อัลดีไฮด์

คุณสมบัติของอัลดีไฮด์

หมู่คาร์บอนิลซึ่งเป็นหมู่ฟังก์ชันของอัลดีไฮด์มีโครงสร้างเป็นระนาบ มุมระหว่างพันธะมีความกว้างประมาณ 120 ^° และพันธะคู่ C=O จะถูกโพลาไรซ์ เนื่องจากความเป็นขั้วของหมู่นี้ อัลดีไฮด์จึงแสดงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลที่แรงกว่า แอลเคน ที่มีมวลใกล้เคียงกัน จุดเดือดของพวกมันก็สูงขึ้นเช่นกัน อัลดีไฮด์ที่ง่ายที่สุดคือฟอร์มาลดีไฮด์ (HCHO) ซึ่งเป็นสารที่เป็นก๊าซที่อุณหภูมิห้อง อัลดีไฮด์อย่างง่ายอื่นๆ คือของเหลว

ศัพท์เฉพาะของอัลดีไฮด์

ชื่อของ อัลดีไฮด์ ถูกสร้างขึ้นตามชื่อของอัลเคนที่เกี่ยวข้องโดยเพิ่มคำต่อท้าย -al สายโซ่ต้องมีหมู่ -CHO และอะตอมของคาร์บอนเป็นอะตอมแรกในการกำหนดหมายเลข ชื่อที่สร้างขึ้นโดยใช้วิธีนี้คือ ethanal, propanal ในกรณีของอัลดีไฮด์ที่ซับซ้อนกว่า โดยที่หมู่คาร์บอนิลติดอยู่กับวงแหวน จะใช้คำต่อท้าย -carbaldehyde เช่น cyclohexanecarbaldehyde แอลดีไฮด์ที่ง่ายและใช้บ่อยที่สุดบางตัวก็มีชื่อสามัญเช่นกัน เช่น เมธานอล – ฟอร์มัลดีไฮด์, เอธานอล – อะซีตัลดีไฮด์, เบนซีนคาร์บัลดีไฮด์ – เบนซาลดีไฮด์

การผลิตอัลดีไฮด์

สองวิธีที่ให้ผลลัพธ์ดีที่สุดในการสังเคราะห์อัลดีไฮด์คือ:

1. ออกซิเดชันของ แอลกอฮอล์ หลัก มักใช้ pyridine chlorochromate ในสารละลายไดคลอโรมีเทนที่อุณหภูมิห้อง
2. ออกซิเดชันของอัลเคนที่แยกออก เนื่องจาก อัลคีน ที่มีอะตอมของไวนิลไฮโดรเจนอย่างน้อยหนึ่งอะตอมสามารถเกิดการแตกแยกออกซิเดชันในปฏิกิริยากับโอโซน ซึ่งจะนำไปสู่การก่อตัวของอัลดีไฮด์ นอกจากนี้ยังสามารถใช้ไซคลิกแอลคีนเพื่อให้ได้สารประกอบไดคาร์บอนิล

อนุพันธ์ของกรดคาร์บอกซิลิกบางส่วนสามารถถูกรีดิวซ์เป็นอัลดีไฮด์ได้บางส่วน เช่น โดยการกระทำของไดไอโซบิวทิลอะลูมินัมไฮไดรด์บนเอสเทอร์ ซึ่งเป็นเส้นทางการสังเคราะห์ที่เลือกใช้บ่อยในห้องปฏิบัติการ ปฏิกิริยานี้ดำเนินการที่อุณหภูมิ -78 ^° C ในสารละลายโทลูอีน และมักจะได้ผลลัพธ์ที่น่าพอใจมาก

ออกซิเดชันของอัลดีไฮด์

ปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างง่ายกับ กรดคาร์บอกซิลิก เป็นกระบวนการทั่วไปสำหรับอัลดีไฮด์ พวกมันประกอบด้วยอะตอมของไฮโดรเจนในกลุ่ม -CHO และสามารถกำจัดออกได้ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงนี้ สารออกซิแดนท์หลายชนิดถูกนำมาใช้เพื่อการนี้ เช่น HNO ₃ และ KMnO ₄ สำหรับการสังเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ เส้นทางที่พบมากที่สุดคือการใช้โจนส์รีเอเจนต์: CrO ₃ ในสารละลายที่เป็นน้ำของ กรดซัลฟิวริก วิธีนี้ไม่ต้องใช้อุณหภูมิสูงและผลผลิตที่ได้ก็ค่อนข้างสูง ปัญหาเดียวที่เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยานี้คือเกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด ซึ่งอาจนำไปสู่ปฏิกิริยาข้างเคียงได้หากมีโมเลกุลที่ไวต่อกรดอยู่ในสารประกอบ ในกรณีเช่นนี้ จะใช้โทลเลนรีเอเจนต์ เช่น สารละลายแอมโมเนียของซิลเวอร์ออกไซด์ Ag ₂ O อัลดีไฮด์ยังคงถูกออกซิไดซ์และพันธะคู่ (คาร์บอน-คาร์บอน) หรือหมู่ฟังก์ชันอื่นๆ

การเติมนิวคลีโอฟิลิก

ประเภทของปฏิกิริยาที่พบบ่อยที่สุดในบรรดาอัลดีไฮด์คือปฏิกิริยาที่ขึ้นอยู่กับกลไกการเติมนิวคลีโอฟิลิก นิวคลีโอไฟล์โจมตีคาร์บอนอิเล็กโทรฟิลิกคาร์บอนิลเกือบตั้งฉากกับระนาบของกลุ่มอัลดีไฮด์ ขั้นตอนต่อไปคือการรวมตัวของอะตอมคาร์บอนนี้จาก sp ² ถึง sp ³ ก่อตัวเป็น tetrahedral alkoxy ion ซึ่งเป็นผลิตภัณฑ์ระดับกลาง โดยปกติแล้ว นิวคลีโอไฟล์ที่มีอิทธิพลจะมีประจุลบหรือเป็นกลางโดยธรรมชาติ เส้นทางของการเติมนิวคลีโอฟิลิกสามารถเปลี่ยนได้อีกสองวิธี:

1. ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางรูปทรงจัตุรมุขถูกโปรตอนด้วยน้ำหรือกรด เปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์
2. อะตอมของคาร์บอนิลของออกซิเจนถูกกำจัดออกไปในรูปของ H ^O หรือ H ₂ O ทำให้เกิดผลิตภัณฑ์ที่มีพันธะคู่ C=Nu

ปฏิกิริยาของอัลดีไฮด์

ด้วยเหตุผลด้านสเตอริกและอิเล็กทรอนิก อัลดีไฮด์เป็นสารประกอบที่มีปฏิกิริยาค่อนข้างมาก Steric เนื่องจากพวกมันมีองค์ประกอบทดแทนขนาดใหญ่เพียงตัวเดียว ดังนั้น nucleophiles ที่โจมตีจึงเข้าถึงได้ง่าย ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่ได้จะมีพลังงานค่อนข้างต่ำ ปฏิกิริยาของอัลดีไฮด์ยังเกิดจากขั้วของพวกมันและการมีอยู่ของหมู่อัลคิลเพียงกลุ่มเดียว ซึ่งออกแบบมาเพื่อทำให้ประจุบวกบางส่วนบนอะตอมของคาร์บอนิลมีความเสถียร ในแง่นี้ ความว่องไวต่อปฏิกิริยาที่มากกว่าของพวกมันสามารถเปรียบเทียบได้กับคีโตนที่คล้ายกันซึ่งมีหมู่อัลคิลสองหมู่ มีปฏิกิริยาน้อยกว่าอัลดีไฮด์

ไฮเดรชั่น

อัลดีไฮด์ทำปฏิกิริยากับน้ำ – การเติมนิวคลีโอฟิลของ H ₂ O ให้กับหมู่คาร์บอนิล ผลิตภัณฑ์ของปฏิกิริยาดังกล่าวคือ 1,1-ไดออล ซึ่งได้แก่ เจมินัลไดออล อย่างไรก็ตาม ปฏิกิริยานี้สามารถย้อนกลับได้และเป็นไปได้ที่จะกลับคืนสู่โครงสร้างอัลดีไฮด์เดิมหลังจากกำจัดโมเลกุลของน้ำ

การทำปฏิกิริยากับ Grignard reagents

การเปลี่ยนแปลงของอัลดีไฮด์เมื่อมี Grignard reagent (RMgX) นำไปสู่การสร้างแอลกอฮอล์ R คือหมู่อัลคิลหรืออะริลใดๆ และ X คืออะตอมของฮาโลเจน นี่เป็นอีกปฏิกิริยาหนึ่งที่เกิดขึ้นตามกลไกการเติมคาร์บาเนียนนิวคลีโอฟิลิก เป็นสารนิวคลีโอฟิลิกซึ่งมีประจุลบในอะตอมของคาร์บอน เนื่องจากพันธะ C-Mg ในรีเอเจนต์ของ Grignard มีขั้วสูง จึงทำหน้าที่เป็นแอนไอออนของกลุ่ม R และเป็นไอออนบวกที่ได้จากมอยอิตี MgX อะตอมของออกซิเจนคาร์บอนิลถูกทำให้ซับซ้อนด้วยไอออนบวก Mg ²⁺ ซึ่งนำไปสู่การเปลี่ยนรูปของหมู่คาร์บอนิลให้เป็นตัวรับที่ดีขึ้น ในทางกลับกัน ไอออนที่ได้มาจากรีเอเจนต์ Grignard นำไปสู่การสร้างแมกนีเซียมอัลคอกไซด์ทรงเตตระฮีดรัลโดยการเติมนิวคลีโอฟิลิก เป็นผลิตภัณฑ์ระดับกลางที่เปลี่ยนเป็นแอลกอฮอล์เมื่อโปรตอนด้วยกรดเจือจาง

ปฏิกิริยารีดักชันของอัลดีไฮด์

การลดลงของอัลดีไฮด์เกิดขึ้นตามกลไกของการเติมนิวคลีโอฟิลิกของไฮไดรด์ไอออน ผลิตภัณฑ์ที่ได้คือแอลกอฮอล์ และตัวรีดิวซ์ เช่น LiAlH ₄ และ NaBH ₄ ถูกใช้เป็นสารตั้งต้น พวกมันมีบทบาทเป็นผู้บริจาคไอออนของไฮไดรด์ และหลังจากการเติมน้ำหรือสารละลายกรดในน้ำในภายหลัง อัลคอกไซด์ระดับกลางจะถูกโปรตอนไปเป็นแอลกอฮอล์

การวิเคราะห์ทางสเปกโทรสโกปีของอัลดีไฮด์

เช่นเดียวกับสารประกอบอินทรีย์อื่นๆ อัลดีไฮด์สามารถวิเคราะห์ได้โดยใช้วิธีทางสเปกโทรสโกปี มีความสัมพันธ์แบบตารางมากมายระหว่างโครงสร้างของสารประกอบและพื้นที่การดูดซับ ในพื้นที่ของสเปกตรัม IR พันธะ C=O แสดงการดูดกลืนที่แข็งแกร่งที่หมายเลขคลื่น 1660-1770 cm ^-1 ตำแหน่งที่แน่นอนของแถบถูกกำหนดโดยธรรมชาติของกลุ่มคาร์บอนิล ที่ตำแหน่งระหว่าง 2720 ถึง 2820 ซม. ^-1 จะมองเห็นแถบการดูดกลืนพันธะ CH ที่มีลักษณะเฉพาะ โดยทั่วไปแล้วอัลดีไฮด์ที่อิ่มตัวจะแสดงแถบการดูดซับของกลุ่มคาร์บอนิลใกล้กับ 1,730 ซม. ^-1 แต่การผันรูปด้วยวงแหวนหรือพันธะคู่จะเลื่อนไปที่ 1,705 ซม. ^-1 นอกจากนี้ยังสามารถวิเคราะห์อัลดีไฮด์โดยใช้เทคนิค ¹ H NMR ได้ เนื่องจากโปรตอนของอัลดีไฮด์ดูดซับได้ประมาณ 10 ppm และมีลักษณะพิเศษมาก ไม่มีการดูดกลืนอื่นใดในบริเวณสเปกตรัมนี้ อะตอมของไฮโดรเจนที่อะตอมของคาร์บอนที่อยู่ติดกันจะถูกสัมผัสเล็กน้อยและโดยทั่วไปจะดูดซับที่ 2.0-2.3 ppm เมื่อใช้เทคนิค ¹³ C NMR สัญญาณเรโซแนนซ์ที่มีลักษณะเฉพาะสามารถเห็นได้ในช่วง 190-215 ppm