§ 29. Альдегиды. Номенклатура. Изомерия. Физические свойства

Вы уже знаете, что атомы кислорода в молекулах органических соединений могут выступать в качестве «мостиков» между алкильным радикалом   и атомом водорода (спирты):

либо между двумя алкильными группами (простые эфиры):Кроме этого, атом кислорода может быть связан с атомом углерода двойной связью:Данная формула отражает строение новой функциональной группы, которая входит в состав множества органических соединений. Эта группа называется карбонильной группой.

Как видно, атом углерода карбонильной группы образует две связи с атомом кислорода. Две оставшиеся связи атом углерода может образовывать с углеводородными радикалами:

Такие органические соединения относятся к классу кетонов. Углеводородные радикалы в молекулах кетонов могут быть как одинаковыми, так и различными. В молекуле простейшего кетона оба радикала — метильные группы. Этот кетон называется ацетон:Ацетон представляет собой легкокипящую жидкость (t_кип = 56 °С) с характерным запахом, неограниченно смешивающуюся с водой. Используется в качестве растворителя и в органическом синтезе.

Интересно знать

Еще один известный кетон — кетон малины — также имеет в составе молекулы карбонильную группу, это соединение более сложного строения:

Кетон малины содержится, естественно, в малине, обусловливает её характерный запах. Синтетический кетон малины применяется в качестве добавки к пищевым продуктам и косметическим средствам.

Если соединить карбонильную группу с атомом водорода, то получится альдегидная группа:Соединения, содержащие альдегидную группу, относятся к классу альдегидов. В молекуле простейшего представителя этого класса соединений альдегидная группа связана с атомом водорода:Это соединение называется муравьиный альдегид, или формальдегид, и представляет собой бесцветный ядовитый газ с резким запахом, который хорошо растворяется в воде. 40%-й водный раствор формальдегида называется формалин и используется для консервации биологических тканей.

Атом углерода альдегидной группы находится в состоянии sp²-гибридизации. Из одной s- и двух p-орбиталей формируются три гибридные орбитали, за счёт которых атом углерода образует три σ-связи. Негибридная р-орбиталь атома углерода участвует в образовании π-связи с атомом кислорода:

Молекула фомальдегида плоская, валентные углы близки к 120°. Шаростержневая модель молекулы формальдегида:

В молекуле ближайшего гомолога формальдегида альдегидная группа связана с метильным радикалом:

Название этого соединения — уксусный альдегид, или ацетальдегид. Уксусный альдегид при н. у. представляет собой бесцветную жидкость с запахом яблок. Температура кипения уксусного альдегида 21 °С.

Шаростержневая модель молекулы уксусного альдегида:

Наличие группы (или —CHO) в молекулах альдегидов обусловливает их характерные химические свойства. Поэтому альдегидную группу называют функциональной группой. Таким образом, альдегиды — органические соединения, в молекулах которых содержится группа —CHO, соединённая с атомом водорода или углеводородным радикалом.

Для альдегидов возможна изомерия углеродного скелета. Этот вид изомерии появляется начиная с вещества, содержащего четыре атома углерода в молекуле:

Так как альдегидная группа всегда располагается в начале молекулы, то изомерия, связанная с положением альдегидной группы, невозможна. Однако альдегиды могут быть изомерны кетонам:

Муравьиный альдегид и уксусный альдегид — тривиальные, то есть исторически сложившиеся, названия. По систематической номенклатуре названия альдегидов образуются путём прибавления к названию соответствующего алкана суффикса -аль, который обозначает альдегидную группу. Нумерацию атомов углерода главной цепи всегда начинают с атома углерода альдегидной группы.

Назовём все упомянутые выше альдегиды:

Рассмотрим более сложный случай. Назовём альдегид следующего строения:Главная цепь состоит из шести атомов углерода. Соответствующий алкан называется гексан. Третий, четвёртый и пятый атомы углерода главной цепи связаны с алкильными радикалами, названия которых перечисляются в алфавитном порядке. Принадлежность соединения к классу альдегидов указываем при помощи суффикса -аль. Тогда название альдегида — 4,5-диметил-3-этилгексаналь.

В таблице 29.1 приведены формулы, названия и температуры кипения некоторых альдегидов.

Таблица 29.1. Формулы, названия и температуры кипения некоторых альдегидов

Формула	Название	tкип, °С
H—CHO	метаналь	–20
CH3—CHO	этаналь	21
CH3—СН2—CHO	пропаналь	49
CH3—СН2—СН2—CHO	бутаналь	76
CH3—СН2—СН2—СН2—CHO	пентаналь	103

Как видно из таблицы, температуры кипения альдегидов значительно ниже, чем спиртов с таким же числом атомов углерода в молекуле. Так, температура кипения метанола равна +65 °С, метаналя –20 °С. Это свидетельствует о том, что взаимодействие между молекулами альдегидов слабее, чем между молекулами спиртов.

Напомним, что причиной высоких температур кипения спиртов является наличие между их молекулами водородных связей. Водородные связи достаточно сильно удерживают молекулы спиртов друг возле друга, затрудняя переход в газообразное состояние. Между молекулами альдегидов, в отличие от спиртов, водородные связи не образуются, так как в альдегидах отсутствуют атомы водорода, связанные с атомом кислорода.Связь C—H альдегидной группы является малополярной, поэтому положительный заряд на атоме водорода альдегидной группы не достаточен для образования водородной связи с атомом кислорода соседней молекулы. Вследствие этого температуры кипения альдегидов ниже, чем у спиртов с тем же числом атомов углерода.

Простейшие альдегиды — метаналь, этаналь, пропаналь — хорошо растворяются в воде. С увеличением размера углеводородного радикала растворимость в воде уменьшается.

Интересно знать

Альдегиды, молекулы которых содержат неразветвлённую цепь из 8–12 атомов углерода, имеют приятные запахи при сильном разбавлении (в чистом виде — очень резкие) и входят в состав известнейших парфюмерных композиций. Точный состав этих композиций является коммерческой тайной, известно лишь, что духи Chanel № 5, Lancome Climat, Givenchy L'Interdit содержат октаналь (C₈H₁₆O), нонаналь (C₉H₁₈O), лауриновый альдегид (C₁₂H₂₄O) (рис. 29.1).