В молекулах этих соединений содержится двухвалентная карбонильная группа
В альдегидах она связана с одним атомом H и с углеводородным радикалом *, в кетонах — с двумя углеводородными радикалами:
Наличие и в альдегидах, и в кетонах карбонильной группы обусловливает определенное сходство их свойств. Однако имеются и различия, связанные с тем, что в молекулах альдегидов одна из связей карбонильной группы затрачивается на соединение с водородом; поэтому они содержат своеобразную альдегидную функциональную группу
(или —CH=O). За счет водорода этой группы альдегиды очень легко окисляются, превращаясь в карбоновые кислоты (см. § 172). Так, при окислении уксусного альдегида образуется уксусная кислота, которую широко используют в промышленности и быту:
Вследствие легкой окисляемости альдегиды являются энергичными восстановителями; этим они существенно отличаются от кетонов, которые окисляются значительно труднее. Например, альдегиды восстанавливают оксид серебра(I) до металлического серебра (реакция серебряного зеркала — серебро осаждается на стенках сосуда, образуя зеркальный налет) и оксид меди(II) до оксида меди(I) *:
Кетоны в этих условиях не окисляются, поэтому обе реакции используют как качественные, позволяющие отличить альдегиды от кетонов.
Альдегиды и кетоны можно получать окислением соответствующих спиртов, т. е. имеющих такой же углеродный скелет и гидроксильную группу при том же атоме углерода, который в получаемом альдегиде или кетоне образует карбонильную группу. Например:
Муравьиный альдегид, или формальдегид, CH2=O — газ с резким неприятным запахом, хорошо растворим в воде. Обладает антисептическими, а также дубящими свойствами. Водный раствор формальдегида (обычно 40 %) называется формалином; он широко применяется для дезинфекции, консервирования анатомических препаратов, протравливания семян перед посевом и т. п. Значительные количества формальдегида используются для получения фенолоформальдегидных смол (см. § 177). Получают формальдегид из метилового спирта путем каталитического окисления его кислородом воздуха или путем дегидрирования (отщепления водорода):
2CH3—OH + O2 → 2CH2=O + 2H2O
CH3—OH → CH2=O + H2
Эти реакции протекают при пропускании паров метилового спирта (в первом случае — в смеси с воздухом) над нагретыми катализаторами.
Уксусный альдегид, или ацетальдегид, CH3—CH=O. Легко кипящая бесцветная жидкость (темп. кип. 21 °C), с характерным запахом прелых яблок, хорошо растворима в воде. В промышленности получается присоединением воды к ацетилену в присутствии солей ртути(II) в качестве катализатора:
$$\underset{\text{ацетилен}}{\mathrm{CH{\equiv}CH}} + \mathrm{H_2O} \xrightarrow{\mathrm{Hg^{2+}}} \underset{\text{уксусный альдегид}}{\mathrm{CH_3\text{—}CH{=}O}}$$
Эта реакция, имеющая большое практическое значение, была открыта М. Г. Кучеровым (1850—1911). Уксусный альдегид затем может быть окислен в уксусную кислоту; его используют и для многих других синтезов.
Ацетон, или диметилкетон, CH3—CO—CH3. Бесцветная жидкость с характерным запахом (темп. кип. 56,2 °C); смешивается с водой во всех соотношениях. Очень хороший растворитель многих органических веществ. Широко применяется в лакокрасочной промышленности, в производстве некоторых видов искусственного волокна, небьющегося органического стекла, кинопленки, бездымного пороха, для растворения ацетилена (в баллонах).
Ацетон используется также как исходное вещество для синтеза ряда органических соединений.
* В муравьином альдегиде карбонильная группа связана с двумя атомами водорода.
* Для этих реакций оксид серебра(I) обычно применяют в форме его бесцветного раствора в водном аммиаке; такой раствор содержит комплексное соединение [Ag(NH3)2]OH. Оксид меди(II) берут в виде щелочного раствора его комплексного соединения с винной кислотой (жидкость Фелинга — синий раствор); оксид меди(I) выпадает в виде красного осадка, при этом синяя окраска реактива исчезает.