Aldehydenstructuur, eigenschappen, nomenclatuur, toepassingen en voorbeelden

de aldehyden het zijn organische verbindingen die de algemene formule RCHO hebben. R staat voor een alifatische of aromatische keten; C tot koolstof; Of zuurstof en H voor waterstof. Ze worden gekenmerkt door een carbonylgroep zoals ketonen en carbonzuren, zodat aldehyden ook carbonylverbindingen worden genoemd.

De carbonylgroep geeft het aldehyde veel van zijn eigenschappen. Het zijn verbindingen die gemakkelijk oxideren en zeer reactief zijn voor nucleofiele toevoegingen. De dubbele binding van de carbonylgroep (C = O) heeft twee atomen die verschillen in hun aviditeit voor elektronen (elektronegativiteit) hebben.

Zuurstof trekt elektronen sterker aan dan koolstof, dus de elektronische wolk beweegt er naartoe en maakt de dubbele binding tussen koolstof en zuurstof polair, met een belangrijk dipoolmoment. Dit maakt de aldehyden polaire verbindingen.

De polariteit van de aldehyden zal hun fysische eigenschappen beïnvloeden. Het kookpunt en de oplosbaarheid van aldehyden in water zijn groter dan niet-polaire chemische verbindingen met vergelijkbare molecuulgewichten, zoals het geval is van koolwaterstoffen.

Aldehyden met minder dan vijf koolstofatomen zijn oplosbaar in water, omdat waterstofbruggen worden gevormd tussen de zuurstof van de carbonylgroep en het watermolecuul. Het verhogen van het aantal koolstofatomen in de koolwaterstofketen resulteert echter in een toename van het niet-polaire deel van het aldehyde, waardoor het minder oplosbaar wordt in het water.

Maar hoe zijn ze en waar komen ze vandaan? Hoewel de aard ervan in wezen afhangt van de carbonylgroep, draagt ​​de rest van de moleculaire structuur ook veel bij aan het geheel. Ze kunnen dus van elke grootte zijn, klein of groot, of zelfs een macromolecuul kan gebieden hebben waar het karakter van de aldehyden overheerst.

Dus, zoals bij alle chemische verbindingen, zijn er "aangename" aldehyden en andere bittere. Ze kunnen worden gevonden in natuurlijke bronnen of op grote schaal worden gesynthetiseerd. Voorbeelden van aldehyden zijn vanilline, zeer aanwezig in ijs (bovenste afbeelding) en acetaldehyde, dat smaak toevoegt aan alcoholische dranken.

index

• 1 Chemische structuur 
• 2 Fysische en chemische eigenschappen
  • 2.1 Smeltpunten
  • 2.2 Kookpunten
  • 2.3 Oplosbaarheid in water uitgedrukt in g / 100 g H2O
• 3 Reactiviteit
  • 3.1 Oxidatiereactie
  • 3.2 Vermindering tot alcoholen
  • 3.3 Reductie tot koolwaterstoffen
  • 3.4 Nucleofiele toevoeging
• 4 nomenclatuur
• 5 Gebruik
  • 5.1 Formaldehyde
  • 5.2 Bakeliet
  • 5.3 Multiplex
  • 5.4 Polyurethaan
  • 5.5 Butiraldehyde
  • 5.6 Acetaldehyde
  • 5.7 Samenvatting
• 6 Voorbeelden van aldehyden
  • 6.1 Glutaaraldehyde
  • 6.2 Benzaldehyde
  • 6.3 Glyceraldehyde
  • 6.4 Glyceraldehyde-3-fosfaat
  • 6.5 11-cis-retina
  • 6.6 Pyridoxaalfosfaat (vitamine B6)
  • 6.7 Salicylaldehyde
• 7 Referenties

Chemische structuur 

Aldehyden bestaan ​​uit een carbonyl (C = O) waaraan een waterstofatoom direct is gekoppeld. Dit onderscheidt het van andere organische verbindingen zoals ketonen (R.₂C = O) en carbonzuren (RCOOH).

De moleculaire structuur rond de -CHO, formylgroep wordt getoond in het bovenste beeld. De formylgroep is vlak omdat koolstof en zuurstof sp-hybridisatie hebben². Deze vlakheid maakt het vatbaar voor de aanval van nucleofiele soorten en oxideert daarom gemakkelijk.

Waar verwijst deze oxidatie naar? Voor de vorming van een binding met een ander atoom dat meer elektronegatief is dan koolstof; en voor het geval van aldehyden is het een zuurstof. Aldehyd wordt dus geoxideerd tot een carbonzuur, -COOH. Wat als het aldehyde werd gereduceerd? In plaats daarvan zou er een primaire alcohol worden gevormd, ROH.

Aldehyden worden alleen geproduceerd uit primaire alcoholen: die waarbij de OH-groep zich aan het einde van een keten bevindt. Evenzo de formylgroep altijd bevindt zich aan het einde van een ketting of steekt er uit of de ring als een substituent (als er andere, belangrijker groepen zijn, zoals -COOH).

Fysische en chemische eigenschappen

Omdat het polaire verbindingen zijn, zijn hun smeltpunten hoger dan die van niet-polaire verbindingen. De aldehydemoleculen zijn niet in staat om intermoleculair te binden door waterstofbindingen, waarbij alleen koolstofatomen aan waterstofatomen gebonden zijn.

Vanwege het bovenstaande hebben aldehyden lagere kookpunten dan alcoholen en carbonzuren.

Smeltpunten

Formaldehyde -92; Acetaldehyde -121; Propionaldehyde -81; n- Butyraldehyde -99; n-Valeraldehyde -91; Caproaldehyde -; Heptaldehyde - 42; Fenylacetaldehyde -; Benzaldehyde -26.

Kookpunten

Formaldehyde -21; Acetaldehyde 20; Propionaldehyde 49; n-Butyraldehyde 76; n-Valeraldehyde 103; Caproaldehyde 131; Heptaldehyde 155; Fenylacetaldehyde 194; Benzaldehyde 178.

Oplosbaarheid in water uitgedrukt in g / 100 g H₂O

Formaldehyde, zeer oplosbaar; Acetaldehyde, oneindig; Propionaldehyde, 16; n-Butyraldehyde, 7; n-Valeraldehyde, enigszins oplosbaar; caproaldehyde, enigszins oplosbaar; Licht oplosbaar fenylacetaldehyde; Benzaldehyde, 0,3.

De kookpunten van aldehyden hebben de neiging om direct toe te nemen met het molecuulgewicht. Integendeel, er is een tendens om de oplosbaarheid van de aldehyden in water te verminderen wanneer hun molecuulgewicht toeneemt. Dit komt tot uiting in de fysische constanten van de bovengenoemde aldehyden.

reactiviteit

Oxidatie reactie

De aldehyden kunnen worden geoxideerd tot het overeenkomstige carbonzuur in de aanwezigheid van een van deze verbindingen: Ag (NH)₃)₂, KMnO₄ of K₂Cr₂O₇.

Vermindering tot alcoholen

Ze kunnen worden gehydrogeneerd met behulp van nikkel-, platina- of palladiumkatalysatoren. Aldus wordt C = O getransformeerd in C-OH.

Reductie tot koolwaterstoffen

In de aanwezigheid van Zn (Hg), geconcentreerde HCl of in NH₂NH₂ de aldehyden verliezen de carbonylgroep en worden koolwaterstoffen.

Nucleofiele toevoeging

Er zijn verschillende verbindingen die aan de carbonylgroep worden toegevoegd, waaronder: Grignard-reagentia, cyanide, ammoniakderivaten en alcoholen.

nomenclatuur

In het bovenste beeld zijn vier aldehyden weergegeven. Hoe heten ze?

Omdat het geoxideerde primaire alcoholen zijn, wordt de naam van de alcohol gewijzigd in -ol-by. Aldus werd methanol (CH₃OH) als het geoxideerd is tot CH₃CHO wordt methanal (formaldehyde) genoemd; CH₃CH₂CHO-ethanal (aceetaldehyde); CH₃CH₂CH₂CHO-propanal en CH₃CH₂CH₂CH₂CHO butanal.

Alle nieuw genoemde aldehyden hebben de -CHO-groep aan het einde van de keten. Als het aan beide uiteinden is, zoals in A, wordt aan het einde -al het voorvoegsel di- toegevoegd. Omdat A zes koolstofatomen heeft (die van beide formylgroepen tellen), is het afgeleid van 1-hexanol en de naam is daarom: hexaanwijzerplaat.

Wanneer een substituent zoals een alkylgroep, een dubbele of drievoudige binding, of een halogeen, de koolstofatomen van de keten zijn opgenomen -CHO geeft het getal 1. Aldus wordt het aldehyde B genaamd 3-yodohexanal.

In de aldehyden C en D heeft de -CHO-groep echter geen prioriteit om genoemde verbindingen van anderen te identificeren. C is een cycloalkaan, terwijl D een benzeen is, beide met een van hun H gesubstitueerd door een formylgroep.

Daarin, omdat de hoofdstructuur cyclisch is, wordt de formylgroep carbaldehyde genoemd. Zo is C cyclohexaancarbaldehyde en D is benzeencarbaldehyde (beter bekend als benzaldehyde).

toepassingen

Er zijn aldehyden in de natuur die aangename smaken kunnen verlenen, zoals cinnamaldehyde, verantwoordelijk voor de karakteristieke smaak van kaneel. Dat is waarom ze vaak worden gebruikt als kunstmatige smaakstoffen in veel producten zoals snoep of voedsel.

formaldehyde

Het formaldehyde is het aldehyde dat industrieel in grotere hoeveelheden wordt geproduceerd. Het formaldehyde verkregen door de oxidatie van methanol wordt gebruikt in een 37% oplossing van het gas in water, onder de naam formaline. Dit wordt gebruikt bij het bruinen van huiden en bij het conserveren en balsemen van lijken.

Evenzo wordt formaldehyde gebruikt als een germicide, fungicide en insecticide voor planten en groenten. Het grootste nut is echter de bijdrage aan de productie van polymeer materiaal. Het plastic genaamd bakeliet wordt gesynthetiseerd door de reactie tussen formaldehyde en fenol.

bakeliet

Bakeliet is een polymeer met een driedimensionale structuur van grote hardheid die wordt gebruikt in veel huishoudelijk gerei, zoals potten, pannen, koffiezetapparaten, messen, enz..

Polymeren vergelijkbaar met bakeliet zijn gemaakt van formaldehyde in combinatie met de verbindingen ureum en melamine. Deze polymeren worden niet alleen als kunststoffen gebruikt, maar ook als hechtkleefstoffen en bekledingsmateriaal gebruikt.

multiplex

Multiplex is de handelsnaam van een materiaal gevormd door dunne platen hout, verbonden door polymeren geproduceerd uit formaldehyde. De merken Formica en Melmac worden vervaardigd met de deelname van deze. De Formica is een plastic materiaal dat wordt gebruikt voor het coaten van meubels.

Melmac-plastic wordt gebruikt bij de bereiding van gerechten, glazen, kopjes, enz. Het formaldehyde is grondstof voor de synthese van de verbinding methyleen-difenyl-diisocyanaat (MDI), voorloper van polyurethaan.

polyurethaan

Polyurethaan wordt gebruikt als isolatie in koelkasten en diepvriezers, meubelvulling, matrassen, coatings, kleefstoffen, zolen, enz..

butyraldehyde

Butyraldehyde is de belangrijkste voorloper voor de synthese van 2-ethylhexanol, dat wordt gebruikt als weekmaker. Het heeft een aangenaam appelaroma dat het gebruik ervan in voedingsmiddelen als smaakstof mogelijk maakt.

Het wordt ook gebruikt voor de productie van rubberversnellers. Komt tussen als een intermediair reagens bij de productie van oplosmiddelen.

acetaldehyde

Acetaldehyde werd gebruikt bij de productie van azijnzuur. Maar deze functie van aceetaldehyde is in belang afgenomen, omdat het is vervangen door het carbonyleringsproces van methanol.

synthese

Andere aldehyden zijn voorlopers van oxoalcohols, die worden gebruikt bij de productie van detergentia. De zogenaamde oxoalcohols worden bereid door koolmonoxide en waterstof aan een olefine toe te voegen om een ​​aldehyde te verkrijgen. En tenslotte wordt het aldehyde gehydrogeneerd om de alcohol te verkrijgen.

Sommige aldehyden worden gebruikt bij de vervaardiging van parfums, zoals het geval is bij Chanel nr. 5. Veel aldehyden van natuurlijke oorsprong hebben aangename geuren, bijvoorbeeld: heptanal ruikt groen gras; het octanal een oranje geur; de nonanal een geur van rozen en de citral een geur van limoen.

Voorbeelden van aldehyden

glutaraldehyde

Het glutaaraldehyde heeft aan zijn beide uiteinden twee formylgroepen.

Op de markt gebracht onder de naam Cidex of Glutaral, wordt het gebruikt als een ontsmettingsmiddel om chirurgische instrumenten te steriliseren. Het wordt gebruikt bij de behandeling van wratten op de voeten, waarbij het zichzelf als een vloeistof aanbrengt. Het wordt ook gebruikt als een weefsel fixeermiddel in histologie en pathologie laboratoria.

benzaldehyde

Het is het eenvoudigste aromatische aldehyde dat wordt gevormd door een benzeenring waar een formylgroep aan bindt.

Het wordt aangetroffen in amandelolie, vandaar de karakteristieke geur waardoor het als voedingsmiddelaroma kan worden gebruikt. Bovendien wordt het gebruikt bij de synthese van organische verbindingen die verband houden met de vervaardiging van geneesmiddelen en bij de vervaardiging van kunststoffen.

glyceraldehyde

Het is een aldotriose, een suiker die bestaat uit drie koolstofatomen. Het heeft twee isomeren die enantiomeren D en L worden genoemd. Het glyceraldehyde is het eerste monosaccharide dat tijdens de donkere fase in de fotosynthese wordt verkregen (Calvin-cyclus).

Glyceraldehyde-3-fosfaat

De structuur van glyceraldehyde-3-fosfaat wordt geïllustreerd in het bovenste beeld. De rode bollen naast het geel komen overeen met de fosfaatgroep, terwijl het koolstofskelet zwart is. De rode bol gekoppeld aan het witte is de OH-groep, maar wanneer deze gekoppeld is aan de zwarte bol en de laatste aan de witte bol, dan is het de CHO-groep.

Glyceraldehyde-3-fosfaat is betrokken bij glycolyse, een metabolisch proces waarbij glucose wordt afgebroken tot pyrodruivenzuur met de productie van ATP, een energiereservoir van levende wezens. Bovendien, van de productie van NADH, een biologisch reductiemiddel.

Bij glycolyse zijn glyceraldehyde-3-fosfaat en dihydroacetonfosfaat afkomstig van de splitsing van D-fructose-1-6-bifosfaat

Het glyceraldehyde-3-fosfaat komt tussen in het metabole proces dat bekend staat als de pentose-cyclus. Hierin wordt NADPH gegenereerd, een belangrijk biologisch reductiemiddel.

11-cis-retinal

Β -caroteen is een natuurlijk pigment dat aanwezig is in verschillende groenten, vooral in wortels. Hij ondergaat een oxidatieve breuk in de lever en transformeert zichzelf in de alcoholretinol of vitamine A. De oxidatie van vitamine A en de daaropvolgende isomerisatie van een van zijn dubbele bindingen vormt de aldehyde 11-cis-retinase.

Pyridoxal fosfaat (vitamine B6)

Het is een prosthetische groep die gekoppeld is aan verschillende enzymen, de actieve vorm van vitamine B6 en neemt deel aan het syntheseproces van de remmende neurotransmitter GABA.

Waar is de formylgroep in zijn structuur? Merk op dat dit verschilt van de rest van de groepen die aan de aromatische ring zijn gekoppeld.

salicylaldehyde

Het is een grondstof voor de synthese van acetylsalicylzuur, een analgetische en antipyretische drug bekend als aspirine..

referenties

1. Robert C. Neuman, Jr. Hoofdstuk 13, Carbonyl-verbindingen: ketonen, aldehyden, carboxylzuren. [PDF]. Genomen uit: chem.ucr.edu
2. Germán Fernández. (14 september 2009). Naamgeving van aldehyden. Genomen uit: quimicaorganica.net
3. T.W. Graham Solomons, Craigh B. Fryhle. Organische chemie. (Tiende editie, p. 729-731) Wiley Plus.
4. Jerry March en William H. Brown. (31 december 2015). Aldehyde. Genomen uit: britannica.com
5. Wikipedia. (2018). Aldehyden. Genomen vanaf: https://en.wikipedia.org/wiki/Aldehyde
6. Morrison, R. T. en Boyd, R. N. (1990). Organische chemie vijfde editie. Redactie Addison-Wesley Iberoamericana.
7. Carey, F. A. (2006). Organic Chemistry zesde editie. Mc Graw Hill.
8. Mathews, Ch. K., Van Holde, K.E. en Athern, K.G. (2002). Biochemie. Derde editie. Pearson Adisson Wesley.