ALDEHYDE: STRUKTUR, EIGENSCHAFTEN, VERWENDUNGEN UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die Aldehyde sind organische Verbindungen mit der allgemeinen Formel RCHO. R eine aliphatische oder aromatische Kette darstellt; C zu Kohlenstoff; O zu Sauerstoff und H zu Wasserstoff. Sie zeichnen sich durch eine Carbonylgruppe wie Ketone und Carbonsäuren aus, weshalb Aldehyde auch als Carbonylverbindungen bezeichnet werden.

Die Carbonylgruppe verleiht dem Aldehyd viele seiner Eigenschaften. Sie sind Verbindungen, die leicht oxidieren und sehr reaktiv auf nukleophile Additionen sind. Die Doppelbindung der Carbonylgruppe (C = O) hat zwei Atome, die sich in ihrer Avidität für Elektronen unterscheiden (Elektronegativität).

Allgemeine Struktur von Aldehyden

Sauerstoff zieht Elektronen mit größerer Kraft als Kohlenstoff an, daher bewegt sich die Elektronenwolke darauf zu und macht die Doppelbindung zwischen Kohlenstoff und Sauerstoff von Natur aus polar mit einem signifikanten Dipolmoment. Dies macht die Aldehyde zu polaren Verbindungen.

Die Polarität der Aldehyde beeinflusst ihre physikalischen Eigenschaften. Der Siedepunkt und die Löslichkeit von Aldehyden in Wasser sind höher als bei unpolaren chemischen Verbindungen mit ähnlichen Molekulargewichten, wie dies bei Kohlenwasserstoffen der Fall ist.

Aldehyde mit weniger als fünf Kohlenstoffatomen sind wasserlöslich, da Wasserstoffbrücken zwischen dem Sauerstoff der Carbonylgruppe und dem Wassermolekül gebildet werden. Eine Erhöhung der Anzahl der Kohlenstoffe in der Kohlenwasserstoffkette führt jedoch zu einer Erhöhung des unpolaren Anteils des Aldehyds, wodurch dieser in Wasser weniger löslich wird.

Aber wie sind sie und woher kommen sie? Obwohl seine Natur im Wesentlichen von der Carbonylgruppe abhängt, trägt auch der Rest der Molekülstruktur viel zum Ganzen bei. Somit können sie von beliebiger Größe sein, klein oder groß, oder sogar ein Makromolekül kann Regionen aufweisen, in denen der Charakter von Aldehyden überwiegt.

So gibt es wie bei allen chemischen Verbindungen "angenehme" Aldehyde und andere bittere. Sie können in natürlichen Quellen gefunden oder in großem Maßstab synthetisiert werden. Beispiele für Aldehyde sind Vanillin, das in Eiscreme sehr vorhanden ist (oberes Bild), und Acetaldehyd, das alkoholischen Getränken Geschmack verleiht.

Chemische Struktur

Quelle: Von NEUROtiker aus Wikimedia Commons

Aldehyde bestehen aus einem Carbonyl (C = O), an das ein Wasserstoffatom direkt gebunden ist. Dies unterscheidet es von anderen organischen Verbindungen wie Ketonen (R ₂ C = O) und Carbonsäuren (RCOOH).

Das obere Bild zeigt die Molekülstruktur um -CHO, eine Formylgruppe. Die Formylgruppe ist flach, da Kohlenstoff und Sauerstoff eine sp ² -Hybridisierung aufweisen . Diese Planarität macht es anfällig für Angriffe durch nukleophile Spezies und daher leicht oxidierbar.

Worauf bezieht sich diese Oxidation? Zur Bildung einer Bindung mit einem anderen Atom, das elektronegativer als Kohlenstoff ist; und im Fall von Aldehyden ist es ein Sauerstoff. So wird der Aldehyd zu einer Carbonsäure -COOH oxidiert. Was ist, wenn der Aldehyd reduziert wurde? An seiner Stelle würde sich ein primärer Alkohol, ROH, bilden.

Aldehyde werden nur aus primären Alkoholen hergestellt: solchen, bei denen sich die OH-Gruppe am Ende einer Kette befindet. In gleicher Weise befindet sich die Formylgruppe immer am Ende einer Kette oder ragt als Substituent aus dieser oder dem Ring heraus (wenn es andere wichtigere Gruppen wie -COOH gibt).

Physikalische und chemische Eigenschaften

Als polare Verbindungen sind ihre Schmelzpunkte höher als die von unpolaren Verbindungen. Aldehydmoleküle können nicht intermolekular Wasserstoffbrückenbindungen eingehen, da sie nur Kohlenstoffatome aufweisen, die an Wasserstoffatome gebunden sind.

Aufgrund des oben Gesagten haben Aldehyde niedrigere Siedepunkte als Alkohole und Carbonsäuren.

Schmelzpunkte

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

Siedepunkte

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

Löslichkeit in Wasser ausgedrückt in g / 100 g H.

Formaldehyd, sehr löslich; Acetaldehyd, unendlich; Propionaldehyd, 16; n-Butyraldehyd, 7; n-Valeraldehyd, schwer löslich; Caproaldehyd, schwer löslich; Leicht löslicher Phenylacetaldehyd; Benzaldehyd, 0,3.

Die Siedepunkte von Aldehyden neigen dazu, direkt mit dem Molekulargewicht anzusteigen. Im Gegenteil, es besteht die Tendenz, die Löslichkeit von Aldehyden in Wasser mit zunehmendem Molekulargewicht zu verringern. Dies spiegelt sich in den physikalischen Konstanten der gerade erwähnten Aldehyde wider.

Reaktivität

Oxidationsreaktion

Aldehyde können in Gegenwart einer dieser Verbindungen zu der entsprechenden Carbonsäure oxidiert werden: Ag (NH ₃ ) ₂ , KMnO ₄ oder K ₂ Cr ₂ O ₇ .

Reduktion auf Alkohole

Sie können mit Hilfe von Nickel-, Platin- oder Palladiumkatalysatoren hydriert werden. Somit wird C = O zu C-OH.

Reduktion zu Kohlenwasserstoffen

In Gegenwart von Zn (Hg), konzentrierter HCl oder NH ₂ NH ₂ verlieren die Aldehyde die Carbonylgruppe und werden zu Kohlenwasserstoffen.

Nucleophile Addition

Es gibt mehrere Verbindungen, die der Carbonylgruppe hinzugefügt werden, darunter: Grignard-Reagenzien, Cyanid, Derivate von Ammoniak und Alkohole.

Nomenklatur

Quelle: Gabriel Bolívar

Im obigen Bild sind vier Aldehyde dargestellt. Wie heißen sie?

Da es sich um oxidierte primäre Alkohole handelt, wird der Name des Alkohols von -ol in -al geändert. Daher wird Methanol (CH ₃ OH), wenn es zu CH ₃ CHO oxidiert wird, Methanal (Formaldehyd) genannt; CH ₃ CH ₂ CHO-Ethanal (Acetaldehyd); CH ₃ CH ₂ CH ₂ CHO-Propanal und CH ₃ CH ₂ CH ₂ CH ₂ CHO-Butanal.

Alle neu benannten Aldehyde haben die Gruppe -CHO am Ende der Kette. Wenn es wie in A an beiden Enden gefunden wird, wird der Endung -to di- vorangestellt. Als A sechs Kohlenstoffatomen besitzt (diejenigen der beiden Formylgruppen zu zählen), leitet es von 1-hexanol und ihr Name ist daher: Wahl Hexan .

Wenn es einen Substituenten wie ein Alkylradikal, eine Doppel- oder Dreifachbindung oder ein Halogen gibt, werden die Kohlenstoffe der Hauptkette aufgelistet, wobei -CHO die Nummer 1 erhält. Daher wird Aldehyd B als 3-Iodhexanal bezeichnet.

In den Aldehyden C und D hat die Gruppe -CHO jedoch keine Priorität, um diese Verbindungen von anderen zu identifizieren. C ist ein Cycloalkan, während D ein Benzol ist, wobei beide eines ihrer Hs durch eine Formylgruppe substituiert sind.

In ihnen wird die Formylgruppe als Carbaldehyd bezeichnet, da die Hauptstruktur cyclisch ist. Somit ist C Cyclohexancarbaldehyd und D Benzolcarbaldehyd (besser bekannt als Benzaldehyd).

Anwendungen

Aldehyde kommen in der Natur vor und können angenehme Aromen verleihen, wie dies bei Zimtaldehyd der Fall ist, der für den charakteristischen Geschmack von Zimt verantwortlich ist. Deshalb werden sie häufig als künstliche Aromen in vielen Produkten wie Süßigkeiten oder Lebensmitteln verwendet.

Formaldehyd

Formaldehyd ist der am meisten industriell hergestellte Aldehyd. Der durch Oxidation von Methanol erhaltene Formaldehyd wird in einer 37% igen Lösung des Gases in Wasser unter dem Namen Formalin verwendet. Dies wird beim Gerben von Häuten und bei der Konservierung und Einbalsamierung von Leichen verwendet.

Formaldehyd wird auch als Germizid, Fungizid und Insektizid für Pflanzen und Gemüse verwendet. Sein größter Nutzen ist jedoch der Beitrag zur Herstellung von Polymermaterial. Der als Bakelit bezeichnete Kunststoff wird durch die Reaktion zwischen Formaldehyd und Phenol synthetisiert.

Bakelit

Bakelit ist ein sehr hartes Polymer mit einer dreidimensionalen Struktur, das in vielen Haushaltsgegenständen wie Griffen für Töpfe, Pfannen, Kaffeemaschinen, Messer usw. verwendet wird.

Bakelit-ähnliche Polymere werden aus Formaldehyd in Kombination mit den Verbindungen Harnstoff und Melamin hergestellt. Diese Polymere werden nicht nur als Kunststoffe, sondern auch als Klebstoff und Beschichtungsmaterial verwendet.

Sperrholz

Sperrholz ist der Handelsname eines Materials aus dünnen Holzplatten, die durch aus Formaldehyd hergestellte Polymere verbunden sind. Die Marken Formica und Melmac werden unter Beteiligung des letzteren hergestellt. Formica ist ein Kunststoff, mit dem Möbel beschichtet werden.

Melmac-Kunststoff wird zur Herstellung von Tellern, Gläsern, Tassen usw. verwendet. Formaldehyd ist der Rohstoff für die Synthese der Verbindung Methylen-Diphenyldiisocyanat (MDI), einer Vorstufe von Polyurethan.

Polyurethan

Polyurethan wird als Isolator in Kühl- und Gefriergeräten sowie als Polsterung für Möbel, Matratzen, Beschichtungen, Klebstoffe, Sohlen usw. verwendet.

Butyraldehyd

Butyraldehyd ist der Hauptvorläufer für die Synthese von 2-Ethylhexanol, das als Weichmacher verwendet wird. Es hat ein angenehmes Apfelaroma, das seine Verwendung in Lebensmitteln als Aroma ermöglicht.

Es wird auch zur Herstellung von Gummibeschleunigern verwendet. Es greift als Zwischenreagenz bei der Herstellung von Lösungsmitteln ein.

Acetaldehyd

Acetaldehyd wurde zur Herstellung von Essigsäure verwendet. Diese Funktion von Acetaldehyd hat jedoch an Bedeutung verloren, da sie durch den Carbonylierungsprozess von Methanol verdrängt wurde.

Synthese

Andere Aldehyde sind Vorläufer von Oxoalkoholen, die bei der Herstellung von Waschmitteln verwendet werden. Sogenannte Oxoalkohole werden durch Zugabe von Kohlenmonoxid und Wasserstoff zu einem Olefin hergestellt, um einen Aldehyd zu erhalten. Und schließlich wird der Aldehyd hydriert, um den Alkohol zu erhalten.

Einige Aldehyde werden zur Herstellung von Parfums verwendet, wie dies bei Chanel Nr. 5 der Fall ist. Viele Aldehyde natürlichen Ursprungs haben angenehme Gerüche, zum Beispiel: Heptanal riecht nach grünem Gras; das Oktanal ein Orangengeruch; das Nonanal roch nach Rosen und das Citral nach Limette.

Beispiele für Aldehyde

Glutaraldehyd

Quelle: Von Jynto aus Wikimedia Commons

Glutaraldehyd hat an beiden Enden zwei Formylgruppen in seiner Struktur.

Es wird unter dem Namen Cidex oder Glutaral vertrieben und als Desinfektionsmittel zur Sterilisation chirurgischer Instrumente verwendet. Es wird zur Behandlung von Warzen an den Füßen verwendet und als Flüssigkeit angewendet. Es wird auch als Gewebefixiermittel in Laboratorien für Histologie und Pathologie verwendet.

Benzaldehyd

Es ist der einfachste aromatische Aldehyd, der durch einen Benzolring gebildet wird, an den eine Formylgruppe gebunden ist.

Es ist in Mandelöl enthalten, daher sein charakteristischer Geruch, der es ermöglicht, es als Lebensmittelaroma zu verwenden. Darüber hinaus wird es bei der Synthese von organischen Verbindungen im Zusammenhang mit der Herstellung von Arzneimitteln und bei der Herstellung von Kunststoffen verwendet.

Glycerinaldehyd

Es ist eine Aldotriose, ein Zucker aus drei Kohlenstoffatomen. Es hat zwei Isomere, die als D- und L-Enantiomere bezeichnet werden. Glycerinaldehyd ist das erste Monosaccharid, das während der Dunkelphase (Calvin-Zyklus) in der Photosynthese erhalten wird.

Glycerinaldehyd-3-phosphat

Quelle: Jynto und Ben Mills

Das obere Bild zeigt die Struktur von Glycerinaldehyd-3-phosphat. Die roten Kugeln neben der gelben entsprechen der Phosphatgruppe, während die schwarzen dem Kohlenstoffgerüst entsprechen. Die rote Kugel, die mit der weißen verbunden ist, ist die OH-Gruppe, aber wenn sie mit der schwarzen Kugel und die letztere mit der weißen verbunden ist, dann ist es die CHO-Gruppe.

Glycerinaldehyd-3-phosphat ist an der Glykolyse beteiligt, einem Stoffwechselprozess, bei dem Glukose unter Bildung von ATP, einem Energiereservoir von Lebewesen, zu Brenztraubensäure abgebaut wird. Neben der Herstellung von NADH, einem biologischen Reduktionsmittel.

Bei der Glykolyse stammen Glycerinaldehyd-3-phosphat und Dihydroacetonphosphat aus der Spaltung von D-Fructose-1-6-bisphosphat

Glycerinaldehyd-3-phosphat ist am Stoffwechselprozess beteiligt, der als Pentosezyklus bekannt ist. Dabei wird NADPH, ein wichtiger biologischer Reduzierer, erzeugt.

11-cis-Retinal

Quelle: Pixabay.

Β-Carotin ist ein natürliches Pigment, das in verschiedenen Gemüsen, insbesondere Karotten, enthalten ist. Es erfährt einen oxidativen Abbau in der Leber und wandelt sich so in Retinolalkohol oder Vitamin A um. Die Oxidation von Vitamin A und die anschließende Isomerisierung einer seiner Doppelbindungen bildet den 11-cis-retinalen Aldehyd.

Pyridoxalphosphat (Vitamin B6)

Quelle: Jynto und Ben Mills.

Es ist eine prothetische Gruppe, die mit mehreren Enzymen verbunden ist, die die aktive Form von Vitamin B6 darstellt und am Synthesevorgang des inhibitorischen Neurotransmitters GABA beteiligt ist.

Wo ist die Formylgruppe in Ihrer Struktur? Beachten Sie, dass sich dies von den übrigen Gruppen unterscheidet, die an den aromatischen Ring gebunden sind.

Salicylaldehyd

Es ist ein Rohstoff für die Synthese von Acetylsalicylsäure, einem als Aspirin bekannten Analgetikum und Antipyretikum.

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