АЛЬДЕГІДИ: СТРУКТУРА, ВЛАСТИВОСТІ, ВИКОРИСТАННЯ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Ці альдегіди є органічні сполуки , що мають загальну формулу RCHO. R являє собою аліфатичну або ароматичну ланцюг; C до вуглецю; O до кисню та H до водню. Вони характеризуються тим, що мають карбонільну групу, як кетони та карбонові кислоти, тому альдегіди також називають карбонільними сполуками.

Карбонільна група надає альдегіду багато своїх властивостей. Це сполуки, які легко окислюються і дуже реагують на нуклеофільні добавки. Подвійний зв’язок карбонільної групи (C = O) має два атоми, які мають різницю у своїй авидності до електронів (електронегативність).

Загальна структура альдегідів

Кисень притягує електрони сильніше, ніж вуглець, тому електронна хмара рухається до нього, роблячи подвійний зв’язок між вуглецем і киснем полярним у природі зі значним дипольним моментом. Це робить альдегіди полярними сполуками.

Полярність альдегідів впливатиме на їх фізичні властивості. Температура кипіння і розчинність альдегідів у воді вище, ніж неполярні хімічні сполуки з подібними молекулярними вагами, як це стосується вуглеводнів.

Альдегіди з меншими п'ятьма атомами вуглецю розчинні у воді, оскільки водневі зв’язки утворюються між киснем карбонільної групи та молекулою води. Однак збільшення кількості вуглецю в вуглеводневому ланцюгу призводить до збільшення неполярної частини альдегіду, роблячи його менш розчинним у воді.

Але які вони схожі і звідки вони беруться? Хоча природа його суттєво залежить від карбонільної групи, решта молекулярної структури також багато сприяє всьому. Таким чином, вони можуть бути будь-яких розмірів, малі або великі, або навіть макромолекула може мати області, де переважає характер альдегідів.

Таким чином, як і у всіх хімічних сполуках, є "приємні" альдегіди та інші гіркі. Їх можна знайти в природних джерелах або синтезувати у великих масштабах. Прикладами альдегідів є ванілін, дуже присутні в морозиві (верхнє зображення) та ацетальдегід, який додає аромату алкогольним напоям.

Хімічна структура

Джерело: Автор NEUROtiker, з Wikimedia Commons

Альдегіди складаються з карбонілу (С = О), до якого безпосередньо приєднаний атом водню. Це відрізняє його від інших органічних сполук, таких як кетони (R ₂ C = O) і карбонові кислоти (RCOOH).

На верхньому зображенні зображена молекулярна структура навколо -CHO, формильної групи. Формільна група є плоскою, оскільки вуглець і кисень мають гібридизацію sp ² . Ця планарність робить її чутливою до нападу нуклеофільних видів, і тому вона легко окислюється.

До чого відноситься це окислення? До утворення зв’язку з будь-яким іншим атомом, більш електронегативним, ніж вуглецем; а в разі альдегідів - це кисень. Таким чином, альдегід окислюється до карбонової кислоти –СООН. Що робити, якщо альдегід знизився? На його місці формується первинний алкоголь, ROH.

Альдегіди виробляються лише з первинних спиртів: тих, де група ОН знаходиться в кінці ланцюга. Таким же чином, формильна група завжди знаходиться в кінці ланцюга або виступає з неї або кільця в якості заступника (якщо є інші більш важливі групи, такі як -COOH).

Фізичні та хімічні властивості

Будучи полярними сполуками, їх плавлення вище, ніж у неполярних сполук. Молекули альдегіду не здатні воднево зв’язуватися міжмолекулярно, оскільки вони мають лише атоми вуглецю, приєднані до атомів водню.

Через вищезазначене альдегід має нижчі температури кипіння, ніж спирти та карбонові кислоти.

Точки плавлення

Формальдегід -92; Ацетальдегід -121; Пропіональдегід -81; n-Бутіральдегід -99; n-валеральдегід -91; Капроалдегід -; Гептальдегід - 42; Фенілацетальдегід -; Бензальдегід -26.

Точки кипіння

Формальдегід -21; Ацетальдегід 20; Пропіональдегід 49; n-Бутіральдегід 76; н-валеральдегід 103; Капроалдегід 131; Гептальдегід 155; Фенілацетальдегід 194; Бензальдегід 178.

Розчинність у воді, виражена в г / 100 г Н

Формальдегід, дуже розчинний; Ацетальдегід, нескінченний; Пропіональдегід, 16; п-Бутіральдегід, 7; n-валеральдегід, слабо розчинний; капроалдегід, слабо розчинний; Малорозчинний фенілацетальдегід; Бензальдегід, 0,3.

Точки кипіння альдегідів, як правило, збільшуються безпосередньо з молекулярною масою. Навпаки, спостерігається тенденція до зниження розчинності альдегідів у воді зі збільшенням їх молекулярної маси. Це відображається на фізичних константах щойно згаданих альдегідів.

Реактивність

Реакція окислення

Альдегіди можуть бути окислені до відповідної карбонової кислоти у присутності будь-якого з цих сполук: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO ₄ або K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Зведення до спиртів

Їх можна гідрувати за допомогою нікелевих, платинових або паладієвих каталізаторів. Таким чином, C = O стає C-OH.

Зведення до вуглеводнів

У присутності Zn (Hg), концентрованої HCl або NH ₂ NH _2, альдегіди втрачають карбонільну групу і стають вуглеводнями.

Нуклеофільне додавання

Існує кілька сполук, які додаються до карбонільної групи, серед них є: реактиви Гриньяра, ціанід, похідні аміаку та спирти.

Номенклатура

Джерело: Габріель Болівар

На зображенні вище зображено чотири альдегідів. Як їх називають?

Оскільки вони є окисленими первинними спиртами, назва спирту змінюється з -ol на -al. Таким чином, метанол (CH ₃ OH) при окисленні до CH ₃ CHO називається метаналом (формальдегід); Етан CH ₃ CH ₂ CHO (ацетальдегід); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO пропанал і CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO бутанал.

Всі нещодавно названі альдегіди мають групу -CHO в кінці ланцюга. Коли його знаходять на обох кінцях, як і в A, закінчення -to має префікс di-. Оскільки A має шість вуглецю (рахуючи вміст обох формульних груп), він походить від 1-гексанолу, і тому його назва: набір гексану .

Коли є заступник, такий як алкільний радикал, подвійний або потрійний зв'язок або галоген, вуглецю основного ланцюга перераховують, даючи -CHO номер 1. Таким чином, альдегід B називається: 3-йодогексанал.

Однак у альдегідів C і D група -CHO не має пріоритету для ідентифікації цих сполук від інших. C являє собою циклоалкан, в той час як D - бензол, обидва з одним з їх Hs заміщені формильною групою.

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

Програми

В природі існують альдегіди, здатні надавати приємні аромати, як це стосується коричного альдегіду, який відповідає за характерний аромат кориці. Ось чому їх часто використовують як штучні ароматизатори в багатьох продуктах, таких як цукерки або їжа.

Формальдегід

Формальдегід - це найбільш промислово вироблений альдегід. Формальдегід, одержуваний окисленням метанолу, використовується в 37% розчині газу у воді під назвою формалін. Це використовується при дубленні шкур і при збереженні та бальзамуванні трупів.

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

Бакеліт

Бакеліт - це дуже твердий полімер з тривимірною структурою, який використовується в багатьох домашніх посудах, таких як ручки для горщиків, каструлі, кавоварки, ножі тощо.

Бакелітоподібні полімери виготовляють з формальдегіду в поєднанні із сполуками сечовини та меламіну. Ці полімери використовуються не тільки як пластик, але і як клейові клеї та покривний матеріал.

Фанера

Фанера - торгове найменування матеріалу, що складається з тонких листів деревини, з’єднаних полімерами, виготовленими з формальдегіду. Марки Formica та Melmac виробляються за участю останнього. Formica - це пластиковий матеріал, який використовується для обшивки меблів.

Пластик Мельмак використовується для виготовлення тарілок, келихів, чашок тощо. Формальдегід - це сировина для синтезу сполуки метилен-дифенілдіізоціанат (МДІ), попередник поліуретану.

Поліуретан

Поліуретан використовується в якості ізолятора в холодильниках і морозильних камер, оббивки меблів, матраців, покриттів, клеїв, підошви тощо.

Бутіральдегід

Бутіральдегід є головним попередником синтезу 2-етилгексанолу, який використовується як пластифікатор. Він має приємний яблучний аромат, що дозволяє використовувати його в їжі в якості ароматизатора.

Він також використовується для виробництва гумових прискорювачів. Він втручається як проміжний реагент у виробництві розчинників.

Ацетальдегід

Ацетальдегід застосовували у виробництві оцтової кислоти. Але ця функція ацетальдегіду зменшилась, оскільки він був витіснений процесом карбонілювання метанолу.

Синтез

Інші альдегіди є попередниками оксоалкоголів, які використовуються у виробництві миючих засобів. Так звані оксоалкоголі готують додаванням оксиду вуглецю та водню до олефіну для отримання альдегіду. І нарешті альдегід гідрогенізують для отримання спирту.

Деякі альдегіди використовуються для виготовлення парфумів, як це стосується Шанель № 5. Багато альдегідів природного походження мають приємні запахи, наприклад: гептанал має запах зеленої трави; восьмигранний апельсиновий запах; неональний запах троянд і цитральний запах вапна.

Приклади альдегідів

Глутаральдегід

Джерело: Автор Jynto, із Вікісховища

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

Позначений під назвою Cidex або Glutaral, він використовується як дезінфікуючий засіб для стерилізації хірургічних інструментів. Застосовується при лікуванні бородавок на стопах, застосовується як рідина. Він також використовується як фіксуючий засіб для тканин у гістологічних та патологічних лабораторіях.

Бензальдегід

Це найпростіший ароматичний альдегід, який утворюється бензольним кільцем, з яким пов'язана формильна група.

Він міститься в мигдальному маслі, отже, його характерний запах, що дозволяє використовувати його як харчовий ароматизатор. Крім того, його використовують у синтезі органічних сполук, пов'язаних з виготовленням лікарських засобів та у виробництві пластмас.

Гліцеральдегід

Це альдотріоза, цукор, що складається з трьох атомів вуглецю. Він має два ізомери, названі енантіомерами D і L. Гліцеральдегід - перший моносахарид, який отримують у фотосинтезі під час темної фази (цикл Кальвіна).

Гліцеральдегід-3-фосфат

Джерело: Jynto та Ben Mills

Верхнє зображення ілюструє структуру гліцеральдегід-3-фосфату. Червоні кулі поруч із жовтими відповідають фосфатній групі, а чорні - карбоновим скелетом. Червона сфера, пов’язана з білою, - це група ОН, але коли вона пов'язана з чорною сферою, а остання - з білою, то це група CHO.

Гліцеральдегід-3-фосфат бере участь у гліколізі, метаболічному процесі, при якому глюкоза розкладається до піровиноградної кислоти при виробництві АТФ, резервуара енергії живих істот. Крім виробництва НАДН, біологічного відновника.

При гліколізі гліцеральдегід-3-фосфат та дигідроацетонфосфат походять від розщеплення D-фруктози-1-6-бісфосфату

Гліцеральдегід-3-фосфат бере участь у метаболічному процесі, відомому як цикл пентози. У цьому утворюється НАДФ, важливий біологічний редуктор.

11-цис-сітківка

Джерело: Pixabay.

Β-каротин - природний пігмент, присутні в різних овочах, особливо в моркві. У печінці спостерігається окислювальний розпад, трансформуючись, таким чином, в ретинольний спирт або вітамін А. Окислення вітаміну А та наступна ізомеризація однієї з його подвійних зв'язків утворює альдегід 11-цис-ретиналу.

Піридоксал фосфат (вітамін B6)

Джерело: Jynto та Ben Mills.

Це протезна група, пов'язана з декількома ферментами, яка є активною формою вітаміну В6 і бере участь у процесі синтезу інгібіторного нейротрансмітера GABA.

Де у вашій структурі формульна група? Зауважимо, що це відрізняється від решти груп, приєднаних до ароматичного кільця.

Саліцилальдегід

Це сировина для синтезу ацетилсаліцилової кислоти, знеболюючого та жарознижувального препарату, відомого як Аспірин.

Список літератури

1. Роберт К. Нейман, молодший, глава 13, Карбонільні сполуки: кетони, альдегіди, карбонові кислоти. . Взято від: chem.ucr.edu
2. Герман Фернандес. (14 вересня 2009 р.). Номенклатура альдегідів. Взято з: quimicaorganica.net
3. TW Greham Solomons, Craigh B. Fryhle. Органічна хімія. (Десяте видання, стор. 729-731) Wiley Plus.
4. Джеррі Марч та Вільям Х. Браун. (31 грудня 2015 р.). Альдегід. Взято з: britannica.com
5. Вікіпедія. (2018). Альдегіди. Взято з: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Моррісон, RT та Бойд, Р.Н. (1990). П'яте видання з органічної хімії. Редакція Аддісон-Веслі Ібероамерикана.
7. Кері, ФА (2006). Шосте видання з органічної хімії. Редакція Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, KE and Athern, KG (2002). Біохімія. Третє видання. Видавництво Пірсона Адіссона Веслі.