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| 醛 | |
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醛，是由烴基與醛基相連而構成的化合物，簡寫為RCHO。醛(英語:aldehyde)有機化合物的一類，是醛基(-CHO)和烴基(或氫原子)連接而成的化合物。醛基由一個碳原子、一個氫原子及一個雙鍵氧原子組成。醛基也稱為甲酰基。[1]
基本信息
醛定義：醛（quán， aldehyde)：有機化合物的一類，是醛基(-CHO)和烴基（或氫原子）連接而成的化合物。 醛基由一個碳原子、一個氫原子及一個雙鍵氧原子組成。醛基也稱為甲酰基。醛是分子裡由烴基跟醛基相連的化合物，醛類的通式是RCHO。飽和一元醛的通式為CnH2nO。乙醛分子式為C2H4O，結構簡式為CH3CHO，官能團是醛基（-CHO）。在有機反應中，加氫或去氧的反應叫還原反應，乙醛催化加氫生成乙醇，發生在羰（讀tang，一聲）基（即含C=O結構），C=O中的π鍵斷開形成C-O單鍵（碳氧雙鍵中，一個為π鍵，一個為σ鍵，π鍵較為活潑，易斷裂；σ鍵相對而言較穩定），乙醛被還原；去氫或加氧的反應叫氧化反應，乙醛易被氧化成乙酸，在醛基C-H處斷開，形成C-OH，乙醛被氧化。[2]
醛通常具有較強的還原性與一定的氧化性
醛基是帶有極性的，氧原子是碳氧鍵中的負極，將碳原子的電子扯向氧原子。
主要結構
醛的通式為R-CHO，-CHO為醛基。（ R基團中，與-CHO中C原子直接相連的原子不能為O或H原子，否則就是羧酸或酯類）
醛基是羰基(-CO-)和一個氫連接而成的基團。
醛類分子的結構特點是含有醛基。醛類催化加氫還原成醇，易為強氧化劑甚至弱氧化劑所氧化，醛基既有氧化性，又有還原性。
醛、酮分子中都含有羰基，均能還原成醇，但醇分子中的羥基在碳鏈上位置不同。酮分子中不含醛基，不能被銀氨溶液和新制的Cu(OH)₂氧化，因此，可用此來鑑別醛和酮。
應用發現
重要的醛和相關化合物。從左至右：甲醛和三聚甲醛，乙醛與其烯醇式，葡萄糖（吡喃糖），食用香精肉桂醛和維生素維生素B6。
天然產物中的醛
精油中發現了許多痕量的醛類，這都由於它們具有芳香氣味，如：肉桂醛、芫荽醛和香草醛。可能由於甲酰基的高活潑性，醛基在天然產物（氨基酸、核酸、油脂）中較少見。大多數的糖類是醛的衍生物，這些「醛糖」普遍以半縮醛形式存在，少數一些以醛形式存在，如水溶液中的葡萄糖有很小的一部分以醛形式存在。
合成信息
許多反應都可進行醛的合成，但其中最主要的方法是：氫甲酰化反應。[5] 這裡以丙烯酰化製備丁醛為例：
H₂+ CO + CH3CH=CH2 → CH3CH2CH2CHO
氧化方法
醛的另外一個重要合成方法是通過：醇氧化。工業中，甲醛的大量合成即通過氧化甲醇獲得。而過程中氧氣被選為氧化劑，因為氧氣屬「綠色」試劑且廉價易得。實驗室中則使用了更為多樣的氧化劑，其中最普遍的屬：鉻(VI)試劑。氧化反應可通過醇和酸性重鉻酸鉀溶液共熱製備，而過量的重鉻酸能氧化醛到羧酸形態。因此，形成醛之後就必須立即減壓蒸餾出反應體系，或使用更溫和的試劑，如：吡啶重鉻酸鹽（PCC）製備醛，從而不用擔心其過分氧化為酸。
醇氧化為醛，在不受控制的氧化劑條件下繼續氧化為酸
[O] + CH3(CH2)9OH → CH3(CH2)8CHO + H2O
此外氧化伯醇製備醛還可使用更為溫和的條件，如：IBX、Dess-Martin過氧碘試劑、Swern氧化、TEMPO、或Oppenauer氧化。
在工業中還有一種常用的方法：Wacker法, 其操作讓乙烯在銅和鈀催化劑下氧化成乙醛。
定性分析
醛可通過斐林試液或多倫試液進行鑑定。斐林試液為硫酸銅（Cu2+）與酒石酸鉀鈉鹽的鹼性（NaOH）溶液，銅離子可被醛還原產生紅色的氧化亞銅沉澱：
離子方程式: R-CHO + 2Cu2+ + 5OH? → R-COO? + Cu2O↓ + 3H2O
多倫試液為硝酸銀的氨水溶液。當與醛共熱，其二氨合銀絡離子會被醛還原而形成銀單質析出，附於試管壁呈銀鏡，此反應也因此稱為銀鏡反應：
化學方程式: R-CHO + 2[Ag(NH3)2]OH → R-COONH4 +2Ag↓ + 3NH3 + H2O
離子方程式: R-CHO + 2Ag(NH3)2+ + 2OH? → R-COO? +NH4+ +2Ag↓ + 3NH3 + H2O
主要分類
按照烴基的不同
醛可分為脂肪醛、酯環醛、芳香醛和萜（tiē）烯醛。 脂肪醛是指分子中碳原子連接成鏈狀的一種醛，呈開鏈狀。脂環醛是指分子中碳原子連接成閉合的碳環。芳香醛的羰基直接連在芳香環上。萜烯醛是萜類化合物的一個分支。
脂肪族化合物是指分子中碳原子間相互結合而成的碳鏈，不成環狀。脂肪醛是脂肪族化合物的一種分類。
常見的無環脂肪醛有：辛醛、壬醛、癸醛、十一醛、月桂醛（十二醛）、十三醛、肉豆蔻醛（十四醛）、甲基己基乙醛、甲基辛基乙醛、甲基壬基乙醛、三甲基己醛、四甲基己醛、反-2-己烯醛、2-壬烯醛、反-4-癸烯醛、十一烯醛、壬二烯醛等。
脂環族化合物可看作是由開鏈族化合物連接閉合成環而得。脂環醛是脂環族化合物的一種分類。
常見的脂環醛有：女貞醛、艾薇醛、異環檸檬醛、柑青醛、甲基柑青醛、新鈴蘭醛等。
芳香醛的羰基直接連在芳香環上，這類醛可以看成是苯的衍生物。
常見的芳香醛有：苯甲醛、苯乙醛、苯丙醛、桂醛、鈴蘭醛、香蘭素、乙基香蘭素等。
萜烯醛是指萜類化合物的一種分類，萜類化合物是指具有(C5H8)n通式以及其含氧和不同飽和程度的衍生物。
常見的萜烯醛有：檸檬醛、香茅醛、羥基香茅醛、紫蘇醛、三甲基庚烯醛等。
按照醛基的數目
醛可以分為一元醛、二元醛和多元醛。
按烴基是否飽和醛可以分為，飽和醛，不飽和醛。
相關命名
簡單的醛常用普通命名法。
芳香醛中芳基可作為取代基來命名。
多元醛命名時，應選取含醛基儘可能多的碳鏈作主鏈，並標明醛基的位置和醛基的數目。
不飽和醛的命名除醛基的編號應儘可能小以外，還要表示出不飽和鍵所在的位置。
許多天然醛都有俗名，例如，肉桂醛(cinnamaldehyde)，茴香醛(anisaldehyde)，視黃醛等(retinal)。
（註：飽和一元脂肪醛的通式為Cn H2n O,分子式相同的醛、酮、烯醇互為異構體）
物理性質
常溫下，除甲醛為氣體外，C12以下的脂肪醛為液體，高級的醛為固體；而芳香醛為液體或固體。低級的脂肪醛具有強烈的刺激性氣味，C9和C10的醛具有花果香味，因此常用於香料工業。
由於羰基的極性，因此醛的沸點比相對分子質量相近的烴類及醚類高。但由於羰基分子間不能形成氫鍵，因此沸點較相應的醇低。
因為醛的羰基可以與水中的氫形成氫鍵，故低級的醛可以溶於水；但芳醛一般難溶於水。
化學性質
甲醛與苯酚發生縮聚反應生成酚醛樹脂。
甲醛發生銀鏡反應為：HCHO + 4Ag(NH3)2OH———(條件：水浴加熱)—— → CO2↑+ 8NH3 + 4Ag↓+3H2O 【現象：試管內壁出現光亮的銀鏡】
R-CHO + 2Ag（NH3）2OH —（條件：水浴50~60℃加熱）→ R-COONH4 + 2Ag↓ + 3NH3 + H2O
與新制氫氧化銅（斐林試劑、班氏試劑、本尼迪特試劑）反應：【現象：出現磚紅色沉澱】
R-CHO + 2Cu（OH）2 —（條件：加熱）→R-COOH + Cu2O↓ + 2H2O
與溴水反應：R-CHO + Br2 + H2O —→ R-COOH + 2HBr
加成反應：R-CHO + H2 —（條件：鎳做催化劑，加熱）→ R-CH2-OH
2R-CHO+O2—（條件：銅或者銀做催化劑，加熱）→ 2R-COOH
醛類也可通過和高錳酸鉀反應（條件：加熱）得到羧酸。
反應規律
由於醛的結構特點，在羰基中的π鍵極化，使得氧原子上帶部分負電荷，而碳原子上帶部分正電荷。在反應中，分子中的碳氧雙鍵很容易被帶有負電荷的試劑，即親核試劑，進攻，並發生反應。
此外，受羰基的影響，與羰基直接相連的碳原子上的氫原子很活潑，能發生一系列反應。因此羰基的親核加成和相鄰氫原子的活潑性是醛的主要反應。
常見反應
醛具有很高的反應活性，參與了眾多反應。從工業角度來看，重要的反應大多數是縮和反應，如：製備可塑劑和多羥基化合物、還原反應製備醇（尤其羰基醇類）。從生物角度，重要的反應主要包括：製備亞胺的反應，即甲酰基的親核加成反應，如：氧化去胺反應、半縮醛結構（醛糖）。
還原反應
主條目：醛的還原
甲酰基易被還原為伯醇(-CH2OH)。這種典型轉化使用了催化氫化，或直接的轉移氫化進行。
氧化反應
甲酰基還易被氧化成相應的羧酸（-COOH）。工業中最常用的氧化劑是空氣或氧氣。實驗室條件下，常用的氧化試劑包括：高錳酸鉀、硝酸、氧化鉻和重鉻酸。混合二氧化錳、氰化物、乙酸和甲醇可將醛轉化成甲酯。[7]
還有一種氧化反應基於銀鏡反應，該反應中，醛與Tollens試劑混合（其製備方法為：滴加氫氧化鈉溶液至硝酸銀溶液中，得到析出的氧化銀，而後滴加足量的氨水溶液以溶解析出的固體，並形成[Ag(NH3)2]+絡合物）。此反應過程不會影響碳碳雙鍵。取名「銀鏡反應」是由於形成的氧化銀能夠轉化為銀鏡，從而鑑定醛基結構。
若醛不能夠轉化為烯醇式（沒有α－H，如：苯甲醛），加入鹼後可發生Cannizzaro反應。該反應機理即：歧化現象，反應最後產生自身氧化還原所形成的醇與酸。
親核加成反應
親核試劑易與羰基發生反應。在反應過程中，羰基碳發生sp3雜化而與親核試劑鍵合，氧原子則被質子化：
RCHO + Nu- → RCH(Nu)O-
RCH(Nu)O- + H+ → RCH(Nu)OH
通常一個水分子在加成發生時會被脫除，這種反應稱為：加成－消除或加成－縮和反應。
氧親核試劑
在縮醛化反應中，在酸或鹼催化下，醇分子進攻羰基，質子轉移後形成半縮醛。酸性條件下, 半縮醛與另外一個醇繼續反應得到縮醛和一分子水。除環狀半縮醛，如：葡萄糖可以穩定存外，其他簡單的半縮醛通常不穩定。而相比縮醛就穩定的多，只有酸性條件下會轉化為相應的醛。醛還可與水反應形成水合物（R-C(H)(OH)(OH)）。這些二醇分子在很強的吸電子基團存在下比較穩定，如：三氯乙醛，其穩定的機理被證實與半縮醛形態有關。
葡萄糖（醛式）轉變為半縮醛式。
氮親核試劑
在烷基氨化-去氧-雙取代反應中，一級與二級胺進攻羰基，質子從氮原子轉移至氧原子上，形成碳氮化合物。當底物為伯胺，一水分子可在該過程中消除，並形成亞胺，該反應通常由酸進行催化。此外羥氨（NH2OH）也可與醛基反應，所形成產物稱為：肟；當親核試劑是氨的衍生物（H2NNR2），如肼（H2NNH2）則形成了肼化合物，如：2,4-二硝基苯肼，其脫水後形成的化合物為：腙。該反應常用於鑑定醛酮。
醛轉化為肟與腙
碳親核試劑
氫氰酸中的氰基可進攻羰基，形成氰醇（R-C(H)(OH)(CN)）。在格氏反應中，格氏試劑進攻羰基，形成了格氏基團取代的醇。相類似的反應還有：Barbier反應和Nozaki-Hiyama-Kishi反應。在有機錫加成反應中，錫試劑取代了鎂試劑參與該反應。
在羥醛縮和反應中，酮、酯、酰胺、羧酸的金屬烯醇式也可進攻醛形成：β-羥基羰基化合物，即：羥醛。酸或鹼催化的脫水反應能繼續讓上述化合物發生脫水反應，形成α,β-不飽和羰基化合物，以上兩步反應即熟知的：羥醛縮和反應。當親核基團替代為烯烴或炔烴進攻羰基，稱為：Prins反應，該反應產物因不同反應條件與底物而改變。
化學名詞
阿累尼烏斯方程 氨 螯合劑 螯合物 螯合物 半反應 半微量分析 苯 比色分析 變異係數 標定 標準電極電勢 標準曲線 標準溶液 標準自由能變 表徵 查依采夫規則 產物 常規分析 常量分析 沉澱反應 陳化 臭氧 船型構象 醇 磁性 次序規則 催化 催化反應 催化劑 單分子親核取代反應 單分子消除反應 單色器 氮族元素 滴定 滴定度 滴定分析 滴定誤差 滴定終點 狄爾斯阿爾得反應 碘量法 電池電動勢 電負性 電荷數 電化學分析 電極電勢 電解 電解質 電離 電離能 電子 電子的波動性 電子構型 電子自旋 定量分析 定性分析 對映體 多電子原子 多相離子平衡 多原子分子 二氧化碳 反應的活化能 反應方向 反應機理 反應級數 反應歷程 反應熱 反應速率 反應速率 范德華方程 芳香性 芳香族化合物 放射性 非金屬 非晶體 非均相催化劑 菲舍爾投影式 費林試劑 分光光度法 分析化學 分子軌道 分子軌道理論 分子間力 分子間作用力 分子空間構型 酚酞 伏特電池 副反應係數 傅列德爾克拉夫茨反應 蓋斯定律 高錳酸鉀 高錳酸鉀 格利雅試劑 汞 共沉澱 共軛二烯烴 共軛雙鍵 共軛酸鹼對 共軛酸鹼對 共軛體系 共軛效應 共價鍵 共價鍵 共性 構象異構體 構象 構型 孤對電子 官能團 光源 硅的存在和製備 硅酸 硅酸鹽 軌道 軌道能量 軌道重疊 過程 過渡金屬 過濾 過失誤差 過氧化氫 過氧化物和超氧化物 過氧化物效應 耗氧量 合金 核磁共振 核化學 核聚變 核裂變 紅外光譜 紅移 互變異構現象 化合物 化學反應 化學反應的通式 化學方程式配平 化學分析 化學計量點 化學位移 化學平衡 化學需氧量 化學因數 還原 緩衝容量 緩衝溶液 緩衝溶液 活化能 活性中間體 霍夫曼規則 基準物質 極性分子 繼沉澱 加成反應 甲基橙 價層電子對互斥理論 價鍵理論 價鍵理論 檢測系統 鹼金屬 鹼土金屬 鍵長 鍵級 鍵角 鍵矩 鍵能 結構異構 解蔽 解離常數 金屬 金屬鍵 金屬晶體 金屬離子的水解 金屬指示劑 晶體結構 精密度 聚合物 均相催化劑 開鏈族化合物 凱庫勒結構式 坎尼扎羅反應 克萊門森還原 克萊森酯縮合反應 克萊森重排 鑭系元素 累積穩定常數 離去基團 離子的沉澱與分離 離子的選擇沉澱 離子方程式配平 離子晶體 離子偶極力 理想氣體狀態方程分壓 立體化學 立體異構 立體異構體 量子數 列·沙特列原理 磷酸 磷酸鹽 零水準 硫化物 盧卡斯試劑 鹵代烴 鹵仿反應 鹵化磷 鹵化物 鹵素 路易斯酸鹼 氯化物 麥克爾反應 酶 醚 摩爾吸光係數 能斯特方程 紐曼投影式 濃度 偶極矩 偶然誤差 泡林不相容原理 配離子的形成 配位化合物 配位數 配位數 配位體 配位原子 硼氫化反應 硼烷 偏差 硼族元素 平衡常數 親電加成 親電試劑 親電性 親核加成 親核取代反應 親核試劑 氫化物 氫鍵 氫氧化物 氫原子的波爾模型 傾瀉法 球密堆積 區元素 醛 熱力學第二定律 熱力學第一定律 熱與功 溶度積常數 溶解度 溶解氧 色譜分析 色散 熵 熵變 生成焓 石墨 試劑 鈰量法 手性分子 雙分子親核取代反應 雙分子消除反應 雙原子分子 水的離子積 水合氫離子 水合質子 水離解 順反異構 速率常數 酸和鹼 酸鹼 酸鹼的相對強度 酸鹼滴定法 酸鹼指示劑 酸鹼質子理論 酸效應係數 羧酸 羧酸衍生物 碳負離子 碳化物 碳水化合物 碳酸 碳酸鹽 碳正離子 碳族元素 鐵 同分異構體 同分異構現象 同離子效應 同位素 銅 酮 透光率 瓦爾登反轉 微量分析 位置異構體 物質的量 吸電子基 吸光率 吸熱與發熱過程 吸收池 烯丙基正離子 烯烴 稀有氣體 稀有氣體化合物 系統命名法 系統誤差 系統與環境 顯著性檢驗 線光譜 相 相對標準偏差 相轉移催化作用 消除反應 硝酸 校正曲線 鋅 興斯堡試驗 行 形態分析 休克爾規則 旋光性 鹽 掩蔽 氧化 氧化還原電對 氧化還原反應 氧化還原指示 氧化劑和還原劑 氧化數 氧化物 氧族元素 一氧化碳 儀器分析 乙醇 乙二胺四乙酸 乙醚 乙醛 乙炔 乙酸 乙烯 乙酰化劑 異構現象 銀鏡反應 銀量法 有機化學 有效核電荷 有效數字 右旋 誘導效應 元素的周期律 原電池 原子半徑 原子軌道 原子晶體 原子數 雜化 雜化軌道 雜化軌道 雜環化合物 在線分析 真實氣體 正態分布 脂肪族化合物 值 質量數 質子平衡 質子轉移反應 置信區間 置信水平 中心離子 仲裁分析 重鉻酸鉀 重鉻酸鉀 重鍵 重量分析法 周期表 狀態與狀態函數 準確度 灼燒 紫移 自發過程 總穩定常數 族 左旋
參考來源
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