Aldehyde
Aldehyde sind chemische Verbindungen, die als funktionelle Gruppe eine endständige Carbonylgruppe (genauer Aldehydgruppe, CHO) enthalten. Die von den Alkanen abgeleitete Reihe der Aldehyde bilden die homologe Reihe der Alkanale.
Der Name „Aldehyd“ ist ein Kurzwort aus den jeweils ersten Wortteilen der lateinischen Bezeichnung alcohol(us) dehydrogenatus, was so viel wie „dehydrierter Alkohol“ oder „Alkohol, dem Wasserstoff entzogen wurde“ bedeutet.
Im Unterschied zu den Ketonen, bei denen der Carbonylkohlenstoff (>C=O) mit zwei Kohlenstoff-Atomen verbunden ist, - man spricht in diesem Fall von einer sekundären Carbonylgruppe – ist bei Aldehyden dieser nur mit einem C-Atom und einem Wasserstoff-Atom verknüpft (primäre Carbonylgruppe). Das einfachste Aldehyd ist Methanal (Formaldehyd).
Aldehyde sind reaktive Verbindungen.
- Die Polarisierung des Kohlenstoff-Atoms am Carbonylsauerstoff ist Ansatzpunkt für einen nukleophilen Angriff.
- Aldehyde können in der Keto- und der Enolform vorliegen. Siehe dazu Keto-Enol-Tautomerie.
- Bei Aldehyden beobachtet man die so genannte CH-Acidität. D. h. die positive Partialladung des Carbonylkohlenstoffatoms verursacht einen Elektronenmangel am benachbarten Kohlenstoff-Atom. Trägt dieses ein Wasserstoff-Atom, so kann dieses leichter als Proton (H+) abgegeben werden.
Nomenklatur
Alkanale erhalten nach der IUPAC-Nomenklatur den Namen des Alkans mit der selben Anzahl an Kohlenstoff-Atomen mit dem Suffix -al oder -carbaldehyd. Dementsprechend heißt der vom Methan abgeleitete Aldehyd Methanal, das vom Ethan abgeleitete Ethanal.
Der Trivialname leitet sich von der lateinischen Bezeichnung für die bei Hinzufügen eines Sauerstoffatoms jeweils entstehende Carbonsäure her. Für Methanal (H-CHO) ist das die Methansäure (lat. acidum formicum, H-COOH), daher Formaldehyd. Für Ethanal die Ethansäure (lat. acidum aceticum, CH3-COOH), daher Acetaldehyd. Entsprechend leiten sich die anderen Trivialnamen ab.
Beispiele
| chem. Formel | IUPAC-Name | Trivialname |
|---|---|---|
| H-CHO | Methanal | Formaldehyd |
| CH3-CHO | Ethanal | Acetaldehyd |
| C2H5-CHO | Propanal | Propionaldehyd |
| C3H7-CHO | Butanal | n-Butyraldehyd |
| C4H9-CHO | Pentanal | n-Valeraldehyd |
| C5H11-CHO | Hexanal | n-Capronaldehyd |
| C6H13-CHO | Heptanal | |
| C7H15-CHO | Octanal |
Analog wird vorgegangen bei Aldehyden mit Alken-Resten (also mit C-C-Doppelbindungen) oder Alkin-Resten (also C-C-Dreifachbindungen). Weiter existieren natürlich auch Mehrfachaldehyde, wie beispielsweise das Glyoxal - der einfachste Dialdehyd.
Reaktionen
Nukleophile Addition
Nach Angriff des Nukleophils geht das π-Elektronenpaar gänzlich zum nun negativ geladenen Sauerstoff. Im protischen Lösungsmittel wird dies durch Protonenaufnahme ausgeglichen, wodurch eine OH-Gruppe anstelle der Carbonylgruppe entsteht.
Addition von Alkoholen
Alkohol + Aldehyd => Halbacetal
Halbacetal + Alkohol => Acetal + Wasser
Beispiel: Ringschluss von Traubenzucker (Glucose)
Siehe auch: Acetalbildung
Addition von Stickstoff-Nukleophilen
Prim. Amin + Aldehyd => Imin (Schiffsche Base) + Wasser
Oxidation zur Carbonsäure (wichtig für Nachweise)
Aldolreaktion
Das CH-acide H-Atom kann durch Basen vom Aldehyd abgespalten werden. Das entstandene Enolat-Anion reagiert mit einem weiteren Aldehyd-Molekül weiter. Es entsteht ein Aldol, ein Kondensationsprodukt aus Alkohol (OH-Gruppe) und Aldehyd. Auf diese Weise können C-C-Bindungen geknüpft werden.
Gemischte Aldolreaktion
Reagiert ein aromatisches Aldehyd (siehe: Benzaldehyd), das kein CH-acides H-Atom besitzt, mit einem weiteren CH-aciden Aldehyd, entsteht ein „gemischtes“ Aldol. Auf diese Weise wird in der Knoevenagel-Kondensation Zimtaldehyd, ein wichtiger Duftstoff, gewonnen.
Nachweise
Spektroskopie von Aldehyden
In IR-Spektren von Aldehyden und Ketonen findet man den intensiven, charakteristischen Peak der C=O-Valenzschwingung im Bereich von 1690–1750 cm−1.
Eigenschaften
Zwischen den Aldehyd-Molekülen kommt es zu Dipol-Dipol-Kräften, weil die C-O Bindung sehr polar ist. Es kommt nicht zu Wasserstoffbrückenbindungen, weil kein Wasserstoffatom an das Sauerstoffatom gebunden ist. Deswegen liegen die Siedepunkte zwischen denen der Alkohole und denen der Alkane. Mit Wasser können Aldehyde Wasserstoffbrückenbindungen eingehen, weil das Sauerstoffatom zwei freie Elektronenpaare hat. Deswegen sind kurzkettige Aldehyde gut wasserlöslich.
Herstellung
Durch milde Oxidation von primären Alkoholen entstehen Aldehyde. Der Aldehyd kann weiter zur Carbonsäure oxidiert werden.
homologe Reihe der Alkanale
| Anzahl (C-Atome) | IUPAC-Bezeichnung | Trivialnamen | Siedepunkt in °C | Summenformel |
|---|---|---|---|---|
| 1 | Methanal | Formaldehyd | −19,5 | HCHO |
| 2 | Ethanal | Acetaldehyd | 21 | CH3CHO |
| 3 | Propanal | Propionaldehyd Propylaldehyd |
48 | C2H5CHO |
| 4 | Butanal | Butyraldehyd | 75 | C3H7CHO |
| 5 | Pentanal | Valeraldehyd Amylaldehyd |
103 | C4H9CHO |
| 6 | Hexanal | Capronaldehyd Hexaldehyd |
131 | C5H11CHO |
| 7 | Heptanal | Oeanantaldehyd Heptaldehyd Heptylaldehyd |
153 | C6H13CHO |
| 8 | Octanal | Caprylaldehyd Octylaldehyd |
171 | C7H15CHO |
| 9 | Nonanal | Pelargonaldehyd Nonylaldehyd |
193 | C8H17CHO |
Allgemeine Summenformel: CnH2n+1CHO
Verwendung
Mengenmäßig ist der Formaldehyd (Methanal) der weitaus bedeutendste Aldehyd. Er wird als Desinfektionsmittel (Formalinlösung) und zur Herstellung organischer Präparate verwendet. Aldehyde und Ketone werden außerdem zur Herstellung von Kunststoffen, Lösungsmitteln, Farbstoffen, Parfums und Medikamenten verwendet.
Physiologische Bedeutung
Im Stoffwechsel der Zellen finden sich eine Reihe von Aldehyden. Eine besondere Rolle spielt das Ethanal (Trivialname Acetaldehyd), das im Verlauf des Alkoholabbaus entsteht und für den so genannten Alkohol-Kater verantwortlich ist.