АЛЬДЕГИДЫ: СТРУКТУРА, СВОЙСТВА, ПРИМЕНЕНИЕ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Эти альдегиды являются органические соединения , имеющие общую формулу RCHO. R представляет собой алифатическую или ароматическую цепь; C - углерод; О в кислород и Н в водород. Они характеризуются наличием карбонильной группы, такой как кетоны и карбоновые кислоты, поэтому альдегиды также называют карбонильными соединениями.

Карбонильная группа придает альдегиду многие из его свойств. Это соединения, которые легко окисляются и очень реактивны к нуклеофильным добавкам. Двойная связь карбонильной группы (C = O) имеет два атома, которые имеют разную жадность к электронам (электроотрицательность).

Общая структура альдегидов

Кислород притягивает электроны с большей силой, чем углерод, поэтому электронное облако движется к нему, делая двойную связь между углеродом и кислородом полярной по своей природе со значительным дипольным моментом. Это делает полярные соединения альдегидов.

Полярность альдегидов влияет на их физические свойства. Температура кипения и растворимость альдегидов в воде выше, чем у неполярных химических соединений с аналогичными молекулярными массами, например, в случае углеводородов.

Альдегиды с менее чем пятью атомами углерода растворимы в воде, поскольку водородные связи образуются между кислородом карбонильной группы и молекулой воды. Однако увеличение количества атомов углерода в углеводородной цепи приводит к увеличению неполярной части альдегида, что делает его менее растворимым в воде.

Но какие они и откуда они? Хотя его природа существенно зависит от карбонильной группы, остальная часть молекулярной структуры также вносит большой вклад в общую картину. Таким образом, они могут быть любого размера, маленькими или большими, или даже макромолекулы могут иметь области, в которых преобладает характер альдегидов.

Таким образом, как и все химические соединения, есть «приятные» альдегиды и другие горькие. Их можно найти в природных источниках или синтезировать в больших масштабах. Примерами альдегидов являются ванилин, очень присутствующий в мороженом (верхнее изображение), и ацетальдегид, который придает аромат алкогольным напиткам.

Химическая структура

Источник: NEUROtiker, Wikimedia Commons

Альдегиды состоят из карбонила (C = O), к которому непосредственно присоединен атом водорода. Это отличает его от других органических соединений, таких как кетоны (R ₂ C = O) и карбоновые кислоты (RCOOH).

На верхнем изображении показана молекулярная структура вокруг –CHO, формильной группы. Формильная группа плоская, потому что углерод и кислород имеют sp ² гибридизацию . Эта планарность делает его восприимчивым к атакам нуклеофильных частиц, и поэтому он легко окисляется.

К чему относится это окисление? К образованию связи с любым другим атомом, более электроотрицательным, чем углерод; а в случае альдегидов это кислород. Таким образом, альдегид окисляется до карбоновой кислоты –COOH. Что, если альдегид был восстановлен? На его месте образуется первичный спирт, ROH.

Альдегиды производятся только из первичных спиртов: тех, у которых группа ОН находится в конце цепи. Точно так же формильная группа всегда находится на конце цепи или выступает из нее или кольца в качестве заместителя (в случае других более важных групп, таких как -COOH).

Физические и химические свойства

Поскольку они являются полярными соединениями, их температуры плавления выше, чем у неполярных соединений. Молекулы альдегидов не способны образовывать водородные связи межмолекулярно, поскольку они имеют только атомы углерода, присоединенные к атомам водорода.

Из-за вышеизложенного альдегиды имеют более низкие температуры кипения, чем спирты и карбоновые кислоты.

Точки плавления

Формальдегид -92; Ацетальдегид -121; Пропионовый альдегид -81; н-бутиральдегид -99; н-валеральдегид -91; Капроальдегид -; Гептальдегид - 42; Фенилацетальдегид -; Бензальдегид -26.

Точки кипения

Формальдегид -21; Ацетальдегид 20; Пропиональдегид 49; н-бутиральдегид 76; н-валеральдегид 103; Капроальдегид 131; Гептальдегид 155; Фенилацетальдегид 194; Бензальдегид 178.

Растворимость в воде, выраженная в г / 100 г H

Формальдегид, очень растворимый; Ацетальдегид, бесконечное количество; Пропионовый альдегид, 16; н-бутиральдегид, 7; н-валеральдегид, малорастворимый; капроальдегид, малорастворимый; Малорастворимый фенилацетальдегид; Бензальдегид 0,3.

Температуры кипения альдегидов имеют тенденцию увеличиваться непосредственно с увеличением молекулярной массы. Напротив, существует тенденция к снижению растворимости альдегидов в воде по мере увеличения их молекулярной массы. Это отражено в физических константах только что упомянутых альдегидов.

Реактивность

Реакция окисления

Альдегиды могут быть окислены до соответствующей карбоновой кислоты в присутствии любого из этих соединений: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO ₄ или K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Восстановление до спиртов

Их можно гидрогенизировать с помощью никелевых, платиновых или палладиевых катализаторов. Таким образом, C = O становится C-OH.

Восстановление до углеводородов

В присутствии Zn (Hg), концентрированной HCl или NH ₂ NH ₂ альдегиды теряют карбонильную группу и становятся углеводородами.

Нуклеофильное добавление

Есть несколько соединений, которые добавляются к карбонильной группе, среди них: реактивы Гриньяра, цианид, производные аммиака и спирты.

Номенклатура

Источник: Габриэль Боливар

На изображении выше показаны четыре альдегида. Как они названы?

Поскольку они представляют собой окисленные первичные спирты, название спирта изменено с -ol на -al. Таким образом, метанол (CH ₃ OH), если он окислен до CH ₃ CHO, называется метаналем (формальдегидом); CH ₃ CH ₂ CHO этаналь (ацетальдегид); СН ₃ СН ₂ СН ₂ СНО пропаналя и СН ₃ СН ₂ СН ₂ СН ₂ СНО бутаналь.

Все новые названные альдегиды имеют группу -CHO в конце цепи. Когда он находится на обоих концах, как в A, окончание -to имеет префикс di-. В А имеет шесть атомов углерода (считая тех обоих формильных групп), это происходит из 1-гексанола и его название , поэтому: циферблат гексан .

Когда есть заместитель, такой как алкильный радикал, двойная или тройная связь или галоген, атомы углерода основной цепи перечислены с указанием -CHO номер 1. Таким образом, альдегид B называется: 3-иодогексанал.

Однако в альдегидах C и D группа -CHO не имеет приоритета для идентификации этих соединений среди других. С представляет собой циклоалкан, а D представляет собой бензол, причем оба атома водорода замещены формильной группой.

В них, так как основная структура циклическая, формильная группа называется карбальдегидом. Таким образом, C - циклогексанкарбальдегид, а D - бензолкарбальдегид (более известный как бензальдегид).

Приложения

В природе существуют альдегиды, способные придавать приятный вкус, например, коричный альдегид, ответственный за характерный аромат корицы. Вот почему они часто используются в качестве искусственных ароматизаторов во многих продуктах, таких как конфеты или еда.

формальдегид

Формальдегид - это самый промышленно производимый альдегид. Формальдегид, полученный окислением метанола, используется в 37% растворе газа в воде под названием формалин. Это используется при дублении шкур, а также при консервации и бальзамировании трупов.

Также формальдегид используется в качестве гермицида, фунгицида и инсектицида для растений и овощей. Однако его наибольшая полезность - это вклад в производство полимерного материала. Пластик, называемый бакелитом, синтезируется в результате реакции формальдегида и фенола.

бакелит

Бакелит - это очень твердый полимер с трехмерной структурой, который используется во многих предметах домашнего обихода, таких как ручки для кастрюль, сковородок, кофеварок, ножей и т. Д.

Бакелитоподобные полимеры получают из формальдегида в сочетании с соединениями мочевины и меламина. Эти полимеры используются не только в качестве пластмасс, но также в качестве клеящих клеев и материалов для покрытий.

фанера

Фанера - это торговое название материала, состоящего из тонких деревянных листов, соединенных полимерами, полученными из формальдегида. Бренды Formica и Melmac производятся с участием последнего. Formica - это пластик, который используется для покрытия мебели.

Из пластика Melmac делают тарелки, стаканы, чашки и т. Д. Формальдегид является сырьем для синтеза соединения метилен-дифенил-диизоцианат (MDI), предшественника полиуретана.

полиуретан

Полиуретан используется в качестве изолятора в холодильниках и морозильных камерах, в качестве обивки мебели, матрасов, покрытий, клея, подошв и т. Д.

масляный альдегид

Бутиральдегид является основным прекурсором для синтеза 2-этилгексанола, который используется в качестве пластификатора. Обладает приятным яблочным ароматом, что позволяет использовать его в качестве ароматизатора.

Он также используется для производства ускорителей каучука. Он используется как промежуточный реагент при производстве растворителей.

Ацетальдегид

Ацетальдегид использовался при производстве уксусной кислоты. Но важность этой функции ацетальдегида уменьшилась, так как она была вытеснена процессом карбонилирования метанола.

Синтез

Другие альдегиды являются предшественниками оксоспиртов, которые используются в производстве моющих средств. Так называемые оксоспирты получают путем добавления моноксида углерода и водорода к олефину с получением альдегида. И, наконец, гидрогенизируют альдегид, чтобы получить спирт.

Некоторые альдегиды используются в производстве духов, как в случае с Chanel № 5. Многие альдегиды природного происхождения имеют приятный запах, например: гептанал имеет запах зеленой травы; октанальный запах апельсина; Нонанал - запах роз и цитраль - запах лайма.

Примеры альдегидов

Глютаральдегид

Источник: Автор Jynto, из Wikimedia Commons.

Глутаральдегид имеет в своей структуре две формильные группы на обоих концах.

Продаваемый под названием Cidex или Glutaral, он используется в качестве дезинфицирующего средства для стерилизации хирургических инструментов. Применяется при лечении бородавок на стопах в жидком виде. Он также используется в качестве фиксатора тканей в лабораториях гистологии и патологии.

бензальдегид

Это простейший ароматический альдегид, который образован бензольным кольцом, к которому присоединена формильная группа.

Он содержится в миндальном масле, поэтому его характерный запах позволяет использовать его в качестве пищевого ароматизатора. Кроме того, он используется в синтезе органических соединений, связанных с производством лекарств и пластмасс.

глицеральдегид

Это альдотриоза, сахар, состоящий из трех атомов углерода. Он имеет два изомера, называемых энантиомерами D и L. Глицеральдегид - это первый моносахарид, получаемый при фотосинтезе во время темной фазы (цикл Кальвина).

Глицеральдегид-3-фосфат

Источник: Джинто и Бен Миллс

Верхнее изображение иллюстрирует структуру глицеральдегид-3-фосфата. Красные сферы рядом с желтой соответствуют фосфатной группе, а черные - углеродному скелету. Красная сфера, связанная с белой, - это группа ОН, но когда она связана с черной сферой, а последняя с белой сферой, тогда это группа СНО.

Глицеральдегид-3-фосфат участвует в гликолизе, метаболическом процессе, в котором глюкоза разлагается до пировиноградной кислоты с образованием АТФ, резервуара энергии живых существ. В дополнение к производству НАДН, биологический восстановитель.

При гликолизе глицеральдегид-3-фосфат и дигидроацетонфосфат образуются в результате расщепления D-фруктозо-1-6-бисфосфата.

Глицеральдегид-3-фосфат участвует в метаболическом процессе, известном как пентозный цикл. При этом образуется НАДФН, важный биологический восстановитель.

11-цис-ретиналя

Источник: Pixabay.

Β-каротин - это натуральный пигмент, содержащийся в различных овощах, особенно в моркови. Он подвергается окислительному распаду в печени, превращаясь, таким образом, в ретиноловый спирт или витамин А. Окисление витамина А и последующая изомеризация одной из его двойных связей образует 11-цис-ретинальный альдегид.

Пиридоксальфосфат (витамин B6)

Источник: Джинто и Бен Миллс.

Это простетическая группа, связанная с несколькими ферментами, которая является активной формой витамина B6 и участвует в процессе синтеза тормозного нейромедиатора ГАМК.

Где в вашей структуре формильная группа? Обратите внимание, что это отличается от остальных групп, присоединенных к ароматическому кольцу.

салицилового

Это сырье для синтеза ацетилсалициловой кислоты, анальгетика и жаропонижающего средства, известного как аспирин.

Ссылки

1. Роберт С. Нойман мл. Глава 13, Карбонильные соединения: кетоны, альдегиды, карбоновые кислоты. , Взято с: chem.ucr.edu
2. Херман Фернандес. (14 сентября 2009 г.). Номенклатура альдегидов. Взято с: quimicaorganica.net
3. Т.В. Грэм Соломонс, Крейг Б. Фрайл. Органическая химия. (Десятое издание, стр. 729-731) Wiley Plus.
4. Джерри Марч и Уильям Х. Браун. (31 декабря 2015 г.). Альдегид. Взято с: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Альдегиды. Взято с: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde.
6. Моррисон, RT и Бойд, RN (1990). Пятое издание органической химии. Редакция Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Кэри, Ф.А. (2006). Органическая химия, шестое издание. Редакция Mc Graw Hill.
8. Мэтьюз, Ч. К., Ван Холд, К. Э. и Атерн, К. Г. (2002). Биохимия. Третье издание. Издательство Пирсон Адиссон Уэсли.