ALDEHYDY: ŠTRUKTÚRA, VLASTNOSTI, POUŽITIE A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2026

Tieto aldehydy sú organické zlúčeniny, ktoré majú všeobecný vzorec RCHO. R predstavuje alifatický alebo aromatický reťazec; C na uhlík; O na kyslík a H na vodík. Vyznačujú sa karbonylovou skupinou, ako sú ketóny a karboxylové kyseliny, a preto sa aldehydy nazývajú aj karbonylové zlúčeniny.

Karbonylová skupina dáva aldehydu mnoho jeho vlastností. Sú to zlúčeniny, ktoré sa ľahko oxidujú a sú veľmi reaktívne na nukleofilné adície. Dvojitá väzba karbonylovej skupiny (C = O) má dva atómy, ktoré majú rozdiely v ich avidite pre elektróny (elektronegativita).

Všeobecná štruktúra aldehydov

Kyslík priťahuje elektróny väčšou silou ako uhlík, takže sa k nemu pohybuje elektrónový oblak, vďaka čomu je dvojitá väzba medzi uhlíkom a kyslíkom polárna, s významným dipólovým momentom. Vďaka tomu sú aldehydové polárne zlúčeniny.

Polarita aldehydov ovplyvní ich fyzikálne vlastnosti. Teplota varu a rozpustnosť aldehydov vo vode sú vyššie ako nepolárne chemické zlúčeniny s podobnou molekulovou hmotnosťou, ako je to v prípade uhľovodíkov.

Aldehydy s menej ako piatimi atómami uhlíka sú rozpustné vo vode, pretože medzi kyslíkom karbonylovej skupiny a molekulou vody sa tvoria vodíkové väzby. Avšak zvýšenie počtu uhlíkov v uhľovodíkovom reťazci vedie k zvýšeniu nepolárnej časti aldehydu, čím sa stáva menej rozpustným vo vode.

Aké sú však a odkiaľ pochádzajú? Aj keď jeho povaha v podstate závisí od karbonylovej skupiny, zvyšok molekulárnej štruktúry tiež veľa prispieva k celku. Môžu teda mať akúkoľvek veľkosť, malú alebo veľkú, alebo dokonca makromolekula môže mať oblasti, v ktorých prevláda charakter aldehydov.

Tak ako všetky chemické zlúčeniny, aj tu existujú „príjemné“ aldehydy a iné horké. Možno ich nájsť v prírodných zdrojoch alebo ich syntetizovať vo veľkom meradle. Príkladmi aldehydov sú vanilín, veľmi prítomný v zmrzline (obrázok hore) a acetaldehyd, ktorý dodáva alkoholickým nápojom chuť.

Chemická štruktúra

Zdroj: NEUROtiker z Wikimedia Commons

Aldehydy pozostávajú z karbonylu (C = O), ku ktorému je priamo pripojený atóm vodíka. Jedná sa tak odlišuje od iných organických zlúčenín, ako sú ketóny (R ₂ C = O) a karboxylových kyselín (RCOOH).

Horný obrázok ukazuje molekulárnu štruktúru okolo - CHO, formylovej skupiny. Formylové skupiny je plochý, pretože uhlík a kyslík sa sp ² hybridizácii . Táto rovinnosť umožňuje náchylnosť na útok nukleofilnými druhmi, a preto sa ľahko oxiduje.

Na čo sa táto oxidácia vzťahuje? Na vytvorenie väzby s akýmkoľvek iným atómom, ktorý je viac elektronegatívny ako uhlík; a v prípade aldehydov je to kyslík. Aldehyd sa teda oxiduje na karboxylovú kyselinu - COOOH. Čo keby sa aldehyd redukoval? Namiesto toho by sa tvoril primárny alkohol, ROH.

Aldehydy sa vyrábajú iba z primárnych alkoholov: tých, v ktorých je skupina OH na konci reťazca. Rovnakým spôsobom je formylová skupina vždy na konci reťazca alebo z neho alebo z kruhu vyčnieva ako substituent (v prípade ďalších dôležitejších skupín, ako je -COOH).

Fyzikálne a chemické vlastnosti

Keďže sú polárne zlúčeniny, ich teploty topenia sú vyššie ako teploty topenia nepolárnych zlúčenín. Molekuly aldehydov nie sú schopné intermolekulárne viazať vodík, pretože majú iba atómy uhlíka viazané na atómy vodíka.

V dôsledku vyššie uvedeného majú aldehydy nižšie teploty varu ako alkoholy a karboxylové kyseliny.

Teploty topenia

Formaldehyd -92; Acetaldehyd -121; Propionaldehyd -81; n-butyraldehyd -99; n-Valeraldehyd -91; Kaproaldehyd -; Heptaldehyd - 42; Fenylacetaldehyd -; Benzaldehyd -26.

Body varu

Formaldehyd -21; Acetaldehyd 20; Propionaldehyd 49; n-butyraldehyd 76; n-Valeraldehyd 103; Kaproaldehyd 131; Heptaldehyd 155; Fenylacetaldehyd 194; Benzaldehyd 178.

Rozpustnosť vo vode vyjadrená vg / 100 g H

Formaldehyd, veľmi rozpustný; Acetaldehyd, nekonečný; Propionaldehyd, 16; n-butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, mierne rozpustný; kaproaldehyd, mierne rozpustný; Mierne rozpustný fenylacetaldehyd; Benzaldehyd, 0,3.

Teploty varu aldehydov majú tendenciu sa zvyšovať priamo s molekulovou hmotnosťou. Naopak, existuje tendencia znižovať rozpustnosť aldehydov vo vode so zvyšovaním ich molekulovej hmotnosti. To sa odráža vo fyzikálnych konštantoch práve uvedených aldehydov.

reaktivita

Oxidačná reakcia

Aldehydy sa môžu oxidovať na zodpovedajúcu karboxylovú kyselinu za prítomnosti niektorej z týchto zlúčenín: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO _4, alebo K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Redukcia na alkoholy

Môžu sa hydrogenovať pomocou katalyzátorov na báze niklu, platiny alebo paládia. C = O sa tak stáva C-OH.

Redukcia na uhľovodíky

V prítomnosti Zn (Hg), koncentrovanej kyseliny chlorovodíkovej, alebo NH ₂ NH _2, aldehydy stratí karbonylové skupiny a stávajú sa uhľovodíky.

Nukleofilná adícia

K karbonylovej skupine sa pridáva niekoľko zlúčenín, medzi ktoré patria: Grignardove činidlá, kyanid, deriváty amoniaku a alkoholov.

názvoslovie

Zdroj: Gabriel Bolívar

Na obrázku vyššie sú znázornené štyri aldehydy. Ako sa volajú?

Pretože sa jedná o oxidované primárne alkoholy, názov alkoholu sa zmenil z -ol na -al. Tak, metanolu (CH ₃ OH) v prípade, oxiduje na CH ₃ CHO sa nazýva methanal (formaldehyd); CH ₃ CH ₂ CHO etanal (acetaldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propanál a CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO Butanal.

Všetky novovymenované aldehydy majú skupinu -CHO na konci reťazca. Ak sa nájde na oboch koncoch, rovnako ako v A, koncovka -to má predponu di-. Pretože A má šesť uhlíkov (počítajúc od uhlíkových atómov obidvoch formylových skupín), odvodzuje sa od 1-hexanolu a jeho názov je preto: dial- hexán .

Ak existuje substituent, ako je alkylový radikál, dvojitá alebo trojitá väzba alebo atóm halogénu, sú uvedené atómy uhlíka hlavného reťazca, pričom -CHO je číslo 1. Aldehyd B sa teda nazýva 3-jódhexanal.

Avšak v aldehydoch C a D nemá skupina -CHO prioritu pri identifikácii týchto zlúčenín od ostatných. C je cykloalkán, zatiaľ čo D je benzén, pričom jeden z ich atómov vodíka je substituovaný formylovou skupinou.

Pretože je v nich cyklická hlavná štruktúra, formylskupina sa nazýva karbaldehyd. C je teda cyklohexánkarbaldehyd a D je benzénkarbaldehyd (lepšie známy ako benzaldehyd).

aplikácia

Aldehydy existujú v prírode schopné dodávať príjemné príchute, ako je napríklad škoricový dehyd, ktorý je zodpovedný za charakteristickú príchuť škorice. Preto sa často používajú ako umelé arómy v mnohých výrobkoch, ako sú cukríky alebo potraviny.

formaldehyd

Formaldehyd je priemyselne vyrábaný aldehyd. Formaldehyd získaný oxidáciou metanolu sa používa v 37% roztoku plynu vo vode pod názvom formalín. Používa sa pri činení koží a pri konzervovaní a balzamovaní mŕtvol.

Formaldehyd sa tiež používa ako germicíd, fungicíd a insekticíd pre rastliny a zeleninu. Jeho najväčším prínosom je však príspevok k výrobe polymérneho materiálu. Plast nazývaný bakelit je syntetizovaný reakciou medzi formaldehydom a fenolom.

bakelit

Bakelit je vysoko tvrdý polymér s trojrozmernou štruktúrou používaný v mnohých domácich pomôckach, ako sú rukoväte pre hrnce, panvice, kávovary, nože atď.

Polyméry podobné bakelitu sa vyrábajú z formaldehydu v kombinácii so zlúčeninami močoviny a melamínu. Tieto polyméry sa používajú nielen ako plasty, ale tiež ako adhezívne lepidlá a poťahové materiály.

preglejka

Preglejka je obchodný názov materiálu vyrobeného z tenkých listov dreva, ktoré sú spojené polymérmi vyrobenými z formaldehydu. Značky Formica a Melmac sa vyrábajú za účasti tejto spoločnosti. Formica je plastový materiál, ktorý sa používa na poťahovanie nábytku.

Plast Melmac sa používa na výrobu tanierov, pohárov, šálok atď. Formaldehyd je surovina pre syntézu zlúčeniny metylén-difenyl-diizokyanát (MDI), prekurzora polyuretánu.

polyuretán

Polyuretán sa používa ako izolátor v chladničkách a mrazničkách, čalúnení nábytku, matracov, poťahov, lepidiel, podrážok atď.

Butyraldehyd

Butyraldehyd je hlavným prekurzorom pre syntézu 2-etylhexanolu, ktorý sa používa ako plastifikátor. Má príjemnú vôňu jablka, ktorá umožňuje jej použitie v potravinách ako aróma.

Používa sa tiež na výrobu gumových urýchľovačov. Pôsobí ako medziprodukt pri výrobe rozpúšťadiel.

acetaldehyd

Acetaldehyd sa použil na výrobu kyseliny octovej. Táto funkcia acetaldehydu sa však znížila, pretože bola nahradená karbonylačným procesom metanolu.

syntéza

Ďalšie aldehydy sú prekurzory oxoalkoholov, ktoré sa používajú pri výrobe detergentov. Takzvané oxoalkoholy sa pripravujú pridaním oxidu uhoľnatého a vodíka k olefínu, čím sa získa aldehyd. Nakoniec sa aldehyd hydrogenuje, aby sa získal alkohol.

Niektoré aldehydy sa používajú na výrobu parfumov, ako je to v prípade Chanelu č. 5. Mnoho aldehydov prírodného pôvodu má príjemný zápach, napríklad: heptanal má vôňu zelenej trávy; oktanal oranžová vôňa; nonanal vôňa ruží a citral vôňa limetky.

Príklady aldehydov

glutaraldehyd

Zdroj: Autor: Jynto, z Wikimedia Commons

Glutaraldehyd má na svojich koncoch dve formylové skupiny.

Predáva sa pod názvom Cidex alebo Glutaral a používa sa ako dezinfekčný prostriedok na sterilizáciu chirurgických nástrojov. Používa sa pri liečbe bradavíc na chodidlách, ktoré sa používajú ako tekutina. Používa sa tiež ako látka na fixáciu tkanív v histologických a patologických laboratóriách.

benzaldehyd

Je to najjednoduchší aromatický aldehyd, ktorý je tvorený benzénovým kruhom, v ktorom je naviazaná formylová skupina.

Nachádza sa v mandľovom oleji, a preto má charakteristickú vôňu, ktorá umožňuje jeho použitie ako aróma potravín. Okrem toho sa používa pri syntéze organických zlúčenín týkajúcich sa výroby liečiv a výroby plastov.

glyceraldehyd

Je to aldotróza, cukor zložený z troch atómov uhlíka. Má dva izoméry nazývané enantioméry D a L. Glyceraldehyd je prvý monosacharid, ktorý sa získa vo fotosyntéze v tmavej fáze (Calvinov cyklus).

Glyceraldehyd-3-fosfát

Zdroj: Jynto a Ben Mills

Horný obrázok znázorňuje štruktúru glyceraldehyd-3-fosfátu. Červené gule vedľa žltej zodpovedajú fosfátovej skupine, zatiaľ čo čierne uhlíková kostra. Červená guľa spojená s bielou je skupina OH, ale keď je spojená s čiernou guľou a druhá s bielou, potom je to skupina CHO.

Glyceraldehyd-3-fosfát sa podieľa na glykolýze, metabolickom procese, pri ktorom sa glukóza rozkladá na kyselinu pyruvátovú s produkciou ATP, energetického rezervoáru živých bytostí. Okrem výroby NADH, biologického redukčného činidla.

Pri glykolýze pochádzajú glyceroldehyd-3-fosfát a dihydroacetónfosfát zo štiepenia D-fruktózy-1-6-bisfosfátu.

Glyceraldehyd-3-fosfát sa podieľa na metabolickom procese známom ako pentózový cyklus. Týmto sa vytvára dôležitý biologický redukčný prostriedok NADPH.

11-cis-sietnice

Zdroj: Pixabay.

Β-karotén je prírodný pigment prítomný v rôznych druhoch zeleniny, najmä v mrkve. Prechádza oxidačným rozkladom v pečeni, čím sa premieňa na alkoholový retinol alebo vitamín A. Oxidácia vitamínu A a následná izomerizácia jednej z jeho dvojitých väzieb tvoria 11-cis-sietnicový aldehyd.

Pyridoxal fosfát (vitamín B6)

Zdroj: Jynto a Ben Mills.

Je to protetická skupina spojená s niekoľkými enzýmami, ktorá je aktívnou formou vitamínu B6 a podieľa sa na procese syntézy inhibičného neurotransmitera GABA.

Kde je formyl skupina vo vašej štruktúre? Všimnite si, že sa to líši od ostatných skupín pripojených k aromatickému kruhu.

salicylaldehydového

Je to surovina pre syntézu kyseliny acetylsalicylovej, analgetického a antipyretického lieku známeho ako aspirín.

Referencie

1. Robert C. Neuman, Jr. kapitola 13, Karbonylové zlúčeniny: ketóny, aldehydy, karboxylové kyseliny. , Prevzaté z: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14. september 2009). Nomenklatúra aldehydov. Prevzaté z: quimicaorganica.net
3. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organická chémia. (Desiate vydanie, str. 729 - 731) Wiley Plus.
4. Jerry March a William H. Brown. (31. decembra 2015). Aldehyd. Prevzaté z: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehydy. Prevzaté z: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Morrison, RT a Boyd, RN (1990). Piate vydanie organickej chémie. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, FA (2006). Šieste vydanie organickej chémie. Editorial Mc Graw Hill.
8. Mathews, K. K., Van Holde, KE a Athern, KG (2002). Biochémie. Tretia edícia. Vydavateľstvo Pearson Adisson Wesley.