюцца, можна выразіць сумарным ураўненнем:

Пытанні і заданні

1. Якія спірты ўтвараюцца ў выніку аднаўлення вадародам этаналю і 2-метылпрапаналю? Напішыце ўраўненні рэакцый, назавіце прадукты, якія ўтвараюцца.

2. Напішыце ўраўненне рэакцыі прапаналю з гідраксідам медзі(II) пры награванні. Апішыце з’явы, якія назіраюцца.

3. У выніку награвання воднага раствору рэчыва А з аміячным растворам аксіду серабра ўтвараецца кіслата Б, а сценкі прабіркі пакрываюцца сярэбраным налётам.

Пры прапусканні сумесі рэчыва А з вадародам над нагрэтым нікелевым каталізатарам утвараецца спірт В. Пры награванні спірту В з канцэнтраванай сернай кіслатой атрымліваецца вуглевадарод Г, крыху лягчэйшы за паветра. Устанавіце формулы рэчываў А—Г і прывядзіце ўраўненні рэакцый, апісаных у заданні.

4. У выніку акіслення 2,15 г гамолага воцатнага альдэгіду аміячным растворам Ag₂O было атрымана 5,4 г серабра. Устанавіце малекулярную формулу альдэгіду.

5. Адным з сучасных прамысловых метадаў атрымання воцатнага альдэгіду з’яўляецца акісленне этылену хларыдам паладыю ў прысутнасці хларыду медзі(II) і кіслароду паветра (Вакер-працэс)

(каэфіцыенты не расстаўлены!)

Для сінтэзу этаналю ў прамысловых умовах сумесь этылену і кіслароду прапускаюць праз рэактар, які змяшчае раствор хларыдаў паладыю і медзі(II), пры тэмпературы 130 °С і ціску 400 кПа. Вядома, што ступень ператварэння рэчываў у рэактары ў названых умовах складае 25 %. Укажыце масу этаналю, які ўтвараецца з этылену аб’ёмам (н. у.) 10 м³ і дастатковай колькасці кіслароду.

6*. Пры дзеянні вады на цвёрдае рэчыва А ўтвараецца газ (н. у.) Б, лягчэшы за паветра. Пры прапусканні Б праз гарачы водны раствор, які змяшчае серную кіслату і сульфат ртуці(II), утвараецца арганічнае рэчыва В. Рэчыва В можна таксама атрымаць двухстадыйным сінтэзам. Спачатку рэчыва Б гідрыруюць на спецыяльных каталізатарах. Пры гэтым утвараецца газ (н. у.) Г, лягчэйшы за паветра. Потым сумесь газу Г і кіслароду паглынаюць водным растворам, які змяшчае сумесь CuCl₂ і PdCl₂. Пры гэтым утвараецца рэчыва В.

а) Прывядзіце формулы рэчываў А, Б, В і Г.

б) Напішыце ўраўненні ўсіх апісаных у задачы рэакцый.

в) Пры гідрыраванні рэчыва В утвараецца рэчыва Д, якое мае толькі адзін ізамер (рэчыва Е). Прывядзіце формулы і назвы рэчываў Д і Е, а таксама ўраўненне рэакцыі гідрыравання рэчыва В.

г) Тэмпература кіпення якога рэчыва (Д або Е) вышэйшая і чаму?

7*. Напішыце схемы рэакцый, з дапамогай якіх можна атрымаць у дзве стадыі бромэтан, зыходзячы з воцатнага альдэгіду.