Відповідно до міжнародної номенклатури ІЮПАК органічні речовини, які містять у своєму складі карбонільну групу, пов’язану з атомом водню і вуглеводневим радикалом, називають альдегідами.
Ці сполуки широко використовуються в промисловості і лабораторному синтезі, цей поділ по галузях застосування обумовлює і відмінність способів отримання.
В статті ми розглянемо основні промислові та лабораторні способи отримання альдегідів з рівняннями реакцій.
Отримання альдегідів в лабораторії
Всі властивості хімічних речовин залежать від електронної будови їх молекул. У карбонільній групі атом кисню, як більш електронегативний в порівнянні з атомом вуглецю, перетягує на себе електронну густину подвійного зв’язку. Це веде до поляризації зв’язку і появи часткових зарядів – позитивного заряду у вуглецю і негативного у кисню.
Ряд кисневмісних органічних сполук з підвищенням ступеня окислення вуглецю, пов’язаного з функціональною групою, виглядає наступним чином:
Спирти → альдегіди → карбонові кислоти.
Таким чином, всі лабораторні методи отримання карбонільних сполук можна умовно розділити на 3 групи:
- Окислювальні методи.
- Відновлювальні методи.
- Отримання ароматичних альдегідів.
Окислювальні методи
Як вихідні речовини в реакціях окислення використовують первинні спирти, галогенпохідні алканів і алкіни. При окисленні вторинних спиртів утворюються кетони, таким чином, отримання альдегідів і кетонів має схожий механізм.
Розглянемо приклади хімічних рівнянь.
Окислення первинних спиртів оксидом міді або реакція дегідратації (відщеплення води):
Окислення спиртів киснем на мідній сітці або дегідрування (відщеплення водню):
Реакція Кучерова, або окислення алкенів шляхом приєднання води в присутності солей ртуті. При гідратації ацетилену утворюється ацетальдегід, при гідратації інших алкінів в цих умовах утворюються кетони:
Гідроборування алкінів в присутності лужного розчину перекису водню, в цьому випадку приєднання відбувається проти правила Марковникова:
Гідроліз дигалогеналканів у присутності розчину лугу:
В результаті зворотної реакції відновлення карбонільних сполук утворюються вихідні речовини, які були взяті для їх отримання.
Наприклад, в результаті гідрування (приєднання водню) ацетальдегіду утворюється етиловий спирт.
Відновлювальні методи
Як вихідні реагенти використовують похідні карбонових кислот: хлорангідриди, складні ефіри, аміди тощо. Наприклад, відновлення воднем хлорангідриду оцтової кислоти на паладієвому каталізаторі:
Ароматичні альдегіди
Ароматичні альдегіди можна отримати в лабораторії тими ж способами, що і альдегіди жирного ряду. Це можуть бути:
- реакції дегідратації і дегідрування ароматичних спиртів;
- гідроліз галогенопродуктивних вуглеводнів ароматичного ряду;
- відновлення похідних карбонових кислот.
Рівняння цих взаємодій будуть аналогічні тим, які були розглянуті вище.
Специфічною реакцією лабораторного синтезу ароматичних альдегідів є введення в ароматичного ядра карбоксильної групи – формілювання. Вихідні речовини – будь-який ароматичний вуглеводень, чадний газ плюс хлористий водень, а каталізатор – суміш хлористого алюмінію з монохлоридом міді.
Промислові способи отримання альдегідів
Зараз відомий цілий ряд електросинтезів альдегідів, які перспективні в промисловому виробництві лікарських, парфумерних, реактивних та інших препаратів.
Цим способом можна отримати карбонільні сполуки, що містять у своєму складі три атоми вуглецю і більше. В основі реакції лежить гідроформілювання алкенів синтез-газом (суміш чадного газу з воднем).
Продуктами оксосинтезу є суміш альдегідів, співвідношення яких можна змінювати в результаті підбору відповідних каталізаторів.
Дегідрування первинних спиртів використовується в промисловості тільки для отримання оцтового альдегіду. Сировиною виступає етиловий спирт, важливою умовою реакції є наявність каталізатора (мідь, активована церієм) і високих температур в межах 270-300 °C. За один цикл в реакцію вступає 25-50% етанолу, вихід продукту становить 90-95%.
У вигляді побічних продуктів реакції утворюються:
- етилен;
- етилацетат;
- вищі спирти.
При виробництві формальдегіду (метаналю) використовується процес окислення мурашиного спирту при температурі 400-450 °C, одна з умов – надлишок кисню. Каталізатором виступають оксиди заліза і молібдену.
Ацетальдегід і акролеїн в промисловості отримують в результаті окислення алкенів. Реакція проходить в присутності суміші хлоридів паладію і міді. Як сировину для отримання оцтового альдегіду використовують етилен, для отримання акролеїну – пропілен.
Основною сировиною для отримання різних ароматичних карбонільних сполук є бензальдегід. Промислове отримання бензальдегіду ґрунтується на реакції гідролізу бензальхлориду. Як гідролізуючий агент використовують:
- вуглекислі солі натрію або кальцію;
- гідроксиди натрію або кальцію;
- кислоти з додаванням відповідних солей металів.
Використання тих чи інших методів отримання альдегідів обумовлено:
- відсотком виходу продукту хімічної реакції;
- доступністю вихідної сировини;
- можливістю дотримання умов синтезу.