كيمياء - الألدهيدات والكيتونات

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة1

الألدهيدات والكيتونات

   
     
   
     

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة2

الألدهيدات والكيتونات


التعريف: مركبات عضوية تتميز بوجود مجموعة كربونيل

اكتشف العالم شيل الإيثانال (الأسيتالدهيد) عام (1774م)، وأول من عرف صيغته هو العالم ليبج عام
(1835م)، كما اكتشف العالم هوفمان الميثانال (الفورمالدهيد) عام (1867م)

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة3

الألدهيدات والكيتونات

المجموعة الوظيفية

 الألدهيدات والكيتونات إما أليفاتية أو أروماتية، كما في الصيغ العامة التالية:
إذا لم تتصل مجموعة الآريل مباشرة بمجموعة الألدهيد فإن الألدهيد يكون أليفاتيا. مثال: Ar-CH2-C-H

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة4

الألدهيدات والكيتونات

الصيغة العامة


تكون مجموعة الكربونيل هي المجموعة الوظيفية في الألدهيدات والكيتونات.

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة5

الألدهيدات والكيتونات

التسمية
 1 ـ تسمية الألدهيدات والكيتونات:
 يبين الجدول بعض الأمثلة على الألدهيدات والكيتونات، وأسماءها الشائعة،  والأسماء النظامية.
 الجدول : بعض الألدهيدات والكيتونات وصيغها وأسماؤها الشائعة والنظامية.

العائلة الصيغة الاسم الشائع الاسم النظامي
الألدهيدات - H - C - H فورمالدهيد ميثانال
CH3C - H أسيتالدهيد إيثانال
CH3CH2C-H بروبيونالدهيد بروبانال
H - C - CH - CH2CH3 ــــــ 2 ـ ميثيل بيوتانال
الكيتونات CH3 - C - CH3 أسيتون بروبانون
CH3CH2C - CH3 إيثيل ميثيل كيتون بيوتانون
CH3CH2C - CH2CH3 ثنائي إيثيل كيتون 3 ـ بنتانون
CH3-C-CH2-CH-CH3 ــــــ 4 ـ ميثيل ـ 2 ـ بنتانون
 تنتهي الأسماء بالمقطع (ال) في حالة الألدهيدات، وبالمقطع (ون) في حالة  الكيتونات، وأن الاسم يُشتق بإضافة هذه المقاطع إلى اسم الألكان المناظر.

 وإذا دققت في طريقة تسمية الألدهيدات والكيتونات ذات الجزيئات الكبيرة  المتفرعة بالطريقة النظامية فإنك تلاحظ ترقيم أطول سلسلة للكربون ابتداءً من  الطرف الأقرب إلى مجموعة الكربونيل، والإشارة في اسم الألدهيد إلى  المجموعة (المجموعات) البديلة ورقم ذرة الكربون المتصلة بها، أما في  الكيتون؛ فلا بد من الإشارة إلى رقم ذرة الكربون في مجموعة الكربونيل.

2- قواعد التسمية بالطريقة النظامية (IUPAC):
أ ـ الألدهيدات:
يمكن تلخيص خطوات التسمية كما يلي:
1 - نبدأ بترقيم الألدهيد من ذرة كربون مجموعة الكربونيل الألدهيدية حيث تأخذ الرقم 1، ونستمر باتجاه
      أطول سلسلة من ذرات الكربون.
2 - نسمي التفرعات إن وجدت كما تقدم في قواعد هذه الطريقة.
3 - ننسب اسم الألدهيد إلى اسم الألكان في السلسلة الأطول للمركب مضافاً إليها المقطع (ال) الدال على
      مجموعة الكربونيل الألدهيدية.
أمثلة:

 

ب ـ الكيتونات:
نتبع لذلك الخطوات الآتية:
1 - نرقم السلسلة من الطرف الأقرب إلى ذرة كربون مجموعة الكربونيل (الكيتونية)، ونستمر باتجاه
      أطول سلسلة من ذرات الكربون.
2 - نسمى التفرعات كما تقدم في قواعد هذه الطريقة.
3 - ننسب الكيتون إلى السلسلة الألكانية الأطول بعد تحديد موقع الكربونيل ونضيف إلى اسم الألكان
      المقطع (ون) الدال على مجموعة الكربونيل الكيتونية.

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة6

الألدهيدات والكيتونات

خصائص التركيب

ـ الذرات المكونة لجزيئاتها هي الكربون والهيدروجين والأكسجين.
ـ تتميز بوجود رابطة مزدوجة بين ذرة الكربون وذرة الأكسجين ويعتبر لذرة الكربون فيها مجالات مهجنة
    من نوع sp2.
ـ تتكون الرابطة المزدوجة من رابطة قوية سيجما ناتجة عن تداخل رأسي بين المجالات ورابطة ضعيفة    باي ناتجة عن تداخل جانبي بين المجالات.
ـ نظراً لارتفاع السالبية الكهربية للأكسجين عن الكربون فإن الرابطة (O = C) قطبية وبالتالي فإن    جزيئات الألدهيدات والكيتونات قطبية.
(أكثر قطبية من الهيدروكربونات والإيثرات وأقل من الكحولات لعدم وجود رابطة O-H).
ـ لا تتكون روابط هيدروجينية بين الجزيئات لعدم وجود هيدروجين حمضي.

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة7

الألدهيدات والكيتونات

الخواص الفيزيائية
 الحالة الفيزيائية:
توجد أغلب الألدهيدات والكيتونات على الحالتين الغازية (الميثانال) والسائلة  (الإيثانال والبروبانون).

 درجة الغليان:
 ـ مرتفعة نسبياً بسبب قطبية الجزيئات وتزداد درجات غليانها  بزيادة الوزن الجزيئي.
 ـ أعلى من الهيدروكربونات والإيثرات لكنها أقل من الكحولات لأن قطبيتها أقل  من الكحولات ولا توجد
    روابط هيدروجينية بين جزيئاتها.

 الذائبية:
 ـ تذوب في المذيبات القطبية كالماء بسبب قطبية جزيئاتها وإمكانية تكوين روابط  هيدروجينية بين جزيئات الألدهيدات والكيتونات وجزيئات الماء.
 ـ تقل ذائبيتها في الماء بزيادة الوزن الجزيئي.
 هيدروكربونات < إيثرات < ألدهيدات وكيتونات < كحولات
 كما أن الألدهيدات ذات الكتل الجزيئية الصغيرة لها رائحة نفاذة , (رائحة بنزالدهيد تشبه رائحة اللوز المر), أما الكيتونات فلها رائحة مقبولة وبعضها له رائحة نفاذة ولكن لا يفضل شمها لأنها ضارة.

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة8

الألدهيدات والكيتونات

التحضير

إلى المختبر

 تحضير الألدهيدات والكيتونات: (طرق عامة)
1) أكسدة الكحولات.
 ـ عملية الأكسدة تكون بزيادة الأكسجين أو نقصان الهيدروجين.      

 2) إضافة الماء للألكاينات (الأسيتيلينات) في وجود حمض الكبريت المخفف وعوامل الحفز

 ـ لتحضير الأسيتالدهيد تتم إضافة الماء للأسيتيلين.
 ـ أما مشتقات الأسيتيلين فتعطي كيتونات.
ملاحظة:
 من العوامل المؤكسدة برمنغنات البوتاسيوم KMnO4 ، دايكرومات البوتاسيوم K2Cr2O7، النحاس المسخن Cu و300°م ويرمز لها جميعاً بالرمز(O).

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة9

الألدهيدات والكيتونات

الخواص الكيميائية
1- تفاعلات الإضافة:
تتم تفاعلات الألدهيدات أو الكيتونات مع المركبات الأخرى بارتباط الجزء السالب من المادة المتفاعلة بذرة كربون مجموعة الكربونيل، (لأنها تحمل شحنة موجبة جزئية)، وارتباط الجزء الموجب من المادة المتفاعلة بذرة الأكسجين، (لأنها تحمل شحنة سالبة جزئية)، ويُسمى هذا التفاعل تفاعل إضافة.
أ- إضافة حمض الهيدروسيانيك
مثال: يتفاعل كل من الإيثانال والبروبانون بالإضافة مع سيانيد الهيدروجين، كما في المعادلتين التاليتين:

ب- إضافة الكحولات:
تتفاعل الألدهيدات مع الكحولات في وجود عامل مساعد مثل غاز HCl جاف وتنتج مركبات تعرف بالأسيتال Acetal كما هو موضح بالمعادلة:

مثال:
يتفاعل الأسيتالدهيد مع الكحول الإيثيلي مكوناً الاسيتال كما يلي:

ج- إضافة كبريتيت الصوديوم الهيدروجيني NaHSO3:
الأسيتون يضيف مركب كبريتيت الصوديوم الهيدروجيني حيث يتكون ملح ذو بلورات بيضاء كما في المعادلة:

لذا يستخدم كبريتيت الصوديوم الهيدروجيني NaHSO3 لفصل وتنقية معظم المركبات التي تحتوي على مجموعة كربونيل عن غيرها من المركبات. وذلك لأن المركبات الناتجة من التفاعل سهلة التحلل، وتعطي الكيتون مرة أخرى إذا تم إضافة كربونات الصوديوم أو حمض الهيدروكلوريك بكمية كافية لمعادلة مادة كبريتيت الصوديوم الموجودة في خليط التفاعل.
كما أن الكيتونات في هذا التفاعل يجب أن تحتوي على المجموعة
لذلك فإن الكيتونات مثل
أو
لا تتفاعل مع كبريتيت الصوديوم الهيدروجيني.

أ ـ في حالة الألدهيدات:

 أكسدة الألدهيدات :
يتأكسد الألدهيد بواسطة المواد المؤكسدة إلى حمض عضوي مقابل :








ب ـ في حالة الكيتونات
فإنها تُختزل بسهولة إلى كحول ثانوي، إلا أنها لا تتأكسد إلا بعوامل مؤكسدة قوية مثل حمض النيتريك المركز، وتُنتج حمضين أو أكثر حسب نوع الكيتون كما في المعادلة التالية:

3 - التفاعل مع الهيدرازين ومشتقاته:
تتفاعل مجموعة الكربونيل مع الهيدرازين ومشتقاته حيث يتكون رواسب ملونة وينتزع خلال التفاعل جزيء ماء كما يلي:
* معادلة التفاعل مع الهيدرازين:

ويمكن أن يحدث تفاعل شبيه باستخدام أي من مشتقات الهيدرازين التالية:

ملحوظة: يستخدم هذا التفاعل في التعرف على وجود مجموعة الكربونيل في المركب العضوي إذ تدل النواتج الملونة (الصفراء البرتقالية) على وجود تلك المجموعة، أي أن المركب ألدهيد أو كيتون.

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة10

الألدهيدات والكيتونات

الكشف عنها

نظراً لتباين نشاط كل من الألدهيدات والكيتونات تجاه العوامل المؤكسدة، يُستخدم ذلك في التمييز بينهما في المختبر.

ويُمكن التمييز بين الألدهيدات والكيتونات باستخدام محلول بندكت أو كاشف تولين، حيث تختزل الألدهيدات كاتيونات النحاس (+Cu2) في محلول بندكت إلى كاتيونات النحاس (+Cu) التي تترسب على صورة راسب أحمر هو أكسيد النحاس (Cu2O) الشكل ، بينما الكيتونات لا تختزل محلول بندكت.
ويستخدم مثل هذا التفاعل في المختبرات الطبية للكشف عن سكر الجلوكوز وتقدير كميته في لأن جزيء الجلوكوز يحتوي على مجموعة ألدهيد التي تتأكسد بسهولة.
كما أن الألدهيدات تختزل كاشف تولين الذي يحتوي على كاتيونات +Ag ويحولها إلى ذرات الفضة (Ag)التي تترسب في صورة مرآة فضية، ويُستفاد من هذا التفاعل في عمل أنواع من المرايا، حيث يتم استخدام الميثانال لترسيب طبقة الفضة على الزجاج.




كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة11

الألدهيدات والكيتونات

الأهمية والاستخدامات

الألدهيدات لها استخدامات عديدة:
الميثانال (الفورمالدهيد):
1- يُستخدم الفورمالين في حفظ العينات الحيوانية وهو محلول الفورمالدهيد.



2- يُستخدم الميثانال في صناعات كثيرة من أهمها صناعة الميلامين من خلال تكون مبلمر له مع الفينول.



3- يستخدم الميثانال في صناعة المرايا، كما يدخل في عمليات البلمرة للحصول
    على المواد اللاصقة.

الكيتونات لها استخدامات عديدة:
البروبانون (الأسيتون):
1- يُستخدم البروبانون مذيباً للأصباغ والدهانات، وتستخدمه السيدات كمزيل لطلاء الأظافر، كما يُستخدم
    الإيثانال والبروبانون في صناعة العطور.
2- يُستخدم البروبانون في تصنيع الواقيات التي يستخدمها أفراد الشرطة عند حدوث شغب.
ملاحظة:
قد يظهر البروبانون في بول مرضى السكري في حالة الإصابة الشديدة، كما يمكن ملاحظة رائحة البروبانون في أثناء تنفس هؤلاء المرضى.
رائحة الكيتونات:

تعزى رائحة الياسمين لإحدى الكيتونات المسمى جاسمون
(Jasmone)، وكذلك رائحة البنفسج التي تعزى إلى الكيتون المسمى إيرون (Irone)، ورائحة مسك الغزال إلى الكيتون المسمى مسكون
(Muscone)، أما رائحة الليمون فتعزى إلى الألدهيد المسمى سيترال (Citral).

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة12

الألدهيدات والكيتونات

تطبيقات

 أكمل المعادلات التالية :
باستخدام محلول فهلنج :

باستخدام محلول تولن :



كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة13

الألدهيدات والكيتونات

تطبيقات

 تعتبر الألدهيدات مركبات وسطية بين الكحولات والأحماض العضوية .
 لأن الألدهيدات تحضر بأكسدة الكحولات كما أن أكسدة الألدهيدات تعطي أحماض عضوية . اكتب المعادلة كاملة :





كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة14

التمييز بين الألدهيدات والكيتونات:
نظراً لوجود هيدروجين متصل بحجموعة كربونيل الألديد فإن تفاعلات خاصة تميز تكل المجموعة هنا عن مثيلتها في الكيتون الذي لا يحوي ذرة هيدروجين مرتبطة بمجموعة الكربونيل.
إن أبرز التفاعلات التي يمكن حدوثها للألدهيد دون الكيتون تفاعل الأكسدة، حيث وجد أن الألدهيد يتأكسد بتأثير بعض المواد المؤكسدة إلى الحمض العضوي (الكربوكسيلي) المقابل في حين لا يستجيب الكيتون لعملية الأكسدة عند الظروف المعتادة. وسنأخذ مثالين يستخدمان للتمييز بين الألدهيد والكيتون: أ- أكسدة الألدهيد بكاشف تولن:
يحتوي كاشف تولن على أمينات الفضة القاعدية 2+(Ag(NH3 والتي تتفاعل مع الألدهيد مرسبةً الفضة على جدران وعاء التفاعل بينما لا يتفاعل الكيتون معها كما يلي:

ب- أكسدة الألدهيدات بواسطة محلول فهلنج:
محلول فهلنج محلول أزرق يحتوي على ملح ترترات النحاس (؟) القاعدية والتي تتفاعل بدورها مع الألدهيد منتجة أكسيد النحاس (؟) ذي اللون الأحمر البني (شكل 9-36)، بينما لا يتفاعل الكيتون مع هذا المحلول كما يلي:



شكل (9 - 36) أثر تفاعل الألدهيد مع محلول قاعدي لأيونات النحاس

كيمياء - الألدهيدات والكيتونات - صفحة15

أكسدة الكحول الأولي إلى ألدهيد

نسخن قطعة من النحاس حتى الإحمرار لنستخدمها كعامل مؤكسد، حيث يتأكسد النحاس فاقداً لونه الذهبي إلى لون أكسيده الأسود، بعد ذلك نقوم بغمسه في محلول كحول أولي (أيثانول) نلاحظ أن قطعة النحاس قد استعادت لونها الذهبي، مع تصاعد رائحة مميزة هي رائحة الألدهيد (أيثانال).
نستنتج أن الكحول الأولي يتأكسد إلى ألدهيد.