1. Окисление спиртов
В лаборатории карбонильные соединения получают окислением спиртов в жестких условиях в присутствии сильных окислителей (дихромата калия К2Cr2O7 или перманганата калия КМnО4) в серной кислоте Н2SO4. В качестве окислителя можно использовать оксид меди (II) при нагревании.
При окислении первичных спиртов образуются альдегиды:
Видеоопыт «Окисление этилового спирта оксидом меди (II)»
Первичные спирты при окислении образуют альдегиды, которые затем легко окисляются до карбоновых кислот:
Чтобы предотвратить превращение альдегида в кислоту, его отгоняют в ходе реакции (tкип альдегида, не образующего межмолекулярные водородные связи, ниже tкип спирта и кислоты).
При окислении вторичных спиртов образуются кетоны:
2. Гидратация алкинов (реакция Кучерова)
Присоединение воды к ацетилену происходит в присутствии катализатора соли ртути (II) и идет через образование неустойчивого непредельного спирта (енола), который изомеризуется в уксусный альдегид (в случае ацетилена):
Кетоны получают при гидратации других гомологов ряда алкинов:
Раньше это был промышленный способ получения карбонильных соединений. В настоящее время этот способ находит ограниченное применение из-за загрязнения получаемых продуктов токсичными солями ртути и относительной дороговизны.
3. Каталитическое окисление алкенов кислородом воздуха
Этим способом в промышленности получают уксусный альдегид — окислением этилена кислородом воздуха (Вакер-процесс).
Эта реакция протекает в присутствии катализатора – смеси PdCl2 и CuCl2 и температуре 1000С:
Этим экономичным способом получают низшие альдегиды и кетоны.
Этот промышленный способ более перспективен, чем гидратация алкинов, при которой используются токсичные ртутные катализаторы.
4. Каталитическое дегидрирование спиртов
В промышленности альдегиды и кетоны получают дегидрированием спиртов, пропуская пары спирта над нагретым катализатором (Cu, соединения Ag, Cr или Zn).
Первичные спирты окисляются до альдегидов, а вторичные – до кетонов.
Например:
Этот способ получения объясняет суть названия «альдегид» (от лат. alconol dehydrogenatum – спирт, от которого «отняли» водород).
Этот способ позволяет получать карбонильные соединения, в особенности альдегиды, без побочных продуктов окисления.
Интересно знать
В 1835 г. немецкий химик Ю. Либих выделил индивидуальное вещество, молекула которого содержала на два атома водорода меньше, чем этанол. Ученый установил состав этого соединения – С2Н4О и назвал его альдегидом (от лат. alconol dehydrogenatum — т.е. дегидрированный спирт, «спирт, лишенный водорода»).
В 1867 г. немецкий химик-органик А. Гофман, пропуская пары метилового спирта над раскаленной платиновой спиралью, получил газообразное вещество состава СН2О, молекула которого отличается от открытого Либихом альдегида на группу -СН2— . Именно это соединение (муравьиный альдегид) открывает гомологический ряд альдегидов.
5. Щелочной гидролиз дигалогеналканов
Реакция протекает при действии водных растворов щелочей на дигалогензамещенные углеводороды, содержащие два атома галогена у одного и того же атома углерода.
При щелочном гидролизе дигалогеналканов образуются двухатомные спирты, в которых две группы ОН соединены с одним атомом углерода. Эти вещества неустойчивы и при отщеплении воды, превращаются в карбонильные соединения.
Если два атома галогена связаны с первичным атомом углерода, то образуются альдегиды:
При гидролизе дигалогеналканов, содержащих атомы галогена у вторичного атома углерода, образуются кетоны:
Это лабораторный способ получения карбонильных соединений.
6. Пиролиз солей карбоновых кислот
При пиролизе (термическое разложение) кальциевых, бариевых солей карбоновых кислот образуются соответствующие карбонильные соединения. Из смешанной соли муравьиной и другой карбоновой кислоты получают альдегиды, а в остальных случаях образуются кетоны.
Это лабораторный способ получения карбонильных соединений.
7. Кумольный способ получения ацетона (наряду с фенолом)
Простейший кетон – ацетон – получают кумольным методом вместе с фенолом:
Это промышленный способ получения ацетона.
Преимущества метода: безотходная технология (выход полезных продуктов > 99%) и экономичность. В настоящее время кумольный способ используется как основной в мировом производстве фенола.
Получение формальдегида
1. Окисление метана
Формальдегид в промышленности можно получить окислением метана кислородом воздуха при высоких температурах с использованием катализатора:
2. Окисление метанола
Основной промышленный способ получения формальдегида – окисление метанола с использованием серебряного катализатора при температуре 6500С и атмосферном давлении:
Реакция происходит на раскаленной серебряной сетке, через которую проходят пары ментола, смешанные с воздухом. Реакция настолько экзотермична, что выделяющейся в ходе ее теплоты достаточно для того, чтобы поддерживать сетку в раскаленном состоянии.
В настоящее время разработан перспективный способ высокотемпературного окисления метанола с использованием железомолибденовых катализаторов:
