- Альдегиды
- Биологическое действие
- Другие методы
- Другие реакции
- Нахождение в природе
- Окислительные методы
- Применение
- Примечания
- Промышленные методы получения альдегидов
- Реакции α-метиленового звена
- Реакции восстановления
- Реакции окисления
- Реакции присоединения к карбонильной группе
- Реакции сопряжённого присоединения
- Систематическая номенклатура
- Строение
- Тривиальные названия
- Физические свойства альдегидов
Альдегиды
Агьдегиды и карбоновые кислоты относятся к карбонильным соединениям (рис. 56). Карбонильными называют вещества, в состав которых входит карбонильная (или оксо-) группа 

Карбонильные соединения в школьном курсе химии изучаются на примере альдегидов и карбоновых кислот. Рассматриваются также строение и свойства сложных эфиров — функциональных производных карбоновых кислот.
Строение: Альдегидами называют производные углеводородов, в молекулах которых атом водорода замещен на группу 



метаналя

В зависимости от строения углеводородного заместителя, связанного с альдегидной группой, различают насыщенные, ненасыщенные, ароматические альдегиды и др. В данном курсе вы будете изучать строение и свойства альдегидов — производных насыщенных углеводородов (алканов).








Номенклатура: По правилам номенклатуры ИЮПАК названия насыщенных альдегидов образуются из названий соответствующих алканов с добавлением суффикса -аль, например НСНО — метаналь,
аль. В таблице 25 приведены названия гомологов насыщенных альдегидов нормального строения по номенклатуре ИЮПАК и тривиальные.
При названии альдегидов с разветвленной углеводородной цепью нумерация атомов углерода главной цени начинается с атома углерода альдегидной группы. Названия заместителей перечисляются в алфавитном порядке с указанием номера атома углерода, с которым они связаны. Например:
Для альдегидов сохраняются и тривиальные названия, например: НСНО — формальдегид, или муравьиный альдегид, 

Масштабная модель молекулы уксусного альдегида приведена на рисунке 59.
Изомерия: Структурная изомерия альдегидов обусловлена изомерией углеродного скелета.
Первые три представителя класса — метаналь, этаналь, пропаналь — изомеров альдегидов не имеют.
Число изомеров у альдегидов с увеличением числа углеродных атомов в молекуле возрастает. Например, для альдегидов состава 





Ацетон — важнейший в промышленном отношении продукт, получаемый, как вам уже известно, кумольным методом как сопутствующий фенолу продукт.
Физические свойства: Метаналь (при и. у.) — бесцветный газ, альдегиды 



Низшие альдегиды хорошо растворяются в воде. Например, растворимость этаналя в воде неограниченная, метаналя (формальдегида) — хорошая (раствор с массовой долей альдегида 40% называют формалином). С увеличением молярной массы альдегидов их растворимость в воде уменьшается.
Температуры кипения и плавления альдегидов по мере увеличения молярной массы закономерно возрастают (см. табл. 25), но при этом они ниже, чем у соответствующих спиртов. Это явление связано с тем, что в молекулах альдегидов карбонильная группа не настолько полярна, чтобы образовывать водородные связи с другими молекулами этого же соединения, как это происходит у спиртов.
Альдегиды — производные углеводородов, у которых атом водорода замещен на группу —СНО.
Общая формула альдегидов — производных алканов — 
Структурная изомерия альдегидов обусловлена изомерией углеродного скелета.
Биологическое действие
Токсичны. Способны накапливаться в организме. Кроме общетоксического, обладают раздражающим и нейротоксическим действием.
Эффект зависит от молекулярной массы: чем она больше, тем слабее раздражающее, но сильнее наркотическое действие, причём ненасыщенные альдегиды токсичнее насыщенных. Некоторые обладают канцерогенными свойствами[56].
Альдегиды раздражают слизистые оболочки глаз и верхних дыхательных путей, вредно влияют на нервную систему. С увеличением числа атомов углерода в молекуле раздражающее действие ослабевает. Ненасыщенные альдегиды обладают более сильным раздражающим действием, чем насыщенные.
Ацетальдегид СН3СНО вызывает возбуждение, сменяющееся наркозом.
Он является промежуточным продуктом метаболизма этилового спирта в организме. Действие тримера этого альдегида — паральдегида (С2Н40)
3 — сильнее и продолжительнее, в то время как тетрамер — метальдегид (С2Н40)4 — является более токсичным. Удлинение алкильного радикала в молекуле альдегида приводит к усилению физиологической активности, но вместе с этим возрастает и токсичность[57].
Введение галогена в молекулу альдегида повышает его наркотическое (снотворное) действие. Так, наркотические свойства хлораля более выражены, чем у ацетальдегида.
Альдегидная группа усиливает токсичность вещества, но она может быть значительно снижена путем образования гидратной формы альдегида. Гидратные формы мало токсичны, в такой форме хлораль применяется в медицине под названием хлоралгидрата, проявляющего снотнорное действие.
Введение гидроксильных групп в молекулу альдегида или конденсация их с образованием альдолей существенно снижает реакционную способность, а также физиологическую активность соединений.
Так, сахара представляют собой фармакологически инертные вещества. Большинство ароматических альдегидов имеет низкую токсичность, так как они легко окисляются до соответствующих кислот, которые обычно довольно инертны[57].
Лекарственные препараты, содержащие в молекуле альдегидную группу, и их основное действие на организм
Другие методы
Альдегиды также можно получать реакциями гидратацииалкинов (реакция Кучерова), пиролизомкарбоновых кислот и их смесей в виде паров над оксидами некоторых металлов (ThO2, MnO2, CaO, ZnO)
Другие реакции
Альдегиды, не имеющие атомов водорода при α-углеродном атоме (то есть имеющие общую формулу R3CCHO) под действием водно-спиртового раствора щёлочи вступают в реакцию Канниццаро, в которой одновременно выступают в роли окислителя и восстановителя.
Сфера применения данного процесса расширяется за счёт перекрёстной реакции Канниццаро, протекающей между ароматическим альдегидом и формальдегидом в присутствии щёлочи.
Альдегиды могут вступать в реакции с илидами фосфора по реакции Виттига, образовывая алкены с заданной конфигурацией двойной связи (как правило, образуются Z-алкены, но разработаны и модификации, позволяющие получать E-алкены).
В данное время это один из лучших методов региоспецифического синтеза алкенов[46].
Также альдегиды взаимодействуют с илидами серы, давая оксираны (реакция Кори — Чайковского[en])[47].
Альдегиды подвергаются реакции декарбонилирования в присутствии некоторых комплексов переходных металлов, например, катализатора Уилкинсона[48].
Нахождение в природе
Структурная формула ретиналя
Альдегидная группа содержится во многих природных веществах, таких, как углеводы (альдозы), некоторые витамины (ретиналь, пиридоксаль).
Их следы содержатся в эфирных маслах и часто способствуют их приятному запаху, например, коричный альдегид (в кассиевом масле его может быть до 75 %, а в цейлонском коричном масле даже до 90 %) и ванилин.
Алифатический альдегид СН3(СН2)7С(Н)=О (тривиальное название — пеларгоновый альдегид) содержится в эфирных маслах цитрусовых растений, обладает запахом апельсина, его используют как пищевой ароматизатор[9].
Цитраль содержится в лемонграссовом и кориандровом маслах (до 80 %), цитронеллаль — в цитронелловом (приблизительно 30 %) и эвкалиптовом, бензальдегид — в масле горького миндаля.
Куминовый альдегид содержится в масле тмина, гелиотропин — в масле гелитропа и сирени, анисовый альдегид и жасминальдегид в небольших количествах содержатся во многих эфирных маслах.[4][1].
Окислительные методы
- Для получения альдегидов в лабораторных условиях часто используется реакция окисления первичных спиртов реагентами, представляющими собой комплексные соединенияоксида хрома(VI) с третичными аминами, в частности, лучшими реагентами являются комплекс с пиридином (CrO3 · 2C5H5N, реагент Саррета — Коллинза) и хлорхромат пиридиния (C5H5N CrO3Cl—, реагент Кори, PCC). Данные реагенты позволяют получать альдегиды с высоким выходом, а хлорхромат пиридиния также не затрагивает двойную связь. Для этих же целей применяют и другие селективныеокислители, например оксид марганца(IV) MnO2, карбонат серебра на цеолите, а также диметилсульфоксид в присутствии основания (окисление по Сверну[en])[10].
Применение
Из всех альдегидов больше всего производится формальдегида (около 6 млн тонн/год).
Он, в основном, используется в производстве смол — бакелита, галалита (в сочетании с мочевиной, меламином и фенолом), для дубления кож, протравливания зерна.
Также из него синтезируют лекарственные средства (уротропин) используют как консервант биологических препаратов (благодаря способности свертывать белок).
Он является предшественником метилендифенилдиизоцианата, использующегося в производстве полиуретанов и гексогена (довольно сильной взрывчатки).
Второй по масштабам производства альдегид — масляный альдегид (получают около 2,5 млн тонн/год методом гидроформилирования).
Некоторые альдегиды синтезируют только в небольших масштабах (менее 1000 тонн / год) и используют в качестве ингредиентов в парфюмерии и ароматов (в основном альдегиды с числом атомов углерода от 8 до 12)[1].
Например, это коричный альдегид и его производные — цитраль и лилиаль[58].
Ацетальдегид используется для синтеза уксусной кислоты, этилового спирта, бутадиена для получения производных пиридина, пентаэритрита и кротонового альдегида, а также при синтезе поливинилацетата и пластмасс.
Альдегиды применяют для синтеза спиртов (бутиловых, 2-этилгексанола, пентаэритрита), карбоновых кислот, полимеров, антиоксидантов, пиридиновых оснований[1].
Примечания
- ↑ 1,01,11,21,31,41,51,61,71,8Кнунянц И. Л. и др. т.1 А-Дарзана // Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — С. 196-198. — 623 с. — 100 000 экз. (см. ISBN )
- ↑IUPAC Gold Book — aldehydes. Проверено 7 июля 2022.Архивировано из первоисточника 9 июля 2022.
- ↑Liebig J. Sur les Produits de l’Oxidation de l’Alcool // Annales de chimie et de physique. — 1835. — Т. 59. — С. 290.
- ↑ 4,04,1Леенсон И. А.Откуда твоё имя? Статья шестая. Органические соединения. Проверено 25 июня 2022.Архивировано из первоисточника 30 июня 2022.
- ↑IUPAC Nomenclature of Organic Chemistry (англ.). ACD/Labs. Проверено 24 августа 2009.Архивировано из первоисточника 21 августа 2022.
- ↑ 6,06,1Кан Р., Дермер О. Введение в химическую номенклатуру = Introduction to Chemical Nomenclature / Пер. с англ. Н. Н. Щербиновской, под ред. В. М. Потапова, Р. А. Лидина. — М: Химия, 1983. — С. 139—140. (см. ISBN )
- ↑Справочник химика / Редколлегия: Никольский Б. П. и др.. — 2-е издание. — Ленинград, Москва: Химия, 1964. — Т. 2. — С. 270, 285, 295. (см. ISBN )
- ↑ 8,08,18,28,38,48,58,6Петров А. А., Бальян Х. В., Трощенко А. Т. Органическая химия. — Иван Федоров, 1981. — Т. 1. — С. 165-184. — 672 с. — ISBN 5-81940-067-4. (см. ISBN )
- ↑Несмеянов А.Н., Несмеянов Н.А. Начала органической химии. М., ,. Начала органической химии. — Химия, 1974. (см. ISBN )
- ↑Реутов, 2004, т. 2, с. 265—273
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 12—13
- ↑ 12,012,112,212,312,412,512,6Шабаров Ю.С. Органическая химия. — Лань, 2022. — С. 218-221. — 848 с. (см. ISBN )
- ↑Реутов, 2004, т. 1, с. 480—483
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 13—14
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 203—205
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 235
- ↑Марч Дж. Органическая химия. — М.: Мир, 1987. — Т. Т. 2. — С. 359—363. (см. ISBN )
- ↑ 18,018,118,2Реутов, 2004, т. 3, с. 16—20
- ↑ 19,019,119,219,319,419,5Ullmann. Aliphatic Aldehydes, 2022, p. 6—8
- ↑Reuss G., Disteldorf W., Gamer A. O., Hilt A. Formaldehyde // Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley, 2000. (см. ISBN )
— Wallace P.R. - ↑Eckert M., Fleischmann G., Jira R., Bolt H. M., Golka K. Acetaldehyde // Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley, 2006. (см. ISBN )
— Wallace P.R. - ↑Brühne F., Wright E. Benzaldehyde // Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. — Wiley, 2022. (см. ISBN )
— Wallace P.R. - ↑ 23,023,123,223,3Ullmann. Aliphatic aldehydes, 2022, p. 2—3
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 10—11
- ↑Ullmann. Aliphatic Aldehydes, 2022, p. 3, 13
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 23
- ↑ 27,027,1Реутов, 2004, т. 3, с. 23—26
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 27—28
- ↑ 29,029,1Реутов, 2004, т. 3, с. 29—37
- ↑ 30,030,1Реутов, 2004, т. 3, с. 38—39
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 40—42
- ↑ 32,032,1Реутов, 2004, т. 3, с. 44—49
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 59—60
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 60—62
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 62—64
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 64—65
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 86
- ↑March, J. «Organic Chemistry: Reactions, Mechanisms, and Structures» J. Wiley, New York: 1992. ISBN 0-471-58148-8.
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 95—99
- ↑ 40,040,1Реутов, 2004, т. 3, с. 124—134
- ↑ 41,041,141,2Реутов, 2004, т. 3, с. 75—76
- ↑ 42,042,1Реутов, 2004, т. 3, с. 79—81
- ↑ 43,043,143,2Реутов, 2004, т. 3, с. 69—75
- ↑Реутов, 2004
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 82—83
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 49—57
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 57—59
- ↑Реутов, 2004, т. 3, с. 84—85
- ↑Цветков Л.А. § 26. Альдегиды // Органическая химия. Учебник для 10 класса. — 20-е изд. — М.: Просвещение, 1981. — С. 120—129. (см. ISBN )
- ↑Качественная реакция на альдегиды с гидроксидом меди (II) — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
- ↑Качественная реакция на альдегиды с фуксинсернистой кислотой — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов
- ↑ 52,052,1Пассет Б. В., Антипов М. А. Практикум по техническому анализу и контролю в производстве химико-фармацевтических препаратов и антибиотиков. — Медицина, 1981. — 272 с. (см. ISBN )
- ↑Dr. Neil Glagovich.Fragmentation — Aldehydes. Архивировано из первоисточника 6 июля 2022.
- ↑Н.С.Вульфсон, В.Г.Заикин,А.И.Микая. Масс-спектроскопия органических соединений. — Химия, 1986. — С. 197—198. (см. ISBN )
- ↑ 55,055,1Spectroscopic Analysis of Aldehydes. Архивировано из первоисточника 6 июля 2022.
- ↑Общая токсикология / под ред. А. О. Лойта. СПб.: ЭЛБИ-СПб., 2006
- ↑ 57,057,1Альдегиды. Архивировано из первоисточника 1 июля 2022.
- ↑G. Reuss, W. Disteldorf, A. O. Gamer, A. Hilt «Formaldehyde» in Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. — 2005.
Промышленные методы получения альдегидов
Известно много методов синтеза альдегидов, однако их использование в промышленности зависит во многом от доступности исходного сырья. Основными промышленными методами получения насыщенных алифатических альдегидов являются[19]:
Также большое значение имеют некоторые специфические синтезы альдегидов, широко применяемых в парфюмерной промышленности[19].
Оксосинтез является наиболее важным процессом для получения альдегидов с тремя атомами углерода и выше. В этой реакции алкены реагируют с синтез-газом (CO H2) с образованием альдегида, содержащего на один атом углерода больше, чем исходный алкен.
Среди процессов отщепления водорода от первичных спиртов различают дегидрирование, окисление и окислительное дегидрирование. Дегидрирование спиртов проводят при атмосферном давлении и температуре 250—400 °С в присутствии медного или серебряногокатализатора.
В ходе процесса выделяется водород, который можно использовать без очистки в других процессах. Дегидрирование имеет коммерческое значение в получении уксусного альдегида из этанола: реакцию проводят при 270—300 °С на медном катализатора, активированном церием, при этом за цикл превращается 25—50 % этанола с селективностью 90—95 %.
Побочными продуктами являются этилацетат, этилен, кротоновый альдегид и высшие спирты.
Окисление спиртов проводится в избытке воздуха или кислорода при 350—450 °С на катализаторе, содержащем оксиды железа и молибдена. Процесс используется в производстве формальдегида.
Окисление алкенов является основным промышленным методом получения ацетальдегида и акролеина.
В первом случае окислению подвергается этилен в присутствии хлоридов палладия и меди Вакер-процессацетилена, в последнее время потерял былое значение.
Последние фабрики в Западной Европе, синтезирующие ацетальдегид по данной схеме, были закрыты в 1980 году. Причиной этому послужила бо́льшая доступность этилена в качестве сырья, а также токсичность катализатора — сульфата ртути[19].
Ежегодное мировое производство формальдегида (по данным на 1996 год) составило 8,7·106 т[20], ацетальдегида (на 2003 год) — 1,3·106 т[21].
Основным методом получения бензальдегида является гидролиз бензальхлорида в кислой или щелочной средах.
В качестве гидролизующих агентов могут применяться гидроксид кальция, карбонат кальция, гидрокарбонат натрия, карбонат натрия, а также различные кислоты с добавлением солей металлов.
Исходное сырьё, в свою очередь, получают при хлорированиитолуола в боковую цепь.
Реакции α-метиленового звена
Альдегиды вступают в реакцию с галогенами (хлором, бромом или иодом), образуя галогенпроизводные, при этом галогенирование осуществляется исключительно в α-положение (в положение, соседнее с карбонильной группой)[37].
Альдегиды проявляют свойства слабых кислот: под действием оснований они способны отщеплять протон от α-метиленовой группы, превращаясь в енолят-ион.
Обычно для достаточно полного депротонирования используют сильные основания (гидрид натрия, гидрид калия, диизопропиламид лития и др.) в апротонных растворителях (тетрагидрофуран, ДМСО).
Превращение карбонильной формы альдегидов в енольную форму протекает и в отсутствие сильных оснований. Образующиеся при этом енолы, как правило, намного менее стабильны, чем карбонильная форма, например, для ацетальдегида константа равновесия — только 6×10−5 при комнатной температуре[38]).
Данное равновесие, существующее между карбонильной и енольной формами называется кето-енольной таутомерией[39].
Благодаря способности образовывать енолят-ионы альдегиды вступают в ряд химических реакций, где эти частицы выступают как нуклеофилы.
В частности, для них характерны реакции конденсации. В слабоосновной среде (в присутствии ацетата, карбоната или сульфита калия) подвергаются альдольной конденсации, в ходе которой часть молекул альдегида выступает как карбонильная компонента (реагирует карбонильной группой), а часть молекул альдегида под действием основания превращается в енолят-ионы и выступает как метиленовая компонента (вступает в реакцию α-метиленовым звеном).
Образующийся альдоль при нагревании отщепляет воду с образованием α,β-непредельного альдегида (переход от предельного альдегида к непредельному через альдоль называется кротоновой конденсацией или альдольно-кротоновой конденсацией)[8][40].
При реакции между двумя разными альдегидами образуется смесь четырёх различных альдолей. Исключение составляют случаи, когда разделение реагентов на карбонильную и метиленовую компоненту очевидно (например, один из альдегидов не содержит α-метиленового звена и может выполнять роль только карбонильной компоненты).
Разработаны также методы повышения селективности подобных реакций. Перекрёстная конденсация ароматических альдегидов с кетонами, получила название реакции Кляйзена — Шмидта[40]. Известны также схожие реакции альдегидов: реакция Кнёвенагеля, реакция Тищенко, реакция Перкина, бензоиновая конденсация и другие[1].
Реакции восстановления
Альдегиды можно восстанавливать до первичных спиртов. Наиболее распространённые методы восстановления включают реакции с комплексными гидридами: боргидридом натрия NaBH4, боргидридом лития LiBH4 и алюмогидридом лития LiAlH4.
Боргидрид натрия является более избирательным реагентом и позволяет восстанавливать карбонильную группу альдегидов и кетонов, не затрагивая сложноэфирные, нитрильные, амидные, лактонные и оксирановые группы.
Он также не восстанавливает изолированную двойную углерод-углеродную связь. Алюмогидрид лития менее селективен и восстанавливает перечисленные выше функциональные группы, поэтому восстановление альдегидов с его применением возможно только в отсутствие этих групп[43].
Историческую роль играет реакция Меервейна — Пондорфа — Верлея[en], в которой в качестве восстановителя используется изопропилат алюминия.
В настоящее время этот метод вытеснен более эффективной реакцией восстановления альдегидов и кетонов изопропиловым спиртом в присутствии окиси алюминия[43].
Алифатические альдегиды обычно не гидрируют на палладиевых катализаторах, но для этих целей можно использовать рутений на угле, никель Ренея или платину[43].
Реакции окисления
Окисление альдегидов до соответствующих карбоновых кислот кислородом протекает по радикально-цепному механизму (автоокисление) с образованием промежуточных продуктов — пероксокислот.
Альдегиды легко окисляются до соответствующих карбоновых кислот под действием разнообразных окислителей. Наиболее часто используются перманганат калия, а также реагент Джонса (CrO3 H2SO4), который даёт наилучшие результаты (в течение короткого времени при низкой температуре достигается более чем 80%-ый выход карбоновой кислоты).
Реагент Джонса также не лишён недостатков, в частности, он недостаточно селективен и окисляет другие функциональные группы, а кислая среда способствует нежелательной изомеризации или разложению субстрата[41].
Избежать этих проблем можно при использовании более мягкого окислителя — реактива Толленса (аммиачного раствора оксида серебра), который не затрагивает кратные связи и гидроксильные группы спиртов.
Окисление метиленовых групп в α-положении альдегидов диоксидом селена приводит к образованию 1,2-дикарбонильных соединений[12][41].
Альдегиды медленно окисляются на воздухе при комнатной температуре. Этот радикальный процесс ускоряется при облучении или в присутствии ионов Fe2 . Ароматические альдегиды подвергаются окислению легче, чем алифатические. Данная реакция не имеет синтетического значения, однако её протекание необходимо учитывать при хранении альдегидов: желательно хранить их в темноте и инертной атмосфере[42].
Ароматические альдегиды также окисляются до карбоновых кислот или сложных эфиров фенолов (реакция Байера — Виллигера) под действием надкислот, причём соотношение продуктов зависит как от заместителей в ароматическом ядре, так и от кислотности среды[42].
Реакции присоединения к карбонильной группе
Основная статья: Реакции нуклеофильного присоединения
Альдегиды содержат поляризованную карбонильную группу и склонны присоединять нуклеофильные реагенты, как нейтральные (аммиак, амины, воду, спирты, тиолы и др.), так и анионные (цианид-ион CN-, алкоголяты, гидрид-ион H-, карбанионы и др.).
За исключением реакций восстановления гидридами типа алюмогидрида лития LiAlH4, а также взаимодействия с реактивами Гриньяра, данные процессы являются обратимыми.
Необходимо также различать два типа обратимых реакций присоединения: первый тип приводит к образованию тетраэдрического продукта присоединения, а второй тип включает в себя также последующую реакцию дегидратации, в результате которой происходит образование двойной связи между электрофильным атомом углерода и нуклеофилом.
В данных реакциях альдегиды являются более реакционноспособными по сравнению с кетонами. Это связано с большей термодинамической устойчивостью кетонов, а также меньшими пространственными затруднениями в случае присоединения к альдегидам[27].
Простейшей модельной реакцией данного типа является реакция гидратации альдегидов, протекающая в их водных растворах. Согласно правилу Эльтекова — Эрленмейера, образующиеся при этом 1,1-диолы неустойчивы и с отщеплением молекулы воды превращаются обратно в исходные карбонильные соединения.
Гидратация наблюдается в существенной степени лишь для низших альдегидов. Так, формальдегид гидратирован на 99,999 %, ацетальдегид — на 58 %. Когда положительный заряд на атоме углерода увеличивается в достаточной степени за счёт связанных с ним радикалов, 1,1-диолы становятся устойчивыми и могут быть выделены (например, хлораль легко присоединяет воду с образованием устойчивого аддукта — хлоральгидрата).
Реакция гидратации катализируется как кислотами, так и основаниями[12][28].
Подобным образом протекает и реакция присоединения спиртов по карбонильной группе, имеющая важное значение в органическом синтезе для защиты карбонильной группы.
Первичный продукт присоединения называется полуацеталем, далее под действием кислоты он превращается в ацеталь.
При стоянии альдегиды также образуют циклические или полимерные ацетали (например, триоксан или параформ для формальдегида и паральдегид для ацетальдегида).
При нагревании этих соединений со следовыми количествами кислот происходит деполимеризация и регенерация исходных альдегидов[29].
Аналогичные превращения происходят также с участием серосодержащих аналогов спиртов — тиолов; они приводят, соответственно, к тиоацеталям, также играющим важную роль в тонком органическом синтезе[29].
Альдегиды могут присоединять циановодород HCN с образованием циангидринов, применяемых в органическом синтезе для получения α,β-ненасыщенных соединений, α-гидроксикислот, α-аминокислот.
Данная реакция также является обратимой и катализируется основаниями. В лабораторных условиях циановодород (т. кип. 26 °C) обычно получают действием эквивалентного количества минеральной кислоты на цианид натрия или калия[30].
Относительно небольшие пространственные затруднения при присоединении нуклеофилов к альдегидам позволяют превращать их в бисульфитные производные под действием большого избытка гидросульфита натрия NaHSO3.
Данные соединения представляют собой кристаллические вещества и часто используются для выделения, очистки или хранения соответствующих альдегидов, поскольку последние могут быть легко из них регенерированы под действием кислоты или основания[30].
Реакция альдегидов с магний- и литийорганическими соединениями приводит к образованию вторичных спиртов (в случае формальдегида — первичных).
Процесс может осложняться побочными реакциями енолизации и восстановления карбонильного соединения, которые приводят к снижению выхода. При использовании литийорганических соединений эти помехи удаётся устранить[31].
При реакции альдегидов с первичными и вторичными аминами происходит образование иминов и енаминов соответственно. В основе обеих реакций лежит присоединение нуклеофильных реагентов по карбонильной группе с последующим отщеплением воды от полученного тетраэдрического интермедиата.
Реакция образования иминов требует кислотного катализа и наиболее эффективно протекает в области pH от 3 до 5. Для получения енаминов с удовлетворительным выходом необходимо применять азеотропную отгонку воды, что позволяет сместить равновесие в сторону образования продукта.
Обычно в качестве вторичных аминов используют циклические амины (пирролидин, пиперидин или морфолин)[32].
Аналогичным образом альдегиды реагируют с гидроксиламином, гидразином, 2,4-динитрофенилгидразином, семикарбазидом и другими подобными соединениями.
Большинство получаемых при этом соединений являются кристаллическими и могут быть использованы для идентификации альдегидов по температуре плавления и другим характеристикам. Также эти соединения находят применение в органическом синтезе, например, гидразоны могут быть восстановлены по реакции Кижнера — Вольфа[32].
Реакции сопряжённого присоединения
Присоединение к α,β-ненасыщенным альдегидам может протекать с образованием 1,2- и 1,4-продуктов
Присоединение нуклеофильных реагентов к α,β-ненасыщенным альдегидам может протекать как по карбонильной группе, так и по «четвёртому» положению сопряжённой системы. Причина этого заключается в том, что двойная углерод-углеродная связь поляризуется под действием полярной карбонильной группы (мезомерный эффект), и дальний от карбонильной группы атом углерода двойной связи приобретает частичный положительный заряд.
Реакция нуклеофила с данным атомом углерода называется сопряжённым присоединением, или 1,4-присоединением. Присоединение к карбонильной группе по аналогии называют 1,2-присоединением. Формальным результатом 1,4-присоединения является присоединение нуклеофила по углерод-углеродной двойной связи.
Во многих случаях 1,2- и 1,4-присоединение являются конкурирующими реакциями, однако иногда удаётся проводить селективные реакции с получением продуктов 1,2- либо 1,4-присоединения[33].
Присоединение первичных и вторичных аминов к α,β-ненасыщенным альдегидам протекает в мягких условиях и приводит к образованию 1,4-продукта. Напротив, в случае циановодорода наблюдается конкурентное образование обоих продуктов с преобладанием продукта 1,2-присоединения.
Чтобы в данной реакции исключить возможность 1,2-присоединения, используют специальный реагент — диэтилалюминийцианид (C2H5)2AlCN[34].
Литийорганические соединения присоединяются исключительно по карбонильной группе, давая аллиловые спирты. Сопряжённое присоединение проводят под действием медьорганических реагентов — диалкилкупратов, которые позволяют ввести в карбонильное соединение не только первичную, но также вторичную или третичную алкильную, алкенильную или арильную группу.
Магнийорганические реагенты (реактивы Гриньяра), полученные из магния сверхвысокой чистоты, также присоединяются с образованием 1,2-продуктов, в то время как обыкновенные реактивы Гриньяра, предположительно из-за примесей других металлов (например, меди и железа)
вступают и в 1,2-, и в 1,4-присоединение, что регулируется пространственными факторами. В настоящее время магнийорганические реагенты утратили своё значение в данной области[35].
Борорганические соединения (триалкилбораны) реагируют с непредельными альдегидами, давая продукты 1,4-присоединения[36]
Систематическая номенклатура
Основная статья: Систематическая номенклатура альдегидов и кетонов
По номенклатуре ИЮПАК названия простых альдегидов образуются от названий соответствующих алканов с добавлением суффикса -аль, а диальдегидов — суффикса -диаль (в данном случае атом углерода альдегидной группы уже входит в состав родоначального алкана).
При этом в названии номер при альдегидной группе, как правило, не ставят, поскольку она всегда занимает крайнее положение. Если карбонильная группа не входит в родоначальную структуру (например, если родоначальной структурой является циклический углеводород или гетероцикл), то к названию добавляется суффикс -карбальдегид[5][6].
Если в данном соединении альдегидная группа не является старшей, то в таких случаях её обозначают используя приставку формил-, указывая её положение[6].
В устаревших Женевской (1892) и Льежской (1930) номенклатурах, впоследствии заменённых систематической номенклатурой ИЮПАК, альдегиды обозначались при помощи суффикса -ал[7].
Строение
Атом углерода в карбонильной группе находится в состоянии sp2-гибридизации. Углы R-C-H, R-C-O и H-C-O составляют приблизительно 120° (где R — алкил).
Двойная связь карбонильной группы сходна по физической природе с двойной связью между углеродными атомами, однако в то же время энергия связи С=О (749,4 кДж/моль) больше, чем энергия двух простых связей (2×358 кДж/моль) C-O.
С другой стороны, кислород является более электроотрицательным элементом, чем углерод, и потому электронная плотность вблизи атома кислорода больше, чем вблизи атома углерода. Дипольный момент карбонильной группы составляет ~9×10−30 Кл·м[8]. Длина связи С=О составляет 0,122 нм[12].
Поляризация двойной связи «углерод-кислород» по принципу мезомерного сопряжения позволяет записать следующие резонансные структуры:
Подобное разделение зарядов подтверждается физическими методами исследования и во многом определяет реакционную способность альдегидов как выраженных электрофилов и позволяет им вступать в многочисленные реакции нуклеофильного присоединения[26].
Тривиальные названия
В популярной и научной литературе можно нередко встретить исторические, или тривиальные, названия альдегидов, которые вследствие сложившейся традиции используются вместо систематических названий. Тривиальные названия обычно происходят от названия соответствующих карбоновых кислот, а также от названия источника, из которого был выделен тот или иной альдегид.
Так, например, формальдегид называют муравьиным альдегидом, этаналь — уксусным, пентаналь — валериановым альдегидом, цитронеллаль получил своё название, поскольку был выделен из масла цитрусовых.
Исторически сложилось, что парфюмеры называют многие пахучие вещества альдегидами, даже те, которые не имеют ничего общего с ними. Среди таковых, например, персиковый, земляничный и кокосовый альдегид, которые являются не альдегидами, а сложными эфирами или лактонами.
Также некоторые альдегиды традиционно называются по числу атомов углерода, например, персиковый альдегид, обозначаемый как «альдегид C14», на самом деле имеет лишь 11 атомов углерода[4].
Физические свойства альдегидов
Формальдегид представляет собой газообразное при комнатной температуре вещество.
Температуры кипения альдегидов с неразветвлённым строением углеродной цепи выше, чем у их изомеров. Например, валериановый альдегид кипит при 100,4 °C, а изовалериановый — при 92,5 °C. Они кипят при более низких температурах, чем спирты с тем же числом углеродных атомов, например, пропионовый альдегид кипит при 48,8 °C, а пропанол-1 при 97,8 °C.
Это показывает, что альдегиды, в отличие от спиртов, не являются сильно ассоциированными жидкостями[8].
Данное свойство используется в синтезе альдегидов путём восстановления спиртов: поскольку температура кипения альдегидов в целом ниже, они могут быть легко отделены и очищены от спирта перегонкой[23]. В то же время их температуры кипения намного выше, чем у углеводородов с той же молекулярной массой, что связано с их высокой полярностью[8].
Вязкость, плотность и показатель преломления при 20 °C увеличиваются с увеличением молярной массы альдегидов.
Низшие альдегиды являются подвижными жидкостями, а альдегиды от гептаналя до ундеканаля имеют маслообразную консистенцию[23].
Формальдегид и ацетальдегид практически неограниченно смешиваются с водой, однако, с ростом длины углеродного скелета, растворимость альдегидов в воде сильно уменьшается, например, растворимость гексаналя при 20 °С составляет лишь 0,6 % по массе.
Алифатические альдегиды растворимы в спиртах, простых эфирах и других распространённых органических растворителях[23].
Низшие альдегиды имеют резкий запах, а высшие гомологи (С8-С13) являются компонентами многих парфюмерных изделий[23].
| Название | Формула | Температура плавления, °C | Температура кипения, °C | Плотность, г/см³ (при 20 °C) |
|---|---|---|---|---|
| Формальдегид | HCHO | −93 | −21 | 0,82 (при –20 °С) |
| Ацетальдегид | CH3CHO | −123 | 21 | 0,778 |
| Пропаналь | CH3CH2CHO | −81 | 49 | 0,797 |
| Бутаналь | CH3CH2CH2CHO | −99 | 76 | 0,803 |
| Акролеин | CH2=CH–CHO | −88 | 53 | 0,841 |
| Кротоновый альдегид | CH3-CH=CH–CHO | −74 | 104 | 0,852 |
| Бензальдегид | C6H5CHO | −56 | 179 | 1,05 |
| Салициловый альдегид | о-HO–C6H4CHO | 2 | 197 | 1,16 |
| Ванилин | Структурная формула ванилина | 82 | 285 | — |
