Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Что такое альдегиды

В дебрях химии можно отыскать официальное определение альдегидов:

Альдегиды — это отдельный класс неких органических соединений, в которых обязательно содержится группа –CHO, т.н. «альдегидная группа». Это вещества типа «R-CHO», где карбонильная группа прямо связана с атомом водорода (одним) и группой R (тоже одной).

Но если карбонильные, СНО-содержащие группы звучат для вас, как Шицзячжуанский диалект, давайте максимально упростим. Но сначала договоримся:

  • Во-первых, альдегиды вообще и альдегиды, как парфюмерный термин – это не одно и то же. В парфюмерии группа альдегидов представляет собой более сжатое понятие. Если максимально упрощать, а именно это мы и договорились делать в данной статье, то парфюмерные альдегиды должны пахнуть.
  • Во-вторых, пройдемся по основным понятиям, которые предлагают нам различные источники, и, определив, что из них является мифом, отставим только правду, что и будет упрощенной версией.
  • В-третьих, с научной точки зрения, разные вещества в парфюмерии могут являться альдегидами, но нам, как пользователям ароматов, важно понимать, что подразумевается под этим понятием в описании композиций. Увидели в составе альдегиды, и не вспоминаете химию, а примерно представляете, о чем идут речь.

Завершающий пункт может быть пока не до конца понятным, но просто запомните его, далее все встанет на свои места.

Описание веществ

Альдегиды в отличие от спиртов не обладают подвижным атомом водорода, поэтому их молекулы не ассоциируются, что объясняет значительно более низкие температуры кипения. К примеру, альдегид формальдегид кипит уже при температуре -21 °С, а спирт метанол – при +65 °С.

Однако такой низкой температурой кипения обладает только формальдегид, следующий представитель – ацетальдегид закипает при +21°С. Поэтому при комнатной температуре из всех альдегидов только формальдегид – газ, ацетальдегид уже легколетучая жидкость. Увеличение количества атомов углерода закономерно повышает температуру кипения. Так, бензальдегид С6Н5СНО закипает только при +180 °С. Разветвление цепи вызывает понижение температуры кипения.

Низшие альдегиды, к примеру, формальдегид, хорошо растворимы в воде. 40%-ный раствор формальдегида называют формалином, его часто используют для консервации биологических препаратов. Высшие альдегиды хорошо растворимы в органических растворителях – спирте, эфире.

Общая формула альдегидов

Общая формула альдегидов: R–CН=O,

где R – атом водорода или углеводородный радикал.

Общая формула предельных альдегидов – СnH2nO или CnH2n+1–CH=O

Строение альдегидов и кетонов

Определяющий элемент структуры производных углеводородов – функциональная группа атомов. Она служит критерием для отнесения соединения к тому или иному классу органических веществ.

Формальгид – простейший альдегид, имеет молекулу, связанную с двумя атомами водорода. У всех других альдегидов молекулы связаны лишь с одним атомом водорода.

Углерод, связанный с карбонильной группой может быть частью алкильных либо неалкильных групп, они в свою очередь могут быть ациклическими, ароматическими или гетероциклическими кольцами. Органические соединения, обладающие двумя альдегидными группами называются диальдегидами.

Структура альдегидов

Карбонильная группа

Группа  называется карбонилом. Она образована посредством двойной связи, поскольку оба входящих в ее состав атома – углерод и кислород – sp2-гибридизованы.

В карбонильной группе атом углерода затрачивает на связь одну из трех валентностей, образованных гибридными sp2-облаками, и на связь – валентность, создаваемую единственным негибридным 2p-облаком. Кислородный атом вступает в связь с углеродом, затрачивая единственную свободную гибридную орбиталь, и в связь – через 2p-орбиталь аналогично углероду. Два оставшихся гибридных облака кислорода содержат неподеленные электронные пары и не создают свободных валентностей.

Читайте также:  Сложные эфиры: общая формула, химические и физические свойства, как отличить от простого

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Благодаря высокой электроотрицательности кислород оттягивает в свою сторону электронную плотность по обоим компонентам двойной связи, и она оказывается сильно поляризованной. За счет электронов, обладающих большой подвижностью и легко смещающихся к кислороду, дипольный момент связи C=O почти вчетверо выше, чем у одинарной связи С-O, характерной для спиртов.

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

На диполе C=O кислород обладает частичным отрицательным, а углерод – положительным зарядом. Это приводит к поляризации связей С-O у соседнего с карбонилом углеродного атома (отрицательный индуктивный, или I-эффект) и оказывает влияние на химические свойства.

Общая структура молекул альдегидов и кетонов

Состав карбонильных соединений описывается общей формулой. Различия между альдегидами и кетонами состоят в разном строении углеводородных остатков.

В альдегидах одна из свободных валентностей углерода группы присоединяет алкильный радикал, а вторая – атом водорода. В кетонах обе валентности связывают карбонил с алкильными остатками. Общее строение молекул соединений обоих классов имеет следующий вид:

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Характерные запахи альдегидов

Альдегиды обладают характерными запахами, причем низшие – резкими, неприятными. Всем известен неприятный запах формалина – водного раствора формальдегида. У высших альдегидов цветочные запахи, их применяют в парфюмерии.

Примером альдегидов – веществ с приятным запахом — является ванилин, обладающий ароматом ванили, и бензальдегид, придающий характерный аромат миндальным орехам. Оба вещества получают синтетически и широко используют в качестве ароматизаторов в кондитерской промышленности и парфюмерии.

Примеры альдегидных композиций

Вспоминать еще раз Шанель №5 не будем. Обратим внимание на другие хиты из данной группы парфюмерии.

Женские:

  • Lanvin Arpege, 1927 год.
  • Climat от Lancome, 1967 год.
  • Hermes Amazone, 1974 год.

Мужские:

  • Chanel Allure Sport Homme, 2004 год.
  • Aramis Aramis, 1966.
  • Givenchy Pi, 1998 год.

Конечно, это лишь капля в море альдегидной группы, но очевидно, что практически все старички выпускаются до сих пор, т.е. именно в этом семействе можно создать особых долгожителей. Желающие увидеть все ароматы данной группы могут просто нажать на кнопку:

Свойства альдегидов

Химические свойства

Практически все альдегиды способны вступать в разнообразные химические реакции, включая полимеризацию. Сочетание их с другими видами молекул ведет к созданию так званных конденсационных полимеров, которые активно используются, например, при производстве пластмассы, в качестве растворителей и парфюмерных ингредиентов.

А некоторые альдегиды даже принимают активное участие в физиологических процессах, так они являются частью:

  • витамина А, очень важного для зрения,
  • пиридоксальфосфата – одной из форм витамина В6,
  • глюкозы и прочих редуцированных сахаров,
  • некоторых природных и синтетических гормонов.

Важным отличием альдегидов от тех же углеродов является наличие у них карбонильной группы. Карбонильная группа эта изначально полярна, то есть электроны образующие связь С=О притягиваются больше к кислороду, нежели к углероду. Благодаря этому первый из электронов получает отрицательный заряд, а второй положительный.

Альдегиды
Также стоит заметить, что альдегиды имеют более высокий дипольный момент по сравнению с остальными углеводородными соединениями.

Физические свойства

Температура кипения альдегидов и их плавления гораздо выше у карбонилсодержащих соединений, нежели у просто состоящих из углерода и водорода. К примеру, бутан и ацетон имея одинаковую молекулярную массу, закипают очень по разному: бутан закипает уже при 0 С, в то время как ацетону для кипения необходимо уже +56 С.

В отличие от углеводородов альдегиды способны растворятся в воде, но не все, а только имеющие менее пяти атомов углерода в молекуле. Но если углеводородная часть их молекул выше этого числа, это делает их нерастворимыми в воде.

Предельные (насыщенные) альдегиды

Альдегиды

Гомологический ряд

Альдегиды

Альдегиды

Номенклатура и изомерия

Название альдегида по международной номенклатуре образуется от названия соответствующего алкана с таким же числом атомов углерода с добавлением окончания –аль. Нумерацию углеродной цепи начинают от атома углерода альдегидной группы.

Читайте также:  рН, ПР

В пределах класса альдегидов возможен только один вид изомерии – изомерия углеродной цепи.Альдегиды

Изомерия кетонов и альдегидов

Соединения состава образуют изомеры по структурным признакам: строению образующей молекулу углеродной цепи, местоположению карбонильных групп и наличию изомеров в других классах органических веществ.

Позиция функциональной группы

Изомерия данного типа свойственна кетонам с:

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Строение углеродного скелета

Изомерия по отсутствию либо наличию и характеру ветвления углеродной цепи свойственна всем карбонильным соединениям: альдегидам с и кетонам с. Ацетальдегид и формальдегид изомеров не имеют.

Например, альдегиды состава образуют изомеры:

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Межклассовая изомерия

Из единой для двух классов соединений общей формулы следует, что альдегиды и кетоны одинакового атомного состава – взаимные изомеры:

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Кроме того, они обладают межклассовой изомерией с такими соединениями, как:

  • непредельные спирты – алкенолы (при);
  • простые эфиры (при);
  • циклические оксиды (при).

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Получение

Рассмотрим способы получения альдегидов.

  • Окисление спиртов.

Альдегиды получают при окислении первичных спиртов. Например, формальдегид, который используют в производстве полимерных материалов, лекарств, красителей, взрывчатых веществ. В промышленности формальдегид получают окислением кислородом метанола: 2СН3ОН + О2 = 2СН2О + 2Н2О.

Реакцию проводят на раскаленной серебряной сетке, серебро является катализатором. Через сетку пропускают пары метанола, смешанные с воздухом. Реакция идет с выделением большого количества тепла, которого хватает для поддержания сетки в раскаленном состоянии.

  • Дегидрирование спиртов.

Альдегиды можно получать из спиртов и в отсутствии кислорода. В этом случае используют медный катализатор и высокие температуры (250 °С): R-CH2-OH = R-CHO + H2.

  • Восстановление хлорангидридов кислот.

Альдегиды можно получать восстановлением водородом хлорангидридов кислот. В качестве катализатора используют «отравленный» палладий – с пониженной активностью: RCClO + H2 = RCHO + HCl.

  • Получение ацетальдегида.

Ацетальдегид в промышленности получают окислением этилена кислородом или воздухом в жидкой фазе. В качестве катализатора необходим хлорид палладия (PdCl2): 2 СН2=СН2 + О2 = 2 СН3 СНО.

Получение и применение альдегидов на примере уксусного альдегида

Уксусный альдегид получают в больших количествах при помощи реакции Кучерова*:

* Кучеров Михаил Григорьевич (3.06.1850–26.06.1911) — русский химик-органик, открыл (1881) реакцию каталитической гидратации ацетиленовых углеводородов с образованием карбонилсодержащих соединений.

В небольших количествах этот альдегид можно получить окислением этанола:

Задание 23.5. В уроках 20.3 и 22.4 посмотрите на соответствующие уравнения реакций; обратите внимание, за счёт каких атомов они происходят, и попробуйте составить аналогичные уравнения реакций:

  1. пропин + вода →
  2. пропанол-1 + СuО →
  3. пропанол-2 + СuО →

Сделайте вывод: всегда ли в этих реакциях получаются альдегиды?

Если Вы всё сделали правильно, в реакциях 1 и 3 получается ацетон (кетон), а в реакции 2 — пропаналь.

Уксусный альдегид применяют для получения уксусной кислоты, этилового спирта, лекарств и других веществ.

Альдегиды: примеры, описание, получение, свойства

Реакции присоединения

В карбонильной группе С=О электронная плотность смещена к атому кислорода, поэтому на карбонильном атоме углерода формируется частичный положительный заряд, который обусловливает химическую активность альдегидов. Положительный заряд на атоме углерода группы С=О обеспечивает его активность в реакциях с нуклеофильными реагентами – водой, спиртом, магний органическими соединениями. Атом кислорода воды может атаковать карбонильный атом углерода, присоединяться к нему и вызывать разрыв связи С=О.

Реакции присоединения

Реакции конденсации

Альдегиды вступают в реакции альдольной и кротоновой конденсации.

Ацетальдегид при действии слабого раствора щелочи на холоду превращается в альдоль. Продуктом реакции является жидкость, смешивающаяся с водой при пониженном давлении. Это вещество содержит как альдегидную, так и спиртовую группу (отсюда и название).

Альдольная конденсация

Качественные реакции

Для выявления альдегидов можно использовать две качественные реакции:

  • Реакция «серебряного зеркала». Реакция идет с реактивом Толленса – аммиачным раствором оксида серебра. При смешивании раствора аммиака и раствора нитрата серебра образуется сначала раствор гидроксида серебра, а при добавлении избытка аммиака — раствор гидроксида диамминсеребра (I), который и является окислителем. При взаимодействии с альдегидом выделяется элементное серебро в виде черного осадка. Если реакцию проводить при медленном нагревании, не тряся пробирку, серебро покроет стенки пробирки, создавая эффект «зеркала».
  • Реакция «медного зеркала». Другим реактивом, открывающим альдегидную группу, является гидроксид меди (II). При взаимодействии с альдегидом он восстанавливается до оксида меди (I). Цвет меняется с синего сначала на оранжевый, затем на желтый. Если реакцию проводить при медленном нагревании, оксид будет образовывать тонкий оранжево-красный налет на стенках пробирки – «медное зеркало»: СН3СНО + 2 Cu(OH)2 + NaOH = CH3COONa + Cu2O↓ + 3H2O.
Читайте также:  Круговорот углерода в природе - особенности, описание и схема процесса

Где и как используются альдегиды

Альдегиды являются токсичными веществами и обладают способностью накапливаться в организме. Также соединения характеризуются раздражающим и нейротоксическим действием. Эффект определяется молекулярной массой: чем она больше, тем слабее раздражающее, но сильнее наркотическое действие. При этом ненасыщенные альдегиды обладают большей токсичностью по сравнению с насыщенными.

Определенные виды альдегидов имеют канцерогенные свойства. Вещества вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и верхних дыхательных путей, негативно влияют на нервную систему. При увеличении количества атомов углерода в молекуле раздражающее действие уменьшается. Ненасыщенные альдегиды обладают более сильным раздражающим действием по сравнению с насыщенными.

Ацетальдегид СН3СНО вызывает возбуждение, которое сменяет наркоз. Вещество представляет собой промежуточный продукт метаболизма этилового спирта в организме. Действие тримера этого альдегида — паральдегида (С2Н4O)3 — мощнее и длительнее. Тетрамер — метальдегид (С2Н4O)4 — представляет собой более токсичное вещество. Увеличение длины алкильного радикала в молекуле альдегида сопровождается усилением физиологической активности и токсичности соединения.

Путем введения галогена в молекулу альдегида усиливают наркотическое (снотворное) действие вещества. Таким образом, наркотические свойства хлораля более выражены, чем у ацетальдегида. Альдегидная группа повышает степень токсичности вещества.

Данный показатель может быть существенно снижен в процессе образования гидратной формы альдегида. Гидратные формы характеризуются низкой токсичностью. В такой форме хлораль используют в медицинской отрасли под названием хлоралгидрата, который проявляет снотворное действие.

Введение гидроксильных групп в молекулу альдегида или их конденсация, сопровождающаяся формированием альдолей, значительно понижают реакционную способность, а также физиологическую активность соединений. К примеру, сахара являются фармакологически инертными веществами.

Ароматические альдегиды в большей степени характеризуются низкой токсичностью, что объясняется простотой их окисления до соответствующих кислот, которые, как правило, достаточно инертны.

Лекарственные препараты, в составе молекулы которых есть альдегидная группа, с указанием их основного действия на организм:

По сравнении с другими альдегидами наибольшими объемами производства характеризуется формальдегид (примерно 6 млн тонн/год). Основной областью применения вещества является выпуск смол — бакелита, галалита (в сочетании с мочевиной, меламином и фенолом). Соединение используют в процессе дубления кож и протравливания зерна.

Также из формальдегида производят лекарственные средства (уротропин). Соединение используют в качестве консерванта биологических препаратов (за счет свойства свертывать белок). Формальдегид является предшественником метилендифенилдиизоцианата, который применяется при изготовлении полиуретанов и гексогена, являющегося достаточно мощной взрывчаткой.

Вторым по объемам производства альдегидом является масляный альдегид. Синтезируют примерно 2,5 млн тонн в год данного вещества по технологии гидроформилирования. Определенные виды альдегидов получают в ограниченных масштабах (менее 1000 тонн в год) и применяют как ингредиенты в парфюмерной промышленности. К примеру, к таким соединениям относят коричный альдегид и его производные в виде цитраля и лилиаля.

Ацетальдегид применяют в процессе получения уксусной кислоты, этилового спирта, бутадиена для синтеза производных пиридина, пентаэритрита и кротонового альдегида, поливинилацетата и пластмасс. Вещества необходимы для производства спиртов, в том числе, бутиловых, 2-этилгексанола, пентаэритрита. Также альдегиды используют для получения карбоновых кислот, полимеров, антиоксидантов, пиридиновых оснований.

Источники
  • https://vash-aromat.ru/aldegidnaya-parfumeria
  • https://FB.ru/article/438739/aldegidyi-primeryi-opisanie-poluchenie-svoystva
  • http://ru.solverbook.com/spravochnik/formuly-po-ximii/formula-aldegida/
  • https://allinchemistry.ru/organicheskaya-himiya/gomologicheskij-ryad-aldegidov-i-ketonov
  • https://www.poznavayka.org/himiya/aldegidyi/
  • https://al-himik.ru/aldegidy/
  • https://1Ku.ru/obrazovanie/37768-aldegidy-primery-opisanie-poluchenie-svojstva/
  • https://himi4ka.ru/samouchitel-po-himii/urok-23-aldegidy.html
  • https://Wika.TutorOnline.ru/himiya/class/10/aldegidy-himicheskie-svojstva-poluchenie-primenenie

Ваша оценка?

Петр Иваныч
Петр Иваныч
Возможно этот человек ответит на ваши вопросы
Задать вопрос
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Всё о химии
Adblock
detector