Uvod
Prolazeći pored pekarnice uvijek osjetite ugodan miris pečenih peciva. Jednako lijepo mirišu i kolači s vanilijom ili cimetom. Njihov karakterističan miris i aroma dolaze zbog prisutnosti aldehida odgovarajućeg mirisa.
Aldehidi zajedno s ketonima pripadaju skupini karbonilnih spojeva ili karbonila. Njihova funkcijska skupina naziva se karbonilna skupina. U njoj je ugljikov atom dvostrukom kovalentnom vezom povezan s kisikovim atomom.
Veze ugljikova atoma karbonilne skupine leže u jednoj ravnini pod kutem od oko 120°. U molekulama aldehida na karbonilni ugljikov atom vezani su ugljikovodični lanac i vodikov atom. Karbonilnu skupinu aldehida uobičajeno nazivam aldehidna skupina (–CHO).
Veze ugljikova atoma karbonilne skupine leže u jednoj ravnini pod kutem od oko 120°.
U molekulama aldehida na karbonilni ugljikov atom vezani su
ugljikovodični lanac i vodikov atom.
Karbonilnu skupinu aldehida uobičajeno nazivam aldehidna skupina (–CHO).
Naziv aldehid nastao je kao kratica latinskog izraza alcoholus dehydrogenatus (dehidrogenirani alkohol) kojeg je prvi put 1835. godine uporabio njemački kemičar Justus von Liebig.
Prisjetimo se nomenklature aldehida
Sustavna imena aldehida dobiju se tako da se imenu osnovnog ugljikovodika doda se nastavak –al.
Ugljikov atom karbonilne skupine ima uvijek redni broj jedan, tj. glavni lanac ugljikovih atoma odabire se uvijek počevši od aldehidne skupine.
Aldehidna skupina može biti neposredno vezana na prstenasti ugljikovodik. Imenu osnovnog ugljikovodika u tom se slučaju dodaje nastavak -karbaldehid.
U imenovanju aldehidna skupina ima prednost u odnosu na alkilnu skupinu, atome halogena, dvostruku i trostruku vezu te hidroksilnu skupinu.
Nerazgranati aciklični aldehidi sa dvije aldehidne skupine dobivaju nastavak -dial.
U imenovanju jednostavnih aldehida često se koriste trivijalna imena. Trivijalna imena izvode se iz trivijalnih imena odgovarajućih karboksilnih kiselina, tj. kiselina sa istim brojem C-atoma. Korijenu latinskog imena kiseline dodaje se riječ aldehid.
U imenovanju jednostavnih aldehida često se koriste trivijalna imena.
Trivijalna imena izvode se iz trivijalnih imena odgovarajućih karboksilnih kiselina.
To su kiselina sa istim brojem C-atoma.
Korijenu latinskog imena kiseline dodaje se riječ aldehid.
Najjednostavniji aldehid formaldehid (metanal) ima jedan ugljikov atom, a odgovarajuća karboksilna kiselina s jednim ugljikovim atomom je metanska ili mravlja kiselina (lat. acidum formicum).
Aldehid s dva ugljikova atoma je etanal, a trivijalno ime mu je acetaldehid od latinskog imena octene kiseline (lat. acidum aceticum).
Fizikalna svojstva aldehida
Aldehidna skupina je polarna zbog razlike u elektronegativnosti kisikova i ugljikova atoma s djelomičnim negativnim nabojem na kisikovom i djelomičnim pozitivnim nabojem na ugljikovom atomu.
Molekule aldehida ne mogu se međusobno povezivati vodikovim vezama. Između molekula aldehida djeluju dipol-dipol interakcije.
Stoga su temperature vrelišta aldehida niže nego kod odgovarajućih alkohola, a više u odnosu na pripadne alkane.
Riješite zadatak!
Proučite tablicu i usporedite relativnu molekulsku masu prikazanih spojeva. Na temelju prikaza mape elektrostatskog potencijala na površini molekula obrazložite koje međumolekulske interakcije djeluju među pojedinim molekulama i kako to utječe na njihovo agregacijsko stanje i vrelište.
Proučite tablicu i usporedite relativnu molekulsku masu prikazanih spojeva.
Na temelju prikaza mape elektrostatskog potencijala na površini molekula
obrazložite koje međumolekulske interakcije djeluju među pojedinim molekulama.
Objasnite kako to utječe na njihovo agregacijsko stanje i vrelište.
Aldehidi se mogu s vodikovim vezama povezati s molekulama vode pa su manji aldehidi dobro topljivi u vodi, a porastom ugljikovodičnog lanca topljivost im opada. Metanal i etanal se miješaju s vodom u svim omjerima.
Dobivanje aldehida
Kao što je već spomenuto, kod reakcija alkohola aldehidi se mogu pripremiti oksidacijom primarnih alkohola. Alkoholi u reakciji s kalijevim dikromatom (K2Cr2O7) ili kromovim(VI) oksidom (CrO3) u kiseloj sredini, a što se postiže dodatkom razrijeđene otopine sumporne kiseline, oksidiraju. Lako hlapljivi aldehidi, kao što je etanal (tv = 20 °C) odmah se izdvajaju destilacijom kako bi se spriječila njihova daljnja oksidacija u karboksilnu kiselinu.
Kod reakcija alkohola aldehidi se mogu pripremiti oksidacijom primarnih alkohola.
Alkoholi u reakciji s kalijevim dikromatom (K2Cr2O7) ili kromovim(VI) oksidom (CrO3) u kiseloj sredini oksidiraju.
To se postiže dodatkom razrijeđene otopine sumporne kiseline.
Lako hlapljivi aldehidi, kao što je etanal (tv = 20 °C) odmah se izdvajaju destilacijom.
Tako se sprječava njihova daljnja oksidacija u karboksilnu kiselinu.
Istražite na koje se sve načine može utjecati na sastav produkata u ovoj reakciji.
Reakcija oksidacije etanola kalijevim dikromatom koristila se u starom obliku alkotesta i služila je za određivanje količine alkohola u dahu vozača. Oksidaciju alkohola pratila je redukcija dikromata pri čemu se je boja otopine mijenjala iz narančaste u zelenu.
Danas se količina alkohola u dahu mjeri elektroničkim uređajem.
Kemijska svojstva aldehida
Aldehidi su reaktivni spojevi i ulaze u veliki broj kemijskih reakcija, od kojih ćemo spomenuti samo neke.
Oksidacija aldehida
Aldehidi su jaki reducensi koji s blagim oksidacijskim sredstvima mogu oksidirati u odgovarajuće karboksilne kiseline. Takve reakcije oksidacije koriste se za dokazivanje aldehidne skupine, a kao blagi oksidansi koriste se Tollensov i Fehlingov reagens.
Tollensov reagens je amonijačna otopina srebrova nitrata. U reakciji s Tollensovim reagensom aldehidi reduciraju ione Ag+ te se izlučuje elementarno srebro. Stijenke epruvete ili tikvice u kojoj se izvodi pokus poprime srebrnu boju prema kojoj je ovaj test i dobio ime test srebrnog zrcala.
Aldehidi su jaki reducensi.
Mogu s blagim oksidacijskim sredstvima oksidirati u odgovarajuće karboksilne kiseline.
Takve reakcije oksidacije koriste se za dokazivanje aldehidne skupine.
Kao blagi oksidansi koriste se Tollensov i Fehlingov reagens.
Tollensov reagens je amonijačna otopina srebrova nitrata.
U reakciji s Tollensovim reagensom aldehidi reduciraju ione Ag+
te se izlučuje elementarno srebro.
Stijenke epruvete ili tikvice u kojoj se izvodi pokus poprime srebrnu boju.
Prema srebrnoj boji je ovaj test i dobio ime test srebrnog zrcala.
Test srebrnog zrcala
Fehlingov reagens je lužnata otopina kompleksnog bakrova(II) kationa i tartaratnog iona, a priprema se iz otopina Fehling I i Fehling II. Fehling I je vodena otopina bakrova(II) sulfata, a Fehling II je lužnata otopina kalijeva natrijeva tartarata.
U lužnatoj otopini aldehidi reduciraju ione Cu2+ pri čemu nastaje crvenkastosmeđi talog bakrova(I) oksida, Cu2O. Ova je reakcija poznata kao Fehlingova reakcija.
Fehlingova reakcija
[latex]RCHO\space +\space 2Cu^{2+}\space +\space 5OH\space ^–\longrightarrow \space RCOO^–\space +\space Cu_2O\space +\space 3H_2O[/latex]
Redukcija aldehida
Redukcijom aldehida dobivaju se odgovarajući primarni alkoholi. U reakciji se vodik u prisutnosti katalizatora adira na dvostruku vezu karbonilne skupine, C=O. Reakcija je poznata pod imenom katalitičko hidrogeniranje, a kao katalizatori obično se koriste spužvasta platina ili paladij slično kao kod adicije vodika na dvostruku vezu alkena.
Redukcijom aldehida dobivaju se odgovarajući primarni alkoholi.
U reakciji se vodik u prisutnosti katalizatora adira na dvostruku vezu karbonilne skupine, C=O.
Reakcija je poznata pod imenom katalitičko hidrogeniranje.
Kao katalizatori obično se koriste spužvasta platina ili paladij.
Slično kao kod adicije vodika na dvostruku vezu alkena.
Tako se primjerice redukcijom etanala dobiva alkohol etanol.
Adicijske reakcije
Navedena reakcije redukcije aldehida predstavlja adiciju vodika na C=O vezu. većina reakcija aldehida su reakcije adicije. Na karbonilnu se skupinu pored vodika mogu adirati primjerice voda, alkohol, cijanovodik i dr.
Formaldehid u vodenoj otopini postoji isključivo kao formalin. Spoj koji na istom ugljikovom atomu ima vezane dvije hidroksilne skupine naziva se metilen glikol i ne može se izolirati iz vodene otopine.
Adicija alkohola karakteristična je reakcija za aldehide. Vezivanjem jedne molekule alkohola nastaju poluacetali. U toj reakciji alkoksidni dio molekule alkohola se veže na ugljikov atom karbonilne skupine, a na atom kisika se veže atom vodika. Na taj način nastaje spoj s dvije funkcijske skupine - hidroksilnom i eterskom. (Etersku funkcijsku skupinu čini atom kisika dvjema kovalentnim vezama vezan s dvije alkilne skupine, R–O–R).
Formaldehid u vodenoj otopini postoji isključivo kao formalin.
Spoj koji na istom ugljikovom atomu ima vezane dvije hidroksilne skupine
naziva se metilen glikol.
Metilen glikol ne može se izolirati iz vodene otopine.
Adicija alkohola karakteristična je reakcija za aldehide.
Vezivanjem jedne molekule alkohola nastaju poluacetali.
U toj reakciji alkoksidni dio molekule alkohola se veže na ugljikov atom karbonilne skupine.
Na atom kisika se veže atom vodika.
Na taj način nastaje spoj s dvije funkcijske skupine - hidroksilnom i eterskom.
Etersku funkcijsku skupinu čini atom kisika dvjema kovalentnim vezama vezan s dvije alkilne skupine, R–O–R.
Vezivanjem druge molekule alkohola nastaju acetali, spojevi s dvije eterske funkcijske skupine. Reakcije su povratne i u kiselim vodenim otopinama ponovno nastaju alkoholi i aldehidi.
U nekim organskim spojevima zastupljene su i aldehidna i hidroksilna skupina koje često stupaju međusobno u reakciju dajući poluacetale. Poluacetali nastali takvom reakcijom unutar molekule su prstenaste strukture. Ta je reakcija osobito važna za monosaharid glukozu.
Struktura glukoze nije lančasta. Molekula glukoze ima energetski stabilniju prstenastu strukturu. Prstenasta struktura molekule glukoze nastaje kada se hidroksilna skupina (–OH) vezana na C-5 atomu nađe blizu aldehidne skupine (–CHO). U šesteročlanom prstenu su C-1 i C-5 atomi povezani preko atoma kisika.
Struktura glukoze nije lančasta.
Molekula glukoze ima energetski stabilniju prstenastu strukturu.
Prstenasta struktura molekule glukoze nastaje
kada se hidroksilna skupina (–OH) vezana na C-5 atomu nađe blizu aldehidne skupine (–CHO).
U šesteročlanom prstenu su C-1 i C-5 atomi povezani preko atoma kisika.
Aldehidi u svakodnevnom životu
2. Problemski zadatak
Služeći se rotirajućim modelima molekula cimetnog aldehida i vanilina nacrtajte njihove skeletne molekule. Uočite položaj aldehidne skupine. Usporedite strukture ovih dviju molekula i istaknite njihove sličnosti. Oba se spoja ubrajaju u skupinu aromatskih aldehida. Istražite u stručnoj literaturi što su aromatski spojevi i koja su njihova najvažnija svojstva.
3. Problemski zadatak
Korištenjem različitih izvora istražite koje su biljke i životinje poznate po proizvodnji mirisnih aldehida i čemu im služe. Svoje zaključke pripremite u obliku interaktivne prezentacije pomoću aplikacije Sway.