Структура, властивості, номенклатура, застосування та приклади альдегідів

The альдегіди вони є органічними сполуками, які мають загальну формулу RCHO. R являє собою аліфатичну або ароматичну ланцюг; C до вуглецю; Або кисень і Н до водню. Вони характеризуються наявністю карбонільних груп, таких як кетони і карбонові кислоти, так що альдегіди також називаються карбонільними сполуками..

Карбонільна група дає альдегід багато своїх властивостей. Вони являють собою сполуки, які легко окислюються і дуже реагують на нуклеофільні додатки. Подвійний зв'язок карбонільної групи (C = O) має два атоми, які мають відмінності в їх авідності для електронів (електронегативність).

Кисень притягує електрони сильніше, ніж вуглець, тому електронна хмара рухається до нього, утворюючи подвійний зв'язок між вуглецем і киснем полярним, з важливим дипольним моментом. Це робить альдегіди полярними сполуками.

Полярність альдегідів вплине на їх фізичні властивості. Температура кипіння і розчинність альдегідів у воді перевищують неполярні хімічні сполуки з подібними молекулярними вагами, наприклад, у випадку вуглеводнів.

Альдегіди з менш ніж п'ятьма атомами вуглецю є розчинними у воді, оскільки водневі зв'язки утворюються між киснем карбонільної групи і молекулою води. Однак збільшення числа вуглецю в вуглеводневій ланцюзі призводить до збільшення неполярної частини альдегіду, що робить його менш розчинним у воді.

Але як вони і звідки вони походять? Хоча його природа істотно залежить від карбонільної групи, решта молекулярної структури також багато в чому сприяє всьому. Таким чином, вони можуть мати будь-які розміри, малі або великі, або навіть макромолекули можуть мати області, де характер альдегідів переважає.

Таким чином, як і у всіх хімічних сполук, є «приємні» альдегіди та інші гіркі. Вони можуть бути знайдені в природних джерелах або синтезовані у великих масштабах. Прикладами альдегідів є ванілін, дуже присутній у морозиві (верхнє зображення) і ацетальдегід, який додає аромат алкогольних напоїв.

Індекс

• 1 Хімічна структура 
• 2 Фізико-хімічні властивості
  • 2.1 Точки плавлення
  • 2.2 Точки кипіння
  • 2.3 Розчинність у воді виражається в г / 100 г H2O
• 3 Реактивність
  • 3.1 Реакція окислення
  • 3.2 Скорочення до спиртів
  • 3.3 Скорочення до вуглеводнів
  • 3.4 Нуклеофільне додавання
• 4 Номенклатура
• 5 Використання
  • 5.1 Формальдегід
  • 5.2 Бакеліт
  • 5.3 Фанера
  • 5.4 Поліуретан
  • 5.5 Бутиральдегід
  • 5.6 Ацетальдегід
  • 5.7 Підсумок
• 6 Приклади альдегідів
  • 6.1 Глутаральдегід
  • 6.2 Бензальдегід
  • 6.3 Гліцеральдегід
  • 6.4 Гліцеральдегід-3-фосфат
  • 6.5 11-цис-ретиналь
  • 6.6 Піридоксальфосфат (вітамін В6)
  • 6.7 Саліцилальдегід
• 7 Посилання

Хімічна структура 

Альдегіди складаються з карбонілу (C = O), до якого безпосередньо пов'язаний атом водню. Це відрізняє його від інших органічних сполук, таких як кетони (R₂C = O) і карбонові кислоти (RCOOH).

Молекулярна структура навколо -CHO, формильной групи показана на верхньому зображенні. Формальна група є плоскою, тому що вуглець і кисень мають гібридизацію sp². Ця планарність робить її сприйнятливою до нападу нуклеофільних видів, а отже, легко окислюється.

На що посилається це окислення? Для формування зв'язку з будь-яким іншим атомом більш електронегативний, ніж вуглець; і для випадку альдегідів це кисень. Таким чином, альдегід окислюється до карбонової кислоти, -COOH. Що робити, якщо альдегід був знижений? Натомість буде сформований первинний спирт, ROH.

Альдегіди виробляються тільки з первинних спиртів: ті, де група OH знаходиться в кінці ланцюга. Подібним чином, формильная група завжди знаходиться в кінці ланцюга або виступає з нього або кільце в якості заступника (якщо є інші більш важливі групи, такі як -СООН).

Фізико-хімічні властивості

Будучи полярними сполуками, їх точки плавлення вищі, ніж точки неполярних сполук. Молекули альдегіду не здатні зв'язуватися міжмолекулярно через водневі зв'язки, маючи тільки атоми вуглецю, приєднані до атомів водню.

Завдяки вищезазначеним, альдегіди мають більш низькі температури кипіння, ніж спирти і карбонові кислоти.

Точки плавлення

Формальдегід -92; Ацетальдегід -121; Пропиональдегид -81; n-бутиральдегид -99; n-валеральдегид -91; Капроальдегід -; Гептальдегід - 42; Фенілацетальдегід -; Бензальдегід -26.

Точки кипіння

Формальдегід -21; Ацетальдегід 20; Пропиональдегид 49; n-бутиральдегид 76; n-валеральдегид 103; Капроальдегід 131; Гептальдегід 155; Фенилацетальдегид 194; Бензальдегід 178.

Розчинність у воді виражається в г / 100 г Н₂O

Формальдегід, дуже розчинний; Ацетальдегід, нескінченний; Пропиональдегид, 16; n-бутиральдегид, 7; n-валеральдегид, слабо розчинний; капроальдегід, слабо розчинний; Трохи розчинний фенилацетальдегид; Бензальдегід, 0,3.

Точки кипіння альдегідів мають тенденцію до збільшення безпосередньо з молекулярною масою. Навпаки, спостерігається тенденція до зниження розчинності альдегідів у воді при збільшенні їх молекулярної маси. Це відбивається на фізичних константах вищезазначених альдегідів.

Реактивність

Реакція окислення

Альдегіди можуть бути окислені до відповідної карбонової кислоти в присутності будь-якого з цих сполук: Ag (NH) \ t₃)₂, KMnO₄ або K₂Cr₂O₇.

Скорочення до спиртів

Вони можуть бути гідровані за допомогою каталізаторів нікелю, платини або паладію. Таким чином, C = O перетворюється в C-OH.

Скорочення до вуглеводнів

У присутності Zn (Hg), концентрованої HCl або в NH₂NH₂ Альдегіди втрачають карбонільну групу і стають вуглеводнями.

Нуклеофильное додавання

У карбонільну групу додаються декілька сполук, серед яких: реактиви Гриньяра, ціаніди, похідні аміаку та спирти.

Номенклатура

На верхньому зображенні проілюстровані чотири альдегіди. Як вони названі?

Оскільки вони є окисленими первинними спиртами, назва спирту змінюється на -ol за -al. Таким чином, метанол (СН₃OH), якщо він окислюється до СН₃CHO називається метаналом (формальдегід); CH₃CH₂CHO ethanal (ацетальдегід); CH₃CH₂CH₂CHO пропанал і CH₃CH₂CH₂CH₂CHO butanal.

Всі недавно названі альдегіди мають групу -CHO на кінці ланцюга. Коли він знаходиться на обох кінцях, як у A, в кінці -al додається префікс di-. Оскільки А має шість атомів вуглецю (вважаючи їх обома формальними групами), то вони походять з 1-гексанолу, і його назва називається таким чином: гексаннабору.

Коли є заступник, такий як алкільний радикал, подвійна або потрійна зв'язок, або галоген, вуглеці основного ланцюга перераховані даючи -CHO-число 1. Таким чином, альдегід B називається: 3-йодогексаналь.

Однак у альдегідах C і D група -CHO не має пріоритету для ідентифікації зазначених сполук від інших. С являє собою циклоалкан, а D - бензол, обидва з одним з їх H, заміщених формильной групою.

У них, оскільки основна структура є циклічною, формил групу називається карбальдегідом. Таким чином, С є циклогексанкарбальдегід, а D - бензолкарбальдегід (більш відомий як бензальдегід).

Використання

Існують альдегіди в природі, здатні присвоювати приємні ароматизатори, наприклад, у випадку коричного альдегіду, відповідального за характерний аромат кориці. Саме тому вони часто використовуються як штучні ароматизатори в багатьох продуктах, таких як солодощі або продукти харчування.

Формальдегід

Формальдегід - це альдегід, який виробляється промисловим способом у більшій кількості. Формальдегід, одержуваний окисленням метанолу, використовують у 37% розчині газу у воді під назвою формалін. Це використовується в дубинні шкір і в збереженні і бальзамуванні трупів.

Крім того, формальдегід використовується як герміцид, фунгіцид та інсектицид для рослин і овочів. Однак найбільшою його корисністю є внесок у виробництво полімерного матеріалу. Пластик під назвою бакеліт синтезується реакцією між формальдегідом і фенолом.

Бакеліт

Бакеліт є полімером тривимірної структури великої твердості, використовуваної в багатьох побутових речах, таких як ручки для посуду, сковорідки, кавоварки, ножі тощо..

Полімери, подібні бакелітові, виготовляють з формальдегіду в поєднанні з сполуками сечовини і меламіну. Ці полімери використовуються не тільки як пластмаси, але також використовуються як адгезивні адгезиви і покривні матеріали.

Фанера

Фанера є комерційною назвою матеріалу, утвореного тонкими листами деревини, з'єднаними полімерами, отриманими з формальдегіду. Бренди Formica і Melmac виробляються за участю цього. Formica - це пластичний матеріал, який використовується для покриття меблів.

Пластик Melmac використовується в приготуванні посуду, склянок, склянок і т.д. Формальдегід є сировиною для синтезу сполуки метилен-дифенілдіізоціанат (MDI), попередника поліуретану \ t.

Поліуретан

Поліуретан використовується в якості ізоляції в холодильниках і морозильних камерах, меблевих прокладках, матрацах, покриттях, клеях, підошвах тощо..

Бутиральдегід

Бутиральдегід є основним попередником синтезу 2-етілгексанолу, який використовується в якості пластифікатора. Має приємний яблучний аромат, що дозволяє використовувати його в харчових продуктах як ароматизатор.

Він також використовується для виробництва гумових прискорювачів. Втручається як проміжний реагент при виготовленні розчинників.

Ацетальдегід

Ацетальдегід був використаний у виробництві оцтової кислоти. Але ця функція ацетальдегіду знизилася, оскільки вона була витіснена процесом карбонилирования метанолу..

Синтез

Інші альдегіди є попередниками оксоалкоголів, які використовуються у виробництві детергентів. Так звані оксоалкоголи готують додаванням монооксиду вуглецю і водню до олефіну для отримання альдегіду. І, нарешті, альдегід гідрується для отримання спирту.

Деякі альдегіди використовуються у виробництві парфумерії, як у випадку з Chanel № 5. Багато альдегідів природного походження мають приємні запахи, наприклад: гептанал має запах зеленої трави; октанал - помаранчевий запах; нонаал запах троянд і цитраль запах вапна.

Приклади альдегідів

Глутаральдегід

Глутаральдегід має у своїй структурі дві формильні групи на обох кінцях.

Випускається під назвою Cidex або Glutaral, він використовується як дезінфікуючий засіб для стерилізації хірургічних інструментів. Застосовується при лікуванні бородавок на ногах, застосовуючи себе як рідина. Використовується також як фіксатор тканин в лабораторіях гістології та патології.

Бензальдегід

Це найпростіший ароматичний альдегід, який утворюється бензольним кільцем, де зв'язується формальна група.

Він міститься в мигдалевому маслі, отже, його характерний запах дозволяє використовувати його в якості харчового ароматизатора. Крім того, він використовується в синтезі органічних сполук, що відносяться до виготовлення лікарських засобів і при виготовленні пластмас.

Гліцеральдегід

Це альдотріоза, цукор, що складається з трьох атомів вуглецю. Вона має два ізомери, які називаються енантіомерами D і L. Гліцеральдегід є першим моносахаридом, який отримують при фотосинтезі під час темної фази (циклу Кальвіна)..

Гліцеральдегід-3-фосфат

Структура глицеральдегид-3-фосфату проілюстрована на верхньому зображенні. Червоні сфери поруч із жовтим відповідають фосфатній групі, а чорні сфери - вуглецевим скелетом. Червона сфера, пов'язана з білим, є ОГ групою, але коли вона пов'язана з чорною сферою, а остання - з білою сферою, то це група CHO..

Гліцеральдегід-3-фосфат бере участь у гліколізі, метаболічному процесі, при якому глюкоза деградує до піровиноградної кислоти з виробництвом АТФ, енергетичного резервуара живих істот. Крім того, з виробництва NADH, біологічного відновника.

У гліколізі гліцеральдегід-3-фосфат і дигідроацетон фосфат походять від розщеплення D-фруктозо-1-6-бифосфата \ t

Гліцеральдегід-3-фосфат втручається в метаболічний процес, відомий як пентозний цикл. При цьому генерується NADPH, важливий біологічний редуктор.

11-цис-ретиналь

Ca-каротин - це природний пігмент, присутній у кількох овочах, особливо в моркві. Він піддається окислювальному розриву в печінці, перетворюючись в спиртовий ретинол або вітамін А. Окислення вітаміну А і подальша ізомеризація однієї з його подвійних зв'язків утворює альдегід 11-цис-ретиналь..

Піридоксальфосфат (вітамін В6)

Це протезна група, пов'язана з кількома ферментами, яка є активною формою вітаміну В6 і бере участь у процесі синтезу гальмівного нейромедіатора ГАМК..

Де формульна група в її структурі? Зауважимо, що це відрізняється від інших груп, пов'язаних з ароматичним кільцем.

Саліцилальдегід

Вона є сировиною для синтезу ацетилсаліцилової кислоти, анальгетику і жарознижуючого препарату, відомого як аспірин..

Список літератури

1. Роберт К. Нойман-молодший Глава 13, Карбонільні сполуки: кетони, альдегіди, карбонові кислоти. [PDF] Взяті з: chem.ucr.edu
2. Герман Фернандес. (14 вересня 2009 року). Номенклатура альдегідів. Взяті з: quimicaorganica.net
3. T.W. Грехем Соломонс, Крей Б. Фріле. Органічна хімія. (Десяте видання, стор 729-731) Wiley Plus.
4. Джеррі Марч і Вільям Х. Браун. (31 грудня 2015 року). Альдегід Взяті з: britannica.com
5. Вікіпедія. (2018). Альдегіди Взяті з: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Morrison, R.T. and Boyd, R.N. (1990). Органічна хімія П'яте видання. Редакція Аддісон-Веслі Ібероамерикана.
7. Кері, Ф. А. (2006). Органічна хімія Шосте видання. Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, K.E. і Athern, K.G. (2002). Біохімія Третя редакція. Пірсон Адіссон Уеслі.