Aldehydes: cấu trúc, tính chất, danh pháp, cách sử dụng và ví dụ

Aldehyd là các hợp chất hữu cơ có công thức chung RCHO. R đại diện cho một chuỗi aliphatic hoặc thơm; C thành carbon; Hoặc oxy và H thành hydro. Chúng được đặc trưng bởi có một nhóm carbonyl cũng như ketone và axit carboxylic, do đó aldehyd còn được gọi là hợp chất carbonyl.

Nhóm carbonyl cung cấp cho aldehyd nhiều tính chất của nó. Chúng là các hợp chất oxy hóa dễ dàng và rất dễ phản ứng với việc bổ sung nucleophilic. Liên kết đôi của nhóm carbonyl (C = O) có hai nguyên tử có sự khác biệt về tính ái của chúng đối với các electron (độ âm điện).

Oxy thu hút các electron mạnh hơn carbon, vì vậy đám mây điện tử di chuyển về phía nó tạo ra liên kết đôi giữa carbon và oxy cực, với một thời điểm lưỡng cực quan trọng. Điều này làm cho các hợp chất phân cực aldehyd.

Sự phân cực của các aldehyd sẽ ảnh hưởng đến tính chất vật lý của chúng. Điểm sôi và độ hòa tan của aldehyd trong nước lớn hơn các hợp chất hóa học không phân cực có trọng lượng phân tử tương tự, chẳng hạn như trường hợp hydrocacbon.

Aldehyd có ít hơn năm nguyên tử carbon hòa tan trong nước, vì liên kết hydro được hình thành giữa oxy của nhóm carbonyl và phân tử nước. Tuy nhiên, việc tăng số lượng carbon của chuỗi hydrocarbon dẫn đến sự gia tăng phần không phân cực của aldehyd, làm cho nó ít tan trong nước.

Nhưng, họ và họ đến từ đâu? Mặc dù bản chất của nó phụ thuộc chủ yếu vào nhóm carbonyl, phần còn lại của cấu trúc phân tử cũng đóng góp rất nhiều cho toàn bộ. Do đó, chúng có thể có kích thước bất kỳ, nhỏ hay lớn hoặc thậm chí là một đại phân tử có thể có các vùng trong đó tính chất của các aldehyd chiếm ưu thế.

Do đó, như với tất cả các hợp chất hóa học, có các aldehyd "dễ chịu" và các chất đắng khác. Chúng có thể được tìm thấy trong các nguồn tự nhiên hoặc tổng hợp ở quy mô lớn. Ví dụ về aldehyd là vanillin, rất hiện diện trong các loại kem (hình trên cùng) và acetaldehyd, làm tăng thêm hương vị cho đồ uống có cồn.

Cấu trúc hóa học

Aldehyd bao gồm một carbonyl (C = O) mà nguyên tử hydro được liên kết trực tiếp. Điều này khác biệt nó với các hợp chất hữu cơ khác như ketone (R ₂ C = O) và axit cacboxylic (RCOOH).

Cấu trúc phân tử xung quanh -CHO, nhóm formyl được hiển thị trong hình trên. Nhóm formyl phẳng vì carbon và oxy có lai hóa sp2. Tính đồng nhất này làm cho nó dễ bị tấn công của các loài nucleophilic, và do đó, dễ bị oxy hóa.

Sự oxy hóa này đề cập đến điều gì? Đối với sự hình thành liên kết với bất kỳ nguyên tử nào khác có độ âm điện lớn hơn carbon; và đối với trường hợp aldehyd thì đó là oxy. Do đó, aldehyd bị oxy hóa thành axit cacboxylic, -COOH. Điều gì xảy ra nếu aldehyd bị giảm? Một rượu chính, ROH, sẽ được hình thành ở vị trí của nó.

Aldehyd chỉ được sản xuất từ các rượu nguyên sinh: những chất có nhóm OH ở cuối chuỗi. Tương tự, nhóm formyl luôn ở cuối chuỗi hoặc nhô ra khỏi nó hoặc vòng như một nhóm thế (nếu có các nhóm quan trọng khác, chẳng hạn như -COOH).

Tính chất hóa lý

Là các hợp chất phân cực, điểm nóng chảy của chúng cao hơn các hợp chất không phân cực. Các phân tử aldehyd không thể liên kết giữa các phân tử thông qua các liên kết hydro, bởi vì chúng chỉ có các nguyên tử carbon gắn với các nguyên tử hydro.

Do những điều trên, aldehyd có điểm sôi thấp hơn so với rượu và axit cacboxylic.

Điểm nóng chảy

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

Điểm sôi

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

Độ hòa tan trong nước tính bằng g / 100 g H ₂ O

Formaldehyd, rất dễ hòa tan; Acetaldehyd, vô hạn; Propionaldehyd, 16; n-Butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, ít tan; caproaldehyd, ít tan; Hơi phenylacetaldehyd hòa tan; Benzaldehyd, 0, 3.

Điểm sôi của aldehyd có xu hướng tăng trực tiếp với trọng lượng phân tử. Trái lại, có xu hướng làm giảm độ hòa tan của aldehyd trong nước khi trọng lượng phân tử của chúng tăng lên. Điều này được phản ánh trong các hằng số vật lý của các aldehyd đã nói ở trên.

Khả năng phản ứng

Phản ứng oxy hóa

Các aldehyd có thể bị oxy hóa thành axit cacboxylic tương ứng với sự có mặt của bất kỳ hợp chất nào sau đây: Ag (NH ₃ ) ₂, KMnO ₄ hoặc K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Giảm thành rượu

Chúng có thể được hydro hóa với sự trợ giúp của các chất xúc tác niken, bạch kim hoặc palladi. Do đó, C = O được biến đổi thành C - OH.

Giảm lượng hydrocacbon

Với sự có mặt của Zn (Hg), HCl đậm đặc hoặc trong NH ₂ NH _2, các aldehyd làm mất nhóm carbonyl và trở thành hydrocacbon.

Bổ sung nucleophin

Có một số hợp chất được thêm vào nhóm carbonyl, trong số đó là: thuốc thử Grignard, xyanua, dẫn xuất amoniac và rượu.

Danh pháp

Trong hình trên, bốn aldehyd được minh họa. Chúng được đặt tên như thế nào?

Cho rằng chúng là các rượu nguyên sinh bị oxy hóa, tên của rượu được đổi thành -ol by -al. Do đó, metanol (CH ₃ OH) nếu bị oxy hóa thành CH ₃ CHO được gọi là methanal (formaldehyd); CH ₃ CH ₂ CHO ethanal (acetaldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO propanal và CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO butanal.

Tất cả các aldehyd mới được đặt tên có nhóm -CHO ở cuối chuỗi. Khi nó ở cả hai đầu, như trong A, ở cuối -al được thêm tiền tố di-. Vì A có sáu nguyên tử cacbon (tính cả hai nhóm formyl), nên nó có nguồn gốc từ 1-hexanol và do đó tên của nó là: quay số hexane.

Khi có một nhóm thế, chẳng hạn như gốc ankyl, liên kết đôi hoặc ba, hoặc halogen, các nguyên tử cacbon của chuỗi chính được liệt kê tạo ra số -CHO 1. Do đó, aldehyd B được gọi là: 3-iodohexanal.

Tuy nhiên, trong aldehyd C và D, nhóm -CHO không được ưu tiên xác định các hợp chất nói trên từ các chất khác. C là một xycloalkan, trong khi D là benzen, cả hai đều có một trong số H được thay thế bởi một nhóm formyl.

Trong đó, vì cấu trúc chính là tuần hoàn, nhóm formyl được gọi là carbaldehyd. Do đó, C là cyclohexanecarbaldehyd và D là benzenecarbaldehyd (hay còn gọi là benzaldehyd).

Công dụng

Có những aldehyd trong tự nhiên có khả năng tạo ra hương vị dễ chịu, chẳng hạn như trường hợp của cinnamaldehyd, chịu trách nhiệm cho hương vị đặc trưng của quế. Đó là lý do tại sao chúng thường được sử dụng làm hương liệu nhân tạo trong nhiều sản phẩm như đồ ngọt hoặc thực phẩm.

Formaldehyd

Formaldehyd là aldehyd được sản xuất công nghiệp với số lượng lớn hơn. Formaldehyd thu được từ quá trình oxy hóa metanol được sử dụng trong dung dịch khí 37% trong nước, dưới tên chính thức. Điều này được sử dụng trong việc thuộc da và trong bảo tồn và ướp xác.

Tương tự như vậy, formaldehyd được sử dụng làm chất diệt vi trùng, thuốc diệt nấm và thuốc trừ sâu cho cây và rau. Tuy nhiên, tiện ích lớn nhất của nó là sự đóng góp vào việc sản xuất vật liệu polymer. Chất dẻo có tên Bakelite được tổng hợp bằng phản ứng giữa formaldehyd và phenol.

Bakelite

Bakelite là một polymer có cấu trúc ba chiều có độ cứng lớn được sử dụng trong nhiều đồ dùng gia đình như tay cầm nồi, chảo, máy pha cà phê, dao, v.v.

Các polyme tương tự như bakelite được tạo ra từ formaldehyd kết hợp với các hợp chất urê và melamine. Các polyme này không chỉ được sử dụng làm chất dẻo mà còn được sử dụng làm chất kết dính và vật liệu phủ.

Ván ép

Ván ép là tên thương mại của một vật liệu được hình thành từ các tấm gỗ mỏng, được nối với nhau bằng các polyme được sản xuất từ formaldehyd. Các thương hiệu Formica và Melmac được sản xuất với sự tham gia của sản phẩm này. Formica là một vật liệu nhựa được sử dụng trong đồ nội thất.

Nhựa Melmac được sử dụng trong chế biến bát đĩa, ly, chén, v.v. Formaldehyd là nguyên liệu thô để tổng hợp hợp chất methylene-diphenyl-diisocyanate (MDI), tiền chất của polyurethane.

Polyurethane

Polyurethane được sử dụng làm vật liệu cách nhiệt trong tủ lạnh và tủ đông, đệm nội thất, nệm, sơn, chất kết dính, đế, v.v.

Butiraldehyd

Butyraldehyd là tiền chất chính để tổng hợp 2-ethylhexanol, được sử dụng làm chất làm dẻo. Nó có một mùi hương táo dễ chịu cho phép sử dụng trong thực phẩm như một hương vị.

Nó cũng được sử dụng để sản xuất máy gia tốc cao su. Can thiệp như một thuốc thử trung gian trong sản xuất dung môi.

Acetaldehyd

Acetaldehyd đã được sử dụng trong sản xuất axit axetic. Nhưng chức năng này của acetaldehyd đã giảm tầm quan trọng, vì nó đã bị thay thế bởi quá trình cacbon hóa metanol.

Tổng hợp

Các aldehyd khác là tiền chất của oxoalcohols, được sử dụng trong sản xuất chất tẩy rửa. Cái gọi là oxoalcohols được điều chế bằng cách thêm carbon monoxide và hydro vào một olefin để thu được aldehyd. Và cuối cùng aldehyd được hydro hóa để thu được rượu.

Một số aldehyd được sử dụng trong sản xuất nước hoa, như trường hợp của Chanel số 5. Nhiều aldehyd có nguồn gốc tự nhiên có mùi dễ chịu, ví dụ: heptanal có mùi cỏ xanh; octanal một mùi cam; nonanal một mùi hoa hồng và citral một mùi vôi.

Ví dụ về aldehyd

Glutaraldehyd

Glutaraldehyd có trong cấu trúc của nó hai nhóm formyl ở cả hai đầu.

Được bán trên thị trường dưới tên Cidex hoặc Glutaral, nó được sử dụng như một chất khử trùng để khử trùng dụng cụ phẫu thuật. Nó được sử dụng trong điều trị mụn cóc ở bàn chân, tự áp dụng như một chất lỏng. Nó cũng được sử dụng như một tác nhân cố định mô trong phòng thí nghiệm mô học và bệnh lý.

Benzaldehyd

Nó là aldehyd thơm đơn giản nhất được tạo thành bởi một vòng benzen nơi liên kết một nhóm formyl.

Nó được tìm thấy trong dầu hạnh nhân, do đó mùi đặc trưng của nó cho phép nó được sử dụng như một hương vị thực phẩm. Ngoài ra, nó được sử dụng trong việc tổng hợp các hợp chất hữu cơ liên quan đến sản xuất thuốc và sản xuất nhựa.

Glyaldehyd

Nó là một aldotriose, một loại đường được tạo thành từ ba nguyên tử carbon. Nó có hai đồng phân được gọi là đồng phân D và L. Glyxitaldehyd là monosacarit đầu tiên thu được trong quá trình quang hợp trong giai đoạn tối (chu trình Calvin).

Glyceraldehyd-3-phosphate

Cấu trúc của glyceraldehyd-3-phosphate được minh họa trong hình trên. Các quả cầu đỏ bên cạnh màu vàng tương ứng với nhóm phốt phát, trong khi các quả cầu đen có khung xương carbon. Hình cầu màu đỏ liên kết với màu trắng là nhóm OH, nhưng khi nó được liên kết với hình cầu màu đen và sau đó với hình cầu màu trắng, thì đó là nhóm CHO.

Các glyceraldehyd-3-phosphate liên quan đến glycolysis, một quá trình trao đổi chất trong đó glucose bị phân giải thành axit pyruvic với việc sản xuất ATP, một nguồn năng lượng của sinh vật. Ngoài ra, từ việc sản xuất NADH, một chất khử sinh học.

Trong glycolysis glyceraldehyd-3-phosphate và dihydroacetone phosphate có nguồn gốc từ sự phân cắt của D-fructose-1-6-bisphosphate

Các glyceraldehyd-3-phosphate can thiệp vào quá trình trao đổi chất được gọi là chu trình pentose. Trong đó, NADPH được tạo ra, một chất khử sinh học quan trọng.

11-cis-võng mạc

-Carotene là một sắc tố tự nhiên có trong một số loại rau, đặc biệt là trong cà rốt. Anh ta trải qua một quá trình oxy hóa vỡ trong gan, chuyển hóa thành rượu retinol hoặc vitamin A. Sự oxy hóa vitamin A và sự đồng phân hóa tiếp theo của một trong các liên kết đôi của nó tạo thành aldehyd 11-cis-retinal.

Pyridoxal phosphate (Vitamin B6)

Nó là một nhóm chân giả được liên kết với một số enzyme, là dạng hoạt động của vitamin B6 và tham gia vào quá trình tổng hợp chất dẫn truyền thần kinh ức chế GABA.

Đâu là nhóm formyl trong cấu trúc của nó? Lưu ý rằng điều này khác với phần còn lại của các nhóm được liên kết với vòng thơm.