알데하이드

알데히드의 특성

알데히드의 작용기인 카르보닐기는 평면 구조를 갖는다. 결합 사이의 각도는 약 120 ^° 의 폭을 가지며 C=O 이중 결합은 분극화됩니다. 이 그룹의 극성으로 인해 알데히드는 비슷한 질량의 알칸 보다 더 강한 분자간 상호 작용을 나타냅니다. 끓는점도 더 높습니다. 가장 단순한 알데히드는 상온에서 기체 상태인 포름알데히드(HCHO)입니다. 다른 단순한 알데히드는 액체입니다.

알데히드의 명명법

알데히드 의 이름은 접미사 -al을 추가하여 해당 알칸의 이름을 기반으로 생성됩니다. 사슬은 -CHO 그룹을 포함해야 하며 탄소 원자는 번호 매기기에서 첫 번째입니다. 이 방법을 사용하여 만든 이름은 예를 들어 ethanal, propanal입니다. 카르보닐기가 고리에 부착된 보다 복잡한 알데히드의 경우 접미사 -carbaldehyde가 사용됩니다(예: cyclohexanecarbaldehyde). 가장 단순하고 가장 일반적으로 사용되는 알데히드 중 일부는 메탄알데하이드 – 포름알데히드, 에타날 – 아세트알데히드, 벤젠카브알데히드 – 벤즈알데히드와 같은 일반적인 이름을 가지고 있습니다.

알데히드 생산

알데히드 합성에서 최상의 결과를 제공하는 두 가지 방법은 다음과 같습니다.

1. 실온에서 디클로로메탄 용액에서 종종 피리딘 클로로크로메이트를 사용하는 1차 알코올 의 산화,
2. 분해된 알칸의 산화는 적어도 하나의 비닐 수소 원자를 가진 알켄이오존 과의 반응에서 산화 분해를 겪을 수 있기 때문에 알데히드의 형성을 유도합니다. 사이클릭 알켄을 사용하여 디카보닐 화합물을 얻는 것도 가능합니다.

카르복실산 유도체 중 일부는 예를 들어 실험실에서 자주 선택되는 합성 경로인 에스테르에 대한 수소화디이소부틸알루미늄의 작용에 의해 부분적으로 알데하이드로 환원될 수 있습니다. 이 반응은 톨루엔 용액에서 -78 ^℃ 에서 수행되며, 수율은 종종 매우 만족스럽다.

알데히드의 산화

카르복실산 으로의 쉬운 산화는 알데하이드에 대한 일반적인 공정입니다. 그들은 -CHO 그룹에 수소 원자를 포함하고 있으며 이 변환 중에 제거될 수 있습니다. 이를 위해 HNO ₃ 및 KMnO ₄ 와 같은 다양한 산화제가 사용됩니다. 실험실 합성의 경우 가장 일반적인 경로는 황산 수용액 에서 Jones 시약인 _CrO3 를 사용하는 것입니다. 이 방법은 고온이 필요하지 않으며 상대적으로 높은 수율을 얻을 수 있습니다. 이 반응과 관련된 유일한 문제는 산성 환경에서 발생하여 산에 민감한 분자가 화합물에 존재할 경우 부반응을 일으킬 수 있다는 것입니다. 이러한 경우, Tollens 시약, 즉 산화은 Ag ₂ O의 암모니아 용액이 사용됩니다. 알데히드는 여전히 산화되어 있으며 이중 결합(탄소-탄소) 또는 기타 작용기는 그대로 남아 있습니다.

친핵성 첨가

알데히드 중에서 가장 일반적인 유형의 반응은 친핵성 첨가 메커니즘에 기초한 반응입니다. 친핵체는 알데히드 그룹의 평면에 거의 수직으로 친전자성 카르보닐 탄소를 공격합니다. 다음 단계는 이 탄소 원자가 sp ² 에서 sp ³ 으로 재혼성화되어 중간 생성물인 4면체 알콕시 이온을 형성하는 것입니다. 일반적으로 영향을 미치는 친핵체는 본질적으로 음전하를 띠거나 중성입니다. 친핵성 첨가 과정은 두 가지 방법으로 추가로 변형될 수 있습니다.

1. 사면체 모양의 중간 생성물은 물이나 산에 의해 양성자화되어 알코올로 변하고,
2. 산소의 카르보닐 원자는 ^H2O 또는 _H2O 의 형태로 제거되어 C=Nu 이중 결합을 갖는 생성물을 생성한다.

알데히드의 반응성

입체적이고 전자적인 이유로 알데히드는 매우 반응성이 강한 화합물입니다. 스테릭은 하나의 큰 치환체만 가지고 있기 때문에 공격하는 친핵체가 쉽게 접근할 수 있습니다. 생성된 중간 생성물은 비교적 낮은 에너지를 갖는다. 알데히드의 반응성은 극성과 카르보닐 탄소 원자의 부분 양전하를 안정화하도록 설계된 단 하나의 알킬 그룹의 존재로 인해 발생합니다. 이 점에서 더 큰 반응성은 두 개의 알킬 그룹을 가진 유사한 케톤과 비교할 수 있습니다. 알데히드보다 반응성이 적습니다.

수화

알데히드는 물과 반응합니다 – 카르보닐 그룹에 H ₂ O의 친핵성 첨가. 이러한 반응의 생성물은 1,1-디올, 즉 제미날 디올이다. 그러나이 반응은 가역적이며 물 분자를 제거한 후 원래의 알데히드 구조로 돌아갈 수 있습니다.

Grignard 시약과의 반응

Grignard 시약(RMgX)이 있는 상태에서 알데히드가 변환되면 알코올이 형성됩니다. R은 임의의 알킬 또는 아릴 그룹이고 X는 할로겐 원자이다. 이것은 탄소음이온 친핵성 첨가의 메커니즘에 따라 일어나는 또 다른 반응입니다. 이것은 탄소 원자에 음전하를 띠는 친핵성 물질입니다. Grignard 시약의 C-Mg 결합은 극성이 매우 높기 때문에 항상 R 그룹의 음이온 및 MgX 부분에서 파생된 양이온으로 작용합니다. 카르보닐 산소 원자는 Mg ²⁺ 양이온과 착화되어 카르보닐 그룹이 더 나은 수용체로 변환됩니다. 한편, 그리냐르 시약에서 유래된 음이온은 친핵성 첨가에 의해 사면체 마그네슘 알콕사이드의 형성을 유도한다. 희석된 산으로 양성자화되면 알코올로 전환되는 중간 생성물입니다.

알데히드 환원 반응

알데히드의 환원은 수소화물 이온의 친핵성 첨가 메커니즘에 따라 일어난다. 생성된 생성물은 알코올이며 LiAlH ₄ 및 NaBH ₄ 와 같은 환원제가 반응물로 사용됩니다. 그들은 수소화물 이온 공여체 역할을 하며, 물이나 산 수용액을 첨가한 후 중간체 알콕사이드는 알코올로 양성자화됩니다.

알데히드의 분광 분석

다른 유기 화합물과 유사하게 알데히드는 분광법을 사용하여 분석할 수 있습니다. 화합물의 구조와 흡수 면적 사이에는 많은 표 관계가 있습니다. IR 스펙트럼 영역에서 C=O 결합은 1660-1770 cm ^-1 의 파수에서 강한 흡수를 보인다. 정확한 밴드 위치는 카르보닐기의 특성에 따라 결정됩니다. 2720과 2820 cm ^-1 사이의 위치에서 특징적인 CH 결합 흡수 밴드가 보입니다. 포화 알데히드는 일반적으로 1730 cm ^-1 근처에서 카르보닐기 흡수 밴드를 나타내지만 고리 또는 이중 결합과 접합하면 1705 cm ^-1 로 이동합니다. 알데하이드 양성자는 약 10ppm을 흡수하고 매우 특징적이기 때문에 ^1H NMR 기술을 사용하여 알데하이드를 분석하는 것도 가능합니다. 이 스펙트럼 영역에서는 다른 흡수가 관찰되지 않습니다. 인접한 탄소 원자의 수소 원자는 약간 노출되어 있으며 일반적으로 2.0-2.3ppm에서 흡수합니다. ^13C NMR 기술을 사용하면 190~215ppm 범위에서 특징적인 공명 신호를 볼 수 있습니다.