Альдегіди - малюнок

Альдегіди — отримання, застосування, властивості



Будь-який представник класу органічних сполук, в якому вуглець має подвійний зв’язок з киснем, одинарний з воднем або іншим атомом, що позначається R в структурних схемах, називається альдегідом.

Більшість з цих речовин мають приємні запахи, і, в принципі, їх отримують досить просто — зі спиртів шляхом дегідрування для того, щоб використовувати в різних промислових цілях.

Альдегіди - визначення

Опис

Майже всі альдегідні групи одного або різного гомологічного ряду піддаються широкому різноманіттю хімічних реакцій, включаючи полімеризацію. Їх поєднання з іншими типами молекул призводять до утворення так званих конденсаційних полімерів, які використовуються в пластмасах, наприклад бакеліт, в матеріалах, якими ламінують стільниці.

Альдегіди застосовуються як розчинники і парфумерні інгредієнти, а також є проміжними продуктами при виробництві барвників і фармацевтичних препаратів.

Деякі навіть беруть участь у фізіологічних процесах, будучи частиною:

  • вітаміну А – важливий для людського зору;
  • піридоксальфосфату – одна з форм вітаміну В6;
  • глюкози та інших редукованих цукрів;
  • деяких природних і синтетичних гормонів.

Коли кисень утворює подвійний зв’язок з вуглецем, утворюється карбонільна функціональна група (КГ) — СНО. Таке поєднання дає широкий спектр функціональних можливостей.

Ізомерія та номенклатура альдегідів

Структура і номенклатура

У формальдегіді, найпростішому альдегіді, молекула пов’язана з двома атомами водню, а у всіх інших з одним. Його формула – HCHO, а, наприклад, ацетальдегід виглядає як CH3CHO. Вуглець, пов’язаний з карбонільною групою, може бути частиною алкільних або неалкільних груп, або вони можуть бути:

  • ациклічними;
  • ароматичними;
  • гетероциклічними кільцями.

Органічні сполуки з двома альдегідними групами – це діальдегіди. Існує два основних способи іменування альдегідів.

Перший – заснований на системі, що використовується Міжнародним союзом теоретичної та прикладної хімії, і його часто називають систематичною номенклатурою. Цей метод передбачає найдовший ланцюг атомів вуглецю, що містить карбонільну групу в якості вихідного алкана. При цьому не прийнято використовувати числове визначення карбонільної групи, оскільки вона завжди знаходиться в кінці батьківського ланцюга. Наприклад, назва може бути 2-метилбутаналь, або ізомасляний альдегід буде вказаний як 2-метилпропаналь.

Другий метод – загальна номенклатура. Він полягає в тому, щоб називати сполуки за загальним найменуванням відповідної карбонової кислоти. Тобто структура та ж, що і у альдегіду, тільки замість CHO з’являється COOH, як у оцтової кислоти — CH3COOH або C2H4O2. Приклад використання методів на загальному імені CH2=CHCHO:

  • за нормами міжнародного союзу з’єднання буде називатися-2-пропеналь;
  • за загальною номенклатурою – акролеїн (назва походить від акрилової кислоти, батьківської карбонової групи).

До альдегідів відносять, наприклад:

  • формальдегід – CH2O (метаналь, мурашиний альдегід);
  • ацетальдегід — C2H4O (етаналь, оцтовий альдегід);
  • пропіоновий альдегід (пропаналь);
  • бутіральдегід (бутаналь);
  • пентаналь або валеріановий альдегід та інші.

Фізичні властивості альдегідів

Відмінні властивості

Єдина структурна відмінність між вуглеводнями і альдегідами полягає в наявності у останньої КГ, яка і несе відповідальність за відмінність у властивостях, як фізичних, так і хімічних. Карбонільна група спочатку полярна, тобто електрони, складовий зв’язок яких C=O, притягуються ближче до кисню, ніж до вуглецю. Це дає першому частковий негативний заряд, а другому – позитивний.

Важливі фізичні властивості:

  • Температури плавлення і кипіння карбонілвмісних сполук значно вище, ніж у тих, що складаються тільки з вуглецю і водню. Наприклад, бутан (CH3CH2CH2CH3), пропаналь (CH3CH2CHO) і ацетон (CH3COCH3) мають однакову молекулярну масу, але вуглеводневий бутан закипає вже при 0 градусів Цельсія, тоді як ацетон тільки при +56. Ацетальдегід кипить при кімнатній температурі, валеріановий — при +100,4 градусах Цельсія, а ізовалеріановий — при +92,5. Інші альдегіди, за винятком високомолекулярних, у звичайних умовах являють собою рідини.
  • Вуглеводні нерозчинні у воді, тому що водні молекули полярні. Однак альдегіди з менш ніж приблизно п’ятьма атомами вуглецю можуть розчинятися, але вуглеводнева частина їх молекул вище цього числа робить їх нерозчинними.

Альдегіди мають високий дипольний момент щодо інших вуглеводневих сполук. Слід зазначити, що є ще сполука зі схожим складом — CnH2nO. Вони також містять карбонільну групу, пов’язану з двома радикалами вуглеводню, і мають характерну ізомерію – кетони. Хімічні властивості кетонів дещо відрізняються від альдегідних, це можна наочно побачити, якщо скласти порівняльну таблицю.

Отримання альдегідів

Промислове виробництво

Оскільки ці речовини є важливими будівельними блоками в органічній хімії, вони використовуються для синтезу багатьох інших сполук, тому наука знає багато способів їх отримання.

  • Окиснення. Один з основних методів. Первинні спирти можуть бути окислені до альдегідів (RCH2OH до RCHO, де R — алкільна або арильна група). Це зазвичай нелегко зробити, тому що більшість реагентів будуть додатково окислювати альдегід до карбонової кислоти. Тому для виробництва в промислових масштабах первинний спирт пропускають через гарячий каталізатор — гідроксид міді, а іноді через аміачний розчин оксиду срібла (реакція «срібного дзеркала»). Однак цей спосіб не підходить для невеликих лабораторій, для таких обсягів вигідніше використовувати інший реактив — хлорхромат піридинію. Наприклад, шляхом окислення метанолу отримують мурашину кислоту – CH2O2.
  • Метод відновлення карбонових кислот до альдегідів в один етап був би корисний, але не було розроблено ніякого загального способу досягнення цієї мети. Однак ацилхлориди відновлюються кількома реагентами.
  • Формильнуюгрупу (-CHO) можна помістити в ароматичне кільце декількома способами (ArH до ArCHO). Найпоширеніший називається реакція Реймера-Тімана: феноли перетворюються в фенольні альдегіди шляхом обробки хлороформом в основному розчині.
  • Ацетилен, який являє собою алкін, реагує з водою в присутності солей ртуті з утворенням ацетальдегіду.
  • У процесі, що називається гідроформілюванням, алкени можуть бути оброблені монооксидом вуглецю (CO), воднем (H2) та каталізатором на основі перехідного металу. Каталізація проводиться найчастіше кобальтом (Co), родієм (Rh) або рутенієм (Ru), з отриманням альдегідів. Наприклад, використання такого методу дає суміш бутаналю і 2-метилпропаналя.

Гідроформілювання є більш важливим методом для комерційного застосування, де він відомий як оксопроцес, ніж для лабораторних синтезів.

Оксоальдегіди самі по собі не мають великого значення в якості кінцевих продуктів. Зазвичай вони відновлюються до спиртів або окислюються до карбонових кислот. Оксоспирти використовуються як сировина для синтезу миючих засобів і текстильних волокон. Оксокарбонові кислоти перетворюються в складні ефіри і застосовуються як промислові або лабораторні розчинники.

Хімічні властивості альдегідів

Де і як використовуються альдегіди

Сотні окремих альдегідних сполук щодня використовуються хіміками для синтезу інших речовин, але вони менш важливі в промисловому виробництві, тобто в масштабі тонн.

Тільки формальдегід широко використовується у всьому світі, що визначається загальним обсягом використовуваної хімічного речовини в рік. Отримують його шляхом окислення метанолу. В результаті з’єднання являє собою газ, але зазвичай його застосовують у вигляді 37% водного розчину, званого формаліном. Використовують його для дублення, консервації та бальзамування, а також як бактерицидний, фунгіцидний та інсектицидний засіб для обробки рослин.

Але найбільше його застосування належить до виробництва деяких полімерних матеріалів.

Наприклад, синтетична смола бакеліт утворюється під час реакції між формальдегідом і фенолом. Це не просто лінійний ланцюжок, а ціла тривимірна структура. Такі полімери використовуються не тільки як пластмаси, але і, найчастіше, з них роблять клей і різні покриття. Наприклад, фанера складається з тонких шарів дерева, склеєних одним з таких з’єднань.

Інші альдегіди промислового значення, в основному, використовують як розчинники, ароматизатори. Вони також є проміжними продуктами при виготовленні пластмас, барвників і фармацевтичних препаратів, це:

  • паральдегід;
  • гексаналь;
  • гексилкоричний і ортофталевий альдегіди.

Деякі альдегідні сполуки зустрічаються в природі. Серед них:

  • бензальдегід – забезпечує запах і смак мигдального горіха;
  • коричний альдегід, або масло кориці;
  • ванілін – основний ароматизатор ванільних бобів.

Крім того, деякі альдегіди приймають активну участь в біологічному житті людей та інших живих організмів.

Прикладами таких сполук є:

  • Вуглеводи, включаючи цукор, крохмаль і целюлозу, які засновані на сполуках, що володіють альдегідною або кетоновою групою поряд з гідроксильною.
  • Стероїдні гормони, багато з яких, включаючи прогестерон, тестостерон, кортизон та альдостерон, є кетонами.
  • Ретиналь альдегід, який після об’єднання з білком в сітківці ока, що утворює родопсин, є основною сполукою, що бере участь в процесі зору.

Альдегіди з високою молекулярною масою, наприклад, бензальдегід, фенілацетальдегід (фенілоцтовий альдегід) мають приємний запах і містяться в ефірних оліях деяких рослин. Тому такі сполуки часто використовуються для виробництва парфумерії. Духи з їх використанням можуть бути квітковими, фруктовими або цитрусовими.

Добування альдегідів

Вплив на людину

Очевидно, що не всі альдегідні сполуки є безпечними. Наприклад, ацетальдегід – його молекули завжди в низьких концентраціях циркулюють в людській крові. Ця речовина – канцероген і може завдати шкоди організму, а її тривалий вплив здатен привести до раку та інших важких системних захворювань.

Потрібно сказати, що ацетальдегід виробляється в тілі людини в ході фізіологічних процесів, але здорова печінка в силах розщепити цю речовину до безпечних сполук.

Недолік ацетальдегіддегідрогенази (спеціального ферменту) призводить до накопичення альдегідів і збільшує ризик розвитку онкопатологій травної системи. Зовнішні джерела ацетальдегіду:

  • Алкоголь. Вживання навіть якісних алкогольних напоїв різко підвищує концентрацію токсичної сполуки в крові до дуже високих рівнів протягом короткого періоду часу (2-4 години). Етанол швидко перетворюється в ацетальдегід.
  • Сигаретний дим. У процесі горіння тютюну утворюється альдегід, що вдихається людиною, при цьому ризику схильні не тільки самі курці, але також люди, які знаходяться поруч.
  • Забруднене повітря. У приміщеннях джерелом альдегідів можуть стати будівельні матеріали, покриття для підлоги, фарби і оброблена деревина. Вихлопні гази від транспортних засобів, робота електростанцій і заводів, спалювання сміття — основні причини появи токсичних сполук на відкритих просторах.
  • Їжа. Ферментовані продукти харчування та напої, молочні продукти, чай, кава, хліб, стиглі фрукти містять різні рівні ацетальдегіду. Вживання великої кількості рафінованого цукру призводить до збільшення вмісту альдегідів в крові.

Тривала дія ацетальдегіду на організм людини збільшує ризик розвитку таких патологій, як цироз печінки, рак шлунка і стравоходу, остеопороз та хвороба Альцгеймера.

Leave a Reply

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *