Најважније из лекције
Редукција: Алдехиди дају примарне (\(1^\circ\)) алкохоле (\(\text{R-CHO} \rightarrow \text{R-CH}_2\text{OH}\)), а кетони секундарне (\(2^\circ\)) алкохоле (\(\text{R-CO-R'} \rightarrow \text{R-CH(OH)-R'}\)).
Оксидација алдехида: Алдехиди се лако оксидују до карбоксилних киселина (соли) помоћу благих реагенса:
Полимеризација: Формалдехид лако полимеризује; у реакцији са фенолом гради фенол-формалдехидне смоле које се користе као везива у грађевинарству и индустрији.
Оксидација алдехида: Алдехиди се лако оксидују до карбоксилних киселина (соли) помоћу благих реагенса:
- Фелингов реагенс: редукција \(\text{Cu}^{2+} \rightarrow \text{Cu}^+\) уз издвајање црвеног талога \(\text{Cu}_2\text{O}\).
- Толенсов реагенс: редукција \(\text{Ag}^+ \rightarrow \text{Ag}^0\) уз стварање ефекта сребрног огледала.
Полимеризација: Формалдехид лако полимеризује; у реакцији са фенолом гради фенол-формалдехидне смоле које се користе као везива у грађевинарству и индустрији.
Редукцијом карбонилних једињења помоћу редукционих средстава (\([\text{H}]\)) добијају се алкохоли:
- Редукцијом алдехида настају примарни (\(1^\circ\)) алкохоли.
- Редукцијом кетона настају секундарни (\(2^\circ\)) алкохоли.
\[ \text{R-CHO} \xrightarrow{[\text{H}]} \text{R-CH}_2\text{-OH} \quad (\text{примарни алкохол}) \]
\[ \text{R-CO-R'} \xrightarrow{[\text{H}]} \text{R-CH(OH)-R'} \quad (\text{секундарни алкохол}) \]
- Етанал \(\xrightarrow{[\text{H}]}\) Етанол (\(1^\circ\) алкохол): \[ \text{CH}_3\text{CHO} \xrightarrow{[\text{H}]} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{OH} \]
- Пропанон \(\xrightarrow{[\text{H}]}\) 2-Пропанол (\(2^\circ\) алкохол): \[ \text{CH}_3\text{COCH}_3 \xrightarrow{[\text{H}]} \text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3 \]
У живим организмима као главно редукционо средство уз ензиме учествује коензим NADH (никотинамид-аденин-динуклеотид):
\[ \text{R-CHO} + \text{NADH} + \text{H}^+ \xrightarrow{\text{ензим}} \text{R-CH}_2\text{OH} + \text{NAD}^+ \]
Напишите једначину редукције бутанона. Који производ настаје?
\[ \text{CH}_3\text{-CO-CH}_2\text{-CH}_3 \xrightarrow{[\text{H}]} \text{CH}_3\text{-CH(OH)-CH}_2\text{-CH}_3 \]
Настаје 2-бутанол (секундарни алкохол).
Због присуства атома водоника везаног директно за карбонилну групу (\(\text{-CHO}\)), алдехиди су знатно реактивнији од кетона и лако се оксидују до карбоксилних киселина (односно њихових соли у базној средини).
Као блага оксидациона средства која оксидују само алдехиде (а не и кетоне) користе се Фелингов и Толенсов реагенс, што служи за њихово међусобно разликовање.
Фелингов реагенс се састоји од:
- Фелинг I: водени раствор \(\text{CuSO}_4\) (плава боја);
- Фелинг II: водени раствор \(\text{NaOH}\) и \(\text{Na,K}\)-тартарата.
Толенсов реагенс је амонијачни раствор сребро(I)-јона, \([\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{OH}\).
Алдехид редукује \(\text{Ag}^+\) јоне до елементарног сребра (\(\text{Ag}^0\)), које се таложи на зидовима епрувете формирајући ефекат огледала: \[ \text{CH}_3\text{CHO} + 2[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{OH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONH}_4 + 2\text{Ag}\downarrow + 3\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
Алдехид редукује \(\text{Ag}^+\) јоне до елементарног сребра (\(\text{Ag}^0\)), које се таложи на зидовима епрувете формирајући ефекат огледала: \[ \text{CH}_3\text{CHO} + 2[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]\text{OH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONH}_4 + 2\text{Ag}\downarrow + 3\text{NH}_3 + \text{H}_2\text{O} \]
Кетони не реагују са Фелинговим и Толенсовим реагенсом (раствор остаје непромењен).
Кетони немају водоников атом везан за карбонилну групу, па се веома тешко оксидују. Њихова оксидација захтева раскидање јаких \(\text{C-C}\) \(\sigma\)-веза уз карбонилну групу.
Оксидација кетона се одвија само под драстичним условима помоћу веома јаких оксидационих средстава (нпр. врела концентрована \(\text{HNO}_3\)). Резултат је раскидање угљеничног низа и настанак смеше карбоксилних киселина са мањим бројем \(\text{C}\)-атома.
- Симетрични кетони (нпр. 3-пентанон): \[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CO-CH}_2\text{-CH}_3 \xrightarrow{\text{врела конц. HNO}_3} \text{CH}_3\text{COOH} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH} \] (настаје смеша две киселине: етанска и пропанска).
- Несиметрични кетони (нпр. 3-хексанон): Веза \(\text{C-C}\) се може раскинути са леве или десне стране карбонилне групе: \[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 \xrightarrow{\text{врела конц. HNO}_3} \begin{cases} \text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH} \text{ (пропанска)} \\ \text{CH}_3\text{COOH} \text{ (етанска)} + \text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH} \text{ (бутанска)} \end{cases} \]
Оксидација кетона нема синтетички значај јер је добијену смешу киселина веома тешко раздвојити.
Полимеризација алдехида: Алдехиди са малим бројем угљеникових атома (посебно формалдехид) лако ступају у реакције полимеризације, дајући полимере који се користе у индустрији и грађевинарству. За разлику од њих, кетони се тешко полимеризују.
Фенол-формалдехидне смоле: Настају реакцијом полимеризације фенола и формалдехида (метанана). Ове смоле представљају важан индустријски материјал и користе се као везива у производњи грађевинских материјала (као што је минерална вуна), лекова, пластике и лакова.
Задаци за вежбање
Задатак 1 (Лаки ниво): Који производи настају каталитичком редукцијом:
а) пропанала;
б) пропанона?
а) пропанала;
б) пропанона?
Одговор:
а) Редукцијом пропанала (алдехида) настаје примарни алкохол 1-пропанол (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}\)).
б) Редукцијом пропанона (кетона) настаје секундарни алкохол 2-пропанол (\(\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3\)).
а) Редукцијом пропанала (алдехида) настаје примарни алкохол 1-пропанол (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{OH}\)).
б) Редукцијом пропанона (кетона) настаје секундарни алкохол 2-пропанол (\(\text{CH}_3\text{CH(OH)CH}_3\)).
Задатак 2 (Средњи ниво): У две необележене епрувете налазе се пентанал и 2-пентанон. Опишите како помоћу хемијске реакције можете доказати у којој се епрувети налази алдехид.
Одговор:
Може се употребити Толенсов или Фелингов тест:
- Толенсов тест: У обе епрувете се дода свеже припремљен Толенсов реагенс и благо загреје. У епрувети са пентаналом (алдехидом) зидови ће се обложити елементарним сребром („сребрно огледало”), док у епрувети са 2-пентаноном (кетоном) неће бити промене.
- Фелингов тест: Додавањем Фелинговог реагенса и загревањем, у епрувети са пентаналом настаје црвени талог \(\text{Cu}_2\text{O}\), док раствор са кетоном остаје плаве боје без талога.
Задатак 3 (Средњи ниво): Оксидацијом непознатог симетричног кетона помоћу вреле концентроване \(\text{HNO}_3\) настала је искључиво смеша пропанске киселине (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{COOH}\)) и бутанске киселине (\(\text{CH}_3\text{CH}_2\text{CH}_2\text{COOH}\)). Одредити назив и полуструктурну формулу тог кетона.
Одговор:
Пропанска киселина има \(3\text{ C}\) атома, а бутанска \(4\text{ C}\) атома. Збир угљеникових атома у кетону износи \(3 + 4 = 7\text{ C}\) атома.
Пошто је кетон симетричан, карбонилна група мора бити на положају 4: \[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 \] Назив једињења је 4-хептанон. Цепањем везе са било које стране \(\text{C=O}\) групе настају фрагменти од \(3\text{ C}\) и \(4\text{ C}\) атома, односно пропанска и бутанска киселина.
Пропанска киселина има \(3\text{ C}\) атома, а бутанска \(4\text{ C}\) атома. Збир угљеникових атома у кетону износи \(3 + 4 = 7\text{ C}\) атома.
Пошто је кетон симетричан, карбонилна група мора бити на положају 4: \[ \text{CH}_3\text{-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CO-CH}_2\text{-CH}_2\text{-CH}_3 \] Назив једињења је 4-хептанон. Цепањем везе са било које стране \(\text{C=O}\) групе настају фрагменти од \(3\text{ C}\) и \(4\text{ C}\) атома, односно пропанска и бутанска киселина.
Задатак 4 (Тежи ниво): Израчунајте масу црвеног талога који настаје реакцијом \(8{,}8\text{ g}\) етанала са вишком Фелинговог реагенса.
(\(M(\text{CH}_3\text{CHO}) = 44\text{ g/mol}\), \(M(\text{Cu}_2\text{O}) = 143{,}1\text{ g/mol}\))
(\(M(\text{CH}_3\text{CHO}) = 44\text{ g/mol}\), \(M(\text{Cu}_2\text{O}) = 143{,}1\text{ g/mol}\))
Поступак:
1. Једначина реакције: \[ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{CuSO}_4 + 5\text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{Cu}_2\text{O}\downarrow + 2\text{Na}_2\text{SO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \] 2. Количина етанала: \[ n(\text{CH}_3\text{CHO}) = \frac{m}{M} = \frac{8{,}8\text{ g}}{44\text{ g/mol}} = 0{,}2\text{ mol} \] 3. Из стехиометријског односа (\(1\text{ mol }\text{CH}_3\text{CHO} : 1\text{ mol }\text{Cu}_2\text{O}\)): \[ n(\text{Cu}_2\text{O}) = n(\text{CH}_3\text{CHO}) = 0{,}2\text{ mol} \] 4. Маса талога \(\text{Cu}_2\text{O}\): \[ m(\text{Cu}_2\text{O}) = n \cdot M = 0{,}2\text{ mol} \cdot 143{,}1\text{ g/mol} = 28{,}62\text{ g} \] Одговор: Настаје \(28{,}62\text{ g}\) црвеног талога \(\text{Cu}_2\text{O}\).
1. Једначина реакције: \[ \text{CH}_3\text{CHO} + 2\text{CuSO}_4 + 5\text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{Cu}_2\text{O}\downarrow + 2\text{Na}_2\text{SO}_4 + 3\text{H}_2\text{O} \] 2. Количина етанала: \[ n(\text{CH}_3\text{CHO}) = \frac{m}{M} = \frac{8{,}8\text{ g}}{44\text{ g/mol}} = 0{,}2\text{ mol} \] 3. Из стехиометријског односа (\(1\text{ mol }\text{CH}_3\text{CHO} : 1\text{ mol }\text{Cu}_2\text{O}\)): \[ n(\text{Cu}_2\text{O}) = n(\text{CH}_3\text{CHO}) = 0{,}2\text{ mol} \] 4. Маса талога \(\text{Cu}_2\text{O}\): \[ m(\text{Cu}_2\text{O}) = n \cdot M = 0{,}2\text{ mol} \cdot 143{,}1\text{ g/mol} = 28{,}62\text{ g} \] Одговор: Настаје \(28{,}62\text{ g}\) црвеног талога \(\text{Cu}_2\text{O}\).
