Aldegid va ketonlar

Aldegid va ketonlar — molekulasida karbonil guruh >C=O bo‘lgan organik birikmalar (karbonil birikmalar). Aldegidda karbonil uglerodi kamida bitta vodorod atomi bilan bog‘langan (–CHO guruh), shuning uchun aldegidlar oson oksidlanadi va "kumush ko‘zgu" reaksiyasini beradi. Ketonda esa karbonil guruh ikki uglevodorod radikali orasida joylashgan, shuning uchun ketonlar yumshoq oksidlovchilarga chidamli. Formaldegid (uning suvli eritmasi — formalin) dezinfeksiya va smolalar ishlab chiqarishda, sirka aldegid — sirka kislota sintezida, aseton — eng keng tarqalgan erituvchi sifatida ishlatiladi. Bu mavzu spirtlar va karbon kislotalar orasidagi ko‘prik: spirt oksidlansa aldegid, aldegid oksidlansa kislota hosil bo‘ladi.

§1. Tuzilishi va nomlanishi

Karbonil guruhdagi qo‘sh bog‘ bitta σ- va bitta π-bog‘dan iborat. Kislorod ugleroddan elektromanfiyroq, shuning uchun bog‘ kuchli qutblangan: Cᵟ⁺=Oᵟ⁻. Musbat zaryadlangan uglerod nukleofil (elektron juftli) zarrachalar hujumiga ochiq — karbonil birikmalarga nukleofil birikish reaksiyalari xos (alkenlarda esa elektrofil birikish).

Nomlanishi: IUPAC bo‘yicha aldegidlar alkan nomiga -al qo‘shimchasi, ketonlar -on qo‘shimchasi qo‘shib nomlanadi.

• Metanal (formaldegid, chumoli aldegid) HCHO, etanal (sirka aldegid, atsetaldegid) CH₃CHO, propanal C₂H₅CHO, butanal C₃H₇CHO.
• Propanon (aseton, dimetilketon) CH₃COCH₃, butanon (metiletilketon) CH₃COC₂H₅.

Aldegidlarda karbonil uglerodi doim 1-raqamni oladi, shuning uchun uning o‘rni ko‘rsatilmaydi; ketonlarda esa raqam yoziladi: pentanon-2, pentanon-3.

§2. Izomeriya va fizik xossalari

Aldegid va ketonlar o‘zaro sinflararo izomer: propanal va aseton — ikkalasi ham C₃H₆O. Ular to‘yinmagan spirtlar (masalan, CH₂=CH–CH₂OH) va sikloalkanollarga ham izomer. Aldegidlarda zanjir izomeriyasi C₄ dan, ketonlarda karbonil holati izomeriyasi C₅ dan boshlanadi.

Fizik xossalari: formaldegid — o‘tkir hidli gaz, uning taxminan 40 % li suvli eritmasi formalin deyiladi; etanal — juda uchuvchan suyuqlik (qaynash harorati 21 °C); aseton — o‘ziga xos hidli suyuqlik, suv bilan har qanday nisbatda aralashadi. Karbonil birikmalar molekulalari orasida vodorod bog‘ yo‘q, shuning uchun ular shu massadagi spirtlarga qaraganda pastroq haroratda qaynaydi; lekin qutbli bo‘lgani uchun alkanlardan yuqoriroq. Quyi a’zolar suvda yaxshi eriydi, chunki suv molekulalari bilan vodorod bog‘ hosil qiladi.

Misol

C₄H₈O tarkibli nechta karbonil birikma bor?

1. Aldegidlar: butanal CH₃CH₂CH₂CHO va 2-metilpropanal (CH₃)₂CHCHO.
2. Keton: butanon CH₃COCH₂CH₃.
3. Jami 3 ta karbonil birikma.

§3. Qaytarilish va oksidlanish

Qaytarilish (gidrogenlash, Ni yoki Pt, qizdirish): aldegid birlamchi spirtga, keton ikkilamchi spirtga aylanadi.

Oksidlanish — aldegidlar uchun juda oson, chunki karbonil uglerodidagi vodorod hisobiga –CHO guruh –COOH ga aylanadi. Bu reaksiyalar aldegidlarga sifat reaksiyalardir:

Har ikkala reaksiyada 1 mol aldegid guruhiga 2 mol Ag yoki 1 mol Cu₂O to‘g‘ri keladi. Ketonlar bu reaksiyalarni bermaydi va faqat qattiq oksidlovchilar ta’sirida uglerod zanjiri uzilib, kislotalar aralashmasini hosil qiladi.

Nukleofil birikishga yana bir misol — sianid kislotaning birikishi: CH₃CHO + HCN → CH₃CH(OH)CN (oksinitril). Bunda nukleofil CN⁻ musbat zaryadlangan karbonil uglerodiga hujum qiladi, vodorod esa kislorodga birikadi. Shu sababli uglerod zanjiri bitta atomga uzayadi.

Yonish: CH₃CHO kabi to‘yingan karbonil birikmalar yonganda n(CO₂) = n(H₂O): 2CH₃CHO + 5O₂ → 4CO₂ + 4H₂O.

Misol

4,4 g to‘yingan aldegid kumush ko‘zgu reaksiyasida 21,6 g kumush ajratdi. Aldegidni aniqlang.

1. n(Ag) = 21,6/108 = 0,2 mol.
2. Aldegid metanal emas deb faraz qilsak: n(aldegid) = 0,2/2 = 0,1 mol, M = 4,4/0,1 = 44 → CH₃CHO.
3. Tekshiruv: metanal bo‘lganda n = 0,05 mol va M = 88 chiqardi — HCHO (30) ga mos emas. Javob: etanal.

§4. Metanalning o‘ziga xosligi va polikondensatsiya

Metanal molekulasida karbonil uglerodiga ikkita vodorod bog‘langan. Birinchi oksidlanishda chumoli kislota hosil bo‘ladi, u ham aldegid guruhini saqlaydi va oxirigacha CO₂ ga oksidlanadi:

Metanal fenol bilan polikondensatsiyaga kirishib, fenolformaldegid smolalari (karbolit, bakelit) hosil qiladi; bunda suv ajralib chiqadi. Formalin biologik preparatlarni saqlashda, teri oshlashda, dezinfeksiyada ishlatiladi, lekin formaldegid zaharli. Metanal va ammiakdan urotropin olinadi. Sirka aldegid sirka kislota olishning asosiy xomashyosi.

§5. Olinishi

Birlamchi spirtdan aldegid, ikkilamchi spirtdan keton olinadi; uchlamchi spirtlar bunday sharoitda oksidlanmaydi. Laboratoriyada spirtdan aldegid olishda u hosil bo‘lishi bilan haydab olinadi, aks holda u kislotagacha oksidlanib ketadi.

§6. Rasmiy test namunasi

O‘rtacha molyar massasi 12 g/mol bo‘lgan formaldegid va H₂ aralashmasi katalizator ustidan o‘tkazildi, metanol hosil bo‘ldi. Yangi aralashmaning vodorodga nisbatan zichligi 8,4. Undagi H₂ ning mol ulushini toping.

Misol

1. 1 mol aralashma: 30x + 2(1 − x) = 12 → x = 5/14 mol HCHO, H₂ = 9/14 mol.
2. HCHO + H₂ → CH₃OH: reaksiyaga kirgan har y mol uchun umumiy mol miqdori y ga kamayadi, massa esa 12 g saqlanadi.
3. Yangi o‘rtacha molyar massa 2·8,4 = 16,8: 12/(1 − y) = 16,8 → 1 − y = 10/14 → y = 4/14.
4. Qolgan H₂: 9/14 − 4/14 = 5/14; ulushi (5/14)/(10/14) = 0,5, ya’ni 50 %.

O‘zingizni tekshiring

1. 3 g metanal mo‘l kumush oksidning ammiakli eritmasi bilan reaksiyaga kirsa, necha gramm kumush ajraladi?

2. Asetonni qaytarganda qaysi spirt hosil bo‘ladi?

3. Aldegidni ketondan qaysi reaktiv yordamida farqlaysiz?

4. 11 g etanal olish uchun necha gramm etanol kerak (unum 100 %)?

5. Propanalning sinflararo izomeri qaysi keton?

6. Formalin nima?

7. To‘yingan aldegid Cu(OH)₂ bilan qizdirilganda 3,6 g Cu₂O hosil bo‘ldi; aldegid massasi 1,8 g. Aldegidni toping.

8. 0,5 mol propanalni to‘liq qaytarish uchun necha litr H₂ (n.sh.) kerak?

Ko‘p uchraydigan xatolar

• Metanal uchun ham 1 mol aldegidga 2 mol Ag olish: metanaldan 4 mol Ag ajraladi.
• Aseton kumush ko‘zgu beradi deb o‘ylash.
• Aldegidni qaytarganda ikkilamchi spirt yozish: aldegiddan birlamchi, ketondan ikkilamchi spirt hosil bo‘ladi.
• Kucherov reaksiyasi mahsuloti sifatida etanol yozish: mahsulot etanal.
• Karbonil birikmalarga alkenlar kabi elektrofil birikish xos deb hisoblash: ularga nukleofil birikish xos.