Struktura, lastnosti, nomenklatura, uporabe in primeri aldehidov



The aldehidi gre za organske spojine, ki imajo splošno formulo RCHO. R predstavlja alifatsko ali aromatsko verigo; C do ogljika; Ali kisik in H za vodik. Za njih je značilna karbonilna skupina, kot so ketoni in karboksilne kisline, tako da se aldehidi imenujejo tudi karbonilne spojine..

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

Kisik privlači elektrone močneje kot ogljik, zato se elektronski oblak premika proti njej, tako da ustvarja dvojno vez med ogljikom in kisikom polarnim, z pomembnim dipolnim momentom. To naredi polarne spojine aldehidov.

Polarnost aldehidov bo vplivala na njihove fizikalne lastnosti. Vrelišče in topnost aldehidov v vodi sta večji od nepolarnih kemičnih spojin s podobno molekulsko maso, kot je na primer ogljikovodikov..

Aldehidi z manj kot petimi ogljikovimi atomi so topni v vodi, ker se vodikove vezi tvorijo med kisikom karbonilne skupine in vodno molekulo. Vendar pa povečanje števila ogljikovih atomov v ogljikovodikovi verigi povzroči povečanje nepolarnega dela aldehida, zaradi česar je manj topen v vodi..

Toda, kako so in od kod prihajajo? Čeprav je njegova narava bistveno odvisna od karbonilne skupine, preostali del molekularne strukture veliko prispeva tudi k celoti. Tako so lahko poljubne velikosti, majhne ali velike, ali pa lahko makromolekula ima regije, kjer prevladuje značaj aldehidov.

Tako kot pri vseh kemijskih spojinah obstajajo "prijetni" aldehidi in drugi grenki. Najdemo jih v naravnih virih ali jih sintetiziramo v velikem obsegu. Primeri aldehidov so vanilin, zelo prisoten v sladoledu (top image) in acetaldehid, ki dodaja okus alkoholnim pijačam.

Indeks

  • 1 Kemijska struktura 
  • 2 Fizikalne in kemijske lastnosti
    • 2.1 Tališče
    • 2.2 Vrelišča
    • 2.3 Topnost v vodi izražena vg / 100 g H2O
  • 3 Reaktivnost
    • 3.1 Oksidacijska reakcija
    • 3.2 Zmanjšanje alkohola
    • 3.3 Zmanjšanje do ogljikovodikov
    • 3.4 Nukleofilna adicija
  • 4 Nomenklatura
  • 5 Uporabe
    • 5.1 Formaldehid
    • 5.2 Bakelit
    • 5.3 Vezan les
    • 5.4 Poliuretan
    • 5.5 Butiraldehid
    • 5.6 Acetaldehid
    • 5.7 Povzetek
  • 6 Primeri aldehidov
    • 6.1 Glutaraldehid
    • 6.2 Benzaldehid
    • 6.3 Gliceraldehid
    • 6.4 Gliceraldehid-3-fosfat
    • 6.5 11-cis-mrežnica
    • 6.6 Piridoksal fosfat (vitamin B6)
    • 6.7 Salicilaldehid
  • 7 Reference

Kemijska struktura 

Aldehidi so sestavljeni iz karbonila (C = O), na katerega je vodikov atom neposredno povezan. To ga razlikuje od drugih organskih spojin, kot so ketoni (R2C = O) in karboksilne kisline (RCOOH).

Molekularna struktura okoli -CHO, formilne skupine je prikazana na zgornji sliki. Formilna skupina je ploska, ker imajo ogljik in kisik sp hibridizacijo2. Zaradi te planarnosti je dovzetna za napad nukleofilnih vrst in zato zlahka oksidira.

Na kaj se ta oksidacija nanaša? Na tvorbo vezi s katerim koli drugim atomom, ki je bolj elektronegativen od ogljika; in za aldehide je kisik. Tako se aldehid oksidira v karboksilno kislino, -COOH. Kaj če bi se aldehid zmanjšal? Namesto tega bi nastal primarni alkohol, ROH.

Aldehidi nastajajo samo iz primarnih alkoholov: tistih, kjer je skupina OH na koncu verige. Podobno formilna skupina vedno je na koncu verige ali štrli iz njega ali obroč kot substituent (če obstajajo druge bolj pomembne skupine, kot je -COOH).

Fizikalne in kemijske lastnosti

Ker so polarne spojine, so njihove talilne točke višje od tališč nepolarnih spojin. Aldehidne molekule se ne morejo medsebojno povezovati z vodikovimi vezmi, ki imajo samo atome ogljika, povezane z atomi vodika.

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

Tališče

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

Vrelišča

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

Topnost v vodi izražena vg / 100 g H2O

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

Vrelišča aldehidov se povečujejo neposredno z molekulsko maso. Nasprotno pa obstaja težnja po zmanjšanju topnosti aldehidov v vodi, ker se njihova molekulska masa povečuje. To se odraža v fizikalnih konstantah prej omenjenih aldehidov.

Reaktivnost

Oksidacijska reakcija

Aldehide lahko oksidiramo v ustrezno karboksilno kislino v prisotnosti katerekoli od teh spojin:3)2, KMnO4 ali K2Cr2O7.

Zmanjšanje alkohola

Lahko jih hidrogeniramo s pomočjo nikljevih, platinastih ali paladijevih katalizatorjev. C = O se tako transformira v C-OH.

Zmanjšanje na ogljikovodike

V prisotnosti Zn (Hg), koncentrirane HCl ali NH2NH2 aldehidi izgubijo karbonilno skupino in postanejo ogljikovodiki.

Nukleofilna adicija

Karbonilni skupini je dodanih več spojin, med katerimi so: Grignardovi reagenti, cianid, derivati ​​amonijaka in alkoholi.

Nomenklatura

Na zgornji sliki sta prikazana štiri aldehida. Kako so poimenovani?

Ker so oksidirani primarni alkoholi, se ime alkohola spremeni v -ol po -al. Tako je metanol (CH3OH), če se oksidira v CH3CHO imenujemo metanal (formaldehid); CH3CH2CHO etanal (acetaldehid); CH3CH2CH2CHO propanal in CH3CH2CH2CH2CHO butanal.

Vsi na novo imenovani aldehidi imajo skupino -CHO na koncu verige. Ko je na obeh koncih, kot v A, se na koncu -al doda predpona di-. Ker ima A šest ogljikov (štetje obeh formilnih skupin), izhaja iz 1-heksanola in njegovo ime je torej: heksanpokličite.

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

Vendar v aldehidih C in D skupina -CHO nima prednost pri identifikaciji omenjenih spojin od drugih. C je cikloalkan, medtem ko je D benzen, oba z enim od njihovih H, substituiranih s formilno skupino.

V njih, ker je glavna struktura ciklična, se formilna skupina imenuje karbaldehid. C je torej cikloheksankarbaldehid in D je benzenkarbaldehid (bolj znan kot benzaldehid).

Uporabe

V naravi so aldehidi, ki lahko dajo prijetne okuse, kot je cinamaldehid, ki je odgovoren za značilen okus cimeta. Zato se pogosto uporabljajo kot umetne arome v številnih izdelkih, kot so sladkarije ali hrana.

Formaldehid

Formaldehid je aldehid, ki se industrijsko proizvaja v večji količini. Formaldehid, dobljen z oksidacijo metanola, se uporablja v 37% raztopini plina v vodi pod imenom formalin. Uporablja se pri strojenju kož in pri konzerviranju in 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.

Bakelite

Bakelite je polimer tridimenzionalne strukture velike trdote, ki se uporablja v mnogih gospodinjskih pripomočkih, kot so ročaji za lonce, ponve, aparati za kavo, noži itd..

Polimeri, podobni bakelitu, so izdelani iz formaldehida v kombinaciji s spojinami sečnine in melamina. Ti polimeri se ne uporabljajo samo kot plastika, ampak se uporabljajo tudi kot lepilna lepila in premazni material.

Vezan les

Vezan les je komercialno ime materiala, ki ga tvorijo tanke listi lesa, ki so povezani s polimeri iz formaldehida. Blagovne znamke Formica in Melmac so izdelane s sodelovanjem te blagovne znamke. Formica je plastični material, ki se uporablja pri premazovanju pohištva.

Melmac plastika se uporablja pri pripravi jedi, kozarcev, skodelic itd. Formaldehid je surovina za sintezo metilen-difenil-diizocianata (MDI), predhodnika poliuretana..

Poliuretan

Poliuretan se uporablja kot izolacija v hladilnikih in zamrzovalnikih, pohištveni blazini, žimnicah, premazih, lepilih, podplatih itd..

Butiraldehid

Butiraldehid je glavni predhodnik za sintezo 2-etilheksanola, ki se uporablja kot mehčalec. Ima prijetno jabolčno aromo, ki omogoča njeno uporabo v živilih kot aroma.

Uporablja se tudi za proizvodnjo gumijastih pospeševalnikov. Intervenira kot vmesni reagent pri proizvodnji topil.

Acetaldehid

Pri proizvodnji ocetne kisline smo uporabili acetaldehid. Toda ta funkcija acetaldehida se je zmanjšala, ker je bila izpuščena s procesom karbonilacije metanola..

Sinteza

Drugi aldehidi so predhodniki oksoalkoholov, ki se uporabljajo pri proizvodnji detergentov. Tako imenovane oksoalkohole pripravimo z dodajanjem ogljikovega monoksida in vodika olefinu, da dobimo aldehid. Končno je aldehid hidrogeniran, da dobimo alkohol.

Nekateri aldehidi se uporabljajo v proizvodnji parfumov, kot je to primer pri Chanel št. 5. Mnogi aldehidi naravnega izvora imajo prijetne vonje, na primer: heptanal ima vonj po zeleni travi; oktanalov oranžni vonj; nanoalen vonj vrtnic in citral je vonj apna.

Primeri aldehidov

Glutaraldehid

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

Trži se pod imenom Cidex ali Glutaral in se uporablja kot razkužilo za sterilizacijo kirurških instrumentov. Uporablja se za zdravljenje bradavic na stopalih, ki se uporablja kot tekočina. Uporablja se tudi kot fiksator tkiva v histoloških in patoloških laboratorijih.

Benzaldehid

Je najpreprostejši aromatski aldehid, ki ga tvori benzenski obroč, kjer se formilna skupina veže.

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

Gliceraldehid

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

Gliceraldehid-3-fosfat

Struktura gliceraldehid-3-fosfata je prikazana na zgornji sliki. Rdeče krogle ob rumeni barvi ustrezajo fosfatni skupini, črna pa krogle ogljikovega ogrodja. Rdeča krogla, povezana z belo, je OH skupina, toda ko je povezana s črno kroglo in slednja z belo kroglo, je skupina CHO..

Gliceraldehid-3-fosfat je vključen v glikolizo, metabolizem, pri katerem se glukoza razgradi v piruvično kislino s proizvodnjo ATP, energetskega rezervoarja živih bitij. Poleg tega je iz proizvodnje NADH biološko redukcijsko sredstvo.

Pri glikolizi glicaldehid-3-fosfat in dihidroaceton fosfat izvirajo iz cepitve D-fruktoza-1-6-bifosfata

Gliceraldehid-3-fosfat posega v presnovni proces, znan kot pentozni cikel. Pri tem nastane NADPH, pomemben biološki reduktor.

11-cis-mrežnica

Ca-karoten je naravni pigment, prisoten v več zelenjavi, zlasti v korenju. On je podvržen oksidativni rupturi v jetrih, preoblikovanje v alkoholni retinol ali vitamin A. Oksidacija vitamina A in posledična izomerizacija ene od njegovih dvojnih vezi tvorita aldehid 11-cis-retinal.

Piridoksal fosfat (vitamin B6)

To je protetična skupina, povezana z več encimi, ki je aktivna oblika vitamina B6 in sodeluje v procesu sinteze inhibitornega nevrotransmiterja GABA..

Kje je formilna skupina v svoji strukturi? Upoštevajte, da se to razlikuje od ostalih skupin, povezanih z aromatskim obročem.

Salicilaldehid

Je surovina za sintezo acetilsalicilne kisline, analgetika in antipiretik, znanega kot Aspirin..

Reference

  1. Robert C. Neuman, ml. Poglavje 13, karbonilne spojine: ketoni, aldehidi, karboksilne kisline. [PDF] Vzeto iz: chem.ucr.edu
  2. Germán Fernández. (14. september 2009). Nomenklatura aldehidov. Vzeto iz: quimicaorganica.net
  3. T.W. 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 Vzeto iz: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
  6. Morrison, R.T. in Boyd, R.N. (1990). Organska kemija Peta izdaja. Uvodnik Addison-Wesley Iberoamericana.
  7. Carey, F. A. (2006). Organska kemija šesta izdaja. Mc Graw Hill.
  8. Mathews, Ch. K., Van Holde, K.E. in Athern, K.G. (2002). Biokemija Tretja izdaja. Pearson Adisson Wesley.