Карбонильные соединения, содержащие альдегидную (-СНО) и кетонную (>С=О) группы, обладают характерной реакционной способностью, связанной с высокой полярностью карбонильного фрагмента. Различия в химическом поведении альдегидов и кетонов позволяют использовать специальные реакции для их качественного обнаружения. В основе таких реакций лежат либо окислительно-восстановительные процессы, либо образование окрашенных или осадочных соединений, что делает их удобными для идентификации.
Альдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот даже мягкими окислителями, что является ключевым признаком, отличающим их от кетонов.
1. Реакция серебряного зеркала (реакция Толленса). Раствор аммиачного оксида серебра [Ag(NH₃)₂]⁺ восстанавливается альдегидом до металлического серебра, которое тонким слоем осаждается на стенках сосуда, образуя характерное зеркальное покрытие. Схематически процесс выражается уравнением:
R–CHO + 2[Ag(NH₃)₂]OH → R–COONH₄ + 2Ag↓ + 3NH₃ + H₂O
Кетоны, за исключением α-гидроксикетонов и некоторых гетероциклических соединений, реакции не дают.
2. Реакция Фелинга. Альдегиды восстанавливают щелочной раствор комплексного соединения меди(II) с виннокислым калием и натрием (реактив Фелинга), в результате чего образуется красный осадок оксида меди(I):
R–CHO + 2Cu²⁺ + 5OH⁻ → R–COO⁻ + Cu₂O↓ (красный) + 3H₂O
Эта реакция особенно характерна для углеводов, содержащих альдегидную группу (глюкоза, мальтоза).
3. Реакция с реактивом Шиффа. Фуксин, обесцвеченный диоксидом серы, приобретает интенсивную малиновую окраску при взаимодействии с альдегидной группой. Кетоны, как правило, реакцию не дают, либо она протекает значительно слабее.
Для обнаружения как альдегидов, так и кетонов применяются реакции с гидразинами, фенилгидразином, гидроксиламином и другими нуклеофильными реагентами, атакующими атом углерода карбонильной группы.
1. Реакция с 2,4-динитрофенилгидразином (реактив Брэди). Оба класса соединений образуют ярко окрашенные (жёлтые, оранжевые или красные) осадки 2,4-динитрофенилгидразонов:
R–C(=O)–R′ + H₂NNHC₆H₃(NO₂)₂ → R–C=NNHC₆H₃(NO₂)₂ + H₂O
Цвет и кристаллическая форма осадка могут служить дополнительным диагностическим признаком.
2. Образование оксимов. При действии гидроксиламина образуются оксимы, которые кристаллизуются и имеют характерные температуры плавления, что удобно для идентификации:
R–C(=O)–R′ + NH₂OH → R–C=NOH–R′ + H₂O
3. Образование гидразонов и семикарбазонов. Карбонильные соединения реагируют с гидразином, фенилгидразином и семикарбазидом, образуя гидразоны и семикарбазоны. Эти производные также имеют специфические физические свойства, используемые для анализа.
Хотя кетоны менее склонны к окислению, некоторые из них можно обнаружить специфическими методами.
1. Реакция с йодом в присутствии щёлочи (реакция Йодоформа). Метилкетоны и соединения, содержащие фрагмент –CO–CH₃, при обработке раствором йода в щёлочи дают жёлтый осадок и характерный запах йодоформа (CHI₃):
R–CO–CH₃ + 3I₂ + 4NaOH → R–COONa + CHI₃↓ + 3NaI + 3H₂O
Эта реакция позволяет отличить метилкетоны от прочих карбонильных соединений.
2. Реакции с α-гидроксикетонами. Некоторые кетоны, особенно содержащие активные гидроксильные группы в α-положении, способны вступать в окислительные реакции, но такие случаи менее универсальны и используются ограниченно.
Качественные реакции на альдегиды и кетоны широко применяются в лабораторной практике органического анализа для:
Таким образом, система качественных реакций на альдегиды и кетоны базируется на их химической специфичности: альдегиды характеризуются лёгкой окисляемостью, тогда как оба класса соединений способны образовывать производные с нуклеофильными реагентами, что и составляет основу их аналитического распознавания.