Aldehidi (formilna skupina): kaj so, struktura, lastnosti in uporaba

Aldehid (/ˈæældɪhaɪd/) je organska spojina, ki vsebuje formilno skupino. Formilna skupina je del molekule s splošno strukturo R-CHO. Gre za ogljikov atom, dvojno vezan na kisik (C=O), obenem pa vezan na vodik (vodik) in na preostali del molekule (oznaka skupina R). Ko je R vodik (R = H), dobimo najpreprostejši aldehid, formaldehid (metanal). Skupina −CHO se imenuje aldehidna ali formilna skupina. Aldehidi se razlikujejo od ketonov, ker je formilna skupina pri aldehidih vedno na koncu molekule (ogljik je vezan na en ogljikov ali vodikov atom in na vodik), medtem ko je pri ketonih karbonilna skupina vezana na dva ogljikova substituenta (je v znotraj molekule). Aldehidi so pogosti v organski kemiji in so sestavni del številnih dišav in aroma.

Struktura in poimenovanje

Aldehide po IUPAC-u poimenujemo tako, da ime ogljikovodikovega ogrodja zamenja končnico »-an« z »-al« (npr. etan → etanal). Pogosti primeri:

• Formaldehid (metanal): H-CHO
• Acetaldehid (etanAL): CH3-CHO
• Benzaldehid: C6H5-CHO

Skupina R je lahko alifatska (alkilna), aromatska (npr. fenil) ali celo vodik. Prisotnost elektronsko potegnih ali dajalnih substituentov močno vpliva na reaktivnost in lastnosti aldehida.

Fizikalne lastnosti

• Aldehidi so običajno polarne spojine (zaradi karbonilne skupine), kar poveča njihovo topnost v polarnih topilih in zviša vrelišče v primerjavi z nepolarnimi molkulami podobne mase.
• Manjši aldehidi (npr. formaldehid, acetaldehid) so plini ali nizkocesteče tekočine, večji aldehidi so tekočine z značilnimi vonji (mnogo dišav vsebuje aldehide).
• Aldehidni vodik (−CHO) daje značilne absorpcijske pasove v IR (~2720–2820 cm−1 za aldehidni C–H) in močan pas karbonilne skupine pri približno 1700–1740 cm−1.

Kemijske lastnosti in tipične reakcije

Aldehidi so reaktivnejši kot ketoni zaradi večje elektronske deficitarne narave karbonilnega ogljika (manj ogljikov vezanih nanj kot pri ketonih). Najpomembnejše vrste reakcij:

• Nukleofilne adicije na karbonilni ogljik (npr. hidracija, adicija alkoholov → acetalov/ hemiacetalov).
• Oksidacija v karboksilne kisline (enostavno pri primarnih aldehidih). Oksidanti: KMnO4, CrO3, ali celo zračni kisik pri nekaterih spojinah.
• Redukcija v primarne alkohole (npr. z NaBH4 ali LiAlH4).
• Kondenzacijske reakcije, npr. aldolna kondenzacija (če ima aldehid α-vodike), aldolni proizvodi lahko nadalje kondenzirajo.
• Cannizzaro reakcija (disproporcionacija) za aldehide brez α-H: ena molekula se oksidira v kislino, druga redukcijsko v alkohol.
• Reakcije tvorbe imen (Schiffove baze) z amini, pomembne v sintezi in biokemiji.
• Specifični testi: Tollenov reagent (»srebrno ogledalo«) in Fehlingov reagent razlikujeta aldehide od ketonov (pozitivni pri reducibilnih aldehidih).

Priprava

• Oksidacija primarnih alkoholov (blagi oksidanti, npr. PCC) — pogosto najpogostejša laboratorijska pot.
• Katalitična oksidacija ogljikovodikov ali selektivna oksidacija alkilbenzenov (za arilne aldehide).
• Ozonoliza alkenov (pravilno pogoji dajejo aldehide ali ketone glede na substitucijo dvojne vezi).
• Gospodarske poti, npr. sinteza formaldehida z oksidacijo metanola.

Uporaba

• Formaldehid: proizvodnja smol (urea-formaldehidne in fenol-formaldehidne smole), dezinfekcijska sredstva, konzervansi in industrijska kemija.
• Acetaldehid: med drugim kot reakcijski medij pri sintezi drugih spojin.
• Aldehidi v parfumeriji in živilstvu: številni aldehidi dajejo značilne vonje (npr. benzaldehid vonj po mandljih).
• V organski sintezi kot medprodukt ali gradnik (npr. za pripravo alkoholov, kislin, imidov, heterocikličnih spojin).

Varnost in okoljski vplivi

Mnogi aldehidi so dražilni za oči in sluznico; formaldehid je znan kot toksičen in karcinogen (IARC). Dolgotrajna izpostavljenost lahko povzroči respiratorne težave in senzibilizacijo kože. Pri delu z aldehidi upoštevajte varnostne ukrepe: prezračevanje, osebna zaščitna oprema, pravilno skladiščenje in odvajanje odsevnih pare.

Spektroskopija in prepoznavanje

• IR: značilen močan pas C=O približno 1700–1740 cm−1; aldehidni C–H absorpciji pri ≈2720–2820 cm−1.
• 1H NMR: aldehidni proton običajno pri δ ≈ 9–10 ppm (en sam signal za −CHO).
• 13C NMR: karbonilni ogljik aldehida pri približno 190–205 ppm.

Aldehidi so torej pomembna in široko uporabljena skupina organskih spojin s specifično formilno skupino (−CHO). Njihova reaktivnost jih naredi ključne v sinteznih poteh, a hkrati zahteva previdnost zaradi kemijske toksičnosti nekaterih predstavnikov.

Nomenklatura

Imena IUPAC za aldehide

Običajna imena aldehidov niso vedno uradna imena. Vendar pa so imena IUPAC uporabna. IUPAC priporoča naslednje poimenovanje aldehidov:

1. Aldehidi brez ogljikovih obročev so poimenovani glede na najdaljšo ogljikovo verigo, ki vsebuje aldehid. Tako je HCHO poimenovan po metanu, CH3CH2CH2CHO pa po butanu. Ime se tvori tako, da se končnica -e osnovnega alkana spremeni v -al. HCHO se imenuje metanal. CH3CH2CH2CHO se imenuje butanal.
2. Če je na obroč priključena skupina -CHO, se na koncu imena doda -karbaldehid. Zato je _C6H11CHO znan kot cikloheksan-karbaldehid. Če je treba zaradi prisotnosti drugih funkcionalnih skupin na konec besede dodati še druga imena, se na začetek besede doda formil-. Včasih je namesto tega dodan metanoil, vendar je formil- boljši.

Etimologija

Beseda aldehid izhaja iz latinščine. Skrajšana je bila iz alcohol dehydrogenatus (dehidrogeniran alkohol). Besedo aldehid je ustvaril Justus von Liebig. V preteklosti so aldehide včasih poimenovali po ustreznih alkoholih, na primer vinski aldehid za acetaldehid. (Vinous izhaja iz latinske besede za vino, ki je tradicionalni vir etanola).

Izraz formilna skupina izhaja iz latinske ali italijanske besede formica, ki pomeni mravlja.

Mravljinčna kislina

Vprašanja in odgovori

V: Kaj je aldehid?

V: Kaj je formilna skupina?

V: Kaj je stranska veriga v molekuli?

V: Kaj je funkcionalna skupina v aldehidu?

V: V čem se aldehidi razlikujejo od ketonov?

V: Kakšen je pomen aldehidov v organski kemiji?

V: Katere so pogoste uporabe aldehidov?

Išči po črki