Альдегиды

Альдегиды — это органические соединения, в которых карбонильная ($\mathrm{C=O}$) группа связана с атомом водорода и углеводородным радикалом или двумя атомами водорода. Функциональная группа альдегидов называется формильной или альдегидной ($\mathrm{-CHO}$). Общая формула предельных альдегидов $\mathrm{C_nH_{2n}O}$, общая запись $\mathrm{R{-}CHO}$ (где R — атом водорода или углеводородный радикал).

По международной номенклатуре альдегиды называют, добавляя суффикс "-аль" к названию соответствующего алкана. Углерод карбонильной группы всегда считается первым. Например, $\mathrm{HCHO}$ — метаналь (формальдегид), $\mathrm{CH_3CHO}$ — этаналь (ацетальдегид), $\mathrm{CH_3CH_2CHO}$ — пропаналь.

Для альдегидов характерна изомерия углеродного скелета (например, бутаналь и 2-метилпропаналь) и функциональная изомерия с кетонами (например, пропаналь и пропанон).

Альдегиды получают различными способами:

• Окисление первичных спиртов: Это основной лабораторный метод получения альдегидов. В качестве окислителей используют $\mathrm{CuO}$, $\mathrm{KMnO_4}$ или $\mathrm{K_2Cr_2O_7}$: $\mathrm{R{-}CH_2OH + [O] \to R{-}CHO + H_2O}$ Например, $\mathrm{CH_3CH_2OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3CHO + Cu + H_2O}$
• Каталитическое дегидрирование первичных спиртов: При пропускании паров спирта над нагретым медным катализатором: $\mathrm{R{-}CH_2OH \xrightarrow{Cu,\ t^\circ} R{-}CHO + H_2}$
• Гидратация ацетилена (реакция Кучерова): Реакция ацетилена с водой в присутствии солей ртути дает этаналь: $\mathrm{CH\equiv CH + H_2O \xrightarrow{HgSO_4,\ H_2SO_4} CH_3CHO}$
• Сухая перегонка солей карбоновых кислот: При сухой перегонке кальциевой соли муравьиной кислоты с кальциевой солью другой карбоновой кислоты образуется альдегид: $\mathrm{(HCOO)_2Ca + (RCOO)_2Ca \xrightarrow{t^\circ} 2RCHO + 2CaCO_3}$

Физические свойства: Метаналь (формальдегид) — это газ с резким запахом, хорошо растворимый в воде. Этаналь (ацетальдегид) — летучая жидкость с резким запахом. Высшие альдегиды — твёрдые вещества. Температуры кипения альдегидов ниже, чем у соответствующих спиртов, но выше, чем у углеводородов, так как отсутствуют межмолекулярные водородные связи, но присутствует диполь-дипольное взаимодействие из-за полярной карбонильной группы.

Химические свойства: Химические свойства альдегидов определяются в основном карбонильной группой. Они являются активными соединениями и легко окисляются и восстанавливаются.

1. Реакции присоединения (восстановление): Восстанавливаются водородом до первичных спиртов: $\mathrm{R{-}CHO + H_2 \xrightarrow{Ni,\ Pt,\ Pd} R{-}CH_2OH}$
2. Реакции окисления: Эти реакции являются качественными для альдегидов, так как они легко окисляются до карбоновых кислот.
   • Реакция «серебряного зеркала» (с реактивом Толленса): При нагревании альдегидов с аммиачным раствором оксида серебра(I) (реактив Толленса) на стенках пробирки осаждается металлическое серебро: $\mathrm{R{-}CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \to R{-}COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O}$ Исключением является метаналь, который ведет себя как соединение с двумя альдегидными группами и выделяет 4 моль серебра: $\mathrm{HCHO + 4[Ag(NH_3)_2]OH \to (NH_4)_2CO_3 + 4Ag\downarrow + 6NH_3 + 2H_2O}$
   • Реакция Фелинга: Альдегиды при нагревании с реактивом Фелинга (комплекс гидроксида меди(II)) образуют красный осадок $\mathrm{Cu_2O}$: $\mathrm{R{-}CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} R{-}COOH + Cu_2O\downarrow + 2H_2O}$
3. Полимеризация и поликонденсация: Метаналь полимеризуется в параформальдегид. Используется в синтезе фенолформальдегидных смол.
4. Реакция Канниццаро: Альдегиды, не имеющие $\alpha$-атомов водорода (например, метаналь, бензальдегид), при нагревании со щелочью одновременно окисляются и восстанавливаются (одна молекула превращается в спирт, другая — в соль карбоновой кислоты): $\mathrm{2HCHO + NaOH \to CH_3OH + HCOONa}$

Альдегиды широко применяются в промышленности и повседневной жизни:

• Метаналь (формальдегид): Формалин (37-40%-ный водный раствор метаналя) используется как дезинфицирующее средство, для консервации биологических образцов. Применяется в производстве фенолформальдегидных смол, пластмасс, лекарств, красителей и взрывчатых веществ.
• Этаналь (ацетальдегид): Промежуточный продукт в синтезе уксусной кислоты, этилового спирта, бутадиена и синтетического каучука, а также других органических веществ.
• Высшие альдегиды используются в производстве отдушек и парфюмерных изделий.