Aldehīdi — definīcija, struktūra, īpašības un pielietojumi organiskajā ķīmijā

Aldehīds (/ˈældɪhaɪd/) ir organisks savienojums, kas satur formilgrupu. Formilgrupa ir daļa no molekulas ar struktūru R-CHO — to veido oglekļa atoms, kas ir dubultā saitē ar skābekli (C=O) un vienlaikus saistīts ar ūdeņradi un R grupu (R — pārējā molekulas daļa). Grupu bez sānu ķēdes sauc par aldehīdu grupu vai formilgrupu. Aldehīdi atšķiras no ketoniem, jo aldehīdos formilgrupa atrodas molekulas galā (terminali), bet ketonos — molekulas vidū. Aldehīdi ir plaši izplatīti organiskajā ķīmijā, un daudzi aromatiskie savienojumi un smaržvielu komponenti pieder šai grupai.

Struktūra un nomenklatūra

• Vispārīgā formula: R-CHO (R = alkils, aromāts vai H).
• IUPAC nosaukumi parasti beidzas ar galotni "-al" (piem., metanāls = formaldehīds, etanāls = acetaldehīds).
• Bieži sastopami piemēri:
  • Formaldehīds (metanāls, H-CHO) — vienkāršākais aldehīds;
  • Acetaldehīds (etanāls, CH3-CHO);
  • Benzaldehīds (C6H5-CHO) — aromātisks aldehīds ar raksturīgu mandeļu smaržu.

Fizikālās īpašības

• Aldehīdi parasti ir polāri savienojumi (C=O grupa), tāpēc šķīdība ūdenī ir atkarīga no R grupas: mazi aldehīdi (piem., formaldehīds) labi šķīst ūdenī, lielākiem hidrofobiskiem R grupām šķīdība samazinās.
• Zema molekulmasa aldehīdi ir viegli gaistoši un bieži ar asu smaku; aromātiskie aldehīdi ir mazāk gaistoši un var dot patīkamas aromātiskas īpašības.
• Boiling point tradicionāli ir augstāks nekā atbilstošam alkānam, bet zemāks nekā karboksilskābēm ar līdzīgu masas.

Klīniskās un kemiskās īpašības (reakcijas)

• Aldehīda oglekļa atoms ir elektrofīlis — tas viegli piedalās nukleofilās pievienošanās reakcijās (piem., hidrāta veidošanās, cianhidrīna pievienošanās).
• Oksidācija: aldehīdi viegli oksidējas līdz atbilstošajām karboksilskābēm (piem., acetaldehīds → pienskābe). Šī īpašība ļauj atšķirt aldehīdus no ketoniem ar oksidējošiem reaģentiem.
• Redukcija: aldehīdus var reducēt uz primārajiem alkoholiem (piem., ar NaBH4 vai katalītisku hidrogenēšanu).
• Kondensācijas un alfa-reakcijas: ja aldehīdam ir α-hidrogrupas, var notikt enolizācija un aldolreakcijas (aldol kondensācija). Bez α‑hidrogēna aldehīdi var piedalīties Cannizzaro reakcijā (disproporcionēšanās) stipri bāziskos apstākļos.
• Specifiski testi: Tollena (sudraba spogulis) un Fehlinga reaģenti oksidē aldehīdus, radot atbilstošas pozitīvas reakcijas; Šīfa reagens arī atklāj aldehīdus.
• Polimerizācija un adīcijas: daži aldehīdi (īpaši formaldehīds) polimerizējas vai veido reaktīvas adukcijas, ko izmanto rēzusos un sveķos.

Sintezes metodes

• Primāro alkoholu selektīva oksidācija (piem., PCC, Swern, TEMPO katalīze) — plaši izmantota aldehīdu iegūšanai.
• Rosenmund reducēšana — acilhlorīdu reducēšana uz aldehīdiem, kontrolējot tālāko redukciju.
• Hydroformilācija (oxo reakcija) — alkēnu reakcija ar CO un H2, lai iegūtu aldehīdus (piemērā cetil- vai linearas aldehīdu ražošana industriāli).
• Vilsmeiera–Haack reakcija — aromātisku slāpekļa saturošu savienojumu formilēšana.
• Gattermann–Koch reakcija — benzola atvasinājumu formilēšana (piem., benzaldehīda syntēze no benzola).
• Ozonolīze — alkēnu selektīva šķelšana var dot aldehīdus atkarībā no darba apstrādes (kontrolējot reducējošu vai oksidējošu pēcapstrādi).

Spektroskopiskas pazīmes

• IR spektroskopijā raksturīgs C=O šūpojums aptuveni 1720–1740 cm−1 (konjugācijā vai aromātiskos gadījumos frekvence samazinās).
• 1H NMR: aldehīdprotons parasti parādās ap 9–10 ppm kā nosacīti spilgta signals.
• 13C NMR: karbonilreaktīvā C-atoma signals parasti starp 190–205 ppm.

Pielietojumi

• Formaldehīds — svarīga izejviela sveķu, polimēru (urea‑formaldehīds, fenol‑formaldehīds), dezinfekcijas līdzekļu un konservantu ražošanā.
• Benzaldehīds — aromatizētājos un smaržvielu komponentēs (mandeļu smarža).
• Aldehīdi kopumā — starpprodukti farmaceitiskajā industrijā, agroķīmijā, krāsu un pigmentu sintēzē, smaržvielu un pārtikas aromatizētāju ražošanā.
• Industriāli izmanto aldehīdu reaktivitāti, lai izveidotu polimērus, preparātu atvasinājumus un kondensācijas produktus.

Drošība un ilgtspēja

• Daudzi aldehīdi ir kairinoši acu un elpceļu gļotādām; zemā molekulmasa aldehīdi bieži ir toksiski un gaistoši.
• Formaldehīds ir klasificēts kā kancerogēns cilvēkam (IARC) un prasa īpašu piesardzību — ventilācija, aizsargaprīkojums un atbilstoša darba drošība.
• Ar aldehīdiem strādājot, jāievēro atbilstoši drošības datu lapu norādījumi (SDS) un apkārtējās vides aizsardzības prasības.

Kopsavilkumā, aldehīdi ir svarīga organiskās ķīmijas grupa ar raksturīgu formilgrupu R-CHO, plašu reakciju spektru un nozīmīgiem pielietojumiem rūpniecībā, farmācijā un smaržu ražošanā, taču tie prasa uzmanīgu rīkošanos tieši to toksicitātes un reaktivitātes dēļ.

Nomenklatūra

Aldehīdu IUPAC nosaukumi

Vispārpieņemtie aldehīdu nosaukumi ne vienmēr ir oficiālie nosaukumi. Tomēr IUPAC nosaukumi ir noderīgi. IUPAC iesaka šādu aldehīdu nomenklatūru:

1. Aldehīdus bez oglekļa gredzeniem nosauc pēc garākās oglekļa ķēdes, kurā ir aldehīds. Tādējādi HCHO ir nosaukts pēc metāna, bet CH3CH2CH2CHO - pēc butāna. Nosaukumu veido, mainot alkāna galotni -e uz -al. HCHO sauc par metanālu. CH3CH2CH2CH2CHO sauc par butanālu.
2. Ja gredzenam ir pievienota -CHO grupa, nosaukuma beigās pievieno -karbaldehīds. Tāpēc _C6H11CHO sauc par cikloheksānkarbaldehīdu. Ja ir citi nosaukumi, kas jāpievieno vārda beigās, jo ir citas funkcionālās grupas, vārda sākumā pievieno formil-. Dažreiz tā vietā pievieno metanoil-, bet formil- ir labāks.

Etimoloģija

Vārds aldehīds cēlies no latīņu valodas. Tas tika saīsināts no alcohol dehydrogenatus (dehidrogenēts spirts). Vārdu aldehīds radīja Justs fon Lībigs. Agrāk aldehīdus dažkārt sauca par atbilstošajiem alkoholiem, piemēram, acetaldehīdu par vīna aldehīdu. (Vinous ir no latīņu valodas vārda, kas apzīmē vīnu, kas ir tradicionālais etanola avots).

Termins formilgrupa cēlies no latīņu vai itāļu valodas vārda formica, kas nozīmē skudra.

Skudrskābe

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir aldehīds?

J: Kas ir formilgrupa?

J: Kas ir sānu ķēde molekulā?

J: Kas ir aldehīda funkcionālā grupa?

J: Ar ko aldehīdi atšķiras no ketoniem?

J: Kāda ir aldehīdu nozīme organiskajā ķīmijā?

J: Kādi ir daži aldehīdu izmantošanas veidi?

Meklēt pēc burta