羰基中的一个
共价键跟氢原子相连而组成的一价
原子团,叫做醛基,醛基
结构简式是-CHO,醛基是
亲水基团,因此有醛基的有机物(如
乙醛等)有一定的
水溶性。
信息介绍
醛、糖醛、
葡萄糖、
麦芽糖等分子中都含有醛基。
醛类分子中的醛基性质活泼,容易发生缩合、
亲核加成反应。醛基能还原成羟甲基(—
CH2OH)或氧化成
羧基(—COOH)。 醛基还原就会变成醇就是在C=O打开加成氢气。
例:
乙醇和氧气在加热条件下有铜或银做催化剂,生成带刺激性气味的气体乙醛和水。
2CH3CH2OH+O2→2CH3CHO+2H2O (加热,铜或银作催化剂)
(2Cu+O2=2CuO,CuO+C2H5OH→Cu+CH3CHO+H2O,该反应为乙醇催化
氧化反应。)
检验方法
硝酸银与
氨水生成的
银氨溶液中含有Ag(NH3)2OH(
氢氧化二氨合银(I)),这是一种弱氧化剂,在碱性条件下能把
乙醛氧化成
乙酸,乙酸又与氨反应生成
乙酸铵,而Ag被还原成金属银,加热还原生成的银附着在试管壁上,形成
银镜,所以,这个反应也叫
银镜反应。
CH3CHO+2Ag(NH3)2OH→CH3COONH4+2Ag↓+3NH3+H2O
注意事项:
(1)试管内壁必须洁净;
(2)银氨溶液随用随配不可久置;
溶液中有砖红色沉淀产生。该红色沉淀是Cu2O,它是由反应中生成的Cu(OH)2被乙醛还原产生的:
CH3CHO+2Cu(OH)2→CH3COOH+Cu2O↓+2H2O
注意事项
(1)新制Cu(OH)2
悬浊液要随用随配、不可久置
(2)配制新制Cu(OH)2悬浊液时,所用NaOH溶液必须过量
(3)反应液必须直接加热至沸腾
物理性质
醛的性质大不相同,其具体性质取决于醛的
分子大小。
小分子的
醛类大多易溶于水,如:
甲醛,
乙醛。
挥发性醛大多具有刺激性气味。醛的降解可通过
自身氧化来完成。
工业中有两种醛非常重要:甲醛和乙醛。它们有复杂的
化学特性,因为两者都具有形成
低聚物或多聚物的倾向。它们还可发生
水合,形成偕二醇。多聚物与低聚物和其母体醛分子存在着
化学平衡。
醛易于通过
光谱方法来进行鉴定,如:
红外光谱,醛的ν
CO键吸收一般出现在1700 左右。而在H NMR谱中,醛基氢的位置一般在δ9左右,该信号属醛基氢的特征信号。
化学性质
醛具有很高的反应活性,参与了众多反应。从工业角度来看,重要的反应大多数是缩和反应,如:制备
可塑剂和
多羟基化合物、
还原反应制备醇(尤其
羰基醇类)。从生物角度,重要的反应主要包括:制备
亚胺的反应,即
甲酰基的
亲核加成反应,如:氧化去胺反应、
半缩醛结构(
醛糖)。
还原反应
甲酰基易被还原为
伯醇(-CH2OH)。这种典型转化使用了催化氢化,或直接的
转移氢化进行。
氧化反应
甲酰基还易被氧化成相应的
羧酸(-COOH)。工业中最常用的氧化剂是空气或氧气。实验室条件下,常用的氧化试剂包括:
高锰酸钾、
硝酸、
氧化铬和
重铬酸钾。混合
二氧化锰、
氰化物、
乙酸和
甲醇可将醛转化成甲酯。
还有一种
氧化反应基于
银镜反应,该反应中,醛与Tollens试剂混合(其制备方法为:
滴加氢氧化钠溶液至
硝酸银溶液中,得到析出的氧化银,而后滴加足量的
氨水溶液以溶解析出的固体,并形成[Ag(NH3)2]
络合物)。此
反应过程不会影响
碳碳双键。取名“
银镜反应”是由于形成的
氧化银能够转化为银镜,从而鉴定醛基结构。
若醛不能够转化为烯醇式(没有α-H,如:
苯甲醛),加入碱后可发生Cannizzaro反应。该
反应机理即:歧化现象,反应最后产生自身
氧化还原所形成的醇与酸。
加成反应
亲核试剂易与羰基发生反应。在反应过程中,
羰基碳发生
sp杂化而与亲核试剂
键合,
氧原子则被质子化:
RCHO + Nu → RCH(Nu)ORCH(Nu)O + H → RCH(Nu)OH
通常一个
水分子在加成发生时会被脱除,这种反应称为:加成-消除或加成-缩和反应。以下是几个
亲核加成反应的变化:
在缩醛化反应中,在酸或碱催化下,醇分子进攻羰基,质子转移后形成
半缩醛。酸性条件下, 半缩醛与另外一个醇继续反应得到
缩醛和一分子水。除环状半缩醛,如:葡萄糖可以稳定存外,其他简单的半缩醛通常不稳定。而相比缩醛就稳定的多,只有酸性条件下会转化为相应的醛。醛还可与水反应形成
水合物(R-C(H)(OH)(OH))。这些
二醇分子在很强的
吸电子基团存在下比较稳定,如:
三氯乙醛,其稳定的机理被证实与半缩醛形态有关。
葡萄糖(醛式)转变为半缩醛式。
在烷基氨化-去氧-双
取代反应中,一级与二级胺进攻羰基,质子从
氮原子转移至氧原子上,形成碳氮化合物。当底物为
伯胺,一水分子可在该过程中消除,并形成
亚胺,该反应通常由酸进行催化。此外羟氨(
NH2OH)也可与醛基反应,所形成产物称为:肟;当亲核试剂是氨的衍生物(H2NNR2),如肼(H2NNH2)则形成了肼化合物,如:
2,4-二硝基苯肼,其脱水后形成的化合物为:腙。该反应常用于鉴定醛酮。
醛转化为肟与腙
氢氰酸中的氰基可进攻
羰基,形成氰醇(R-C(H)(OH)(CN))。在
格氏反应中,
格氏试剂进攻羰基,形成了格氏基团取代的醇。相类似的反应还有:Barbier反应和
Nozaki-Hiyama-Kishi反应。在
有机锡加成反应中,锡试剂取代了
镁试剂参与该反应。
在羟醛缩和反应中,酮、酯、
酰胺、
羧酸的金属烯醇式也可进攻醛形成:β-羟基
羰基化合物,即:羟醛。酸或碱催化的脱水反应能继续让上述化合物发生
脱水反应,形成α,β-不饱和羰基化合物,以上两步反应即熟知的:羟醛缩和反应。当亲核基团替代为
烯烃或
炔烃进攻羰基,称为:
Prins反应,该反应产物因不同反应条件与底物而改变。
复杂反应
特殊方法