ALDEHYDY: STRUKTURA, VLASTNOSTI, POUŽITÍ A PŘÍKLADY - CHEMIE - 2025

Tyto aldehydy jsou organické sloučeniny, které mají obecný vzorec RCHO. R představuje alifatický nebo aromatický řetězec; C na uhlík; O na kyslík a H na vodík. Vyznačují se karbonylovou skupinou, jako jsou ketony a karboxylové kyseliny, a proto se aldehydy nazývají také karbonylové sloučeniny.

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

Obecná struktura aldehydů

Kyslík přitahuje elektrony s větší silou než uhlík, takže se k němu pohybuje elektronový mrak, takže dvojitá vazba mezi uhlíkem a kyslíkem je v přírodě polární, s významným dipólovým momentem. Díky tomu jsou aldehydové polární sloučeniny.

Polarita aldehydů ovlivní jejich fyzikální vlastnosti. Bod varu a rozpustnost aldehydů ve vodě jsou vyšší než nepolární chemické sloučeniny s podobnou molekulovou hmotností, jako je tomu v případě uhlovodíků.

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

Ale jaké jsou a odkud pocházejí? I když jeho povaha v podstatě závisí na karbonylové skupině, zbytek molekulární struktury také hodně přispívá k celku. Mohou tedy mít jakoukoli velikost, malou nebo velkou, nebo dokonce makromolekula může obsahovat oblasti, kde převládá charakter aldehydů.

Tak, jako u všech chemických sloučenin, existují „příjemné“ aldehydy a další hořké. Lze je nalézt v přírodních zdrojích nebo je lze syntetizovat ve velkém měřítku. Příklady aldehydů jsou vanilin, velmi přítomný ve zmrzlině (obrázek nahoře) a acetaldehyd, který přidává chuť alkoholickým nápojům.

Chemická struktura

Zdroj: NEUROtiker z Wikimedia Commons

Aldehydy sestávají z karbonylu (C = O), ke kterému je přímo připojen atom vodíku. Jedná se tak odlišuje od jiných organických sloučenin, jako jsou ketony (R ₂ C = O) a karboxylových kyselin (RCOOH).

Horní obrázek ukazuje molekulární strukturu kolem - CHO, formylové skupiny. Formylové skupiny je plochý, protože uhlík a kyslík se sp ² hybridizaci. Tato rovinnost umožňuje náchylnost k útoku nukleofilních druhů, a proto se snadno oxiduje.

Na co se tato oxidace vztahuje? K vytvoření vazby s jakýmkoli jiným atomem elektronegativnějším než uhlík; a v případě aldehydů je to kyslík. Aldehyd je tedy oxidován na karboxylovou kyselinu - COOOH. Co kdyby se aldehyd redukoval? Místo něj by se tvořil primární alkohol, ROH.

Aldehydy se vyrábějí pouze z primárních alkoholů: alkoholů, kde skupina OH je na konci řetězce. Stejným způsobem je formyl skupina vždy na konci řetězce nebo z něj nebo kruhu vyčnívá jako substituent (v případě dalších důležitějších skupin, jako je -COOH).

Fyzikální a chemické vlastnosti

Protože jsou polární sloučeniny, jejich teploty tání jsou vyšší než teploty nepolárních sloučenin. Molekuly aldehydů nejsou schopné intermolekulárních vazeb vodíku, protože mají pouze atomy uhlíku připojené k atomům vodíku.

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

Body tání

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

Body varu

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

Rozpustnost ve vodě vyjádřená vg / 100 g H

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

Body varu aldehydů mají tendenci se zvyšovat přímo s molekulovou hmotností. Naopak existuje tendence ke snižování rozpustnosti aldehydů ve vodě při zvyšování jejich molekulové hmotnosti. To se odráží ve fyzikálních konstantách právě zmíněných aldehydů.

Reaktivita

Oxidační reakce

Aldehydy se mohou oxidovat na odpovídající karboxylovou kyselinu za přítomnosti některé z těchto sloučenin: Ag (NH ₃) ₂, KMnO _4, nebo K ₂ Cr ₂ O ₇.

Redukce na alkoholy

Mohou být hydrogenovány pomocí katalyzátorů na bázi niklu, platiny nebo palladia. C = O se tak stává C-OH.

Snížení na uhlovodíky

V přítomnosti Zn (Hg), koncentrované kyseliny chlorovodíkové, nebo NH ₂ NH _2, aldehydy ztratí karbonylové skupiny a stávají se uhlovodíky.

Nukleofilní přidání

Existuje několik sloučenin, které se přidávají do karbonylové skupiny, mezi nimi jsou: Grignardova činidla, kyanid, deriváty amoniaku a alkoholů.

Nomenklatura

Zdroj: Gabriel Bolívar

Na obrázku výše jsou znázorněny čtyři aldehydy. Jak se jmenují?

Protože se jedná o oxidované primární alkoholy, název alkoholu se mění z -ol na -al. Tak, methanolu (CH ₃ OH) v případě, oxiduje na CH ₃ CHO se nazývá methanal (formaldehyd); CH ₃ CH ₂ CHO ethanalu (acetaldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propanal a CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanal.

Všechny nově pojmenované aldehydy mají na konci řetězce skupinu -CHO. Když je nalezen na obou koncích, jako v A, je konec -to předponou di-. Protože A má šest atomů uhlíku (počítaje uhlíky obou formylskupin), odvozuje se od 1-hexanolu a jeho název je proto: dial hexan.

Pokud existuje substituent, jako je alkylová skupina, dvojná nebo trojná vazba nebo atom halogenu, jsou uvedeny atomy uhlíku hlavního řetězce, přičemž -CHO je číslo 1. Aldehyd B se tedy nazývá 3-jodhexanal.

Avšak v aldehydech C a D nemá skupina -CHO prioritu k identifikaci těchto sloučenin od ostatních. C je cykloalkan, zatímco D je benzen, oba s jedním ze svých Hs substituovaných formylovou skupinou.

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

Aplikace

Aldehydy existují v přírodě, schopné propůjčit příjemné příchutě, jako je například skořicový dehyd, který je odpovědný za charakteristickou příchuť skořice. Proto se často používají jako umělá aromata v mnoha výrobcích, jako jsou bonbóny nebo potraviny.

Formaldehyd

Formaldehyd je průmyslově vyráběný aldehyd. Formaldehyd získaný oxidací methanolu se používá v 37% roztoku plynu ve vodě pod názvem formalin. Používá se při činění kůží a při konzervaci a balzamování mrtvol.

Formaldehyd se také používá jako germicid, fungicid a insekticid pro rostliny a zeleninu. Jeho největší užitek je však příspěvek k výrobě polymerního materiálu. Plast zvaný Bakelite je syntetizován reakcí mezi formaldehydem a fenolem.

Bakelite

Bakelit je vysoce tvrdý polymer s trojrozměrnou strukturou, který se používá v mnoha domácích potřebách, jako jsou rukojeti pro hrnce, pánve, kávovary, nože atd.

Bakelitové polymery se vyrábějí z formaldehydu v kombinaci se sloučeninami močoviny a melaminu. Tyto polymery se používají nejen jako plasty, ale také jako lepidla a lepidla.

Překližka

Překližka je obchodní název materiálu vyrobeného z tenkých listů dřeva, spojených polymery vyrobenými z formaldehydu. Značky Formica a Melmac jsou vyráběny za účasti této společnosti. Formica je plast, který se používá k natírání nábytku.

Plast Melmac se používá k výrobě talířů, sklenic, kelímků atd. Formaldehyd je surovina pro syntézu sloučeniny methylen-difenyl-diisokyanát (MDI), prekurzoru polyurethanu.

Polyurethan

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

Butyraldehyd

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

Používá se také pro výrobu pryžových urychlovačů. Působí jako meziprodukt při výrobě rozpouštědel.

Acetaldehyd

Při výrobě kyseliny octové byl použit acetaldehyd. Tato funkce acetaldehydu se však významem snížila, protože byla nahrazena procesem karbonylace methanolu.

Syntéza

Další aldehydy jsou prekurzory oxoalkoholů, které se používají při výrobě detergentů. Takzvané 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 č. 5. Mnoho aldehydů přírodního původu má příjemný zápach, například: heptanal má vůni zelené trávy; oktanan oranžový zápach; nonanal vůni růží a citral vůni vápna.

Příklady aldehydů

Glutaraldehyd

Zdroj: Jynto, z Wikimedia Commons

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

Prodává se pod názvem Cidex nebo Glutaral a používá se jako dezinfekční prostředek pro sterilizaci chirurgických nástrojů. Používá se při léčbě bradavic na nohou, aplikovaných jako kapalina. Používá se také jako tkáňový fixační prostředek v histologických a patologických laboratořích.

Benzaldehyd

Je to nejjednodušší aromatický aldehyd, který je tvořen benzenovým kruhem, kde je navázána formylová skupina.

Nachází se v mandlovém oleji, a proto má charakteristickou vůni, která umožňuje jeho použití jako aromata potravin. Kromě toho se používá při syntéze organických sloučenin souvisejících s výrobou léčiv a při výrobě plastů.

Glyceraldehyd

Je to aldotrioza, cukr složený ze tří atomů uhlíku. Má dva isomery, které se nazývají enantiomery D a L. Glyceraldehyd je první monosacharid, který byl získán při fotosyntéze během temné fáze (Calvinův cyklus).

Glyceraldehyd-3-fosfát

Zdroj: Jynto a Ben Mills

Horní obrázek ilustruje strukturu glyceraldehyd-3-fosfátu. Červené koule vedle žluté odpovídají fosfátové skupině, zatímco černé uhlíkové kostře. Červená koule spojená s bílou je skupina OH, ale když je spojena s černou koulí a druhá s bílou, pak je to skupina CHO.

Glyceraldehyd-3-fosfát se podílí na glykolýze, metabolickém procesu, při kterém se glukóza degraduje na kyselinu pyruvovou s produkcí ATP, energetického rezervoáru živých bytostí. Kromě produkce NADH, biologického redukčního činidla.

Při glykolýze pochází glyceraldehyd-3-fosfát a dihydroaceton fosfát ze štěpení D-fruktózy-1-6-bisfosfátu

Glyceraldehyd-3-fosfát se podílí na metabolickém procesu známém jako pentózový cyklus. Tím se vytvoří NADPH, důležitý biologický reduktor.

11-cis-sítnice

Zdroj: Pixabay.

Β-karoten je přírodní pigment přítomný v různých druzích zeleniny, zejména mrkve. Zažívá oxidační rozklad v játrech, čímž se přemění na retinolový alkohol nebo vitamin A. Oxidace vitaminu A a následná izomerizace jedné z jeho dvojných vazeb tvoří 11-cis-retinální aldehyd.

Pyridoxal fosfát (vitamín B6)

Zdroj: Jynto a Ben Mills.

Je to protetická skupina spojená s několika enzymy, která je aktivní formou vitaminu B6 a podílí se na syntéze inhibičního neurotransmiteru GABA.

Kde je formyl skupina ve vaší struktuře? Všimněte si, že se to liší od zbytku skupin připojených k aromatickému kruhu.

Salicylaldehyd

Je to surovina pro syntézu kyseliny acetylsalicylové, analgetického a antipyretického léčiva známého jako aspirin.

Reference

1. Robert C. Neuman, Jr. Kapitola 13, Karbonylové sloučeniny: Ketony, Aldehydy, Karboxylové kyseliny.. Převzato z: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14. září 2009). Názvosloví aldehydů. Převzato z: quimicaorganica.net
3. TW Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organická chemie. (Desáté vydání, str. 729-731) Wiley Plus.
4. Jerry March a William H. Brown. (31. prosince 2015). Aldehyde. Převzato z: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehydy. Převzato z:
6. Morrison, RT a Boyd, RN (1990). Páté vydání Organické chemie. Editorial Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, FA (2006). Šesté vydání Organické chemie. Redakční Mc Graw Hill.
8. Mathews, K. K., Van Holde, KE a Athern, KG (2002). Biochemie. Třetí edice. Nakladatelství Pearson Adisson Wesley.