この教材で学ぶこと
到達目標
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アルデヒドとケトンの構造上の違いを説明できる
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カルボニル基の意味を説明できる
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アルデヒドが酸化されやすいことを説明できる
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銀鏡反応とフェーリング反応を説明できる
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ケトンが通常酸化されにくいことを説明できる
前提知識
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有機化学の全体像と反応の見方
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アルコールとエーテル
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官能基
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酸化還元
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錯イオン
1
カルボニル基とは
カルボニル基とは、炭素原子と酸素原子が二重結合した >C=O の構造です。
カルボニル基をもつ有機化合物には、アルデヒド、ケトン、カルボン酸、エステルなどがあります。
アルデヒドとケトンでは、どちらもカルボニル基をもちますが、カルボニル基の位置が異なります。
アルデヒドは分子の末端に -CHO をもちます。
ケトンは炭素鎖の途中に >C=O をもちます。
カルボニル化合物の分類
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分類
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特徴的な構造
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例
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アルデヒド
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-CHO
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アセトアルデヒド CH₃CHO
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ケトン
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>C=O
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アセトン CH₃COCH₃
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カルボン酸
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-COOH
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酢酸 CH₃COOH
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エステル
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-COO-
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酢酸エチル CH₃COOCH₂CH₃
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確認ポイント
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カルボニル基が>C=Oであることを説明できる
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アルデヒドとケトンがカルボニル基をもつことを説明できる
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アルデヒドとケトンの構造の違いを説明できる
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2
アルデヒド
アルデヒドは、アルデヒド基 -CHO をもつ有機化合物です。
代表例には、ホルムアルデヒド HCHO、アセトアルデヒド CH₃CHO などがあります。
アルデヒドは、第一級アルコールを酸化すると得られます。
アルデヒドはさらに酸化されてカルボン酸になります。
この酸化されやすさが、銀鏡反応やフェーリング反応と関係します。
エタノールからアセトアルデヒド
CH₃CH₂OH + [O] → CH₃CHO + H₂O
第一級アルコールの酸化でアルデヒドができます。
アセトアルデヒドから酢酸
CH₃CHO + [O] → CH₃COOH
アルデヒドはさらに酸化されてカルボン酸になります。
代表的なアルデヒド
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名称
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構造式
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特徴
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ホルムアルデヒド
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HCHO
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最も簡単なアルデヒド
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アセトアルデヒド
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CH₃CHO
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エタノールの酸化で生じる
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ベンズアルデヒド
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C₆H₅CHO
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芳香族アルデヒド
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確認ポイント
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アルデヒド基が-CHOであることを答えられる
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第一級アルコールの酸化でアルデヒドができることを説明できる
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アルデヒドがさらに酸化されてカルボン酸になることを説明できる
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3
ケトン
ケトンは、炭素鎖の途中にカルボニル基 >C=O をもつ有機化合物です。
代表例はアセトン CH₃COCH₃ です。
ケトンは、第二級アルコールを酸化すると得られます。
アルデヒドと違い、ケトンは通常の条件ではさらに酸化されにくいです。
そのため、銀鏡反応やフェーリング反応を基本的には示しません。
2-プロパノールからアセトン
CH₃CH(OH)CH₃ + [O] → CH₃COCH₃ + H₂O
第二級アルコールの酸化でケトンができます。
アルデヒドとケトンの比較
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分類
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構造
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でき方
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酸化されやすさ
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アルデヒド
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-CHO
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第一級アルコールの酸化
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酸化されやすい
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ケトン
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>C=O
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第二級アルコールの酸化
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通常酸化されにくい
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確認ポイント
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ケトンの構造上の特徴を説明できる
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第二級アルコールの酸化でケトンができることを説明できる
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ケトンが通常酸化されにくいことを説明できる
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4
銀鏡反応
銀鏡反応は、アルデヒドの検出に使われる反応です。
アルデヒドは還元性をもち、銀イオンを銀 Ag に還元します。
その結果、試験管の内側に銀が析出し、鏡のように見えることがあります。
銀鏡反応では、アンモニア性硝酸銀水溶液を用います。
ケトンは通常、銀鏡反応を示しません。
銀イオンの還元のイメージ
Ag⁺ + e⁻ → Ag
アルデヒドが還元剤として働き、Ag⁺がAgになります。
アセトアルデヒドの酸化のイメージ
CH₃CHO + [O] → CH₃COOH
アルデヒド自身は酸化され、銀イオンを還元します。
銀鏡反応のポイント
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項目
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内容
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検出対象
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アルデヒド
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使う試薬
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アンモニア性硝酸銀水溶液
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観察
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銀が析出し、鏡のようになる
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アルデヒドの役割
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還元剤
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ケトン
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通常は反応しない
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例題：銀鏡反応を示す官能基は何か。
答え：アルデヒド基 -CHO
アルデヒドは還元性をもち、銀イオンを銀に還元します。
確認ポイント
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銀鏡反応がアルデヒドの検出に使われることを説明できる
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アルデヒドが還元剤として働くことを説明できる
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ケトンが通常銀鏡反応を示さないことを理解している
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5
フェーリング反応
フェーリング反応も、アルデヒドの検出に使われる反応です。
フェーリング液をアルデヒドとともに加熱すると、赤褐色沈殿を生じることがあります。
この赤褐色沈殿は酸化銅(I) Cu₂O です。
アルデヒドが還元剤として働き、銅(II)イオンを銅(I)に還元します。
ケトンは通常、フェーリング反応を示しません。
フェーリング反応の観察
Cu²⁺ → Cu₂O
アルデヒドの還元性により、赤褐色沈殿のCu₂Oが生じます。
銀鏡反応とフェーリング反応
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反応
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検出対象
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観察
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銀鏡反応
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アルデヒド
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銀が析出する
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フェーリング反応
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アルデヒド
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赤褐色沈殿 Cu₂O
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ケトン
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基本的に陰性
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通常反応しない
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確認ポイント
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フェーリング反応がアルデヒドの検出に使われることを説明できる
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赤褐色沈殿がCu₂Oであることを答えられる
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銀鏡反応とフェーリング反応を比較できる
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6
アルデヒドとケトンの還元
アルデヒドやケトンは、還元されるとアルコールになります。
アルデヒドを還元すると、第一級アルコールになります。
ケトンを還元すると、第二級アルコールになります。
つまり、アルコールの酸化と逆向きの関係として整理できます。
反応経路問題では、アルコール、アルデヒド、ケトン、カルボン酸の関係をまとめて考えることが重要です。
アセトアルデヒドの還元
CH₃CHO + 2[H] → CH₃CH₂OH
アルデヒドが還元されて第一級アルコールになります。
アセトンの還元
CH₃COCH₃ + 2[H] → CH₃CH(OH)CH₃
ケトンが還元されて第二級アルコールになります。
酸化・還元の対応
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出発物質
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酸化
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還元
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第一級アルコール
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アルデヒド → カルボン酸
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アルデヒドから戻る
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第二級アルコール
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ケトン
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ケトンから戻る
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アルデヒド
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カルボン酸
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第一級アルコール
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ケトン
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通常酸化されにくい
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第二級アルコール
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確認ポイント
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アルデヒドの還元で第一級アルコールができることを説明できる
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ケトンの還元で第二級アルコールができることを説明できる
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アルコールの酸化とカルボニル化合物の還元を対応させられる
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7
アセトン
アセトン CH₃COCH₃ は、代表的なケトンです。
2-プロパノールを酸化するとアセトンができます。
アセトンは水にも有機溶媒にも混ざりやすく、溶媒として利用されます。
マニキュアの除光液などに含まれることがあります。
アセトンはケトンなので、通常は銀鏡反応やフェーリング反応を示しません。
アセトンのポイント
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項目
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内容
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化学式
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CH₃COCH₃
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分類
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ケトン
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生成
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2-プロパノールの酸化
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性質
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溶媒として利用される
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検出反応
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通常、銀鏡反応・フェーリング反応は示さない
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確認ポイント
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アセトンがケトンであることを答えられる
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2-プロパノールの酸化でアセトンができることを説明できる
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アセトンが銀鏡反応を示さないことを理解している
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8
テストでの出題パターン
アルデヒドとケトンでは、構造の違い、酸化されやすさ、検出反応がよく出題されます。
アルデヒドは -CHO をもち、ケトンは炭素鎖の途中に >C=O をもちます。
アルデヒドは酸化されやすく、銀鏡反応やフェーリング反応を示します。
ケトンは通常酸化されにくく、銀鏡反応やフェーリング反応を基本的には示しません。
アルコールの酸化とセットで、第一級アルコール → アルデヒド → カルボン酸、第二級アルコール → ケトンを覚えましょう。
例題：アルデヒドがもつ官能基を答えよ。
答え：アルデヒド基 -CHO
アルデヒドは分子の末端に-CHOをもちます。
例題：第二級アルコールを酸化すると何になるか。
答え：ケトン
2-プロパノールを酸化するとアセトンになります。
例題：銀鏡反応を示すのは、アルデヒドとケトンのどちらか。
答え：アルデヒド
アルデヒドは還元性をもち、銀イオンを銀に還元します。
例題：フェーリング反応で生じる赤褐色沈殿は何か。
答え：酸化銅(I) Cu₂O
アルデヒドの還元性により、Cu²⁺が還元されてCu₂Oが生じます。
例題：アセトンはアルデヒドとケトンのどちらか。
答え：ケトン
アセトンはCH₃COCH₃で表される代表的なケトンです。
確認ポイント
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アルデヒドとケトンの構造の違いを説明できる
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アルデヒドの酸化されやすさを説明できる
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銀鏡反応とフェーリング反応を説明できる
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ケトンが通常これらの検出反応を示さないことを理解している
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アルコールの酸化と関連づけて説明できる
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