ALDEHĪDI: STRUKTŪRA, ĪPAŠĪBAS, PIELIETOJUMS UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

The aldehīdi ir organiski savienojumi ar vispârìgo formulu RCHO. R apzīmē alifātisku vai aromātisku ķēdi; C līdz ogleklim; O skābeklim un H ūdeņradim. Viņiem raksturīga tāda karbonilgrupa kā ketoni un karbonskābes, tāpēc aldehīdus sauc arī par karbonilsavienojumiem.

Karbonilgrupa piešķir aldehīdam daudzas tā īpašības. Tie ir savienojumi, kas viegli oksidējas un ļoti reaģē uz nukleofīliem papildinājumiem. Karbonilgrupas divkāršajai saitei (C = O) ir divi atomi, kuriem ir atšķirīgas aviditātes spējas elektroniem (elektronegativitāte).

Aldehīdu vispārējā struktūra

Skābeklis piesaista elektronus ar lielāku spēku nekā ogleklis, tāpēc elektronu mākonis virzās uz to, veidojot divkāršu saiti starp oglekli un skābekli polārā dabā ar ievērojamu dipola momentu. Tas aldehīdus padara par polāriem savienojumiem.

Aldehīdu polaritāte ietekmēs to fizikālās īpašības. Aldehīdu viršanas temperatūra un šķīdība ūdenī ir augstāka nekā nepolārajiem ķīmiskajiem savienojumiem ar līdzīgu molekulmasu, piemēram, ogļūdeņražiem.

Aldehīdi ar mazāk nekā pieciem oglekļa atomiem šķīst ūdenī, jo starp karbonilgrupas skābekli un ūdens molekulu veidojas ūdeņraža saites. Tomēr, palielinot ogļūdeņražu skaitu ogļūdeņražu ķēdē, palielinās aldehīda nepolārā daļa, padarot to mazāk šķīstošu ūdenī.

Bet kādi tie ir un no kurienes viņi nāk? Lai arī tā raksturs būtībā ir atkarīgs no karbonilgrupas, arī visa pārējā molekulārā struktūra dod lielu ieguldījumu kopumā. Tādējādi tie var būt jebkura izmēra, mazi vai lieli, vai pat makromolekulai var būt reģioni, kur dominē aldehīdu raksturs.

Tādējādi, tāpat kā visos ķīmiskajos savienojumos, ir "patīkami" aldehīdi un citi rūgtie. Tos var atrast dabiskos avotos vai sintezēt plašā mērogā. Aldehīdu piemēri ir vanilīns, kas ļoti sastopams saldējumos (attēls augšpusē), un acetaldehīds, kas alkoholiskajiem dzērieniem piešķir aromātu.

Ķīmiskā struktūra

Avots: Autors NEUROtiker, no Wikimedia Commons

Aldehīdi sastāv no karbonilgrupas (C = O), kurai tieši pievienots ūdeņraža atoms. Šis atšķir no citiem organiskiem savienojumiem, piemēram, ketoniem (R ₂ C = O) un karbonskābes (RCOOH).

Augšējā attēlā parādīta molekulārā struktūra ap –CHO, formilgrupa. Formilgrupa ir plakana, jo ogleklis un skābeklis ir sp ² hibridizāciju . Šī plakanība padara to jutīgu pret nukleofīlo sugu uzbrukumiem, un tāpēc to viegli oksidē.

Uz ko attiecas šī oksidācija? Lai izveidotu saiti ar jebkuru citu atomu, kas ir vairāk elektronegatīvs nekā ogleklis; un aldehīdu gadījumā tas ir skābeklis. Tādējādi aldehīds tiek oksidēts par karbonskābi –COOH. Ko darīt, ja aldehīds tika reducēts? Tās vietā veidosies primārais spirts, ROH.

Aldehīdus ražo tikai no primārajiem spirtiem: tiem, kur OH grupa atrodas ķēdes galā. Tādā pašā veidā formilgrupa vienmēr atrodas ķēdes galā vai izvirzās no tās vai gredzena kā aizvietotājs (ja ir citas svarīgākas grupas, piemēram, -COOH).

Fizikālās un ķīmiskās īpašības

Būdami polāri savienojumi, to kušanas temperatūra ir augstāka nekā nepolāru savienojumu. Aldehīda molekulas nespēj savstarpēji saistīties ar ūdeņradi, jo tām ir tikai oglekļa atomi, kas saistīti ar ūdeņraža atomiem.

Sakarā ar iepriekš minēto aldehīdiem ir zemāks viršanas punkts nekā spirtiem un karbonskābēm.

Kušanas punkti

Formaldehīds -92; Acetaldehīds -121; Propionaldehīds -81; n-butiraldehīds -99; n-valeraldehīds -91; Kaproaldehīds -; Heptaldehīds - 42; Fenilacetaldehīds -; Benzaldehīds -26.

Viršanas punkti

Formaldehīds -21; Acetaldehīds 20; Propiondehīds 49; n-butiraldehīds 76; n-Valeraldehīds 103; Kaproaldehīds 131; Heptaldehīds 155; Fenilacetaldehīds 194; Benzaldehīds 178.

Šķīdība ūdenī, izteikta g / 100 g H

Formaldehīds, ļoti labi šķīst; Bezgalīgs acetaldehīds; Propionaldehīds, 16; n-butiraldehīds, 7; n-valeraldehīds, viegli šķīst; kaproaldehīds, viegli šķīst; Vāji šķīstošs fenilacetaldehīds; Benzaldehīds, 0,3.

Aldehīdu viršanas temperatūrai ir tendence tieši palielināties ar molekulmasu. Tieši pretēji, ir tendence samazināties aldehīdu šķīdībai ūdenī, palielinoties to molekulmasai. To atspoguļo nupat pieminēto aldehīdu fizikālās konstantes.

Reaģētspēja

Oksidācijas reakcija

Aldehīdi var oksidēts ar attiecīgo karbonskābes klātbūtnē kāds no šiem savienojumiem: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO _4, vai K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Samazināšana līdz spirtiem

Tos var hidrogenēt, izmantojot niķeļa, platīna vai pallādija katalizatorus. Tādējādi C = O kļūst par C-OH.

Reducēšana līdz ogļūdeņražiem

Klātbūtnē Zn (Hg), koncentrēts HCl vai NH ₂ NH _2, aldehīdus zaudē karbonilgrupu un kļūst ogļūdeņraži.

Nukleofīla pievienošana

Karbonilgrupai tiek pievienoti vairāki savienojumi, starp kuriem ir: Grignarda reaģenti, cianīds, amonjaka atvasinājumi un spirti.

Nomenklatūra

Avots: Gabriel Bolívar

Augšējā attēlā ir parādīti četri aldehīdi. Kā viņi tiek nosaukti?

Tā kā tie ir oksidēti primārie spirti, spirta nosaukums tiek mainīts no -ol uz -al. Tādējādi, metanolu (CH ₃ OH) ja oksidē līdz CH ₃ CHO sauc metanāls (formaldehīda); CH ₃ CH ₂ CHO etanālu (acetaldehīdu); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propāns un CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanāls.

Visiem no jauna nosauktajiem aldehīdiem ķēdes beigās ir grupa -CHO. Kad tas ir atrodams abos galos, tāpat kā A, galotne -to tiek apzīmēta ar di. Tā kā A ir seši oglekļi (skaitot abu formilu grupu oglekļus), tas rodas no 1-heksanola, un tā nosaukums ir: dial- heksāns .

Ja ir aizvietotājs, piemēram, alkilgrupa, divkāršā vai trīskāršā saite vai halogēns, galvenās ķēdes ogleklis tiek uzskaitīts, piešķirot –CHO skaitli 1. Tādējādi aldehīdu B sauc par: 3-jodheksanālu.

Tomēr C un D aldehīdos grupai -CHO nav prioritātes identificēt šos savienojumus no citiem. C ir cikloalkāns, savukārt D ir benzols, abi ar vienu no H ir aizvietoti ar formilgrupu.

Tajos, tā kā galvenā struktūra ir cikliska, formilgrupu sauc par karbaldehīdu. Tādējādi C ir cikloheksāna karbaldehīds, un D ir benzolakarbaldehīds (labāk pazīstams kā benzaldehīds).

Lietojumprogrammas

Aldehīdi dabā pastāv, piešķirot patīkamas garšas, piemēram, kanēļa aldehīds, kas ir atbildīgs par kanēļa raksturīgo garšu. Tāpēc tos bieži izmanto kā mākslīgus aromatizētājus daudzos produktos, piemēram, konfektēs vai pārtikā.

Formaldehīds

Formaldehīds ir rūpnieciski ražotākais aldehīds. Formaldehīds, kas iegūts, oksidējot metanolu, tiek izmantots 37% gāzes šķīdumā ūdenī ar nosaukumu formalīns. To izmanto ādu miecēšanai un līķu konservēšanai un balzamēšanai.

Arī formaldehīdu izmanto kā germicīdu, fungicīdu un insekticīdu augiem un dārzeņiem. Tomēr tā visnoderīgākā ir ieguldījums polimēru materiāla ražošanā. Plastika, ko sauc par Bakelītu, tiek sintezēta, reaģējot starp formaldehīdu un fenolu.

Bakelīts

Bakelīts ir ļoti ciets polimērs ar trīsdimensiju struktūru, ko izmanto daudzos sadzīves piederumos, piemēram, podos, pannās, kafijas automātos, nažos utt.

Bakelīta tipa polimēri ir izgatavoti no formaldehīda kombinācijā ar savienojumiem urīnvielu un melamīnu. Šos polimērus izmanto ne tikai kā plastmasu, bet arī kā līmes līmes un pārklājuma materiālu.

Saplāksnis

Saplāksnis ir tāda materiāla tirdzniecības nosaukums, kuru veido plānas koka loksnes, kuras savieno no formaldehīda izgatavoti polimēri. Formica un Melmac zīmoli tiek ražoti, piedaloties pēdējiem. Formica ir plastmasas materiāls, ko izmanto mēbeļu pārklāšanai.

Melmac plastmasu izmanto šķīvju, glāžu, krūzīšu utt. Izgatavošanai. Formaldehīds ir izejviela metilēndifenildiizocianāta (MDI) savienojuma, kas ir poliuretāna priekštecis, sintēzei.

Poliuretāns

Poliuretāns tiek izmantots kā izolators ledusskapjos un saldētavās, mēbeļu apdarei, matračiem, pārklājumiem, līmēm, zolēm utt.

Butiraldehīds

Butiraldehīds ir galvenais 2-etilheksanola, ko izmanto kā plastifikatoru, sintēzes priekštecis. Tam ir patīkams ābolu aromāts, kas ļauj to izmantot pārtikā kā aromatizētāju.

To izmanto arī gumijas paātrinātāju ražošanai. Kā starpprodukts reaģē šķīdinātāju ražošanā.

Acetaldehīds

Etiķskābes ražošanā tika izmantots acetaldehīds. Bet šīs acetaldehīda funkcijas nozīme ir samazinājusies, jo to aizvieto metanola karbonilēšanas process.

Sintēze

Citi aldehīdi ir oksoalkoholu prekursori, kurus izmanto mazgāšanas līdzekļu ražošanā. Tā sauktos oksoalkoholus sagatavo, pievienojot oglekļa monoksīdu un ūdeņradi olefīnam, lai iegūtu aldehīdu. Visbeidzot, lai iegūtu spirtu, aldehīds tiek hidrogenēts.

Daži aldehīdi tiek izmantoti smaržu ražošanā, tāpat kā Chanel Nr. 5. Daudziem dabiskas izcelsmes aldehīdiem ir patīkamas smakas, piemēram: heptanalam ir zaļas zāles smarža; oktanāla apelsīnu smarža; nātans ir rožu smarža, bet citrāls - kaļķa smarža.

Aldehīdu piemēri

Glutaraldehīds

Avots: Autore Jynto, no Wikimedia Commons

Glutaraldehīdam abās galās ir divas formilgrupas.

Tirgojot ar nosaukumu Cidex vai Glutaral, to izmanto kā dezinfekcijas līdzekli ķirurģisko instrumentu sterilizēšanai. To lieto kārpu ārstēšanai uz kājām, uzklāj kā šķidrumu. To izmanto arī kā audu fiksācijas līdzekli histoloģijas un patoloģijas laboratorijās.

Benzaldehīds

Tas ir vienkāršākais aromātiskais aldehīds, ko veido benzola gredzens, kurā ir savienota formilgrupa.

Tas ir atrodams mandeļu eļļā, līdz ar to ir raksturīga smarža, kas ļauj to izmantot kā pārtikas aromatizētāju. Turklāt to izmanto organisko savienojumu sintēzē, kas saistīti ar zāļu ražošanu, un plastmasu ražošanā.

Glicerraldehīds

Tas ir aldotrioze, cukurs, kas sastāv no trim oglekļa atomiem. Tam ir divi izomēri, ko sauc par D un L. Enantiomēri.Glicerraldehīds ir pirmais monosaharīds, ko iegūst fotosintēzē tumšajā fāzē (Kalvina cikls).

Glicerraldehīd-3-fosfāts

Avots: Jynto un Ben Mills

Augšējais attēls parāda glicerraldehīda-3-fosfāta struktūru. Sarkanās sfēras blakus dzeltenajai atbilst fosfātu grupai, bet melnās - oglekļa skelets. Sarkanā sfēra, kas savienota ar balto, ir OH grupa, bet, kad tā ir saistīta ar melno sfēru, un pēdējā - ar balto, tā ir CHO grupa.

Glicerraldehīds-3-fosfāts ir iesaistīts glikolīzē - metabolisma procesā, kurā glikoze tiek sadalīta līdz piruvičskābei, iegūstot ATP - dzīvo būtņu enerģijas rezervuāru. Papildus NADH, bioloģiskā reducētāja, ražošanai.

Glikolīzē glicerraldehīd-3-fosfāts un dihidroacetona fosfāts rodas, sadalot D-fruktozes-1-6-bifosfātu

Glicerraldehīd-3-fosfāts ir iesaistīts metabolisma procesā, kas pazīstams kā pentozes cikls. Tajā tiek iegūts svarīgs bioloģiskais reduktors NADPH.

11-cis-tīklene

Avots: Pixabay.

Β-karotīns ir dabīgs pigments, kas atrodas dažādos dārzeņos, īpaši burkānos. Aknās tas tiek sadalīts oksidatīvi, tādējādi pārveidojoties par spirta retinolu vai A vitamīnu. A vitamīna oksidēšana un sekojošā vienas no tās dubultsaitēm izomerizācija veido 11-cis-tīklenes aldehīdu.

Piridoksāla fosfāts (B6 vitamīns)

Avots: Jynto un Ben Mills.

Tā ir protezēšanas grupa, kas saistīta ar vairākiem fermentiem, kas ir B6 vitamīna aktīvā forma un piedalās inhibējošā neirotransmitera GABA sintēzes procesā.

Kur ir formilgrupa jūsu struktūrā? Ņemiet vērā, ka tas atšķiras no pārējām grupām, kas pievienotas aromātiskajam gredzenam.

Saliciladehīds

Tas ir izejviela acetilsalicilskābes, pretsāpju un pretdrudža zāļu, kas pazīstama kā Aspirīns, sintēzei.

Atsauces

1. Robert C. Neuman, Jr 13. nodaļa, Karbonilsavienojumi: ketoni, aldehīdi, karbonskābes. . Paņemts no: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (2009. gada 14. septembris). Aldehīdu nomenklatūra. Iegūts no: quimicaorganica.net
3. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organiskā ķīmija. (Desmitais izdevums, 729.-731. Lpp.) Wiley Plus.
4. Džerijs Marts un Viljams H. Brauns. (2015. gada 31. decembris). Aldehīds. Paņemts no: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehīdi. Ņemts no: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehīds
6. Morisons, RT un Boids, RN (1990). Organiskās ķīmijas piektais izdevums. Redakcijas Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Kerija, FA (2006). Organiskās ķīmijas sestais izdevums. Redaktors Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, KE un Athern, KG (2002). Bioķīmija. Trešais izdevums. Pīrsona Adisona Veslija izdošana.