ALDEHIDI: ZGRADBA, LASTNOSTI, UPORABE IN PRIMERI - KEMIJA - 2025

V aldehidi so organske spojine, ki imajo splošno formulo RCHO. R predstavlja alifatsko ali aromatsko verigo; C do ogljika; O do kisika in H do vodika. Zanje je značilno, da imajo karbonilno skupino, kot so ketoni in karboksilne kisline, zato aldehide imenujemo tudi karbonilne spojine.

Karbonilna skupina daje aldehidu številne svoje lastnosti. So spojine, ki se zlahka oksidirajo in so zelo reaktivne na nukleofilne dodatke. Dvojna vez karbonilne skupine (C = O) ima dva atoma, ki imata razlike v svoji avidnosti do elektronov (elektronegativnost).

Splošna struktura aldehidov

Kisik privlači elektrone z večjo silo kot ogljik, zato se elektronski oblak premakne proti njemu, zaradi česar je dvojna vez med ogljikom in kisikom polarna v naravi, s pomembnim dipolnim trenutkom. Zaradi tega so aldehidi polarne spojine.

Polarnost aldehidov bo vplivala na njihove fizične lastnosti. Vrelišče in topnost aldehidov v vodi sta višji od nepolarnih kemičnih spojin s podobno molekulsko maso, tako je pri ogljikovodikih.

Aldehidi z manj kot petimi atomi ogljika so topni v vodi, saj med kisikom karbonilne skupine in molekulo vode nastajajo vodikove vezi. Vendar s povečanjem števila ogljika v ogljikovodikovi verigi nastane povečanje nepolarnega dela aldehida, zaradi česar je manj topen v vodi.

Toda kakšni so in od kod prihajajo? Čeprav je njegova narava v bistvu odvisna od karbonilne skupine, k celotni veliko prispeva tudi preostanek molekularne strukture. Tako so lahko poljubne velikosti, majhne ali velike ali celo makromolekule lahko imajo področja, kjer prevladuje značaj aldehidov.

Tako kot vse kemične spojine obstajajo "prijetni" aldehidi in drugi grenki. Najdemo jih v naravnih virih ali jih sintetiziramo v velikem obsegu. Primera aldehida sta vanilin, zelo prisoten v sladoledu (zgornja slika) in acetaldehid, ki alkoholnim pijačam doda okus.

Kemična zgradba

Vir: avtor NEUROtiker, iz Wikimedia Commons

Aldehidi so sestavljeni iz karbonila (C = O), na katerega je neposredno vezan atom vodika. Ta se razlikuje od drugih organskih spojin, kot so ketoni (R ₂ C = O) in karboksilne kisline (RCOOH).

Zgornja slika prikazuje molekularno strukturo okoli -CHO, formilne skupine. Forilna skupina je ravna, ker imata ogljik in kisik hibridizacijo sp ² . Ta planarnost omogoča dovzetnost za napad nukleofilnih vrst, zato se zlahka oksidira.

Na kaj se nanaša ta oksidacija? Do tvorbe vezi s katerim koli drugim atomom, ki je bolj elektronegativen od ogljika; pri aldehidih pa kisik. Tako se aldehid oksidira v karboksilno kislino –COOH. Kaj pa če se aldehid zmanjša? Na njenem mestu bi se oblikoval primarni alkohol, ROH.

Aldehidi nastajajo samo iz primarnih alkoholov: tistih, kjer je skupina OH na koncu verige. Na enak način je formilna skupina vedno na koncu verige ali štrli iz nje ali obroča kot nadomestka (če obstajajo druge pomembnejše skupine, na primer -COOH).

Fizikalne in kemijske lastnosti

Kot polarne spojine so njihove tališča višje od tistih pri nepolarnih. Molekule aldehida niso sposobne vodikovega vezanja medmolekularno, saj imajo na ogljikove atome vezane le ogljikove atome.

Zaradi zgoraj navedenega imajo aldehidi nižje vrelišča kot alkoholi in karboksilne kisline.

Tališča

Formaldehid -92; Acetaldehid -121; Propionadehid -81; n-butiraldehid -99; n-Valeraldehid -91; Kaproaldehid -; Heptaldehid - 42; Fenilacetaldehid -; Benzaldehid -26.

Vrelišča

Formaldehid -21; Acetaldehid 20; Propionadehid 49; n-butiraldehid 76; n-Valeraldehid 103; Kaproaldehid 131; Heptaldehid 155; Fenilacetaldehid 194; Benzaldehid 178.

Topnost v vodi, izražena v g / 100 g H

Formaldehid, zelo topen; Acetaldehid, neskončen; Propionaldehid, 16; n-butiraldehid, 7; n-Valeraldehid, rahlo topen; kaproaldehid, malo topen; Rahlo topen fenilacetaldehid; Benzaldehid, 0,3.

Vrelišča aldehidov se povečujejo neposredno z molekulsko maso. Nasprotno, obstaja tendenca zmanjšanja topnosti aldehidov v vodi, saj njihova molekulska teža narašča. To se odraža v fizikalnih konstantah omenjenih aldehidov.

Reaktivnost

Reakcija oksidacije

Aldehidi lahko oksidiran v odgovarjajočo karboksilno kislino v prisotnosti katere koli od teh spojin: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO ₄ ali K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Redukcija na alkohole

Hidrirati jih je mogoče s pomočjo niklja, platine ali paladija. Tako C = O postane C-OH.

Redukcija na ogljikovodike

V prisotnosti Zn (Hg), koncentrirane HCl ali NH ₂ NH _2, so aldehidi izgubi na karbonilno skupino in postanejo ogljikovodikov.

Nukleofilni dodatek

Karbonilni skupini je dodano več spojin, med njimi so: Grignardovi reagenti, cianid, derivati ​​amoniaka in alkoholi.

Nomenklatura

Vir: Gabriel Bolívar

Na zgornji sliki so prikazani štirje aldehidi. Kako so imenovani?

Ker gre za oksidirane primarne alkohole, se ime alkohola spremeni iz -ol v -al. Tako metanol (CH ₃ OH), če oksidiran CH ₃ CHO imenovana metanala (formaldehid); CH ₃ CH ₂ CHO etanala (acetaldehida); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propan in CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanal.

Vsi na novo imenovani aldehidi imajo na koncu verige skupino -CHO. Ko ga najdemo na obeh koncih, kot v A, je končnica -to predpona z di-. Ker ima A šest ogljikovih atomov (če štejemo tiste iz obeh formilnih skupin), izhaja iz 1-heksanola, zato je njegovo ime: dial heksan .

Kadar obstaja substituent, kot je alkilni radikal, dvojna ali trojna vez ali halogen, so ogljiki glavne verige navedeni, dajo -CHO številko 1. Tako se aldehid B imenuje: 3-jodheksanal.

Vendar pri aldehidih C in D skupina -CHO nima prednosti, da bi te spojine identificirala od drugih. C je cikloalkan, D pa benzen, oba z enim od njihovih Hs, substituiran s formilno skupino.

Ker je glavna struktura ciklična, se formilna skupina imenuje karbaldehid. Tako je C cikloheksankarbaldehid, D pa benzenkarbaldehid (bolj znan kot benzaldehid).

Prijave

V naravi obstajajo aldehidi, ki lahko dajejo prijetne okuse, tak primer je cinamaldehid, ki je odgovoren za značilen okus po cimetu. Zato se pogosto uporabljajo kot umetne arome v številnih izdelkih, kot so sladkarije ali hrana.

Formaldehid

Formaldehid je najbolj industrijsko proizveden aldehid. Formaldehid, pridobljen z oksidacijo metanola, se uporablja v 37% raztopini plina v vodi pod imenom formalin. To se uporablja pri strojenju kož in pri ohranjanju ter balzamiranju trupel.

Prav tako se formaldehid uporablja kot germicid, fungicid in insekticid za rastline in zelenjavo. Njegova največja korist pa je prispevek k proizvodnji polimernega materiala. Plastika, imenovana bakelit, se sintetizira z reakcijo med formaldehidom in fenolom.

Bakelit

Bakelit je zelo trden polimer s tridimenzionalno strukturo, ki se uporablja v mnogih pripomočkih za gospodinjstvo, kot so ročaji za lonce, ponve, kavni aparati, noži itd.

Bakelitom podobni polimeri so izdelani iz formaldehida v kombinaciji s spojinami sečnine in melamina. Ti polimeri se uporabljajo ne le kot plastika, ampak tudi kot lepilni lepilo in prevlečni material.

Vezan les

Vezan les je trgovsko ime materiala, sestavljenega iz tankih listov lesa, ki jih povezujejo polimeri, proizvedeni iz formaldehida. Blagovne znamke Formica in Melmac so izdelane s sodelovanjem slednjih. Formica je plastični material, ki se uporablja za prevleko pohištva.

Melmac plastika se uporablja za izdelavo krožnikov, kozarcev, skodelic itd. Formaldehid je surovina za sintezo spojine metilen-difenil-diizocijanata (MDI), predhodnika poliuretana.

Poliuretan

Poliuretan se uporablja kot izolator v hladilnikih in zamrzovalnikih, oblazinjenje pohištva, vzmetnice, prevleke, lepila, podplati itd.

Butiraldehid

Butiraldehid je glavni predhodnik sinteze 2-etilheksanola, ki se uporablja kot mehčalec. Ima prijetno jabolčno aromo, ki omogoča njegovo uporabo v hrani kot aromatiziranje.

Uporablja se tudi za proizvodnjo pospeševalnikov iz gume. Vmešava se kot vmesni reagent pri proizvodnji topil.

Acetaldehid

Acetaldehid je bil uporabljen pri proizvodnji ocetne kisline. Toda ta funkcija acetaldehida se je zmanjšala, saj ga je izpodrinil postopek karbonilacije metanola.

Sinteza

Drugi aldehidi so predhodniki oksoalkoholov, ki se uporabljajo pri proizvodnji detergentov. Tako imenovane oksoalkohole pripravimo tako, da olefinu dodamo ogljikov monoksid in vodik, da dobimo aldehid. In na koncu hidrogeniramo aldehid, da dobimo alkohol.

Nekateri aldehidi se uporabljajo pri izdelavi parfumov, kot je to pri Chanelu št. 5. Mnogi aldehidi naravnega izvora imajo prijetne vonjave, na primer: heptanal ima vonj po zeleni travi; oktanalni vonj pomaranče; nenavadni vonj vrtnic in citral vonj apna.

Primeri aldehidov

Glutaraldehid

Vir: avtor Jynto, iz Wikimedia Commons

Glutaraldehid ima v svoji strukturi na obeh koncih dve formilni skupini.

Tržen pod imenom Cidex ali Glutaral, se uporablja kot razkužilo za sterilizacijo kirurških instrumentov. Uporablja se pri zdravljenju bradavic na stopalih, uporablja se kot tekočina. Uporablja se tudi kot sredstvo za fiksiranje tkiv v histoloških in patoloških laboratorijih.

Benzaldehid

Je najpreprostejši aromatični aldehid, ki ga tvori benzenski obroč, kjer je povezana formilna skupina.

Najdemo ga v mandljevem olju, zato je značilen njegov vonj, ki mu omogoča, da se uporablja kot aroma za živila. Poleg tega se uporablja pri sintezi organskih spojin, povezanih s proizvodnjo zdravil in pri proizvodnji plastike.

Gliceraldehid

To je aldotrioza, sladkor, sestavljen iz treh ogljikovih atomov. Ima dva izomera, imenovana enantiomeri D in L. Gliceraldehid je prvi monosaharid, ki ga dobimo pri fotosintezi v temni fazi (cikel Calvin).

Gliceraldehid-3-fosfat

Vir: Jynto in Ben Mills

Zgornja slika prikazuje strukturo gliceraldehid-3-fosfata. Rdeče krogle poleg rumene ustrezajo skupini fosfatov, črne pa ogljikovo okostje. Rdeča krogla, povezana z belo, je OH skupina, ko pa je povezana s črno kroglo in slednja z belo, potem je to skupina CHO.

Gliceraldehid-3-fosfat je vključen v glikolizo, metabolični proces, pri katerem se glukoza s proizvodnjo ATP, energijskega rezervoarja živih snovi, razgradi na pirovično kislino. Poleg proizvodnje NADH, biološkega reducirnega sredstva.

Pri glikolizi gliceraldehid-3-fosfat in dihidroaceton fosfat izhajata iz cepitve D-fruktoze-1-6-bisfosfata

Gliceraldehid-3-fosfat je vključen v presnovni proces, znan kot pentozni cikel. Pri tem nastaja NADPH, pomemben biološki reduktor.

11-cis-mrežnica

Vir: Pixabay.

Β-karoten je naravni pigment, ki je prisoten v različnih zelenjavah, zlasti korenju. V jetrih je podvržen oksidativni razpad, s čimer se spremeni v alkoholni retinol ali vitamin A. Oksidacija vitamina A in nadaljnja izomerizacija ene od njegovih dvojnih vezi tvorita aldehid 11-cis-mrežnice.

Piridoksalni fosfat (vitamin B6)

Vir: Jynto in Ben Mills.

Gre za protetično skupino, povezano z več encimi, ki je aktivna oblika vitamina B6 in sodeluje v sinteznem postopku zaviralnega nevrotransmiterja GABA.

Kje je formilna skupina v vaši strukturi? Upoštevajte, da se to razlikuje od ostalih skupin, vezanih na aromatični obroč.

Salicilaldehid

Je surovina za sintezo acetilsalicilne kisline, analgetičnega in antipiretičnega zdravila, znanega kot Aspirin.

Reference

1. Robert C. Neuman, Jr. Poglavje 13, Karbonilne spojine: Ketoni, aldehidi, karboksilne kisline. . Vzeto iz: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14. september 2009). Nomenklatura aldehidov. Izvedeno iz: quimicaorganica.net
3. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organska kemija. (Deseta izdaja, str. 729–731) Wiley Plus.
4. Jerry March in William H. Brown. (31. december 2015). Aldehid. Vzeto iz: britannica.com
5. Wikipedija. (2018). Aldehidi. Izvedeno iz: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Morrison, RT in Boyd, RN (1990). Peta izdaja organske kemije. Uredništvo Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, FA (2006). Šesta izdaja organske kemije. Uredništvo Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, KE in Athern, KG (2002). Biokemija. Tretja izdaja. Založba Pearson Adisson Wesley.