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Carbonyl compounds

A-Level Chemistry · ⁨A-Level 화학⁩ · Topic 17 · ⁨주제 17⁩

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8:03

카보닐 화합물

네일 폴리시 리무버 병을 열면 날카로운 냄새가 납니다. 그 냄새는 아세톤입니다. 우리 몸은 매일 조금씩 이를 생성합니다. 모든 것이 한 작은 그룹에서 나옵니다…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in⁩

17.1

Aldehydes and ketones · ⁨알데하이드와 케톤⁩

Syllabus
  1. recall the reactions (reagents and conditions) by which aldehydes and ketones can be produced: (a) the oxidation of primary alcohols using acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ or acidified $\text{KMnO}_4$ and distillation to produce aldehydes (b) the oxidation of secondary alcohols using acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ or acidified $\text{KMnO}_4$ and distillation to produce ketones
  2. describe: (a) the reduction of aldehydes and ketones using $\text{NaBH}_4$ or $\text{LiAlH}_4$ to produce alcohols (b) the reaction of aldehydes and ketones with $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ as catalyst, and heat to produce hydroxynitriles as exemplified by ethanal and propanone
  3. describe the mechanism of the nucleophilic addition reactions of hydrogen cyanide with aldehydes and ketones in 17.1.2(b)
  4. describe the use of 2,4-dinitrophenylhydrazine (2,4-DNPH reagent) to detect the presence of carbonyl compounds
  5. deduce the nature (aldehyde or ketone) of an unknown carbonyl compound from the results of simple tests (Fehling's and Tollens' reagents; ease of oxidation)
  6. deduce the presence of a $\text{CH}_3\text{CO}-$ group in an aldehyde or ketone, $\text{CH}_3\text{CO}-\text{R}$, from its reaction with alkaline $\text{I}_2(\text{aq})$ to form a yellow precipitate of tri-iodomethane and an ion, $\text{RCO}_2^-$

Source: Cambridge International syllabus · ⁨출처: Cambridge International syllabus⁩

English

Aldehydes and ketones are carbonyl compounds 羰基化合物 — they contain the C=O carbonyl 羰基 group.

  • in an aldehyde 醛 the carbonyl carbon is on the end of the chain (it also carries an H), written $\text{–CHO}$.
  • in a ketone 酮 the carbonyl carbon is in the middle, between two other carbons.

Making aldehydes and ketones

Both are made by the oxidation 氧化 of an alcohol 醇 with acidified $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ or $\text{KMnO}_4$:

  • a primary alcohol, with distillation 蒸馏, gives an aldehyde.
  • a secondary alcohol gives a ketone.

Reactions

  • reduction 还原 with $\text{NaBH}_4$ or $\text{LiAlH}_4$ turns a carbonyl compound back into an alcohol (an aldehyde gives a primary alcohol; a ketone gives a secondary alcohol).
  • reaction with hydrogen cyanide 氰化氢 ($\text{HCN}$), with $\text{KCN}$ as catalyst and heat, adds $\text{H}$ and $\text{CN}$ across the C=O to make a hydroxynitrile 羟基腈. This adds one carbon to the chain.

The mechanism: nucleophilic addition

The reaction with $\text{HCN}$ is a nucleophilic addition 亲核加成. The carbonyl carbon is slightly positive (oxygen pulls the electrons away). So:

  1. the $\text{CN}^-$ ion (a nucleophile) attacks the slightly positive carbon.
  2. this breaks the C=O double bond, leaving a negative oxygen ($\text{O}^-$).
  3. the $\text{O}^-$ takes an $\text{H}^+$ (from $\text{HCN}$) to finish the hydroxynitrile.
한국어

알데하이드와 케톤은 카보닐 화합물입니다 — 그들은 C=O 카보닐 기를 포함합니다.

  • 알데하이드에서 카보닐 탄소는 사슬의 끝에 위치합니다(또한 H도 가지고 있음), 이는 $\text{–CHO}$로 쓰입니다.
  • 케톤에서 카보닐 탄소는 중간에 위치하며 두 개의 다른 탄소 사이에 있습니다.
네일 폴리시 리무버 병과 면-pad
프로파논(아세톤), 가장 간단한 케톤은 네일 폴리시 리무버의 용매입니다
C=O 탄소가 끝에 H를 달고 있는 에타날과, C=O 탄소가 두 탄소 사이에 있는 중간에 위치한 프로파논
둘 다 C=O 카보닐 기를 가집니다: 알데하이드에서는 사슬의 끝에(–CHO), 케톤에서는 중간에 있습니다

알데하이드와 케톤 제조

둘 다 산화된 $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 또는 $\text{KMnO}_4$로 알코올을 산화하여 제조됩니다:

  • 일차 알코올을 증류하면 알데하이드를 얻습니다.
  • 이차 알코올은 케톤을 얻습니다.

반응

  • $\text{NaBH}_4$ 또는 $\text{LiAlH}_4$로 환원하면 카보닐 화합물이 다시 알코올로 돌아갑니다(알데하이드는 일차 알코올을, 케톤은 이차 알코올을 생성함).
  • 황화수소산 ($\text{HCN}$)과의 반응에서, $\text{KCN}$을 촉매로 하고 열을 가하면 C=O에 across $\text{H}$과 $\text{CN}$가 추가되어 하이드록시니트릴을 만듭니다. 이로 인해 사슬에 탄소 하나가 추가됩니다.

기전: 핵종유기 첨가 반응

$\text{HCN}$과의 반응은 핵종유기 첨가 반응입니다. 카보닐 탄소는 약간 양전하를 띱니다(산소가 전자를 끌어당기기 때문). 따라서:

  1. $\text{CN}^-$ 이온(핵종유기체)이 약간 양전하를 띤 탄소를 공격합니다.
  2. 이로 인해 C=O 이중결합이 끊겨 음전하를 띤 산소($\text{O}^-$)가 남습니다.
  3. $\text{O}^-$이 $\text{H}^+$($\text{HCN}$으로부터)을 받아 하이드록시니트릴을 완성합니다.
HCN 첨가 기전: 시안화물이 약간 양전하를 띤 카보닐 탄소를 공격하고, C=O가 끊어져 음전하를 띤 산소를 만들며, 이후 산소가 양성자를 받음
HCN의 핵종유기 첨가: CN$^-$이 $\delta+$ 카보닐 탄소를 공격하고, C=O가 O$^-$로 끊어지며, 이후 O$^-$이 H$^+$를 받음
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Carbonyl compound lab · ⁨카보닐 화합물 실험실⁩

Sort carbonyl reactions by what they reveal. · ⁨카보닐 반응을 나타내는 것을 기준으로 분류하십시오.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ 알데히드
ketone/ˈketəʊn/ 케톤
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ 산화
alcohol/ˈælkəhɒl/ 알코올
distillation/dɪstɪˈleɪʃn/ 증류
reduction/rɪˈdʌkʃn/ 환원
hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ 황산수소나트륨
hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ 하이드록시기트릴
nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ 핵친핵성 첨가
Fehling's reagent/ˈfeɪlɪŋz rɪˈeɪdʒənt/ 페링 시약
Tollens' reagent/ˈtəʊlənz rɪˈeɪdʒənt/ 톨렌스 시약
tri-iodomethane/traɪ ˈaɪədəʊmθeɪn/ .size=tri-iodomethane.size
17.1

Tests for carbonyl compounds · ⁨카보닐 화합물 검출⁩

English

Detecting any carbonyl

Add 2,4-DNPH reagent (2,4-dinitrophenylhydrazine). An orange precipitate confirms that the compound is an aldehyde or a ketone.

Telling an aldehyde from a ketone

Aldehydes are easily oxidised to carboxylic acids, but ketones are not. Two tests use this difference:

Test Aldehyde Ketone
Fehling's reagent 斐林试剂 (blue solution) turns to a brick-red precipitate no change
Tollens' reagent 托伦试剂 (colourless) gives a silver mirror no change

The iodoform test

If the compound has the $\text{CH}_3\text{CO}-$ group, warming it with alkaline aqueous iodine gives a pale yellow precipitate of tri-iodomethane 三碘甲烷 ($\text{CHI}_3$) and the ion $\text{RCO}_2^-$.

Worked example. A liquid gives an orange precipitate with 2,4-DNPH, gives no silver mirror with Tollens' reagent, and gives a yellow precipitate with alkaline aqueous iodine. Identify it. Take the tests one at a time, using each for exactly what it proves. The orange precipitate with 2,4-DNPH proves a carbonyl group is present - an aldehyde or a ketone, nothing else. No silver mirror with Tollens' rules out an aldehyde, so it must be a ketone. The yellow precipitate in the iodoform test proves a $\text{CH}_3\text{CO}-$ group next to the carbonyl. The simplest compound satisfying all three is propanone, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. Keep the roles straight: 2,4-DNPH finds any carbonyl, Tollens' separates aldehyde from ketone, and iodoform detects the methyl group beside the C=O.

한국어

모든 카보닐 검출

2,4-DNPH 시약(2,4-디니트로페닐히드라진)을 추가하십시오. 주황색 침전이 형성되면 해당 화합물이 알데하이드 또는 케톤임을 확인합니다.

알데하이드와 케톤 구별

알데하이드는 쉽게 카복실산으로 산화되지만, 케톤은 산화되지 않습니다. 이 차이를 이용하는 두 가지 시험이 있습니다:

시험 알데하이드 케톤
펠링 시약 (청색 용액) 벽돌색 침전으로 변함 변화 없음
톨렌 시약 (무색) 은거울 형성 변화 없음
두 개의 시험관: 알데하이드를 넣었을 때 펠링 용액은 벽돌색 침전을, 톨렌 시약은 은거울을 형성함
알데하이드와 케톤 구별: 알데하이드는 펠링 시약과 벽돌색 침전을, 톨렌 시약과 은거울을 형성합니다; 케톤은 변화가 없습니다
내벽이 밝고 반짝이는 은층으로 코팅된 시험관, 거울처럼 보임
톨렌 시약 양성 결과: 알데하이드가 시험관에 반짝이는 은거울을 형성함

요오포름 테스트

화합물에 $\text{CH}_3\text{CO}-$ 기가 있다면, 알칼리성 수용성 요오딘과 함께 가열했을 때 연한 노란색 요오도포름 ($\text{CHI}_3$) 침전과 이온 $\text{RCO}_2^-$이 생성됩니다.

**해설 예제.**某液体는 2,4-DNPH와 반응하여 주황색 침전물을 형성하고, 톨렌스 시약으로 은거울 현상을 나타내지 않으며, 알칼리성 수용액의 요오드와 반응하여 노란색 침전물을 형성합니다. 이를 식별하십시오. 각 검사가 증명하는 것을 정확히 사용하여 하나씩 테스트를 진행하십시오. 2,4-DNPH와의 주황색 침전물은 카보닐 그룹이 존재함을 증명합니다 - 알데하이드 또는 케톤, 그 외에는 없습니다. 톨렌스로 은거울 현상 없음은 알데하이드를 배제하므로, 이 물질은 케톤입니다. 요도포름 시험에서 노란색 침전물은 카보닐 옆에 $\text{CH}_3\text{CO}-$ 그룹이 있음을 증명합니다. 세 가지 조건을 모두 만족하는 가장 간단한 화합물은 프로판온, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$입니다. 역할을 명확히 유지하십시오: 2,4-DNPH는 모든 카보닐을 찾아내며, 톨렌스는 알데하이드와 케톤을 구분하고, 요도포름은 C=O 옆의 메틸 그룹을 감지합니다.

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Carbonyl test lab · ⁨카보닐 시험실⁩

Match observations to aldehydes and ketones. · ⁨관찰 결과를 알데하이드와 케톤에 매칭하세요.⁩

Vocabulary · ⁨어휘⁩ Train · ⁨연습하기⁩
English 한국어
carbonyl compound/ˈkɑːbənaɪl ˈkɒmpaʊnd/ 카보닐 화합물
carbonyl/ˈkɑːbənaɪl/ 카르보닐
17.1

Exam tips · ⁨시험 팁⁩

English
  • 2,4-DNPH gives an orange precipitate with any carbonyl — it tests for $\text{C}=\text{O}$.
  • Tollens' (silver mirror) and Fehling's (brick-red) are positive for aldehydes only — this is how you tell aldehydes from ketones.
  • Nucleophilic addition of HCN adds one carbon (→ hydroxynitrile); show the curly arrows.
  • The iodoform (tri-iodomethane) test is positive for $\text{CH}_3\text{CO}-$ groups.
한국어
  • 2,4-DNPH는 모든 카보닐과 주황색 침전물을 형성합니다 - 이는 $\text{C}=\text{O}$ 검사를 위한 것입니다.
  • 톨렌스(은거울) 및 **페링(벽돌색)**은 알데하이드만 양성을 보입니다 - 이것이 알데하이드와 케톤을 구분하는 방법입니다.
  • HCN의 핵친화적 가로는 탄소 하나를 추가함 (→ 하이드록시니트릴); 곡선 화살표를 표시하십시오.
  • 요도포름(.size-iodomethane) 시험은 $\text{CH}_3\text{CO}-$ 그룹에 대해 양성을 보입니다.

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