Алдехиди: дефиниция, структура (R-CHO), свойства и приложения

Алдехиди — изчерпателно ръководство: дефиниция, структура R-CHO, химични свойства и приложения в органичната химия и ароматите. Практични примери и употреби.

Алдехидът (/ˈældɪhaɪd/) е органично съединение, което съдържа формилна група. Формилната група е част от молекула със структура R-CHO — въглероден атом, двойно свързан с кислород, като същият въглерод е свързан и с водород и с група R (страничната верига). Групата без страничната верига се нарича алдехидна група или формилна група. Алдехидите се различават от кетоните, защото формилната група е разположена в края на въглеродната верига, а не в средата. Алдехидите са често срещани в органичната химия и много от ароматите и вкусовите вещества са алдехиди.

Структура и номенклатура

Атомът на карбонила (C=O) в алдехидите е sp2-хибридизиран и има планарна триъгълна геометрия около въглерода. Поради наличието на водород върху карбониловия въглерод алдехидите са по-лесно окисляеми в сравнение с кетоните. Според IUPAC наименованието се образува чрез замяна на окончанието -e на въглеводородната основа с -al (например метан → метанал, етан → етанал). В ежедневието се използват и общи имена като формалдехид (метанал), ацеталдехид (етанал) и бензалдехид (ароматен алдехид).

Физични свойства

• Нискомолекулните алдехиди (с малки R групи) са обикновено летливи течности или газове; ароматните алдехиди често са течности с характерна миризма.
• Поради полярната карбонилна група алдехидите образуват водородни връзки с вода и са разтворими в нея до определена степен.
• Точките на кипене са по-високи от тези на изоморфните въглеводороди, но обикновено по-ниски от тези на съответните алкохоли.

Химични свойства и характерни реакции

Алдехидите са силно реактивни спрямо нуклеофилни добавки към карбонилния въглерод. Основните реакции включват:

• Нуклеофилна адция — към C=O се добавя нуклеофил (например H− при редукция до първичен алкохол).
• Редукция — алдехидите лесно се редуцират до първични алкохоли (напр. с LiAlH4 или каталитично водородиране).
• Окисление — алдехидите се окисляват до карбоксилни киселини с меки окислители; това е и основата на аналитични тестове като Tollens (сребърно огледало) и Fehling/Benedict.
• Образуване на хемоацетали и ацетали — при реакция с алкохоли (киселинно катализирано) алдехидите образуват хемоацетали, а при излишък на алкохол — ацетали (използват се за защита на карбонили).
• Иминиране (образуване на шифови основи) — алдехидите реагират с първични амини до иминни съединения (R–CH=N–R').
• Аldol-кондензация — при алдехиди с алфа-водороди се наблюдават реакции на кондензация, даващи β‑хидроксиалдехиди или α,β‑ненаситени съединения.
• Cannizzaro реакция — безалфа-водородни алдехиди (напр. бензалдехид) под действието на силни основи се диспропорционират до алкохол и киселина.
• Други трансформации — Wittig реакция (образуване на алкени), гидроксиламин/оксими, и др.

Получаване

Често използвани методи за синтез на алдехиди:

• Частична окисление на първични алкохоли.
• Хидроформилиране (hydroformylation) на алкени, което дава предимно алдехиди.
• Озонолиза или разкъсване на двойни връзки при подходящи условия.
• Окисление на странични вериги на ароматни съединения (напр. от толуен до бензалдехид при контролирани условия).

Приложения

• Много алдехиди са важни аромати и вкусови агенти (например ванилин, цитрусови алдехиди, цинамалдехид).
• Формалдехид (метанал) е ключова суровина за производство на смоли, пластмаси, дезинфектанти и свързващи вещества.
• Ацеталдехид участва в синтезата на други химикали, включително оцетна киселина и различни междинни продукти.
• Алдехидите служат като междинни продукти в синтеза на фармацевтични вещества, багрила и агрохимикали.

Безопасност

Алдехидите могат да бъдат токсични и дразнещи за кожата, очите и дихателните пътища. Формалдехидът е известен алерген и е класифициран като канцероген — работа с него изисква подходяща вентилация, защита и контрол. Много алдехиди са запалими; при лабораторна или промишлена работа трябва да се следват стандартни мерки за безопасност.

Кратко обобщение: Алдехидите са функционална група с формула R-CHO, характеризираща се с реактивен карбонилен въглерод, лесна окисляемост и широко приложение в ароматите, промишлените химикали и органичния синтез.

Номенклатура

Наименования на алдехидите по IUPAC

Общоприетите наименования на алдехидите невинаги са официалните наименования. Все пак наименованията по IUPAC са полезни. IUPAC препоръчва следната номенклатура за алдехиди:

1. Алдехидите без въглеродни пръстени се наименуват въз основа на най-дългата въглеродна верига, съдържаща алдехида. Така HCHO се нарича на базата на метана, а CH3CH2CH2CHO - на базата на бутана. Наименованието се образува чрез промяна на окончанието -e на изходния алкан на -al. HCHO се нарича метанал. CH3CH2CH2CHO се нарича бутанал.
2. Ако към пръстена е прикрепена група -CHO, в края на името се добавя -карбалдехид. Поради тази причина _C6H11CHO е известен като циклохексанкарбалдехид. Ако има други наименования, които трябва да се добавят в края на думата, тъй като са налице други функционални групи, в началото на думата се добавя формил-. Понякога вместо това се добавя метаноил, но формил- е по-добър.

Етимология

Думата алдехид идва от латински. Тя е била съкратена от alcohol dehydrogenatus (дехидрогениран алкохол). Думата алдехид е създадена от Юстус фон Либиг. В миналото алдехидите понякога са били наричани със съответните алкохоли, например винен алдехид за ацеталдехид. (Vinous е от латинската дума за вино, което е традиционният източник на етанол).

Терминът формилна група идва от латинската или италианската дума formica, която означава мравка.

Мравчена киселина

Въпроси и отговори

В: Какво е алдехид?

В: Какво представлява формилната група?

В: Какво представлява страничната верига в молекулата?

В: Каква е функционалната група в алдехида?

В: По какво алдехидите се различават от кетоните?

В: Какво е значението на алдехидите в органичната химия?

В: Какви са някои от най-честите приложения на алдехидите?

Търсене по буква