Struktura aldehydů, vlastnosti, názvosloví, použití a příklady

aldehydy jsou to organické sloučeniny, které mají obecný vzorec RCHO. R představuje alifatický nebo aromatický řetězec; C až uhlík; Nebo kyslík a H na vodík. Vyznačují se karbonylovou skupinou, jako jsou ketony a karboxylové kyseliny, takže aldehydy jsou také označovány jako karbonylové sloučeniny.

Karbonylová skupina dává aldehydu mnoho z jeho vlastností. Jsou to sloučeniny, které snadno oxidují a jsou velmi reaktivní na nukleofilní adice. Dvojitá vazba karbonylové skupiny (C = O) má dva atomy, které mají rozdíly v jejich aviditě pro elektrony (elektronegativita).

Kyslík přitahuje elektrony silněji než uhlík, takže elektronický mrak se pohybuje směrem k němu a vytváří dvojnou vazbu mezi uhlíkem a kyslíkovým polárem, s důležitým dipólovým momentem. To činí aldehydy polárními sloučeninami.

Polarita aldehydů ovlivní jejich fyzikální vlastnosti. Bod varu a rozpustnost aldehydů ve vodě jsou vyšší než nepolární chemické sloučeniny s podobnými molekulovými hmotnostmi, jako je tomu u uhlovodíků..

Aldehydy s méně než pěti atomy uhlíku jsou rozpustné ve vodě, protože mezi kyslíkem karbonylové skupiny a molekulou vody vznikají vodíkové vazby. Zvýšení počtu uhlíkových atomů v uhlovodíkovém řetězci však vede ke zvýšení nepolární části aldehydu, což ho činí méně rozpustným ve vodě..

Ale jak jsou a odkud pocházejí? Ačkoli jeho povaha závisí v podstatě na karbonylové skupině, zbytek molekulární struktury také hodně přispívá k celku. Mohou tedy být jakékoliv velikosti, malé nebo velké, nebo dokonce makromolekula může mít oblasti, kde převládá charakter aldehydů..

Tak, jako u všech chemických sloučenin, existují "příjemné" aldehydy a jiné hořké. Mohou být nalezeny v přírodních zdrojích nebo syntetizovány ve velkých měřítcích. Příklady aldehydů jsou vanilin, velmi přítomný v zmrzlině (top image) a acetaldehyd, který přidává chuť alkoholickým nápojům.

Index

• 1 Chemická struktura 
• 2 Fyzikální a chemické vlastnosti
  • 2.1 Body tání
  • 2.2 Body varu
  • 2.3 Rozpustnost ve vodě vyjádřená vg / 100 g H20
• 3 Reaktivita
  • 3.1 Oxidační reakce
  • 3.2 Redukce na alkoholy
  • 3.3 Redukce na uhlovodíky
  • 3.4 Nukleofilní přísada
• 4 Nomenklatura
• 5 Použití
  • 5.1 Formaldehyd
  • 5.2 Bakelit
  • 5.3 Překližka
  • 5.4 Polyurethan
  • 5.5 Butiraldehyd
  • 5.6 Acetaldehyd
  • 5.7 Shrnutí
• 6 Příklady aldehydů
  • 6.1 Glutaraldehyd
  • 6.2 Benzaldehyd
  • 6.3 Glyceraldehyd
  • 6.4 Glyceraldehyd-3-fosfát
  • 6,5 11-cis-retinal
  • 6.6 Pyridoxal fosfát (vitamín B6)
  • 6.7 Salicylaldehyd
• 7 Odkazy

Chemická struktura 

Aldehydy se skládají z karbonylu (C = O), ke kterému je přímo vázán atom vodíku. To ji odlišuje od ostatních organických sloučenin, jako jsou ketony (R.)₂C = O) a karboxylové kyseliny (RCOOH).

Molekulární struktura kolem -CHO, formylové skupiny je znázorněna na horním obrázku. Formylová skupina je plochá, protože uhlík a kyslík mají sp hybridizaci². Tato planarita je náchylná k napadení nukleofilních druhů, a proto snadno oxiduje.

Na co se vztahuje tato oxidace? K tvorbě vazby s jakýmkoliv jiným atomem, který je více elektronegativní než uhlík; a pro případ aldehydů je to kyslík. Aldehyd je tedy oxidován na karboxylovou kyselinu -COOH. Co kdyby se aldehyd snížil? Místo toho by se vytvořil primární alkohol, ROH.

Aldehydy jsou vyráběny pouze z primárních alkoholů: těch, kde je OH skupina na konci řetězce. Podobně formylová skupina vždy je na konci řetězce nebo vyčnívá z něj nebo kruh jako substituent (pokud existují další důležitější skupiny, jako je -COOH).

Fyzikální a chemické vlastnosti

Být polárními sloučeninami, jejich teploty tání jsou vyšší než teploty nepolárních sloučenin. Aldehydové molekuly nejsou schopny vázat se intermolekulárně prostřednictvím vodíkových vazeb, které mají na atomy vodíku pouze atomy uhlíku.

Vzhledem k výše uvedenému mají aldehydy nižší teploty varu než alkoholy a karboxylové kyseliny.

Teploty tání

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

Bod varu

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

Rozpustnost ve vodě vyjádřená vg / 100 g H₂O

Formaldehyd, velmi rozpustný; Acetaldehyd, nekonečný; Propionaldehyd, 16; n-butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, mírně rozpustný; kaproaldehyd, mírně rozpustný; Mírně rozpustný fenylacetaldehyd; Benzaldehyd, 0,3.

Bod varu aldehydů má tendenci se zvyšovat přímo s molekulovou hmotností. Naopak existuje tendence snižovat rozpustnost aldehydů ve vodě při zvyšování jejich molekulové hmotnosti. To se odráží ve fyzikálních konstantách výše uvedených aldehydů.

Reaktivita

Oxidační reakce

Aldehydy mohou být oxidovány na odpovídající karboxylovou kyselinu v přítomnosti kterékoli z těchto sloučenin: Ag (NH)₃)₂, KMnO₄ nebo K₂Kr₂O₇.

Snížení na alkoholy

Mohou být hydrogenovány pomocí niklových, platinových nebo palladiových katalyzátorů. C = O je tedy transformován na C-OH.

Redukce na uhlovodíky

V přítomnosti Zn (Hg), koncentrované HC1 nebo v NH₂NH₂ aldehydy ztrácejí karbonylovou skupinu a stávají se uhlovodíky.

Nukleofilní přísada

Existuje několik sloučenin, které jsou přidány do karbonylové skupiny, mezi nimi jsou: Grignardova činidla, kyanid, deriváty amoniaku a alkoholy.

Nomenklatura

V horním obrázku jsou znázorněny čtyři aldehydy. Jak se jmenují?

Jelikož se jedná o oxidované primární alkoholy, název alkoholu se mění na -ol za -al. Tudíž methanol (CH₃OH), pokud je oxidován na CH₃CHO se nazývá methanal (formaldehyd); CH₃CH₂CHO ethanal (acetaldehyd); CH₃CH₂CH₂CHO propanal a CH₃CH₂CH₂CH₂CHO butanal.

Všechny nově pojmenované aldehydy mají na konci řetězce skupinu -CHO. Když je na obou koncích, jako v A, na konci -al se přidá předpona di-. Protože A má šest uhlíků (počítat to obou formyl skupin), to je odvozeno z 1-hexanol a jeho jméno proto je: hexan \ tciferník.

Pokud existuje substituent, jako je například alkylový radikál, dvojná nebo trojná vazba, nebo halogen, jsou uhlíky hlavního řetězce uvedeny v seznamu, což dává číslo -CHO 1. Tak se aldehyd B nazývá: 3-jodohexanal.

V aldehydech C a D však skupina -CHO nemá prioritu identifikovat uvedené sloučeniny od ostatních. C je cykloalkan, zatímco D je benzen, oba s jedním z jejich H substituovaným formyl skupinou.

V nich, protože hlavní struktura je cyklická, formyl skupina se nazývá karbaldehyd. C je tedy cyklohexankarbaldehyd a D je benzenkarbaldehyd (lépe známý jako benzaldehyd).

Použití

Existují aldehydy, které jsou schopny poskytnout příjemnou chuť, jako je například cinnamaldehyd, který je zodpovědný za charakteristickou chuť skořice. To je důvod, proč jsou často používány jako umělé příchutě v mnoha výrobcích, jako jsou sladkosti nebo potraviny.

Formaldehyd

Formaldehyd je aldehyd, který se vyrábí průmyslově ve větším množství. Formaldehyd získaný oxidací methanolu se používá ve 37% roztoku plynu ve vodě pod názvem formalin. Používá se při opalování kůže a při konzervování a balzamování mrtvol.

Podobně se formaldehyd používá jako germicid, fungicid a insekticid pro rostliny a zeleninu. Největším přínosem je však příspěvek k výrobě polymerního materiálu. Plast nazývaný bakelit se syntetizuje reakcí mezi formaldehydem a fenolem.

Bakelit

Bakelit je polymer trojrozměrné struktury s velkou tvrdostí, který se používá v mnoha domácích potřebách, jako jsou hrnce, pánve, kávovary, nože atd..

Polymery podobné bakelitu jsou vyrobeny z formaldehydu v kombinaci se sloučeninami močoviny a melaminu. Tyto polymery se používají nejen jako plasty, ale také jako adhezivní lepidla a nátěrové hmoty.

Překližka

Překližka je obchodní název materiálu tvořeného tenkými vrstvami dřeva spojeného polymery vyrobenými z formaldehydu. Značky Formica a Melmac jsou vyráběny za účasti tohoto výrobce. Formica je plastový materiál používaný při nátěru nábytku.

Plast Melmac se používá při přípravě pokrmů, sklenic, šálků apod. Formaldehyd je surovina pro syntézu sloučeniny methylen-difenyl-diisokyanátu (MDI), prekurzoru polyurethanu..

Polyuretan

Polyuretan se používá jako izolace v chladničkách a mrazničkách, čalounění nábytku, matrací, povlaků, lepidel, podešví atd..

Butiraldehyd

Butyraldehyd je hlavním prekurzorem pro syntézu 2-ethylhexanolu, který se používá jako změkčovadlo. Má příjemnou vůni jablek, která umožňuje její použití v potravinách jako aroma.

Používá se také pro výrobu pryžových urychlovačů. Intervenční činidlo při výrobě rozpouštědel.

Acetaldehyd

Acetaldehyd byl použit při výrobě kyseliny octové. Tato funkce acetaldehydu však významně poklesla, protože byla přeměněna procesem karbonylace methanolu.

Syntéza

Další aldehydy jsou prekurzory oxoalkoholů, které se používají při výrobě detergentů. Tak zvané oxoalkoholy se připravují přidáním oxidu uhelnatého a vodíku k olefinu za získání aldehydu. Nakonec se aldehyd hydrogenuje, aby se získal alkohol.

Některé aldehydy se používají při výrobě parfémů, jako je tomu v případě Chanel No. 5. Mnoho aldehydů přírodního původu má příjemné vůně, například: heptanal má vůni zelené trávy; oktanal oranžová vůně; nonanal vůně růží a citral vůně vápna.

Příklady aldehydů

Glutaraldehyd

Glutaraldehyd má ve své struktuře na obou koncích dvě formylové skupiny.

Na trhu pod názvem Cidex nebo Glutaral se používá jako dezinfekční prostředek k sterilizaci chirurgických nástrojů. Používá se při léčbě bradavic na nohou a aplikuje se jako kapalina. Používá se také jako fixační látka v histologických a patologických laboratořích.

Benzaldehyd

Je to nejjednodušší aromatický aldehyd, který je tvořen benzenovým kruhem, kde se váže formylskupina.

To je nalezené v mandlovém oleji, od této doby jeho charakteristický zápach, který dovolí tomu být používán jako příchuť jídla. Kromě toho se používá při syntéze organických sloučenin souvisejících s výrobou léčiv a při výrobě plastů.

Glyceraldehyd

Je to aldotrióza, cukr tvořený třemi atomy uhlíku. Má dva izomery, které se nazývají enantiomery D a L. Glyceraldehyd je první monosacharid, který se získává při fotosyntéze během temné fáze (Calvinův cyklus)..

Glyceraldehyd-3-fosfát

Struktura glyceraldehyd-3-fosfátu je znázorněna na horním obrázku. Červené koule vedle žluté korespondují s fosfátovou skupinou, zatímco černá koulí uhlíkovou kostru. Červená koule spojená s bílou je OH skupinou, ale když je spojena s černou koulí a druhá s bílou koulí, pak je to skupina CHO.

Glyceraldehyd-3-fosfát se podílí na glykolýze, což je metabolický proces, při kterém se glukóza degraduje na kyselinu pyrohroznovou s produkcí ATP, energetického zásobníku živých bytostí. Kromě toho, z produkce NADH, biologického redukčního činidla.

Při glykolýze vzniká glyceraldehyd-3-fosfát a dihydroacetonfosfát štěpením D-fruktóza-1-6-bifosfátu

Glyceraldehyd-3-fosfát zasahuje do metabolického procesu známého jako pentózový cyklus. V tomto případě je generován NADPH, důležitý biologický reduktor.

11-cis-retinal

Β-karoten je přírodní pigment přítomný v několika druzích zeleniny, zejména v mrkvi. Podstupuje oxidační rupturu v játrech, transformuje se na alkohol retinol nebo vitamin A. Oxidace vitaminu A a následná izomerace jedné z jeho dvojných vazeb tvoří aldehyd 11-cis-retinal.

Pyridoxal fosfát (vitamín B6)

Jedná se o protetickou skupinu spojenou s několika enzymy, která je aktivní formou vitaminu B6 a podílí se na procesu syntézy inhibičního neurotransmiteru GABA..

Kde je formyl skupina ve své struktuře? Všimněte si, že toto se liší od zbytku skupin spojených s aromatickým kruhem.

Salicylaldehyd

Je to surovina pro syntézu kyseliny acetylsalicylové, analgetika a antipyretika, známého jako Aspirin..

Odkazy

1. Robert C. Neuman, Jr. Kapitola 13, Karbonylové sloučeniny: Ketony, aldehydy, karboxylové kyseliny. [PDF] Převzato z: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14. září 2009). Nomenklatura aldehydů. Převzato z: quimicaorganica.net
3. T.W. Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organická chemie. (Desáté vydání, str. 729-731) Wiley Plus.
4. Jerry March a William H. Brown. (31. prosince 2015). Aldehyd Převzato z: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehydy Převzato z: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyd
6. Morrison, R. T. a Boyd, R. N. (1990). Páté vydání Organic Chemistry. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, F. A. (2006). Organic Chemistry Sixth Edition. Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, K. E. a Athern, K. G. (2002). Biochemie Třetí vydání. Pearson Adisson Wesley.