Тема: Цели урока: Альдегиды и кетоны

Тема: Альдегиды и кетоны
Цели урока: Рассмотреть гомологические ряды, виды изомерии и номенклатуру
альдегидов и кетонов. Разобрать строение карбоксильной группы и на этой
основе подчеркнуть особенное для альдегидов в сравнении с кетонами.
Познакомить учащихся с физическими свойствами представителей этих
классов соединений и их значением в живой природе и повседневной жизни
человека. На основании строения альдегидов и кетонов спрогнозировать их
химические свойства, которые затем рассмотреть в сравнении для обоих
классов этих соединений.
Оборудование и реактивы: демонстрационные образцы: глюкоза, ванилин,
формалин, ацетон, любое чистящее или моющее средство (порошок или
жидкость) с лимонной отдушкой; модели молекул Стюарта—Бриглеба, плакат
с формулами ванилина, цитраля, феромонов (для профильных классов), йод
кристаллический, иодид калия, ацетон, растворы аммиака, нитрата серебра,
сульфата меди (II), гидроксида натрия, глюкозы, растворитель, спиртовка,
пробирки.
Ход урока
I.
Организационный момент. Объявление темы. слайд 2
II.
Проверка домашнего задания слайд 3
Контрольные вопросы:
1) Сформулируйте определение фенолов.
2) Опишите физические свойства фенола. Какова растворимость фенола в холодной и
горячей воде?
3) Как по строению отличаются фенолы от ароматических спиртов?
4) Что общего в химических свойствах спиртов и фенолов?
5) Чем отличаются химические свойства фенола от свойств спиртов?
6) Какие типы химических реакций характерны для фенола?
7) Составьте уравнения реакций:
а) замещения атома водорода в гидроксильной группе
б) замещения атомов водорода в бензольном кольце
в) присоединения
Назовите полученные соединения.
8) Какие качественные реакции на фенол вам известны?
9) Назовите основные области применения фенола.
II. Изучение нового материала.
1. Вступительное слово учителя. Как уксусный альдегид двух химиков поссорил
слайд 4
В конце XVIII в. химики интенсивно изучали свойства известных
органических соединений. В 1782 г. К. Шееле, окисляя этиловый спирт оксидом
марганца (IV) в серной кислоте, заметил, что помимо основного продукта —
уксусной кислоты — образовалось еще какое-то резко пахнущее соединение,
выделить которое не удалось. В последующие годы новый «кислородный эфир»
1
упоминался в работах А. Фуркруа, Л. Воклена. В 1821 г. Иоганн Вольфганг
Дёберейнер окислял этиловый спирт в присутствии платинового катализатора и
получил некоторое количество смеси исходного спирта с продуктами его
окисления. Многие химики, в том числе и Ю. Либих, сомневались, что в этой
смеси содержится неизвестное вещество.
Дёберейнер отправил полученный им образец Ю. Либиху, из которого тот
в 1835 г. выделил чистое вещество, содержащее на два атома водорода меньше,
чем этанол. Ученый установил его состав (С2Н4О) и объявил, что получил новое
вещество, названное Alkohol dehydrogenatus — безводородный алкоголь или
сокращенно альдегид. В ответ на претензии И. В. Дёберейнера на приоритет
открытия Ю. Либих в характерной ему едкой манере заметил, что тот имеет
столько же оснований претендовать на открытие альдегида, сколько
ньютоновское яблоко — на открытие закона всемирного тяготения.
III.
IV.
Поскольку первый из известных альдегидов содержал два атома углерода,
начались попытки получения первого представителя гомологического
ряда. Они были неудачными вплоть до 1868 г., когда немецкий химикорганик Август Вильгельм Гофман, пропуская пары метилового спирта
над раскаленной платиновой спиралью, получил газообразное вещество
состава СН2О.
2. Строение альдегидов. Номенклатура и изомерия альдегидов и
кетонов. слайд 5
а) Сообщение учащегося по заранее подготовленному материалу с
использованием слайда.
Альдегиды и кетоны относят к классу карбонильных соединений. Молекулы этих
веществ содержат реакционно-способную поляризованную карбонильную группу:
Общая формула для альдегидов и кетонов – СnH2nO
«Отличительными» суффиксами в названиях альдегидов и кетонов служат
соответственно –аль и –он.
Альдегидная группа может располагаться только на конце молекулы.
Нумерация самой длинной цепи в альдегидах начинается с углерода альдегидной
группы, а её положение (цифра 1) как само собой разумеющееся в названии не
указывается.
В кетонах же карбонильная группа может находиться и в середине углеродной
цепи, поэтому в названии после суффикса – он через дефис указывается её
положение. Нумеруют самую длинную цепь в кетонах с того конца, к которому
ближе карбонильная группа.
Если, помимо карбонильной группы, соединение содержит двойную или
тройную связь, то цифру, показывающую её положение в цепи, удобно ставить до
основы названия.
2
V.
б) отработка навыков номенклатуры альдегидов и кетонов по слайду.
слайд 6
VI.
2 в) Занимательный материал и номенклатура альдегидов и кетонов.
слайд 7
Насекомые общаются между собой, выделяя ничтожные количества
органических соединений, имеющих сравнительно небольшие молекулы. Такие
вещества называются феромонами. Феромоны делят на половые,
возбуждающие, успокаивающие, сбора, тревоги и другие. Чувствительность
насекомых к феромонам просто поразительна: самец ночной бабочки большой
павлиний глаз чувствует половой феромон самки на расстоянии до 10 км!
Синтетические феромоны используются для борьбы с вредными насекомыми
путем заманивания их в ловушки, дезориентации в период спаривания,
отпугивания.
Муравьи для подачи сигнала тревоги выделяют два феромона. Формулы этих
феромонов вы сейчас видите на экране. Дайте названия этим веществам.
3. Гомологический ряд альдегидов и кетонов. слайд 8
Подведя итоги всему услышанному и увиденному рассмотрим
гомологические ряды альдегидов и кетонов и ещё раз дадим названия
рассмотренным веществам.
4. Физические свойства альдегидов и кетонов. слайд 9
Характеризуя агрегатное состояние и растворимость в воде низших
представителей гомологических рядов альдегидов и кетонов, учитель может
упомянуть о том, что карбонильная группа также может участвовать в
образовании межмолекулярных водородных связей с молекулами воды, но
прочность этих связей значительно меньше, чем для спиртов. Поэтому
карбонильные соединения имеют меньшие температуры кипения и плавления, чем
спирты с соответствующей молекулярной массой:
Отличительной чертой многих альдегидов и кетонов является их запах. Для
низших представителей гомологических рядов он резкий и часто неприятный.
Высшие альдегиды и кетоны, особенно непредельные или ароматические, входят
в состав эфирных масел и содержатся во многих цветах, фруктах, плодах,
душистых и пряных растениях. Получается, что мы сталкиваемся с альдегидами и
кетонами практически ежедневно!
Демонстрация пищевого ванилина и какое-либо средства бытовой химии с
лимонной отдушкой. Ванилин — это ароматический альдегид, получаемый
синтетически, а запах лимона чистящему средству придает синтетический
цитраль, по химической структуре являющийся диеновым альдегидом:
Обоняние в мире животных играет часто большую роль, чем зрение или
слух. Например, муравьи по запаху могут определить не только форму предмета,
но и его твердость. Для многих видов запах — это основная сигнальная система.
Человек среди земных «нюхачей» занимает одно из последних мест. Мы часто в
прямом и переносном смысле употребляем фразу «нюх как у собаки». Она не
лишена основания: собака улавливает запахи в концентрации, недоступной не
3
только обонянию человека, но и современным приборам. Она, например, может
уловить запах масляной кислоты, если в 1 см3 воздуха содержится всего 9000
молекул этого вещества.
Рассчитайте пожалуйста, сколько это составляет по количеству вещества и чему
равна масса кислоты.
VII. 5. Химические свойства альдегидов и кетонов.
Сообщение учащегося по заранее подготовленному материалу с использованием
слайда слайды 10,11
Общие реакции для альдегидов и кетонов — реакции присоединения по
карбонильной группе. При этом альдегиды вступают в вышеназванные реакции
более активно, чем кетоны.
При гидрировании из альдегидов можно получить первичные спирты, а из
кетонов — вторичные.
Реакции присоединения.
1. Гидрирование. Присоединение водорода по кратной связи С = О происходит
при нагревании в присутствии катализаторов гидрирования (никель, платина,
палладий):
Ni ,
t
R – CHO + H2  R – CH2 – OH
Ni ,
t
R – CH – R1 + H2  R – CHOH – R1
В результате образуются спирты соответствующего строения. Это реакция,
обратная получению карбонильных соединений из спиртов.
2. Присоединение циановодорода. Альдегиды и кетоны присоединяют по
карбонильной группе полярную молекулу синильной кислоты (циановодород).
Присоединение идет в соответствии с распределением электронной плотности в
реагентах:
+ H – C ≡ N → CH3 – CH – C ≡ N
CH3
Образующийся продукт реакции относится к классу циан-гидринов (нитрил
оксикислоты) и содержит на один атом углерода больше, чем исходный альдегид.
Такая реакция применяется для наращивания углеродной цепи в органических
молекулах.
Наряду с общими реакциями для альдегидов и кетонов есть и принципиальные
отличия в их химическом поведении:
Присоединение гидросульфита натрия. Альдегиды в отличие от кетонов
способны присоединять молекулу гидросульфита натрия. Эта важная реакция
позволяет не только обнаружить альдегиды, но и выделить их из смеси с другими
веществами. Образующиеся сульфопроизводные выпадают в осадок и очень
легко разлагаются кислотами с образованием исходного альдегида:
+ NaHSO3 →
CH3 – CH – SO3Na ↓
OH
4
Aльдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот. Кетоны
можно окислить лишь в жестких условиях (нагревание с азотной или хромовой
кислотами). При этом образуется смесь низкомолекулярных карбоновых кислот и
реакция сопровождается деструкцией углеродного скелета
O
O
[O ]

R–C
R–C
H
OH
Реакции окисления.
1. Как уже говорилось, альдегиды в отличие от кетонов легко окисляются. Эти
реакции используются как в целях органического синтеза, так и для
качественного обнаружения альдегидов.
VIII. КАЧЕСТВЕННЫЕ РЕАКЦИИ НА АЛЬДЕГИДЫ слайд 12
Альдегидную группу в органических соединениях можно обнаружить с
помощью таких реакций, как взаимодействие со свежеосажденным гидроксидом
меди(II) при нагревании,
O
O
2,

 R–C
Cu (OH ) t
R–C
H
OH
С аммиачным раствором оксида серебра {реакция серебряного зеркала).
O
R–C
O
   
 R – C
Ag2O ,в .ам м иаке
H
OH
Эти реакции позволяют отличить альдегиды от кетонов.
При взаимодействии альдегида с гидроксидом меди (II) наблюдается образование
кирпично-красного осадка оксида меди(I), а в реакции серебряного зеркала на
стенках пробирки или колбы, в которой проводится эксперимент, образуется налет
металлического серебра.
Впервые эта реакция была предложена немецким химиком Ю. Либихом.
2. Демонстрационный эксперимент. В результате окисления альдегидов
образуется новый класс веществ, называемый карбоновыми кислотами. В
качестве окислителя можно использовать и кислород воздуха, и неорганические
соли (перманганат калия) и даже такие специфические слабые окислители, как
аммиачный раствор оксида серебра или гидроксид меди (II).
1. Для проведения реакции «серебряного зеркала» потребуется чисто вымытая
пробирка. В нее наливают 2—3 мл 1 %-ного раствора нитрата серебра и
небольшими порциями добавляют 10% -ный раствор аммиака до полного
растворения образующегося вначале серого осадка оксида серебра. К
полученному раствору комплексного соединения приливают 1—2 мл раствора
альдегида (можно использовать 2% -ный раствор глюкозы) Следующий этап —
самый ответственный. Для получения ровного зеркального налета пробирку
следует держать вертикально и вращать вокруг пламени горелки, нагревая не
дно, а стенки. Избегать закипания жидкости!
2. Второй демонстрационный эксперимент проводится так. В пробирке
5
получают осадок гидроксида меди (II), добавляя к раствору сульфата меди (II)
немного гидроксида натрия. В ту же пробирку приливают 3—4 мл раствора
альдегида ( глюкозы) и нагревают. Смесь приобретает сначала бурый оттенок, а
затем отчетливо виден кирпично-красный мелкокристаллический осадок оксида
меди (I).
IX.
3. Рассказ учащегося об учёном. слайд 14
Юстус ЛИБИХ. (1803 - 1873)
Выдающийся немецкий химик. Изучал х и м и ю в Боннском, затем в
Эрлангенском университетах (1819 – 1822). Не окончив университета, переехал в
Париж, где работал у Тенара и Гей- Люссака (1822—24].
В 1824—52 профессор университета в Гисене.
С 1830 — иностранный член-корреспондент Петербургской академии наук.
С 1852 - профессор университета в Мюнхене, с 1860— президент Баварской
академии наук.
Либих коренным образом изменил существовавшую систему обучения
химии, введя в Гисенском университете практические занятии для студентов.
Для этой цели он в 1825 году организовал лабораторию, которая явилась
родоначальницей научно-учебных химических лабораторий Германии. В ней
учились и работали многие известные химики, в том числе Гофман, Кекуле,
Вюрц, из русских – Воскресенский, Зинин и другие.
Основные исследования Либиха относятся к области органической химии.
В 1823 он нашёл, что гремучекислое серебро, отличающееся по свойствам о
циановокислого серебра, полученного в 1822году немецким химиком Вёлером,
имеет с ним один и тот же состав. Это было первым примером изомерии.
Либих провёл исследование мочевой кислоты и её производных (совместно с
Велером, 1838), изучил процесс образования серебряного зеркала при действии
виноградного сахара па растворы солеи серебра впервые получил хлороформ
(1831) и уксусный альдегид, выделил гиппуровую и молочную кислоты и
другие соединения, усовершенствовал методику определения в органических
соедивения углерода и водорода и, пользуясь этим методом, сохранившемся в
основном до настоящего времени, установил точный состав органических
соединений.
4. Реакции конденсации.
Изучением свойств альдегидов занимался выдающийся русский химик и
композитор, автор знаменитой «Богатырской симфонии» и всемирно известной
оперы «Князь Игорь» Александр Порфирьевич Бородин. В 1872 г. он обнаружил,
что при действии металлического натрия на альдегиды образуются не только
продукты их диспропорционирования (спирт и карбоновая кислота), но также
вещества с удвоенной : по сравнению с альдегидом молекулярной массой.
Детальное исследование необычного продукта привело ученого к выводу, что
вещество содержит одновременно и альдегидную, и гидроксильную группы, т. е.
является алъдегидоспиртом (альдолем). слайд 13
По химическому строению альдоль представлял собой продукт присоединения
одной молекулы альдегида к другой:
6
Открытая А. П. Бородиным реакция получила название альдольной
конденсации. Она протекает в щелочной среде и широко используется в
промышленности для получения синкретического каучука, смол, лаков и
душистых веществ.
X.
Рассказ учащегося о А.П. Бородине. слайд 15
Бородин Александр Порфирьевич
12.09.1883 – 27.02. 1887.
Внебрачный сын князя Гедианова, фамилию свою получил от камердинера
князя Порфирия Бородина. Высшее образование получил в Медико-хирургической
академии (1850—1856), которую окончил с отличием. Первые научные исследования
проводил в лаборатории Н.Н. Зинина.
После окончания академии Бородин поступил в качестве врача во 2-й Военносухопутный госпиталь. В 1858 г. он защитил диссертацию на степень доктора
медицины. В том же году ученый вернулся в Медико-хирургическую академию на
кафедру химии к Зинину. Исследовательскую работу Бородин начал с изучения
Солигаличских минеральных вод. Спустя несколько лет по его рекомендации там
была открыта бальнеологическая лечебница, существующая до сих пор. В 1859 г.
Бородин начал преподавать в академии химию. В том же году был командирован для
усовершенствования образования в Гей-дельберг (Германия) в лабораторию к Р.
Эрленмейеру. Кроме того, он посетил некоторые лаборатории во Франции.
В 1862 г., по возвращении в Россию, Бородин был избран адъюнктпрофессором Медико-хирургической академии и одновременно начал преподавать в
Лесной академии.
В 1864 г. Бородин был избран ординарным профессором. В период с 1872 по 1887
г. преподавал на Женских медицинских курсах. Одновременно вел большую
исследовательскую работу, изучая конденсацию альдегидов. В 1877 г. за заслуги
Бородин был избран академиком Медико-хирургической академии.
Основные научные достижения
1852 — Вышла в свет монография "Солигаличские солено-минеральные воды".
1861 - Синтезировал первое фторорганическое соединение — фтористый
бензоил.
1861 — Предложил способ получения алкилгалогенидов, действуя галогенами на
соли жирных кислот. Реакция получила название реакции Бородина:
1872 — Одновременно с Ш. Вюрцем и независимо от него осуществил реакцию
аль-дольной концентрации. (Альдоль — это альдегидоспирт, который образуется из
двух молекул альдегида под влиянием катализатора:
1876 — Создал прибор для определения азота в продуктах обмена человеческого
организма и с его помощью разработал метод определения этого элемента, которым
пользуются до сих пор ("способ Бородина").
Одновременно с научной деятельность Бородин много сил и времени отдавал
музыке. Первое серьезное сочинение — концерт для флейты с оркестром — он
написал в 14 лет. Во время учебы в академии создал ряд произведений, внесших
заметный вклад в русскую музыкальную культуру: фортепианное скерцо, романс и
трио для двух скрипок и виолончели. Музыкальные занятия Бородина вызывали
неудовольствие у его учителя — Н.Н. Зинина, который считал, что не должно
"гнаться за двумя зайцами". Но Бородин считал химию своим основным занятием, а
7
увлечение музыкой — отдыхом.
1862 г. он познакомился с М.А. Балакиревым и вошел в его музыкальный
кружок, который позже, в 1867 г., получил название "Могучая кучка". С этого
времени Бородин начинает серьезно относиться к композиторской деятельности. К
1867 г. относится сочинение Бородиным Первой симфонии. К концу 1860-х гг. им
был написан цикл романсов на собственные тексты, начата работа над Второй (Богатырской) симфонией и оперой "Князь Игорь".
Умер Бородин в 1887 г. Опера, сочинением которой он занимался около 18 лет,
не была окончена. НА. Римский-Корсаков и А. К. Глазунов закончили ее оркестровку
и дописали некоторые фрагменты. В 1890 г. опера "Князь Игорь" была поставлена на
сцене Мариинского театра.
5. Подведение итогов по рассмотренному материалу. слайд 16
В начале работа по ОК а затем совместная работа по слайду.
7. Отдельные представители и их применение.
СИНТЕЗЫ НА ОСНОВЕ ФОРМАЛЬДЕГИДА слайд 17
8
Сообщение учащегося по заранее подготовленному материалу с использованием
слайда
Характерные реакции для альдегидов и кетонов — присоединение по
реакционно-способной карбонильной
группе
Чем больше поляризована эта группа, тем легче идут реакции присоединения.
Для формальдегида такая тенденция проявляется особенно ярко, так как
карбонильная группа в молекуле формальдегида поляризована в наибольшей
степени по сравнению с другими членами гомологического ряда альдегидов.
Являясь
альдегидом,
формальдегид
может
восстанавливаться
до
соответствующего спирта (метилового) и окисляться до соответствующей
кислоты (муравьиной).
В таблице представлены основные направления органических синтезов на
основе формальдегида: получение полимерных материалов (карбамидные и
фенолформальдегидные
смолы);
образование
продуктов
конденсации
формальдегида (триоксан, параформ); синтез взрывчатых веществ (гексоген),
лекарственных препаратов (уротропин), первичных спиртов.
Мы упоминули очень интересное соединение — уротропин. Впервые оно
было..получено А. М. Бутлеровым в 50-х гг. XIX в. при действии на формальдегид
аммиаком. Молекулярная формула вещества (СН2)6N4 определила его химическое
название — гексаметилентетрамин. Структура вещества
При нагревании в присутствии кислот уротропин вновь разлагается на аммиак
и формальдегид. Это его свойство позволяет использовать уротропин в медицине
в качестве антисептического средства. В организме человека он медленно
гидролизуется, выделяющийся формальдегид уничтожает болезнетворные
микроорганизмы. На том же свойстве основано применение препарата кальцекс,
представляющего собой комплекс уротропина с хлоридом кальция.
Большое количество формальдегида используется для производства
фенолоформальдегидных смол. Их смешивают с различными наполнителями и
изготавливают пластмассы, называемые фенопластами. При растворении
фенолоформаль-дегидных смол в ацетоне или спирте получают лаки/
При взаимодействии формальдегида с карбамидом {мочевиной) (NН2)2СО
получают карбамидную смолу, а из нее — амино-пласты. Из этой пластмассы
изготавливают электротехнические изделия (выключатели, розетки), материалы
для отделки мебели и интерьеров, древесностружечные плиты, искусственный
мрамор, тепло- и звукоизоляционные пористые материалы.
Большое количество формальдегида используется в органическом синтезе для
производства лекарственных веществ, красителей.
9
Широко применяется 40%-ный водный раствор формальдегида — формалин.
Его использование связано со способностью свертывать белок. Так, например, в
кожевенном производстве в результате дубильного действия формалина кожа
твердеет и не подвергается гниению. На том же свойстве основано применение
формалина для хранения биологических препаратов. Формалин используется для
дезинфекции и протравливания семян.
8. Закрепление. слайд 18
Чтобы проверить как вы усвоили материал и ещё раз закрепить полученные
знания я предлагаю вам разгадать кроссворд по теме «Альдегиды и кетоны».
Вопросы к кроссворду по теме «Альдегиды и кетоны».
1. Назовите вещество не по систематической номенклатуре:
2. Продукт окисления вторичных спиртов.
3. Функциональная группа в молекуле альдегида.
4. Органическое вещество, молекула которого содержит группу >С=О, связанную
с атомом водорода и углеводородным радикалом.
5. Окраска одного из продуктов реакции окисления альдегидов гидроксидом меди
(II).
6. Назовите вещество:
О
СН3 – С – СН3
||
O
7. С4Н9 - С
Н
8. СН3 –
9. Дайте другое название метаналю.
10. R – C – R
||
O
11. Продукт гидрирования этаналя.
9. Подведение итогов.
10.Домашнее задание. § 19. самостоятельно разобрать способы получения (ОК
на доске). № 2,3, 4(задача), № 11*
10