ALDEHYDER: STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER OG EKSEMPLER - KEMI

De aldehyder er organiske forbindelser med den almene formel RCHO. R repræsenterer en alifatisk eller aromatisk kæde; C til carbon; O til ilt og H til brint. De er kendetegnet ved at have en carbonylgruppe som ketoner og carboxylsyrer, hvorfor aldehyder også kaldes carbonylforbindelser.

Carbonylgruppen giver aldehydet mange af dets egenskaber. Det er forbindelser, der let oxideres og er meget reaktive over for nukleofile tilsætninger. Dobbeltbindingen i carbonylgruppen (C = O) har to atomer, der har forskelle i deres avid for elektroner (elektronegativitet).

Generel struktur af aldehyder

Oxygen tiltrækker elektroner stærkere end kulstof, så elektronskyen bevæger sig mod den, hvilket gør dobbeltbindingen mellem kulstof og ilt polær i naturen med et markant dipolmoment. Dette gør aldehyder til polære forbindelser.

Polde af aldehyder vil påvirke deres fysiske egenskaber. Kogepunktet og opløseligheden af aldehyder i vand er højere end ikke-polære kemiske forbindelser med lignende molekylvægte, hvilket er tilfældet med kulbrinter.

Aldehyder med mindre end fem carbonatomer er opløselige i vand, da der dannes brintbindinger mellem carbonylgruppens ilt og vandmolekylet. Forøgelse af antallet af kulhydrater i carbonhydridkæden giver imidlertid en stigning i den ikke-polære del af aldehydet, hvilket gør det mindre opløseligt i vand.

Men hvordan er de, og hvor kommer de fra? Selvom dens natur i det væsentlige afhænger af carbonylgruppen, bidrager resten af molekylstrukturen også meget til helheden. Således kan de være af en hvilken som helst størrelse, små eller store, eller endda en makromolekyle kan have områder, hvor karakteren af aldehyder dominerer.

Som med alle kemiske forbindelser er der således "behagelige" aldehyder og andre bitre. De findes i naturlige kilder eller syntetiseres i stor skala. Eksempler på aldehyder er vanillin, meget til stede i is (topbillede) og acetaldehyd, der tilføjer smag til alkoholiske drikkevarer.

Kemisk struktur

Kilde: Af NEUROtiker fra Wikimedia Commons

Aldehyder består af en carbonyl (C = O), hvortil et hydrogenatom er direkte bundet. Herved adskiller det fra andre organiske forbindelser såsom ketoner (R ₂ C = O) og carboxylsyrer (RCOOH).

Det øverste billede viser molekylstrukturen omkring –CHO, en formylgruppe. Formylgruppen er flad, fordi kulstof og ilt har sp ^2- hybridisering. Denne planaritet gør den modtagelig for angreb fra nukleofile arter, og derfor oxideres den let.

Hvad henviser denne oxidation til? Til dannelse af en binding med ethvert andet atom mere elektronegativt end kulstof; og i tilfælde af aldehyder er det et ilt. Aldehydet oxideres således til en carboxylsyre, -COOH. Hvad hvis aldehydet blev reduceret? En primær alkohol, ROH, ville danne sig i stedet.

Aldehyder produceres kun fra primære alkoholer: dem, hvor OH-gruppen er i slutningen af en kæde. På lignende måde er formylgruppen altid i slutningen af en kæde eller stikker ud fra den eller ringen som en substituent (i tilfælde af andre mere vigtige grupper, såsom -COOH).

Fysiske og kemiske egenskaber

Da de er polære forbindelser, er deres smeltepunkter højere end for ikke-polære forbindelser. Aldehydmolekyler er ikke i stand til at binde hydrogen intermolekylært, da de kun har carbonatomer bundet til hydrogenatomer.

På grund af ovenstående har aldehyder lavere kogepunkter end alkoholer og carboxylsyrer.

Smeltepunkter

Formaldehyd -92; Acetaldehyd -121; Propionaldehyd -81; n-Butyraldehyd -99; n-Valeraldehyd -91; Caproaldehyd -; Heptaldehyd - 42; Phenylacetaldehyd -; Benzaldehyd -26.

Kogepunkter

Formaldehyd -21; Acetaldehyd 20; Propionaldehyd 49; n-Butyraldehyd 76; n-Valeraldehyd 103; Caproaldehyd 131; Heptaldehyd 155; Phenylacetaldehyd 194; Benzaldehyd 178.

Opløselighed i vand udtrykt i g / 100 g H

Formaldehyd, meget opløselig; Acetaldehyd, uendelig; Propionaldehyd, 16; n-Butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, let opløselig; caproaldehyd, let opløselig; Let opløseligt phenylacetaldehyd; Benzaldehyd, 0,3.

Kogepunkterne af aldehyder har en tendens til at stige direkte med molekylvægt. Tværtimod er der en tendens til at mindske opløseligheden af aldehyder i vand, når deres molekylvægt stiger. Dette afspejles i de fysiske konstanter for de netop nævnte aldehyder.

Reaktivitet

Oxidationsreaktion

Aldehyder kan oxideres til den tilsvarende carboxylsyre i nærværelse af en hvilken som helst af disse forbindelser: Ag (NH ₃) ₂, KMnO _4, eller K ₂ Cr ₂ O ₇.

Reduktion til alkoholer

De kan hydrogeneres ved hjælp af nikkel-, platin- eller palladiumkatalysatorer. Således bliver C = O C-OH.

Reduktion til kulbrinter

I nærvær af Zn (Hg), koncentreret HCI eller i NH ₂ NH ₂ aldehyderne mister carbonylgruppen og blive carbonhydrider.

Nukleofil tilsætning

Der er flere forbindelser, der sættes til carbonylgruppen, blandt dem er: Grignard-reagenser, cyanid, derivater af ammoniak og alkoholer.

nomenklatur

Kilde: Gabriel Bolívar

Fire aldehyder er illustreret på billedet ovenfor. Hvordan navngives de?

Da de er oxiderede primære alkoholer, ændres alkoholens navn fra -ol til -al. Således, methanol (CH ₃ OH) hvis oxideres til CH ₃ er CHO kaldes methanal (formaldehyd); CH ₃ CH ₂ CHO ethanal (acetaldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propanal og CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanal.

Alle de nyligt navngivne aldehyder har gruppen -CHO i slutningen af kæden. Når det findes i begge ender, som i A, er slutningen -til præfixeret med di-. Da A har seks carbonatomer (tæller dem fra begge formylgrupper), stammer det fra 1-hexanol, og navnet er derfor: dial hexan.

Når der er en substituent, såsom en alkylradikal, en dobbelt- eller tredobbeltbinding eller en halogen, anføres carbonerne i hovedkæden, hvilket giver -CHO tallet 1. Aldehyd B kaldes således: 3-iodheksanal.

I aldehyder C og D har gruppen -CHO imidlertid ikke prioritet til at identificere disse forbindelser fra andre. C er en cycloalkan, medens D a benzen, begge med en af deres Hs substitueret med en formylgruppe.

Da hovedstrukturen er cyklisk, kaldes formylgruppen carbaldehyd. Således er C cyclohexanecarbaldehyd, og D er benzenecarbaldehyd (bedre kendt som benzaldehyd).

Applikationer

Aldehyder findes i naturen, der er i stand til at give behagelige smag, sådan er tilfældet med kanelaldehyd, der er ansvarlig for den karakteristiske smag af kanel. Derfor bruges de ofte som kunstige aromaer i mange produkter såsom slik eller mad.

Formaldehyd

Formaldehyd er det mest industrielt producerede aldehyd. Formaldehydet opnået ved oxidation af methanol anvendes i en 37% opløsning af gassen i vand under navnet formalin. Dette bruges til garvning af huder og til bevarelse og balsamering af lig.

Formaldehyd bruges også som et bakteriedræbende middel, fungicid og insekticid til planter og grøntsager. Imidlertid er dens største anvendelighed bidraget til produktionen af polymert materiale. Plasten kaldet Bakelite syntetiseres ved reaktionen mellem formaldehyd og phenol.

Bakelit

Bakelite er en meget hård polymer med en tredimensionel struktur, der bruges i mange husholdningsredskaber, såsom håndtag til gryder, pander, kaffemaskiner, knive osv.

Bakelitlignende polymerer fremstilles af formaldehyd i kombination med forbindelserne urinstof og melamin. Disse polymerer bruges ikke kun som plast, men også som klæbende lim og belægningsmateriale.

Krydsfiner

Krydsfiner er handelsnavnet på et materiale, der er sammensat af tynde lag træ, forbundet med polymerer fremstillet af formaldehyd. Formica- og Melmac-mærkerne fremstilles med sidstnævnte deltagelse. Formica er et plastmateriale, der bruges til at beklæde møbler.

Melmac-plastik bruges til at fremstille plader, glas, kopper osv. Formaldehyd er råmaterialet til syntese af forbindelsen methylen-diphenyl-diisocyanat (MDI), en forløber for polyurethan.

Polyurethan

Polyurethan bruges som isolator i køleskabe og frysere, polstring til møbler, madrasser, belægninger, klæbemidler, såler osv.

butyraldehyd

Butyraldehyd er den vigtigste forløber for syntesen af 2-ethylhexanol, der bruges som blødgøringsmiddel. Det har en behagelig æblearoma, der tillader det at blive brugt i fødevarer som aroma.

Det bruges også til produktion af gummiacceleratorer. Det griber ind som et mellemreagens i fremstillingen af opløsningsmidler.

acetaldehyd

Acetaldehyd blev anvendt til fremstilling af eddikesyre. Men denne funktion af acetaldehyd er faldet i betydning, da den er blevet fortrængt af carbonyleringsprocessen af methanol.

syntese

Andre aldehyder er forløbere for oxoalkoholer, der bruges til fremstilling af detergenter. Såkaldte oxoalkoholer fremstilles ved at tilsætte carbonmonoxid og brint til en olefin for at opnå en aldehyd. Og til sidst hydreres aldehydet for at få alkoholen.

Nogle aldehyder bruges til fremstilling af parfumer, som det er tilfældet med Chanel nr. 5. Mange aldehyder af naturlig oprindelse har behagelig lugt, for eksempel: heptanal har en lugt af grønt græs; den octanale en orange lugt; den nonanale en lugt af roser og citralen en lugt af kalk.

Eksempler på aldehyder

glutaraldehyd

Kilde: Af Jynto fra Wikimedia Commons

Glutaraldehyd har to formylgrupper i dens struktur i begge ender.

Markedsført under navnet Cidex eller Glutaral bruges som desinfektionsmiddel til sterilisering af kirurgiske instrumenter. Det bruges til behandling af vorter på fødderne, der anvendes som en væske. Det bruges også som et vævsfikseringsmiddel i histologi- og patologilaboratorier.

benzaldehyd

Det er den enkleste aromatiske aldehyd, der dannes af en benzenring, hvor en formylgruppe er bundet.

Det findes i mandelolie, og dermed dens karakteristiske lugt, der tillader det at blive brugt som madsmag. Derudover bruges det i syntesen af organiske forbindelser relateret til fremstilling af lægemidler og til fremstilling af plast.

glyceraldehyd

Det er en aldotriose, et sukker, der består af tre carbonatomer. Det har to isomerer kaldet D- og L.-enantiomerer. Glyceraldehyd er det første monosaccharid, der opnås ved fotosyntesen i den mørke fase (Calvin-cyklus).

Glyceraldehyd-3-phosphat

Kilde: Jynto og Ben Mills

Det øverste billede illustrerer strukturen af glyceraldehyd-3-phosphat. De røde kugler ved siden af den gule svarer til fosfatgruppen, mens de sorte kulstofskelettet. Den røde sfære, der er knyttet til den hvide, er OH-gruppen, men når den er knyttet til den sorte sfære og den sidstnævnte til den hvide, så er det CHO-gruppen.

Glyceraldehyd-3-phosphat er involveret i glykolyse, en metabolisk proces, hvor glukose nedbrydes til pyruvinsyre med produktionen af ATP, et energireservoir for levende væsener. Ud over produktionen af NADH, et biologisk reduktionsmiddel.

Ved glycolyse stammer glyceraldehyd-3-phosphat og dihydroacetonphosphat fra spaltningen af D-fructose-1-6-bisphosphat

Glyceraldehyd-3-phosphat er involveret i den metaboliske proces, der er kendt som pentosecyklussen. I dette genereres NADPH, en vigtig biologisk reduktionsmiddel.

11-cis-retinal

Kilde: Pixabay.

Β-karoten er et naturligt pigment, der findes i forskellige grøntsager, især gulerødder. Det gennemgår en oxidativ nedbrydning i leveren og omdannes således til alkoholretinol eller vitamin A. Oxidationen af A-vitamin og den efterfølgende isomerisering af en af dens dobbeltbindinger danner 11-cis-retinal aldehyd.

Pyridoxal phosphat (vitamin B6)

Kilde: Jynto og Ben Mills.

Det er en protetisk gruppe knyttet til flere enzymer, som er den aktive form af vitamin B6 og deltager i synteseprocessen for den inhiberende neurotransmitter GABA.

Hvor er formylgruppen i din struktur? Bemærk, at dette adskiller sig fra resten af de grupper, der er knyttet til den aromatiske ring.

salicylaldehyde

Det er et råmateriale til syntese af acetylsalicylsyre, et smertestillende og antipyretisk stof kendt som Aspirin.

Referencer

Robert C. Neuman, Jr. Kapitel 13, Carbonylforbindelser: Ketoner, Aldehyder, Carboxylsyre.. Taget fra: chem.ucr.edu
Germán Fernández. (14. september 2009). Nomenklatur af aldehyder. Taget fra: quimicaorganica.net
TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organisk kemi. (Tiende udgave, s 729-731) Wiley Plus.
Jerry March og William H. Brown. (31. december 2015). Aldehyd. Taget fra: britannica.com
Wikipedia. (2018). Aldehyder. Taget fra:
Morrison, RT og Boyd, RN (1990). Organisk kemi Femte udgave. Redaktionel Addison-Wesley Iberoamericana.
Carey, FA (2006). Organisk kemi sjette udgave. Redaktionel Mc Graw Hill.
Mathews, Ch. K., Van Holde, KE og Athern, KG (2002). Biokemi. Tredje udgave. Forlag Pearson Adisson Wesley.

ALDEHYDER: STRUKTUR, EGENSKABER, ANVENDELSER OG EKSEMPLER - KEMI - 2025