Acetaldehida. Proprietăți fizice și termice. Prepararea și utilizarea acetaldehidei cu oxigen

Acetaldehida aparține compușilor organici și este inclusă în clasa aldehidelor. Ce proprietăți are această substanță și cum arată formula acetaldehidei?

Caracteristici generale

Acetaldehida are mai multe denumiri: acetaldehida, etanal, metil formaldehida. Acest compus este o aldehidă a acidului acetic și a etanolului. Formula sa structurală este următoarea: CH 3 -CHO.

Orez. 1. Formula chimică acetaldehidă.

Particularitatea acestei aldehide este că apare atât în ​​natură, cât și este produsă artificial. În industrie, volumul de producție al acestei substanțe poate fi de până la 1 milion de tone pe an.

Etanalul se găsește în alimente precum cafeaua, pâinea și este, de asemenea, sintetizat de plante în timpul metabolismului.

Acetaldehida este un lichid incolor cu miros înțepător. Solubil în apă, alcool și eter. Este otrăvitoare.

Orez. 2. Acetaldehida.

Lichidul fierbe la o temperatură destul de scăzută - 20,2 grade Celsius. Din acest motiv, apar probleme cu depozitarea și transportul acestuia. Prin urmare, substanța este depozitată sub formă de paraldehidă, iar acetaldehida se obține din aceasta, dacă este necesar, prin încălzire cu acid sulfuric (sau orice alt acid mineral). Paraldehida este un trimer ciclic al acidului acetic.

Metode de obținere

Acetaldehida poate fi obținută în mai multe moduri. Cea mai comună opțiune este oxidarea etilenei sau, așa cum se mai numește această metodă, procesul Wacker:

2CH2=CH2+O2-2CH3CHO

Agentul de oxidare în această reacție este clorura de paladiu.

De asemenea, acetaldehida poate fi obținută prin reacția acetilenei cu sărurile de mercur. Această reacție poartă numele omului de știință rus și se numește reacția Kucherov. Ca rezultat al procesului chimic, se formează un enol, care se izomerizează la o aldehidă

C2H2+H20=CH3CHO

Orez. 3. Portretul M. G. Kucherov.

ACETALDEHIDA, acetaldehidă, etanal, CH 3 ·CHO, se găsește în alcoolul de vin crud (format în timpul oxidării alcoolului etilic), precum și în primele bretele obținute în timpul rectificării alcoolului de lemn. Anterior, acetaldehida se obținea prin oxidarea alcoolului etilic cu dicromat, dar acum au trecut la metoda de contact: un amestec de vapori de alcool etilic și aer este trecut prin metale încălzite (catalizatori). Acetaldehida, obținută prin distilarea alcoolului de lemn, conține aproximativ 4-5% din diverse impurități. Metoda de producere a acetaldehidei prin descompunerea acidului lactic prin încălzirea acestuia are o anumită semnificație tehnică. Toate aceste metode de producere a acetaldehidei își pierd treptat din importanță datorită dezvoltării unor noi metode catalitice de producere a acetaldehidei din acetilenă. În țările cu o industrie chimică dezvoltată (Germania), acestea au câștigat o importanță predominantă și au făcut posibilă utilizarea acetaldehidei ca material sursă pentru a primi pe alții compuși organici: acid acetic, aldol etc. La baza metodei catalitice este reacția descoperită de Kucherov: acetilena în prezența sărurilor de oxid de mercuri adaugă o particulă de apă și se transformă în acetaldehidă - CH: CH + H 2 O = CH 3 · CHO. Pentru a obține acetaldehida conform brevetului german (fabrica chimică Griesheim-Electron din Frankfurt pe Main), acetilena este trecută într-o soluție de oxid de mercur în acid sulfuric puternic (45%), încălzită nu mai mult de 50°C, cu agitare puternică; Acetaldehida și paraldehida rezultate sunt periodic sifonate sau distilate în vid. Cea mai bună, însă, este metoda revendicată de brevetul francez 455370, conform căreia funcționează uzina Consorțiului pentru Industria Electrică din Nürnberg.

Acolo, acetilena este trecută într-o soluție fierbinte slabă (nu mai mare de 6%) de acid sulfuric care conține oxid de mercur; Acetaldehida formată în timpul procesului este distilată și concentrată în mod continuu în anumite recipiente. Conform metodei Griesheim-Electron, o parte din mercurul format ca urmare a reducerii parțiale a oxidului se pierde, deoarece acesta se află în stare emulsionată și nu poate fi regenerat. Metoda Consorțiului în acest sens este de mare avantaj, deoarece aici mercurul este ușor separat de soluție și apoi transformat electrochimic în oxid. Randamentul este aproape cantitativ, iar acetaldehida obținută este foarte pură. Acetaldehida este un lichid volatil, incolor, punct de fierbere 21°, greutate specifică 0,7951. Se amestecă cu apă în orice raport, de la solutii apoase se eliberează după adăugarea de clorură de calciu. Din proprietăți chimice acetaldehida următoarele au semnificație tehnică:

1) Adăugarea unei picături de acid sulfuric concentrat determină polimerizarea pentru a forma paraldehidă:

Reacția are loc cu o eliberare mare de căldură. Paraldehida este un lichid care fierbe la 124° și nu prezintă reacții tipice de aldehidă. Când este încălzită cu acizi, are loc depolimerizarea, iar acetaldehida este obținută înapoi. Pe lângă paraldehidă, există și un polimer cristalin al acetaldehidei - așa-numita metaldehidă, care este probabil un stereoizomer al paraldehidei.

2) În prezența unor catalizatori ( acid clorhidric, clorură de zinc și în special alcalii slabi) acetaldehida este transformată într-un aldol. Când este expus la alcalii caustici puternici, are loc formarea rășinii aldehidice.

3) Sub acţiunea alcoolatului de aluminiu, acetaldehida se transformă în acetat de etil (reacţia Tişcenko): 2CH 3 CHO = CH 3 COO C 2 H 5 . Acest proces este utilizat pentru a produce acetat de etil din acetilenă.

4) Mai ales mare valoare au reacții de adiție: a) acetaldehida adaugă un atom de oxigen, transformându-se astfel în acid acetic: 2CH 3 CHO + O 2 = 2CH 3 COOH; oxidarea este accelerată dacă se adaugă în prealabil o anumită cantitate de acid acetic la acetaldehidă (Griesheim-Electron); cea mai mare valoare au metode de oxidare catalitică; catalizatorii sunt: ​​oxid feric-oxid feros, pentoxid de vanadiu, oxid de uraniu si in special compusi de mangan; b) prin adăugarea a doi atomi de hidrogen, acetaldehida se transformă în alcool etilic: CH 3 · CHO + H 2 = CH 3 · CH 2 OH; reacția se efectuează în stare de vapori în prezența unui catalizator (nichel); în unele condiții, alcoolul etilic sintetic concurează cu succes cu alcoolul produs prin fermentație; c) acidul cianhidric se adaugă la acetaldehidă, formând nitril acid lactic: CH 3 · CHO + HCN = CH 3 · CH(OH)CN, din care se obţine acidul lactic prin saponificare.

Aceste transformări diverse fac din acetaldehida unul dintre produsele importante ale industriei chimice. Producția sa ieftină din acetilenă a făcut recent posibilă implementarea unui număr de noi producții sintetice, dintre care metoda de producere a acidului acetic este un concurent puternic cu vechea metodă de producere a acestuia prin distilarea uscată a lemnului. În plus, acetaldehida este folosită ca agent reducător în producerea oglinzilor și este folosită pentru prepararea chinadinei, substanță folosită la producerea vopselelor: chinolină galbenă și roșie etc.; în plus, se folosește la prepararea paraldehidei, care este folosită în medicină ca somnifer.

ACETALDEHIDA (acetaldehidă, etanal) - aldehidă alifatică, CH3CHO; un metabolit format în timpul fermentației alcoolice, oxidării alcoolului etilic, inclusiv în corpul uman și în alte reacții metabolice. U. a. utilizat în producția de diferite medicamente (vezi), acid acetic (vezi), acid peracetic CH 3 COOOH, anhidridă acetică (CH 3 CO) 2 O, acetat de etil, precum și în producția de rășini sintetice etc. industriile constituie un risc profesional.

U. a. este un lichid incolor cu miros înțepător, punct de topire -123,5°, temperatură de fierbere 20,2°, densitatea relativă la 20° 0,783, indice de refracție la 20° 1,3316, concentrație limite explozive (CEL) 3, 97 - 57%. Cu apă, alcool etilic, eter și alți solvenți organici U. a. se amestecă în orice raport.

U. a. intră în toate reacțiile caracteristice aldehidelor (vezi), în special se oxidează la acid acetic, suferă condensare aldolică și crotonică, formează eter acetic-etil conform reacției Tishchenko și derivați caracteristici aldehidelor la grupa carbonil. În prezența acizilor, U. a. polimerizează la un tetramer cristalin ciclic de metaldehidă sau paraaldehidă lichidă. ÎN scara industriala U. a. se obține prin hidratarea acetilenei (vezi) în prezența catalizatorilor - săruri de mercur, oxidarea alcoolului etilic (vezi) și metoda cea mai economică - oxidarea etilenei (vezi Hidrocarburi) în prezența unui catalizator de paladiu.

Detectarea calitativă a U. a. pe baza apariţiei colorării albastre ca urmare a interacţiunii U. a. cu nitroprusiat de sodiu în prezenţa aminelor. Determinarea cantitativă constă în obţinerea oricărei derivate a lui U. a. după gruparea carbonil și greutatea, volumul (vezi Analiza titrimetrică) sau determinarea colorimetrică (vezi Colorimetrie).

Educație U. a. ca produs intermediar al metabolismului apare atât în ​​organismele vegetale, cât și în cele animale. Prima etapă a transformării alcoolului etilic în corpul oamenilor și al animalelor este oxidarea acestuia în uraniu. în prezenţa alcool-dehidrogenazei (vezi). U. a. se formează și în timpul decarboxilării (vezi) piruvatului (vezi acidul piruvic) în timpul fermentației alcoolice și în timpul descompunerii treoninei (vezi) sub acțiunea treonin aldolazei (EC 4.1.2.5). În corpul uman U. a. se oxidează în acid acetic. arr. în ficat sub influența aldehid oxidazei dependente de NAD (EC 1.2.3. 1), acetaldehid oxidazei și xantokinazei. U. a. participă la biosinteza treoninei din glicină (vezi). În camera de tratament pentru droguri În practică, utilizarea te tu frame (vezi) se bazează pe capacitatea acestui medicament de a bloca în mod specific acetaldehida oxidază, ceea ce duce la acumularea de U. a. și, ca urmare, la o reacție autonomă puternică - dilatarea vaselor periferice, palpitații, cefalee, sufocare, greață.

Acetaldehida ca pericol profesional

Cu cronica expunerea oamenilor la concentrații scăzute de vapori de U. a. Se remarcă iritația tranzitorie a membranelor mucoase ale tractului respirator superior și a conjunctivei. Cupluri U. a. în aerul inhalat în concentrații mari provoacă creșterea ritmului cardiac și creșterea transpirației; semne ale unui efect iritant ascuțit al vaporilor U. a. în aceste cazuri, ele se intensifică (mai ales noaptea) și pot fi combinate cu sufocare, tuse uscată dureroasă și cefalee. Consecințele unei astfel de otrăviri sunt bronșita și pneumonia.

Contactul pielii cu lichidul U. a. poate provoca hiperemie și apariția infiltratelor.

Prim ajutor și terapie de urgență

În caz de otrăvire cu vapori de U. a. victima trebuie scoasă la aer curat, prevăzută cu inhalare de vapori de apă cu amoniac, dacă este indicat - inhalare de oxigen umidificat, medicamente cardiace, stimulente respiratorii (lobelin, citoton), tinctură de valeriană, preparate cu brom. În caz de iritare severă a membranelor mucoase ale tractului respirator - inhalări alcaline sau uleioase. Pentru o tuse dureroasă - codeină, clorhidrat de etil morfină (dionină), plasturi de muștar, cupe. Dacă conjunctiva este iritată, spălați ochii din abundență cu apă sau cu soluție izotonică de clorură de sodiu. În caz de otrăvire prin gură, clătiți imediat stomacul cu apă cu adaos de soluție de amoniac (amoniac), soluție de bicarbonat de sodiu 3%. Tratamentul suplimentar este simptomatic. La contactul cu U. a. pe piele - spală imediat zona afectată cu apă, dar de preferință soluție de amoniac 5%.

Victima trebuie îndepărtată de la lucrul cu substanțe periculoase până la recuperare (vezi Boli profesionale).

Măsuri de prevenire a intoxicaţiei U. a. constau în echipamente de etanșare, funcționare fără probleme a ventilației (vezi), mecanizarea și automatizarea îmbutelierii și transportului U. a. Magazinul U. a. necesar în recipiente închise ermetic. În instalațiile de producție și laboratoarele asociate cu contactul cu substanțe chimice, trebuie respectate cu strictețe măsurile de igienă personală, utilizarea de îmbrăcăminte și încălțăminte speciale, ochelari de protecție și respiratorii universale.

Concentrația maximă admisă de vapori de U. a. în aerul zonei de lucru 5 mg/m3.

Bibliografie: Substanțe nocive în industrie, ed. N.V. Lazarev și E.N. Levina, vol. 1, L., 1976; Lebedev N. N. Chimia și tehnologia sintezei organice și petrochimice de bază, M., 1981; White A. et al. Fundamentele biochimiei, trad. din engleză, vol. 1-3, M., 1981,

A. N. Klimov, D. V. Ioffe; N. G. Budkovskaya (gig.),

Aldehide – materie organică, ale cărui molecule conțin o grupare carbonil C=O, conectat la un atom de hidrogen și un radical de hidrocarbură.
Formula generală a aldehidelor este:

În cea mai simplă aldehidă, formaldehida, rolul unui radical de hidrocarbură este jucat de un alt atom de hidrogen:

O grupare carbonil legată de un atom de hidrogen este adesea numită aldehidic:

Cetone– substanțe organice în moleculele cărora gruparea carbonil este asociată cu doi radicali hidrocarburi. Evident, formula generala cetonele au forma:

Gruparea carbonil a cetonelor se numește grup ceto.
În cea mai simplă cetonă, acetona, gruparea carbonil este legată de doi radicali metil:

Nomenclatura și izomeria aldehidelor și cetonelor

În funcție de structura radicalului de hidrocarbură conectat la gruparea aldehidă, se disting aldehide saturate, nesaturate, aromatice, heterociclice și alte aldehide:

În conformitate cu nomenclatura IUPAC, denumirile aldehidelor saturate sunt formate din numele unui alcan cu același număr de atomi de carbon în moleculă folosind sufixul -al. De exemplu:

Numerotarea atomilor de carbon din lanțul principal începe cu atomul de carbon din grupa aldehidă. Prin urmare, gruparea aldehidă este întotdeauna situată la primul atom de carbon și nu este nevoie să indicați poziția sa.

Alături de nomenclatura sistematică, sunt folosite și denumiri banale ale aldehidelor utilizate pe scară largă. Aceste denumiri sunt de obicei derivate din denumirile acizilor carboxilici corespunzători aldehidelor.

Pentru a denumi cetonele conform nomenclaturii sistematice, grupul ceto este desemnat prin sufix -Elși un număr care indică numărul atomului de carbon al grupării carbonil (numerotarea ar trebui să înceapă de la capătul lanțului cel mai apropiat de gruparea ceto). De exemplu:

Aldehidele se caracterizează printr-un singur tip de izomerie structurală - izomeria scheletului de carbon, care este posibilă cu butanal, iar pentru cetone, de asemenea, izomeria poziției grupării carbonil. În plus, ele se caracterizează prin izomerie interclasă (propanal și propanonă).

Proprietățile fizice ale aldehidelor

Într-o moleculă de aldehidă sau cetonă, datorită electronegativității mai mari a atomului de oxigen în comparație cu atomul de carbon, legătura C=O foarte polarizat din cauza unei schimbări a densității electronilor π - legaturi de oxigen:

Aldehidele și cetonele sunt substanțe polare cu exces de densitate de electroni pe atomul de oxigen. Membrii inferiori ai seriei de aldehide și cetone (formaldehidă, acetaldehidă, acetonă) sunt nelimitat solubili în apă. Punctele lor de fierbere sunt mai mici decât cele ale alcoolilor corespunzători. Acest lucru se datorează faptului că în moleculele de aldehide și cetone, spre deosebire de alcooli, nu există atomi mobili de hidrogen și nu formează asociați datorită legăturilor de hidrogen. Aldehidele inferioare au un miros înțepător; Aldehidele care conțin patru până la șase atomi de carbon în lanț au un miros neplăcut; aldehidele și cetonele superioare au mirosuri florale și sunt folosite în parfumerie .

Proprietățile chimice ale aldehidelor și cetonelor

Prezența unei grupări aldehide într-o moleculă determină proprietățile caracteristice ale aldehidelor.

1. Reacții de reducere.

Adăugarea de hidrogen la moleculele de aldehidă are loc prin legătura dublă din grupa carbonil. Produsul de hidrogenare al aldehidelor este alcooli primari, cetonele sunt alcooli secundari. Astfel, la hidrogenarea acetaldehidei pe un catalizator de nichel, se formează alcool etilic, iar la hidrogenarea acetonei se formează 2-propanol.

Hidrogenarea aldehidelor- o reacție de reducere în care starea de oxidare a atomului de carbon inclus în grupa carbonil scade.

2. Reacții de oxidare. Aldehidele nu pot fi doar reduse, ci și oxida. Când sunt oxidate, aldehidele formează acizi carboxilici.

Oxidarea cu oxigenul aerului. De exemplu, acidul propionic se formează din aldehida propionică (propanal):

Oxidare cu agenți oxidanți slabi(soluție de amoniac de oxid de argint).

Dacă suprafața vasului în care se efectuează reacția a fost degresată în prealabil, atunci argintul format în timpul reacției o acoperă cu o peliculă subțire, uniformă. Aceasta face o oglindă argintie minunată. Prin urmare, această reacție se numește reacția „oglindă de argint”. Este utilizat pe scară largă pentru realizarea de oglinzi, decorațiuni de argint și decorațiuni pentru pomul de Crăciun.

3. Reacția de polimerizare:

n CH2 =O → (-CH2 -O-) n paraforme n=8-12

Prepararea aldehidelor și cetonelor

Aplicarea aldehidelor și cetonelor

Formaldehidă(metanal, aldehidă formică) H2C=O:
a) pentru producerea de rășini fenol-formaldehidice;
b) obţinerea răşinilor uree-formaldehidice (uree);
c) polimeri polioximetileni;
d) sinteza medicamentelor (urotropina);
e) dezinfectant;
e) un conservant pentru preparatele biologice (datorită capacităţii de coagulare a proteinelor).

Acetaldehida(etanal, acetaldehidă) CH3CH=O:
a) producerea de acid acetic;
b) sinteza organica.

Acetonă CH3-CO-CH3:
a) solvent pentru lacuri, vopsele, acetați de celuloză;
b) materii prime pentru sinteza diverselor substanţe organice.

DEFINIŢIE

Etanal(acetaldehida, acetaldehida) este un lichid mobil, incolor, usor de evaporat, cu miros caracteristic (structura moleculei este prezentata in Fig. 1).

Este foarte solubil în apă, alcool și eter.

Orez. 1. Structura moleculei etanalului.

Tabelul 1. Proprietăți fizice etanal.

Obținerea etanalului

Cea mai populară metodă de producere a etanolului este oxidarea etanolului:

CH3-CH2-OH + [0] →CH3-C(O)H.

În plus, sunt utilizate și alte reacții:

• hidroliza 1,1-dihaloalcanilor

CH3-CHCI2 + 2NaOH ap. →CH3-C(O)-H + 2NaCI + H20 (t o).

• piroliza sărurilor de calciu (bariu) ale acizilor carboxilici:

H-C(O)-O-Ca-O-C(O)-CH3 → CH3-C(0)-H + CaC03 (to).

• hidratarea acetilenei și a omologilor săi (reacția Kucherov)

• oxidarea catalitică a acetilenei

2CH2 =CH2 + [O] → 2CH3-C(O)-H (kat = CuCl2, PdCI2).

Proprietățile chimice ale etanalului

Reacțiile tipice caracteristice etanalului sunt reacțiile de adiție nucleofile. Toate procedează în principal cu divizarea:

1. legături p în grupa carbonil

- hidrogenare

CH3-C(O)-H + H2 → CH3-CH2-OH (kat = Ni).

- adaos de alcooli

CH3-C(O)-H + C2H5OH↔ CH3-CH2-C(OH)H-O-C2H5 (H+).

- adaos de acid cianhidric

CH3-C(O)-H + H-C=N→CH3-C(CN)H-OH (OH-).

- adaos de hidrosulfit de sodiu

CH3-C(O)-H + NaHS03 →CH3-C(OH)H-S03Na↓.

1. Legături C-H în ​​grupa carbonil

- oxidarea oxidului de argint cu o soluție de amoniac (reacția „oglindă de argint”) - o reacție calitativă

CH3-(O)H + 2OH → CH3-C(O)-ONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O

sau simplificat

CH3-(O)H + Ag20 → CH3-COOH + 2Ag↓ (NH3(aq)).

— oxidare cu hidroxid de cupru (II).

CH3-(O)H + 2Cu(OH)2 → CH3-COOH + Cu20↓ + 2H20 (OH-, to).

1. Legături C α -H

- halogenare

CH3-(O)H + CI2 → CH2CI-C(O)-H + HCI.

Aplicarea etanalului

Etanalul este utilizat în principal pentru producerea acidului acetic și ca materie primă pentru sinteza multor compuși organici. În plus, etanalul și derivații săi sunt utilizați la fabricarea anumitor medicamente.

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1