IGCSE, A-Level & AP IGCSE, A-Level & AP Sheet preview · ⁨Предпросмотр листа⁩

Carbonyl compounds · ⁨Карбонильные соединения⁩

A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩ · Topic 17 · ⁨Тема 17⁩

View Slides · ⁨Просмотр слайдов⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
Video lesson for this topic · ⁨Видеоурок по этой теме⁩ Open the video page · ⁨Открыть страницу видео⁩
8:03

Карбонильные соединения

Откройте бутылку жидкости для снятия лака, и этот резкий запах — пропанон. Ваш собственный организм вырабатывает немного его каждый день. Всё это исходит из одной маленькой группы…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨Английское озвучивание · Английский + китайские субтитры (встроенные)⁩

17.1

Aldehydes and ketones · ⁨Альдегиды и кетоны⁩
Syllabus · ⁨Программа⁩
English
  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, $\text{RCO}_2^-$
Русский
  1. вспомнить реакции (реагенты и условия), с помощью которых можно получить альдегиды и кетоны: (a) окисление первичных спиртов с использованием кислого $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ или кислого $\text{KMnO}_4$ и дистилляции для получения альдегидов; (b) окисление вторичных спиртов с использованием кислого $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ или кислого $\text{KMnO}_4$ и дистилляции для получения кетонов
  2. опишите: (a) восстановление альдегидов и кетонов с использованием $\text{NaBH}_4$ или $\text{LiAlH}_4$ для получения спиртов (b) реакцию альдегидов и кетонов со $\text{HCN}$, $\text{KCN}$ в качестве катализатора и при нагревании для получения гидроксинитрилов, как показано на примере этаналя и пропанона
  3. описать механизм реакций нуклеофильного присоединения цианидоводорода с альдегидами и кетонами из раздела 17.1.2(b)
  4. описать использование 2,4-динитрофенилгидразина (реагент 2,4-DNPH) для обнаружения наличия карбонильных соединений
  5. определить природу (альдегид или кетон) неизвестного карбонильного соединения на основе результатов простых тестов (реагенты Фейлинга и Толленса; легкость окисления)
  6. определить наличие группы $\text{CH}_3\text{CO}-$ в альдегиде или кетоне, $\text{CH}_3\text{CO}-\text{R}$, по его реакции со щелочным $\text{I}_2(\text{aq})$ с образованием желтого осадка трииодометана и иона, $\text{RCO}_2^-$

Source: Cambridge International syllabus · ⁨Источник: Программа Cambridge International⁩

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.
Русский

Альдегиды и кетоны являются карбонильными соединениями — они содержат карбонильную группу C=O.

  • в альдегиде карбонильный углерод находится на конце цепи (он также связан с атомом H), записывается как $\text{–CHO}$.
  • в кетоне карбонильный углерод находится в середине, между двумя другими атомами углерода.
Флакон жидкости для снятия лака рядом с ватными дисками
Пропанон (ацетон), самый простой кетон, является растворителем в средстве для снятия лака
Этаналь с атомом C=O на конце, несущем H, рядом с пропаноном, где атом C=O находится между двумя атомами углерода
Оба имеют карбонильную группу C=O: в альдегиде она находится на конце цепи (–CHO), в кетоне — в середине

Получение альдегидов и кетонов

Оба получаются путем окисления спирта подкисленным $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ или $\text{KMnO}_4$:

  • первичный спирт при перегонке дает альдегид.
  • вторичный спирт дает кетон.

Реакции

  • восстановление с помощью $\text{NaBH}_4$ или $\text{LiAlH}_4$ превращает карбонильное соединение обратно в спирт (альдегид дает первичный спирт; кетон дает вторичный спирт).
  • реакция с цианидом водорода ($\text{HCN}$), при использовании $\text{KCN}$ в качестве катализатора и нагревании, присоединяет $\text{H}$ и $\text{CN}$ по двойной связи C=O, образуя гидроксинитрил. Это увеличивает цепь на один атом углерода.

Механизм: нуклеофильное присоединение

Реакция с $\text{HCN}$ является нуклеофильным присоединением. Карбонильный углерод имеет частичный положительный заряд (кислород оттягивает на себя электроны). Поэтому:

  1. $\text{CN}^-$-ион (нуклеофил) атакует частично положительный углерод.
  2. это разрывает двойную связь C=O, оставляя отрицательный кислород ($\text{O}^-$).
  3. $\text{O}^-$ принимает $\text{H}^+$ (от $\text{HCN}$), завершая образование гидроксинитрила.
Механизм присоединения HCN: цианид-ион атакует слегка положительный карбонильный углерод, связь C=O разрывается, образуя отрицательный кислород, затем кислород принимает протон
Нуклеофильное присоединение HCN: CN$^-$ атакует $\delta+$ карбонильный углерод, C=O разрывается до O$^-$, затем O$^-$ принимает H$^+$
Explore · ⁨Исследовать⁩

Carbonyl compound lab · ⁨Лабораторная работа с карбонильными соединениями⁩

Sort carbonyl reactions by what they reveal. · ⁨Отсортируйте реакции карбонильных соединений по тому, что они выявляют.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
aldehyde/ˈældɪhaɪd/ альдегид
ketone/ˈketəʊn/ кетон
oxidation/ˌɒksɪˈdeɪʃn/ окисления
alcohol/ˈælkəhɒl/ спирт
distillation/dɪstɪˈleɪʃn/ дистилляцию
reduction/rɪˈdʌkʃn/ восстановление
hydrogen cyanide/ˈhaɪdrədʒn ˈsaɪənaɪd/ цианистый водород
hydroxynitrile/haɪˈdrɒksɪnaɪtraɪl/ гидроксинитрил
nucleophilic addition/ˌnjuːklɪəˈfɪlɪk əˈdɪʃn/ нуклеофильное присоединение
Fehling's reagent/ˈfeɪlɪŋz rɪˈeɪdʒənt/ реагент Фелинга
Tollens' reagent/ˈtəʊlənz rɪˈeɪdʒənt/ Реагент Толленса
tri-iodomethane/traɪ ˈaɪədəʊmθeɪn/ трииодометан
17.1

Tests for carbonyl compounds · ⁨Тесты на карбонильные соединения⁩
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.

Русский

Обнаружение любой карбонильной группы

Добавьте реагент 2,4-DNPH (2,4-динитрофенилгидразин). Оранжевый осадок подтверждает, что соединение является альдегидом или кетоном.

Различение альдегида и кетона

Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот, тогда как кетоны нет. Для выявления этой разницы используются два теста:

Тест Альдегид Кетон
Раствор Фелинга (синий раствор) превращается в кирпично-красный осадок без изменений
Реактив Толленса (бесцветный) образует серебряное зеркало без изменений
Две пробирки: раствор Фелинга дает кирпично-красный осадок, реактив Толленса дает серебряное зеркало, оба теста проводились с альдегидом
Различение альдегида и кетона: альдегид дает кирпично-красный осадок с раствором Фелинга и серебряное зеркало с реактивом Толленса; кетон не дает изменений
Пробирка, внутренняя стенка которой покрыта ярким блестящим серебристым слоем, похожим на зеркало
Положительная проба Толленса: альдегид покрывает пробирку блестящим серебряным зеркалом

Йодоформный тест

Если соединение содержит группу $\text{CH}_3\text{CO}-$, при нагревании с щелочным водным раствором йода образуется бледно-желтый осадок трииодометана ($\text{CHI}_3$) и ион $\text{RCO}_2^-$.

Разобранный пример. Жидкость образует оранжевый осадок с 2,4-ДНФГ, не даёт серебряного зеркала с реактивом Толленса и образует жёлтый осадок со щелочным водным раствором йода. Определите его. Проводите тесты по очереди, используя каждый только для того, что он доказывает. Оранжевый осадок с 2,4-ДНФГ доказывает наличие карбонильной группы — это альдегид или кетон, ничего другого. Отсутствие серебряного зеркала с реактивом Толленса исключает альдегид, следовательно, это должен быть кетон. Жёлтый осадок в иодоформном тесте доказывает наличие $\text{CH}_3\text{CO}-$ группы рядом с карбонилом. Самым простым соединением, удовлетворяющим всем трём условиям, является пропанон, $\text{CH}_3\text{COCH}_3$. Не перепутайте роли: 2,4-ДНФГ обнаруживает любую карбонильную группу, Толленс отделяет альдегид от кетона, а иодоформная реакция выявляет метильную группу рядом с C=O.

Explore · ⁨Исследовать⁩

Carbonyl test lab · ⁨Лаборатория по тестам на карбонильные группы⁩

Match observations to aldehydes and ketones. · ⁨Соотнесите наблюдения с альдегидами и кетонами.⁩

Vocabulary · ⁨Словарь⁩ Train · ⁨Тренировать⁩
English Русский
carbonyl compound/ˈkɑːbənaɪl ˈkɒmpaʊnd/ карбонильное соединение
carbonyl/ˈkɑːbənaɪl/ карбонильная группа
17.1

Exam tips · ⁨Советы для экзамена⁩
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.
Русский
  • 2,4-ДНФГ образует оранжевый осадок с любой карбонильной группой — он тестирует на $\text{C}=\text{O}$.
  • Реактив Толленса (серебряное зеркало) и раствор Фейлинга (кирпично-красный) положительны только для альдегидов — именно так отличают альдегиды от кетонов.
  • Нуклеофильное присоединение HCN добавляет один углерод (→ гидроксинитрил); покажите изогнутые стрелки.
  • Тест на иодоформ (трииодометан) положителен для групп $\text{CH}_3\text{CO}-$.

Interactive lessons on this topic · ⁨Интерактивные уроки по этой теме⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨Пройдите его шаг за шагом с упражнениями мгновенной проверки.⁩

Past Papers · ⁨Архив экзаменационных работ⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩ · ⁨Больше тем в A-Level Chemistry · ⁨A-Level Химия⁩⁩

Log in or create account · ⁨Войти или создать аккаунт⁩

IGCSE, A-Level & AP