Номер 1, страница 116 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Предположите, как влияет функциональная группа на свойства альдегидов.

Функциональная группа альдегидов, называемая альдегидной или формильной группой ($-CHO$), определяет их характерные физические и химические свойства. Эта группа состоит из карбонильной группы ($C=O$), в которой атом углерода связан с атомом водорода и углеводородным радикалом ($R$).

Строение альдегидной группы и её влияние на свойства

Ключевым элементом альдегидной группы является карбонильная группа $C=O$. Двойная связь между углеродом и кислородом является сильно полярной, так как кислород — более электроотрицательный элемент, чем углерод. В результате на атоме кислорода возникает частичный отрицательный заряд ($\delta-$), а на карбонильном атоме углерода — частичный положительный заряд ($\delta+$). Атом углерода находится в состоянии $sp^2$-гибридизации, что обуславливает плоское строение этого фрагмента молекулы.

Это электронное и пространственное строение определяет все основные свойства альдегидов.

1. Влияние на физические свойства

• Температуры кипения. Из-за полярности карбонильной группы между молекулами альдегидов существуют диполь-дипольные взаимодействия. Они сильнее, чем межмолекулярные силы (силы Ван-дер-Ваальса) у неполярных алканов сравнимой молекулярной массы. Однако, в отличие от спиртов, альдегиды не могут образовывать водородные связи между своими молекулами (нет атома водорода, связанного с сильно электроотрицательным атомом). Поэтому температуры кипения альдегидов выше, чем у соответствующих алканов, но ниже, чем у спиртов.

• Растворимость. Низшие альдегиды (метаналь, этаналь) хорошо растворимы в воде. Это объясняется способностью их атома кислорода образовывать водородные связи с молекулами воды. С увеличением длины углеводородного радикала (неполярной части молекулы) растворимость в воде уменьшается.

• Запах. Низшие альдегиды имеют резкий, часто неприятный запах. Высшие альдегиды, напротив, часто обладают приятным цветочным или фруктовым ароматом и используются в парфюмерии.

2. Влияние на химические свойства

Высокая реакционная способность альдегидов обусловлена наличием в их молекуле полярной карбонильной группы и связанного с ней атома водорода.

• Реакции окисления. Это наиболее характерная особенность альдегидов, отличающая их от кетонов. Альдегиды легко окисляются до карбоновых кислот даже под действием слабых окислителей. Эта способность лежит в основе качественных реакций на альдегидную группу:

  • Реакция «серебряного зеркала» (с аммиачным раствором оксида серебра):
    $R-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow R-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$
  • Реакция с гидроксидом меди(II) (реактив Фелинга):
    $R-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} R-COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

• Реакции восстановления. Альдегидная группа восстанавливается до первичной спиртовой группы при действии восстановителей (например, $H_2$ на катализаторах Ni, Pt, Pd или $NaBH_4$, $LiAlH_4$):
  $R-CHO + H_2 \rightarrow R-CH_2OH$

• Реакции нуклеофильного присоединения по карбонильной группе. Частичный положительный заряд на атоме углерода делает его уязвимым для атаки нуклеофилов (частиц с отрицательным зарядом или неподеленной электронной парой). Реакция идет по двойной связи $C=O$ с её разрывом. Примеры: присоединение воды, спиртов, синильной кислоты, реактивов Гриньяра.

• Реакции полимеризации. Низшие альдегиды (особенно формальдегид) склонны к полимеризации с образованием как линейных, так и циклических полимеров (например, параформ, триоксан).

Ответ: Функциональная альдегидная группа ($-CHO$) кардинально влияет на свойства альдегидов, делая их полярными соединениями с относительно высокими температурами кипения (выше, чем у алканов, но ниже, чем у спиртов) и хорошей растворимостью низших представителей в воде. В химическом отношении альдегидная группа обуславливает высокую реакционную способность. Наиболее характерными являются реакции окисления (качественные реакции «серебряного зеркала» и с гидроксидом меди(II)), восстановления до первичных спиртов и многочисленные реакции нуклеофильного присоединения по полярной связи $C=O$.